Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

вместилищем растворимых солей, которые накопились в нем за все время существования Земли, в результате непрерывной циркуляции воды между материком и океаном.

Ниагарский водопад. США

Ученые пытались по количеству растворенных солей в океане подсчитать, какие их количества ежегодно выносят реки. На этом основании они вычисляли возраст океана, или то число лет, которое было необходимо, чтобы вода океана приобрела наблюдаемую сейчас концентрацию солей. Цифры, однако, получились не очень достоверные.

Итак, хорошо растворимые соединения атомов составляют основу солевой части природных вод. Вода океана содержит 3,5 % солей, из которых более 80 % хлористого натрия — всем нам известной поваренной соли. Каждый знает, как она легко растворяется. Все другие растворимые соединения находятся в воде лишь в очень малых количествах. В любой природной воде моря, реки, подземного источника — все химические элементы могут быть обнаружены. Весь вопрос в совершенстве наших методов исследования.

Если вспомнить, что имеется всего около сотни химических элементов, то легко представить себе, какие разнообразные по своему составу воды могут встретиться в природе. И действительно, ученые установили существование многочисленных классов вод.

Воды океана в любом месте — на поверхности и в глубине (но вдали от берегов) — исключительно постоянны по своему составу.

Содержание в них всех химических элементов строго повторяется количественно. Менее постоянен, но очень схож между собой состав речных вод. То, что реки текут в разных породах, в разных климатических условиях, накладывает отпечаток на их состав. Так, реки северных широт содержат больше железа, гумуса, часто они даже окрашены ими. Реки средних широт содержат главным образом натрий, калий, сульфаты, хлор. В более теплых широтах, особенно в областях, лишенных стока вод в моря или океаны, вода рек и, более часто, озер бывает засолена.

Подобная же смена состава вод по зонам наблюдается и по вертикали — для подземных пластовых вод. Чем глубже лежат эти воды, тем они больше приближаются к рассолам. Наиболее разнообразны по составу именно минеральные подземные воды, образующие нередко при выходе на поверхность минеральные источники, часто целебные.

Тут мы можем встретить воды кальциевые, йодо-бромные, радиевые, литиевые, железистые, серные, магниево-борные и другие. Сами названия подсказывают, какое химическое соединение или химический элемент является основной составной частью их растворенного остатка.

Происхождение этих минеральных вод связано с растворением минеральных отложений подземными водами, с процессом выщелачивания горных пород разного состава.

Занимательная и вместе с тем очень важная научная задача — по химическому составу этих вод разгадать весь процесс образования вод. Над нею работают геохимики и гидрохимики.

Приведем таблицу состава морской воды (в процентах):

Однако в абсолютных цифрах это не так мало, золота, например, в морской воде находится миллионы тонн.

Ученые много раз пытались построить такую физико-химическую фабрику, которая сделала бы выгодной добычу золота из морской воды. Но до сих пор это еще не осуществлено.

Для морской воды характерна концентрация брома, йода и, конечно, хлора — очень важных для человека химических элементов.

Йод из морской воды поглощается водорослями и морскими организмами. Из водорослей и добывает человек основную массу промышленного йода.

Когда водоросли гибнут, содержащийся в них йод переходит в ил морского дна. Из ила моря постепенно образуются породы. Воды из них выжимаются, и образуются пластовые воды. В эти пластовые воды переходит и йод. При бурении на нефть часто вскрывают пластовые воды. Они богаты йодом и бромом.

В настоящее время из них научились получать эти элементы. Морская вода является неограниченным резервуаром брома, который в настоящее время в ряде мест уже начали добывать непосредственно из морской воды (как и магний).

Особенно интересна история атомов кальция в природных водах.

Природные воды часто бывают пересыщены ионами кальция, и тогда последний в виде карбоната кальция выпадает на дно, образуя известняки или мел.

В истории кальция большую роль играет углекислота. Избыток ее приводит к растворению, недостаток — к выпадению карбоната кальция из растворов. И если мы вспомним, что углекислоту поглощают зеленые растения, то станет ясна их роль в осаждении кальция из воды. Действительно, огромные острова в теплом море — атоллы — сплошь сложены из карбоната кальция, отложенного в результате жизнедеятельности морских растений, а также из известковых скелетов морских животных.

Этим примером мы хотели показать, что на состав природных вод оказывает значительное влияние и живое население водоема.

Без ознакомления с влиянием «живого вещества» на состав вод водоемов нельзя полно представить себе все процессы, которые привели к современному составу воды рек, озер, морей и океанов.

Атомы на поверхности Земли. От Арктики до субтропиков

Еще мальчиком я совершил путешествие из Москвы на юг Греции, и среди детских воспоминаний осталась на всю жизнь передо мной картина смены окрасок, которая развертывалась по мере того, как мы подвигались к югу.

Я помню ясный день в Москве, серую однотонную землю, серо-красные, бурые глины серозема Центральной России. Мне помнится затем более пестрая картина черноземной окраски окрестностей Одессы, освещенных яркими лучами весеннего южного солнца. Вспоминаю, как изменились эти краски, когда мы вошли в Босфор: синева воды, каштаново-бурые почвы, возделанные под виноградники. И, наконец, я как сейчас вижу пейзаж Южной Греции: темно-зеленые кипарисы, красные почвы и красные натеки окислов железа среди белоснежных известняков. Я помню, как резко врезалась в мое воображение эта картина смены цветов и как настойчиво просил я отца объяснить мне, почему же так меняются краски. Лишь через много лет я понял, что передо мной прошел один из величайших законов земной поверхности, закон тех окислительных химических процессов, которые так по-разному протекают на различных широтах Земли.

С тех пор мне пришлось очень много путешествовать по Советскому Союзу, начиная от сплошных лесов тайги, равнин, тундр и полярных океанов, вплоть до снежных высот «крыши мира» — Памира. И каждый раз передо мною снова, но в гораздо большем масштабе вставала картина этих разнообразных химических реакций и разной судьбы атомов на поверхности Земли от самой глубокой Арктики до знойных субтропиков.

Посмотрим на эту маленькую карту и отправимся по нанесенной на ней стреле в путешествие от островов Шпицберген до острова Цейлона в Индийском океане.

Вокруг старого архипелага Свальбард, в который входят острова Шпицберген, сплошные льды. Мертвая ледяная пустыня. Никаких химических реакций, породы не разрушаются в глины или пески, действие морозов распространяется вглубь, образуются грандиозные осыпи. Только изредка на птичьих базарах скапливаются остатки органической жизни, и потеки фосфатов являются почти единственными