Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

субтропиках и пустынях юга. Мы видим, что можно говорить о химической географии, что мир природы с ее разнообразием материков и стран связан прочными нитями с теми химическими процессами, которые идут вокруг.

Среди факторов, определяющих ход геохимических процессов, все большее значение приобретает сам человек. Его интенсивная деятельность за последнее столетие была связана со средними широтами, и лишь постепенно он начинает осваивать ледяные пустыни Арктики и Антарктиды и овладевать песчаными пустынями юга. Он приносит свои новые, сложные химические реакции и нарушает природные процессы, возбуждая новые движения и странствования нужных ему атомов. Новая химическая география давно уже наметилась установлением основ почвоведения, той науки, родина которой — Россия и будущее которой — плодородие наших полей. И мы вспоминаем, как в восьмидесятых годах прошлого столетия в небольшой аудитории Петербургского университета знаменитый «отец почвоведения» В. В. Докучаев в блестящих лекциях раскрывал увлекательные картины новой науки, рисуя те почвенные пояса, которые покрывают всю Землю, начиная с полярных тундр и кончая пустынями юга.

Тогда его прекрасное построение нельзя было еще перевести на язык химии. Но сейчас, когда химия мощно врывается в область геологической науки, когда агрохимики стали управлять жизнью растений и теми реакциями, которые происходят в почве, когда геохимики охватывают своими исследованиями все области странствования атомов, — мы начинаем понимать те сложные пути, которые проходит каждый атом в разных широтах нашей Земли.

А между тем прошлое учит нас, что эти широты менялись. В течение почти двух миллиардов лет менялась жизнь нашей земной коры, изменялось положение полюсов, горные хребты сначала вздымали свои снежные вершины лишь в полярных странах, и постепенно складчатость перемещалась на юг, образуя такие хребты, как пояса Альп и Гималаев. Перемещались с севера на юг и большие моря, опоясывающие Землю; менялись пояса, менялись условия ландшафта. В каждом месте много раз сменялись моря горами, горы — пустынями и снова морями.

Так в долгой геологической истории Земли менялся и ход химических реакций и странствования отдельных атомов, а почвенные и поверхностные покровы в каждом данном месте земного шара есть лишь отражение тех химических судеб, которые испытывали атомы в долгие периоды разнообразной истории нашей Земли.

Сейчас мы знаем, что все живет, все течет, все меняется во времени и пространстве, и среди природы самым подвижным, постоянно ищущим новых путей является атом, первозданный кирпичик, из которого строятся самые замечательные постройки мира, который вечно ищет покоя и равновесия, покорный основным законам природных процессов.

Ищет — но не находит и не найдет никогда, так как в природе нет покоя, а есть только вечная материя в вечном движении…

Атомы в живой клетке

Простым глазом можно видеть, что угли слагаются из остатков растений.

Раковины ископаемых морских моллюсков образуют нередко пласты известняков. Но если мы рассмотрим известняки, мел, диатомит и многие другие так называемые осадочные породы под микроскопом, то увидим, что они часто сплошь состоят из остатков скелетов организмов микроскопической величины.

Одним словом, в геологии давно признана огромная роль населяющих земной шар организмов во всех процессах, которые происходят на поверхности Земли.

Живое вещество принимает большее или меньшее участие в таких геохимических процессах, как образование горных пород, концентрация или рассеяние отдельных химических элементов, осаждение веществ из воды, образование известняков из известковых скелетов организмов.

Но далеко не у всех морских организмов скелеты из извести. У некоторых, например губок, скелеты из кремнезема.

Но еще более существенно то, что в процессе жизни все организмы Земли, растения и животные, извлекают, поглощают или поедают и снова выделяют огромные массы различных веществ и как бы пропускают эти вещества через себя.

Скорость этого процесса особенно велика у самых мельчайших организмов: бактерий, простейших водорослей и других низших организмов.

Это связано с огромной скоростью их размножения. Они делятся каждые пять — десять минут.

Но и продолжительность жизни их невелика.

Подсчет показывает, что в этом процессе деления клеток захватывается количество вещества, во много тысяч раз большее того, которое находится в каждый данный момент во всех организмах Земли, растениях и животных или, как говорят, во всем живом веществе планеты.

Напомним, что зеленые растения на свету выделяют из своих листьев кислород и поглощают углекислоту. Кислород воздуха, образовавшийся таким путем, идет на окисление растительных остатков, окисляет некоторые горные породы, поглощается животными при дыхании.

Углекислота в растениях превращается в углеводы, белки и другие соединения. Представьте себе на момент, что на поверхности Земли, в ее морях и океанах, на равнинах и в горах исчезли все организмы. Что бы произошло?

Кислород связался бы остатками органического вещества и исчез бы из атмосферы. Состав ее стал бы другой. Микроскопических морских организмов с известковым скелетом не стало бы — следовательно, не стали бы образовываться пласты известняка и мела, перестали бы вздыматься меловые горы. Лик Земли совершенно преобразился бы и стал иным.

Геохимическая деятельность организмов чрезвычайно разнообразна. Разные организмы могут участвовать в самых различных процессах.

Для того чтобы выяснить геохимическую роль организмов, прежде всего необходимо знать их химический состав. Свое тело организмы строят целикам за счет веществ, извлекаемых тем или иным путем из окружающей их среды, — из воды, почвы и воздуха.

Очень давно было установлено, что главной составной частью всех организмов является вода — Н2О, в среднем около 80 %, причем несколько больше в растениях и несколько меньше в животных.

Поэтому элемент кислород в организмах занимает по массе первое место.

Совершенно исключительную роль играет в строении тела организмов углерод.

Углерод образует многие тысячи разнообразных соединений с водородом, азотом, серой, фосфором, из которых, в свою очередь, слагаются белки, жиры, углеводы, тела организмов.

Основным источником для этих углеродных соединений в живом веществе является углекислота. Далее, в организмах содержится значительное количество азота, фосфора, серы в виде сложных органических соединений.

Наконец, в организмах всегда находятся кальций — особенно в скелетах, — калий, железо и другие химические элементы.

Вначале полагали, что для всех организмов исключительное значение имеют десять — двенадцать элементов, находящихся в них в наибольших количествах.

Но позднее оказалось, что существуют организмы, которые помимо наиболее часто встречающихся десяти — двенадцати химических элементов концентрируют то железо, то марганец, то барий, то стронций, то ванадий, а также и многие другие редкие химические элементы.

Оолитовая руда

Так, обнаружилось, например, что кремний играет важную роль в жизни кремневых губок, микроскопических радиолярий, диатомовых водорослей, скелеты которых образуются из окиси кремния.

Железные бактерии концентрируют в своих телах железо. Открыты были бактерии,