earth_4

Более ста лет тому назад в Берлинском университете известный натуралист Александр Гумбольдт (1769—1859), вернувшись из путешествия по неведомым тогда странам Америки, прочел серию лекций, в которых пытался нарисовать перед слушателями необычайные картины мироздания.

Идеи этих своих лекций он позднее изложил в сочинении, которое назвал «Космос». Слово «космос» взято из греческого языка, оно выражает не только понятие мира, но и понятие по­рядка и красоты, так как в греческом языке это слово одина­ково обозначает и мироздание и красоту человека.

В изложении Гумбольдта космос представлялся как сово­купность разнородных фактов.

Основываясь на достижениях науки XIX в., он пытался объяснить порядок единством законов природы и хотел в кар­тине настоящего видеть нечто большее, чем один из моментов в сложном процессе развития мира. Но это ему не удалось, мир все же в его представлении разбивался на отдельные царства природы. В каждом из них были свои отдельные представители, между которыми не существовало никакой общей связи. Старая классификация разбивала весь мир на отдельные клеточки и непроходимыми границами отделяла друг от друга «царства» минералов, растений и животных.

Еще звучали старые взгляды XVII и XVIII вв., еще весь мир казался незыблемым, составленным, по воле бога, из огромного количества независи­мых «царств», и хотя Алек­сандр Гумбольдт как раз хотел показать, что все явле­ния природы связаны между собой, он этого сделать не смог, так как не было фактов, не было тех доказательств, тех единиц, которые можно было бы поставить в основу взаимоотношений окружаю­щей нас природы.

Такими единицами яви­лись атомы, и в наше время картина космоса строится со­вершенно на другой основе. Неумолимые законы физики и химии управляют сложной и длинной историей странст­вований отдельных атомов природы. Мы уже видели, как в центре космических тел отдельные атомные ядра лишены сво­их электронов, мы видели, как потом постепенно создается сложный клубок элемента, с вращающимися вокруг центра электронами-планетами.

Мы видели, как, сплетаясь и обволакиваясь кольцами этих планет, в пустынном мире охлаждающихся звезд рождаются молекулы, то есть химические сочетания. Дальше возникают все более и более сложные постройки; ионы, атомы, молекулы образуют целые кристаллы — эти новые замечательные эле­менты мира, элементы высшего порядка, математически завер­шенные и физически прекрасные. Примером может служить прозрачный чистый кристалл кварца, еще древними греками названный кристаллос, то есть окаменевший лед.




Мы видели с вами, как на самой поверхности Земли растут и разрушаются прекрасные постройки кристаллов, как из их обломков создается новая механическая система — мир кол­лоидов, мельчайших групп атомов и молекул. И в этой среде оказывается устойчивым новый тип сложных и крупных моле­кул, содержащих углерод, тип, который мы называем живой клеткой.

Новые законы развития живого вещества все больше и больше усложняют судьбы атомов на их историческом пути, создавая сложные сгустки мицеллий — мельчайшие, едва види­мые в ультрамикроскопы полуживотные, полурастения, полукол­лоиды, которые мы называем вирусами, и, наконец, те первые одноклеточные организмы, которые мы уже хорошо различаем в нашем микроскопе,— бактерии и инфузории. По этим этапам истории проходят атомы различных эле­ментов окружающего нас мира, и для каждого из них можно построить историю жизни, начиная с момента охлаждения пер­вого земного клубка и кончая их странствованиями в живой клетке.

Когда-то почти так, как рассказывается в сказке, в миро­вом хаосе возник клубок атомов, которые излучают электро­магнитные волны; постепенно падает тепловое движение, как говорят астрономы, и система охлаждается.

Для нас даже неважно, когда, кто первый среди разнообраз­ных астрономов и философов пытался разгадать механику этого процесса. Важно для нас только то, что образуется клу­бок, где соприкасаются атомы отдельных элементов.

Мы знаем состав этого клубка: блестящие работы геохими­ков нашего времени говорят нам о том, что он состоит пример­но на 40% из железа, на 30% — из кислорода, на 15% — из атомов кремния, на 10% — из магния, на 2—3% —из никеля, кальция, серы и алюминия. Далее следуют элементы, входящие в меньших количествах — натрий, кобальт, хром, ка­лий, фосфор, марганец, угле­род и другие.

Из этого списка мы ви­дим, что главные химические элементы, составляющие ми­роздание,— это все устой­чивые, прочные атомы, по­строенные по тем законам, о четности которых мы уже говорили. Этот запутанный клубок состоит почти из ста типов атомов, причем одни встреча­ются в громадных количест­вах, другие же — только в миллиардных долях процен­та. Мало-помалу при даль­нейшем охлаждении свобод­ные атомы-газы образуют жидкости, и, сблизившись в виде отдельных расплавлен­ных огненно-жидких капель, они подвергаются всем тем процессам, через которые проходят расплавленные руды в до­менной печи.

И разгадку строения нашей планеты неожиданно дали не теоретики, не геофизики, а металлурги,— те люди, которые привыкли выплавлять металл, расправляться со шлаками и Которые научились управлять судьбой отдельных атомов в пекле доменной печи. Согласно законам физики и химии, атомы при этом отталкиваются друг от друга, и первоначаль­ный расплав разделяется на отдельные части. Все химические элементы при этом располагаются в определенном порядке. Легкие, подвижные части устремляются кверху, к поверхности, а тяжелые — к центру.

Таким образом накапливается металлическое ядро. Над ним нередко создается оболочка сернистых металлов; наконец, еще выше, как окалина или шлак, отлагается кора кремневых соединений. Геофизики говорят нам, что все отдельные оболоч­ки, или геосферы, из которых состоит наша Земля, как раз отвечают отдельным зонам, отдельным продуктам плавки большой доменной печи.

В самых глубинах, на глубине примерно до 2900 км, нахо­дится железное ядро. Здесь накоплены те металлы, которые и в доменной печи идут вместе с железом; это прежде всего само железо и его ближайшие друзья и аналоги — никель и кобальт.

Здесь же и элементы, которые химики называют сидеро — филами, «любящими железо», повторяя почти точно слова ал­химиков, над которыми так насмехались схоласты XVIII в. К сидерофилам принадлежат платина, молибден, тантал, фос­фор и сера, которые, несомненно, имеют сходство с железом. Вот как рисуется нам состав самых глубоких частей нашей Земли.

Над ядром, вероятно на глубине 1200—1300 км, идет дру­гая зона; много было споров, как разгадать ее химический со­став, но несомненно, что это та зона, которую мы хорошо зна­ем при выплавке меди илц никеля; на заводах цветной метал­лургии ее называют «штейн». Это сернистые металлы. И не­даром огромную зону земной коры в 1700 км нередко назы­вают рудной оболочкой.

Здесь должны накапливаться сернистые соединения меди, цинка, свинца, олова, сурьмы, мышьяка и висмута. Большая их часть, однако, входит в состав сернистых минералов, которые мы встречаем и в более поверхностных зонах земной коры.

Далее идет сама «окалина», или окисная зона. Она также разделяется на отдельные зоны. В глубинах мы имеем огром­ные скопления пород, богатых кремнием, магнием и железом. Это зона, о которой мы стали догадываться только после того, как были изучены громадные алмазные трубки Южной Афри­ки, заполненные вынесенными из глубин наиболее плотными и тяжелыми минералами — продуктами кристаллизации глубин­ных расплавов. Над ней, примерно с глубины 1200 км, начинается та кремне­вая окалина (каменная метосфера, или каменная оболочка), на которой протекает наша жизнь. Мы представляем ее себе как довольно сложную систему различных горных пород и ми­нералов, хотя фактически знаем ее только до глубины 20 км. Ее состав резко отличен от среднего состава Земли и может быть выражен в следующих цифрах: половину занимает кис­лород, на долю кремния приходится около 25 %, алюминия — 7 %, железа — 4 %, кальция — 3 %, натрия, калия и магния — по 2%; далее следуют водород, титан, хлор, фтор, марганец, сера и все остальные элементы.

Мы уже видели, что эти цифры установлены тысячами от­дельных подсчетов и анализов. На каждом Шагу мы убеждаем­ся, что наша твердая земная кора неоднородна, что распреде­ление атомов необычайно сложно и что очень трудно точно представить’ себе картину строения земной коры, состоящей то из розового сверкающего гранита, то из тяжелых темных базальтов, то из совсем белых известняков и песчаников Или из цветистых сланцев. Мы знаем, что на этой пестрой, запу­танной основе, в столь же беспорядочном хаосе, рассеяны сер­нистые металлы, соли и полезные ископаемые. Можно ли най­ти какие-нибудь законы распределения атомов в этой слож­ной картине, или же нет возможности открыть закон строения этого пестрого ковра?

Исследования геохимиков за последние годы показали, что в этом кажущемся мире случайностей существуют свои не­обычайно четкие и неумолимые законы. Геохимики не только выделили из огненного жидкого клуб­ка атомов кремневую окалину, земную кору, они разделили ее на отдельные атомы и в строгом порядке изучают поведение каждого из них.

Мы представляем себе расплавленную массу и окалину подобной вылитому из домны шлаку, который начал постепенно остывать. Последовательно, один за другим, стали из него выкристаллизовываться отдельные минералы. Первыми отде­лились вещества более тяжелые и стали падать на дно; более легкие составные части, газы, летучие вещества, стали устрем­ляться кверху. Так, из расплава базальтов опускались вниз минералы, богатые железом и магнием; в них мы встречаем соединения хрома и никеля, находим источники драгоценных камней алмаза и дорогих платиновых руд; с другой стороны, кверху, в верхнее поле поступали другие вещества, и из них образовывались те породы, которые мы называем грани­тами. Они явились как бы по­следовательными выжимками охлаждающегося массива; именно они образовали осно­ву наших материков, которые как бы плавают на тяжелом базальтовом слое, выстилаю­щем большую часть дна океанов.

Строгие законы физиче­ской химии руководили этим новым распределением ато­мов в мировых пространствах, и в науке зажглась заря новых идей с того момента, как в геохимии стали при­менять законы физической химии. Сложно идет охлаждение гранитных очагов: из них вы­деляются перегретые пары, летучие газы, которые про­никают через окружающие породы, образуя горячие водные растворы, хорошо известные нам по минеральным источникам. Как ореолом окружен гранитный очаг этим горячим дыха­нием; газы и пары с различным содержанием летучих веществ прорываются в трещины и разломы охлаждающихся гранитных пород; текут как бы горячие подземные реки, которые, посте­пенно охлаждаясь, образуют на стенках кристаллические корки минералов и превращаются на поверхности в холодные ис­точники.

В этом ореоле охлаждающегося гранита мы видим прежде всего остаточные расплавы; это те знаменитые пегматитовые жилы, которые являются носителями тяжелых атомов радио­активных руд. Они несут с собой драгоценные камни, сверкаю­щие кристаллы берилла и топаза; в них намечаются соединения олова, вольфрама, циркония и редких металлов.

В сложном процессе постепенного расслоения тянутся даль­ше жилы кварца с оловом, вольфрамитом, еще дальше протя­гиваются ветвистые кварцевые жилы с золотом, потом начи­наются отложения цйнка, свинца и серебра, образующие по­лиметаллические жилы, а далеко от раскаленных очагов, за несколько километров от кипящих глубин гранитных распла­вов мы встречаем соединения сурьмы, красные кристаллы
сернистой ртути и огненно-желтые или красные соединения мышьяка.

Эти рудные массы распределяются по законам все той же физической химии. Когда же они застывают по длинным рас­колам Земли, то скопления атомов вытягиваются в длинные кольца или пояса, закономерно следующие один за другим вокруг раскаленных массивов. Перед нами на поверхности Земли раскрываются грандиозные картины этих рудных поясов: одни протягиваются через оба американских материка, начинаясь на севере, где-то в районе Калифорнии; они несут с со­бой свинец, цинк и серебро. Другие по меридиану прорезают всю Африку. Третьи в виде гирлянд опоясывают устойчи­вые окаменевшие щиты Азии, создавая пояс, богатый руда­ми и цветными камнями, прослеженный на много сотен километров.

Непонятная картина, казалось бы, беспорядочно разбросан­ных точек рудных месторождений превращается таким обра­зом для геохимика в четкую закономерную картину распреде­ления атомов. И крупнейшие практические задачи и достиже­ния решаются на основе этой новой идеи естественных законов распределения атомов в земной коре в зависимости от их свойств и поведения.

На смену старым наблюдениям горняков средних веков и старого опыта рудокопного дела появляются настоящие законы, о которых так мечтал еще в XVI в. Агрикола, говоря о таинст­венной любви отдельных металлов друг к другу.

Говорил об этом и профессор минералогии горной Академии в Фрейберге Брейтгаут, когда он полтораста лет назад призывал химиков объединиться с металлургами, чтобы отыскать равно­весие и причины совместного нахождения руд и ответить на во­просы: почему цинк и свинец встречаются вместе, почему так часто кобальт следует за серебром, почему металлы этих враж­дебных горному делу гномов — никеля и кобальта находятся со странным элементом ураном? Что же заставляет отдельные атомы так закономерно рас­пределяться в гранитных породах? Здесь на арену выступают новые силы природных процессов; и если там, в глубинах, когда расплавленный клубок делился на ядро, окалину и шлак, ос­новные законы деления обусловливались природой самих ато­мов, то здесь на смену этим законам пришли новые.

Атомы и их части стали соединяться вместе, не только образуя систему нагроможденных свободных атомов и молекул, которую мы называем жидкостью или стеклом, но и постройки, которых нет в глубинах Земли и которые носятся в мировом пространстве лишь там, где холод межпланетных пространств охлаждает бурно движущиеся атомы ниже 2000°.

Эта замечательная гармоническая постройка, определяю­щая всю стройность нашего мира, названа кристаллом. Мы го­ворили уже о том, что 1 см3 кристалла состоит из триллиона триллионов атомов, которые расположены в определенных точ­ках пространства на определенных расстояниях один от другого, образуя как бы решетки и сетки. Из кристаллов и построена вся верхняя пленка земной коры, так же как и подавляющая часть окружающего нас мира.

Кристалл и его законы определяют распространение эле­ментов, которые могут часто заменять друг друга в этих по­стройках: появляется возможность одним из них странствовать внутри кристалла, другим связываться вместе электрическими силами сказочной мощности, создавая прочность кристалла, его механическую выносливость, его способность бороться против всех враждебных ему сил мироздания.

Там, в глубинах космических тел, беспорядочный хаос ато­мов; здесь, на Земле, нет больше этого хаоса, есть бесконечный ряд точек и сеток, расположенных столь же правильно, как клетки паркета на полу, как лампы в большом зале. Так подошли мы к земной поверхности. Здесь недра Земли перестают влиять на жизнь атомов и уступают свое влияние Солнцу и излучениям космоса; и под влиянием новых видов энергии атом снова начинает свои странствования на земной поверхности согласно законам физической химии и кристалло­химии. Полвека тому назад в Петербургском университете, в своих блестящих лекциях В. В. Докучаев развивал идеи о законах образования почв на земной поверхности. Он говорил, что климат, растения и животные обусловливают образование от­дельных почвенных зон, а вместе с тем и различное распреде­ление атомов вещества в почвенном покрове. Таким образом, почвенный покров в его обобщениях воскресал, как новый, своеобразный мир атомов.

Докучаев любил повторять: «Почвы — это четвертое цар­ство природы». Законам этого мира В. В. Докучаев подчинял не только пло­дородие почвы, но и жизнь человека. Но именно здесь, на этой тонкой пленке земной поверх­ности поведение атомов необычайно усложнилось. Простые и ясные схемы спокойного роста кристаллов в глубинах оказа­лись здесь недостаточными. Сложный географический ландшафт подчинил себе сами атомы, а частные смены климата, времен года, дня и ночи и жиз­ненных процессов — все это стало налагать свои отпечатки и требовать новых форм равновесия и новых условий устойчи­вости. В глубинах земли — спокойствие, спокойный ход простран­ственного распределения кристаллов; а на поверхности — бур­ное царство изменчивых, противоречивых влияний, борьба сил, смена температур и господство процессов уничтожения. Здесь вместо наших точных кристаллических построек приобретают преобладающее значение их обломки как новая динамическая система. Эти обломки мы называем коллоидами.

Возникает противоречие между миром порядка в глубинах и хаотическим миром студнеобразных коллоидов на поверхности. В быстро меняющейся обстановке окружающей нас при­роды химические реакции не могут идти так спокойно и плано­мерно, как в глубинах. Только что начатая постройка кристалла вдруг распадается, заменяется новой. Иногда обломки кристал­лов сливаются вместе, и из этих крупных частиц, построенных иногда из сотен и тысяч атомов, вырастает новая форма веще­ства, неустойчивая система коллоида, того студня и клея, который мы так хорошо знаем в органическом мире.

Но не только эта шла разрушения характеризует систему минералов земной поверхности, в ней заложены громадные ак­тивные силы, в ней содержится большая энергия, чем в мерт­вой, устойчивой системе кристаллов. В окружающих нас глинах, различного рода бурых желез­ных, марганцевых потеках, во всем многообразии различных атомных сочетаний железа, алюминия, марганца, в шарах и стяжениях фосфорных соединений — всюду вступают в дей­ствие новые силы, вызванные соприкосновением различных сред между собой, всюду проявляются эти новые силы хаоса, где наравне с гибелью идет постройка, где возникают новые закономерности, которые определяют природу почв, облегчая странствования отдельных металлов, вызывая их взаимный об­мен в почвенном покрове.

Так постепенно подходим мы к последнему этапу истории атома — к процессам жизни. Коллоид уже подготовил почву для создания новой системы: в нем, в этом сложном сцеплении целеустремленных молекул, с заложенными в них громадными поверхностными силами, создаются зародыши нового вещества. Это живая клетка. Здесь, в своеобразной и гибкой постройке, где атомы то свя­заны, то свободны, родилась жизнь, как естественное развитие, как логическое завершение все усложнявшейся системы ато­мов. Эта жизнь, проходя по сложным путям эволюции, лишь продолжала те картины, которые мы нарисовали выше. Подчи­няясь новой форме группировки, она начала усложнять атом­ную постройку и сделалась господствующим явлением на зем­ной поверхности, начиная с мельчайшего одноклеточного организма и кончая человеком.

Мы ничего не можем вычеркнуть из окружающей нас обста­новки. Жизнь вместе с мертвой природой, воздухом и водой слилась в единое целое, создала окружающие нас многочисленные географические ландшафты. Это высшая форма си­стемы атомов, сложившаяся в результате законов эволюции и развития организма. Появился мыслящий человек, сумевший познать те могущественные законы, которые заложены в ос­нову этой новой, еще более неустойчивой, но и еще более мо­гучей, активной системы.

Так по истории странствования атома мы видим, как посте­пенно усложнялась его судьба. Вначале это был электрически заряженный свободный протон, далее образовались ядра атомов.

Потом началось усложнение, и, по мере перехода к более холодной системе космоса, к атому вернулась его электронная оболочка. Постепенно в закономерной и жесткой геометриче­ской форме сливались эти атомы в то, что мы назвали хими­ческим соединением.

Кристалл был формой выражения этих законов, формой наибольшего порядка, наибольшей гармонии, наименьших за­пасов энергии и потому наиболее мертвой формой вещества, лишенной свободной силы. Но тут же началось осложнение, родилась коллоидальная система атомов, молекул. Создалась живая клетка; сложные молекулы стали строить­ся из сотен и тысяч отдельных атомов; и как высшая форма еще не разгаданной химической системы появились белковые вещества, создавшие все многообразие, всю сложность и зага­дочность окружающего нас органического мира.

Но в истории нашей природы атом всегда мечется в поисках новых форм. Мы не можем еще сказать, нет ли новых, других форм равновесия, более устойчивых, чем кристалл, или более активно заряженных энергией, чем живое вещество. Все наши представления об окружающей нас природе наталкиваются на недостаточность наших знаний новых путей атома, и ни кто не решится сказать, что мы уже постигли все пути его странство­ваний и что человек уже овладел теми могучими силами, кото­рые он мог бы развязать в атомном клубке.

Print Friendly

Это интересно: