Текст книги "Занимательная минералогия"

О цвете камня

Если вы пойдете в большой Минералогический музей или будете разглядывать витрину драгоценностей в Эрмитаже или Оружейной палате, то невольно вас поразят яркость и разнообразие окраски камня. Во всей природе нет более чистых сверкающих тонов, чем кроваво-красные рубины, лазорево-синие лазуриты и азуриты, ярко-желтые топазы и зеленые изумруды или везувианы.

Но еще поразительнее разнообразная раскраска одного и того же камня. Вот, например, берилл со всеми своими разновидностями: темно-зеленоватые до глубоко сине-зеленых аквамарины, золотисто-желтые бериллы, вишнево-розовый сверкающий воробьевит, густо-зеленый изумруд и совершенно чистые, бесцветные, как вода, камни все того же берилла.

Еще замечательнее турмалин. Один конец его длинного кристалла может быть окрашен иначе, чем другой. Если разрезать его вдоль, то он окажется послойно окрашенным в самые разнообразные цвета: розовые, зеленые, голубые, бурые и черные. Но окраска камней бывает изменчивой и по другим причинам; некоторые минералы меняют свою окраску, если смотреть сквозь них в разных направлениях. Целый ряд драгоценных камней обладает этим свойством, как говорят минералоги – плеохроизмом. Если посмотреть через такой минерал, вращая его в руках, то цвета будут меняться. В одних положениях это будут синие, зеленые и серовато-бурые тона, в других – густо-синие или светло-розовые и так далее. Впрочем, иногда дело обстоит сложнее: есть топазы, которые с одного бока кажутся голубыми, а с другого – винно-желтыми. При этом цвет всего камня не меняется, но окраска так распределена, что нам кажется, будто цвет камня изменился. Иногда окраска в камнях может быть распределена неправильно; мы можем в этом убедиться, если возьмем, например, уральский аметист, красивый фиолетовый камень, и положим его в стакан воды: окраска сразу соберется в одно место, а весь камень будет казаться бесцветным.

Наконец, некоторые минералы обладают своеобразным свойством менять свой цвет при вечернем освещении. Особенно замечателен драгоценный камень александрит, который встречается почти исключительно на Урале, в знаменитых Изумрудных копях. Днем он темно-зеленый, но при свете электричества, лампы или простой спички он загорается темно-малиновым цветом, а в лучах солнца кажется нежно-фиолетовым с синевато-зеленым отливом.

Таких минералов мы знаем немного. Неудивительно, что об александрите рассказывают немало легенд. У Лескова можно прочесть: «И было у александрита утро зеленое, а вечер – красный».

Окраска камня иногда настолько замечательна, что еще в древности высоко ценили яркий драгоценный камень, называли его цветком земли и приписывали ему особенную силу и влияние на человека. Часто на камнях вырезали надписи и изображения. Одни носили камень на руке в перстне, другие украшали им свои дома. Камню, ярко окрашенному самоцвету, приписывали священные свойства талисмана, связывали камень со звездами и даже судьбу человека ставили в зависимость от цвета камня.

Сейчас, конечно, цвет камня нас интересует совершенно с другой стороны. Мы ценим его за красоту, связанную с игрой и блеском; ценим его как красивый материал для разных изделий, облицовки зданий, мелких безделушек. Но вместе с тем ищем и ответа на то, отчего происходит окраска камня и почему она столь изменчива.

Надо сказать, что в этом направлении было предпринято довольно много научных работ, и выяснилось, что окраска камня представляет одну из интереснейших, но вместе с тем и труднейших задач современной минералогии. Окраска минерала нередко зависит от ничтожнейших следов примесей какого-либо вещества, и даже самые тонкие методы анализа не могут определить этих количеств. Так, до сих пор мы не знаем точно, от чего зависит, например, фиолетовая окраска аметиста или красивый дымчатый цвет золотистого топаза. Правда, за последнее время в отдельных случаях удалось разгадать тайну цвета. Так, мы знаем, что красный цвет рубина и зеленый цвет изумруда зависят от примеси металла хрома, цвет бирюзы – от меди, а красного агата – от железа. Но очень часто загадка окраски остается неразгаданной. Возможно, что иногда цвет камня совсем не зависит от примесей, а является результатом очень глубоких законов строения самого камня, распределения в нем отдельных атомов и молекул. Такая окраска связана с внутренней структурой камня; таков, например, синий цвет лазурита или желто-зеленый цвет уральского драгоценного камня – демантоида.[21]21
  В настоящее время путем точного спектрофотометрического анализа природа окраски большинства «цветных» минералов выяснена. Для многих искусственно выращенных минералов не только воспроизведена вся гамма естественных окрасок, но получены и такие цветовые разновидности, какие пока еще не обнаружены в природе. – Примеч. ред.


[Закрыть]

Однако не надо думать, что цвет камня всегда есть что-то постоянное и неизменяемое. Оказывается, что цвет иногда меняется не только сам по себе, когда камень блекнет, подобно засыхающему цветку. Нет, цвет камня можно изменить и искусственно. Еще в старых индийских сказаниях говорилось о том, что камень ярок и прекрасен лишь в первое время после того, как его извлекли из земли, но потом он тускнеет, и его окраска, особенно под влиянием лучей солнца, бледнеет. У нас на Урале, у горщиков-крестьян, добывавших из твердых пород самоцветы, сложилось поверье, что для того, чтобы сохранить природную яркость камня, надо его держать целый год в мокром месте, лучше всего в погребе. Раньше над этими фантазиями много смеялись, но оказалось, что в них есть доля правды: самоцветы на свету часто блекнут, изумруды и топазы светлеют, а винно-желтый фенакит иногда в течение только одного месяца делается бесцветным и чистым, как вода.

Но еще замечательнее тот минерал, который до сих пор найден только в Индии, Канаде и у нас на Кольском полуострове, в знаменитых Ловозерских тундрах. Когда вы его ломаете на месте молотком, то видите сначала красивый вишнево-малиновый камень, но это только на один момент: не проходит и десяти – двадцати секунд, как камень на ваших глазах теряет всю свою красоту и делается серым, однообразным и скучным. Что при этом происходит в минерале, мы не знаем, но любопытно, что если подержать этот минерал в темном месте, то через несколько месяцев к нему опять на секунды возвращается его красивая окраска. Имя ему гакманит – в честь Гакмана, одного из первых исследователей кольских тундр.

Все эти факты, конечно, не могли не обратить на себя внимание человека, и уже давно, еще в древности, стали окрашивать камни или особыми приемами изменять их цвет.

Вероятно, прежде всего возможность искусственной окраски была испытана на агате или красном малопрозрачном сердолике. Сердолик нередко бывает грязно-бурого тона, но после прокаливания в огне приобретает красивый красный цвет. Это его свойство использовали греки и римляне еще две тысячи лет тому назад. Уже тогда они умели окрашивать камни в разные цвета, вываривая их несколько недель в разных растворах. Так, обычно агаты варили несколько недель в котле с медом, потом мыли чистой водой и снова варили несколько часов в серной кислоте; от этого получались красивые черные с полосами камни – ониксы. В последние годы теми же приемами стали получать зеленые, красные, синие и желтые полосатые агаты. Сейчас эти способы вошли в обиход, и изделий из неокрашенного природного камня почти нет, его раскраску всегда усиливают разными приемами.

Несколько иначе изменяют окраску дымчатых топазов. На Урале местные крестьяне издавна научились придавать им золотистый оттенок, запекая камень в хлебе. Природные кристаллы минерала кладут в тесто, которое ставят в обычную русскую печь. Камень равномерно нагревается со всех сторон и постепенно меняет свой цвет. Так же запекают аметисты, превращая их в темные золотистые камни.

Теперь ученые научились более совершенными способами изменять цвета камня: они действуют на него лучами радия или особыми ультрафиолетовыми лучами кварцевой лампы. Оказывается, что эти лучи могут сильно изменять цвет, придавая камню красивый оттенок. Голубой сапфир делается желтым, розовый топаз – оранжевым, золотистым, а нежно-фиолетовый кунцит – ярко-зеленым. За последние годы много было предпринято работ в этом направлении, и мы можем надеяться, что скоро научимся не только улучшать цвет драгоценных камней, но и вызывать совершенно новую их окраску.

Жидкие и летучие камни

Что-то несообразное заключается в самом названии нашего очерка: «жидкий камень»; ведь мы не без оснований представляем себе камень чем-то твердым. Между тем это так: есть камни жидкие, и есть камни газообразные. Дело, конечно, только в самом слове или термине: камнем, или минералом, мы называем все тела, химические соединения, лишенные жизни и образующиеся в земле без содействия человека. Камнем, минералом или горной породой для нас являются и твердый гранит, и железная руда, и соль в наших озерах, и песчинки в почве, и вся остальная неорганическая природа, независимо от того, является ли она жидкой, твердой или газообразной. Физика нас учит, что, в сущности, деление природы на эти три состояния условно и зависит от окружающей температуры: если бы на поверхности Земли господствовала температура иная, чем сейчас, то, пожалуй, совершенно иначе шло бы развитие природы. Если бы градусов на двадцать мы понизили среднюю температуру земной поверхности, то вода превратилась бы в нормальную твердую горную породу – лед, и, может быть, только нефть да густые соляные растворы являлись бы жидкостью, а при еще более низких температурах и соответственных давлениях на Земле текла бы жидкая угольная кислота. Если бы температура Земли повысилась градусов на сто, мы жили бы в густых парах воды; не было бы даже твердой серы – ее мы называли бы жидким минералом.

Все относительно, и потому давайте поговорим о том, какие же жидкие и летучие камни мы сейчас знаем в природе.

Вода, нефть и ртуть – главные жидкие минералы. Вода – столь важный жидкий минерал, и столько с ним связано диковинного, что о нем мы будем говорить особо. Нефть мы знаем по ее огромному значению в промышленности и знаем, что ее добывают из глубины Земли, врезаясь туда буровыми инструментами.

Меньше мы слышали о самородной жидкой ртути – живом серебре, капельки которой мы иногда встречаем в различных месторождениях. В нашем музее вы можете увидеть образцы белого известняка или черной углистой породы, а в них – блестящие капельки жидкого металла.

Интересно вам рассказать, что кроме ртути есть еще другой, более диковинный металл – галлий. Он выглядит как настоящий твердый металл, но в руке на ладони начинает плавиться: тепла руки достаточно для того, чтобы превратить его в сверкающую жидкость. Но в природе в таком чистом виде галлий не встречается.

Еще меньше, пожалуй, вы слышали о газообразных минералах. Между тем в атмосфере, которая нас окружает, кислород и азот являются как раз такими газовыми минералами. Кроме того, газы в огромном количестве содержатся и в водах, и в твердых породах.

В каждом куске кристаллической породы, в каждом обломке наших мостовых имеется огромное количество газов. Один кубический километр твердого гранита заключает до 26 миллионов кубических метров воды, до 5 миллионов кубических метров водорода и до 10 миллионов кубических метров угольной кислоты, азота, метана и других газообразных и летучих веществ. Такими огромными количествами газов проникнута земная кора. Как магма глубин, так и всякая твердая порода прочно удерживает в себе эти газы. Но при известной температуре, так называемой температуре взрыва, они стремительно выделяются, дробя кусок породы в мельчайшие осколки. С этими взрывами связывают исследователи происхождение вулканической деятельности – так колоссальны количества различных газообразных продуктов, которые вулканы выбрасывают в земную атмосферу. Многие из них уже давно замерли, еще до появления человека на Земле, а между тем еще сейчас на месте старых жерл и в образовавшихся в них озерах поднимаются пузырьки угольной кислоты – последние отголоски некогда могучей вулканической деятельности.

Иногда – это угольная кислота, которая, насыщая воды, образует вкусные и полезные минеральные воды – нарзаны; иногда – в газах преобладают горючие составные части, которые представляют прекрасное топливо.

В Соединенных Штатах Америки такие струи перехватывают, и в настоящее время используется более двадцати тысяч отдельных выходов.

В СССР, на Кавказе и в Нижневолжском крае, много могучих выходов газовых струй – ими наша техника пользуется как прекрасным топливом.[22]22
  Природные газы, особенно из вскрытых буровыми скважинами газовых скоплений в толщах осадочных горных пород, сейчас широко используются в промышленности, энергетике и коммунально-бытовом хозяйстве. Газ – ценнейшее химическое сырье, из которого современная химическая промышленность получает такие важные продукты, как синтетический каучук, синтетическое волокно, пластмассы и многое другое. – Примеч. ред.


[Закрыть]

Редкие, «благородные» газы – неон, аргон и криптон – в огромном количестве незаметными струями и отдельными атомами вливаются в атмосферу. На каждом шагу медленно распадается радиоактивное вещество, выделяется легкий газ гелий, то накапливаясь многими миллионами лет внутри минералов, то свободно вливаясь в атмосферу и мировое пространство. В качестве временных гостей образуются тяжелые газы – эманации радия и тория. Быстро проходят они свой жизненный цикл и вновь застывают в виде тяжелых и малоподвижных атомов твердого вещества.

В недосягаемых глубинах Земли кипят магмы. В них не только скована энергия Вселенной со времен космического прошлого – в них скованы с того же времени огромные массы воды и летучих элементов. Медленно, в долгие геологические эпохи, внутреннее ядро освобождалось от этой энергии и этих запасов газа, пронизывая ими твердую оболочку, пробивая для них дорогу к свету, к атмосфере.

Но это выделение газов сопровождается тем, что Земля теряет эти вещества. Легкие атомы в своих быстрых движениях преодолевают силы земного тяготения и из земной атмосферы, из власти Земли улетают обратно в почти неведомый нам мир межзвездных пространств.

Такова история некоторых подвижных минералов Земли.

Твердый и мягкий камень

Все ли камни одинаково тверды? Все ли камни можно разбить молотком или некоторые из них можно резать и ножницами? В жизни нам кажется, что камни все более или менее одинаково тверды, но на деле это не так. Я думаю, что в этом каждый может легко убедиться, если возьмет кусочек известняка и кварца, – последний будет много тверже известняка, будет его царапать и может даже его перерезать.

Действительно, оказывается, камни бывают различной твердости. Самый мягкий – тальк – такой мягкий, что его легко поцарапать ногтем; из него делают очень мягкую пудру для лица. Полная ему противоположность – алмаз, он тверже всех остальных минералов. Сохранилось предание, что в Древнем Риме императоры так верили в твердость алмаза, что обещали даровать свободу тем рабам, которым удалось бы разбить молотком на наковальне кристалл алмаза. Не советуем, однако, повторять этот опыт, так как мы убедимся, что достаточно первого удара даже не молотка, а молоточка, чтобы алмаз разлетелся на мелкие куски.

А все-таки нет камня тверже и крепче алмаза: недаром им режут стекло, гравируют тонкие надписи на металле и камне, насаживают его на железные коронки буров и просверливают им целые горы при постройке туннелей!

Оказывается, что твердость и хрупкость камня не одно и то же: алмаз хрупок, но тверд; другие камни, наоборот, могут быть мягкими, но, как говорят, очень вязкими и неподатливыми разлому. Достаточно вспомнить хотя бы простую пробку, которую можно резать ножом, но трудно разбить молотком.

Но есть один камень, который обладает замечательной прочностью, – это нефрит. Его нередко считают на Востоке полудрагоценным камнем, а в Китае – священным талисманом.

Его свойства были подмечены еще первобытным человеком, который, выбирая себе среди голышей, лежавших на берегу реки, наиболее прочные камни, обратил внимание на нефрит. В поисках нефрита человек, видимо, совершал длинные переходы, обменивал его на золото и самоцветы и делал из него топоры, ножи, стрелы и другие каменные изделия. Темно-зеленый нефрит довольно красив: он состоит из мельчайшего переплета нитей и волокон минерала актинолита. Благодаря этому переплету нефрит не только сохраняет значительную твердость, но и получает совершенно исключительную вязкость и прочность. И верно: самым лучшим стальным молотком трудно отбить кусочек от нефритовой скалы или обломка. Выточенное тонкое нефритовое кольцо не ломается при падении на землю или даже на камни, а если попытаться раздавить кусочек нефрита, то нужно затратить усилий на пятнадцать процентов больше тех, которые требуются, чтобы раздавить кусочек лучшей стали.

Неудивительно поэтому, что твердый камень все шире начинает применяться в технике самых разнообразных отраслей промышленности. Коромысла весов качаются на неистираемых призмочках из агата, острие быстро вращающихся осей приборов, компасов опирается на полированные ямочки в твердом халцедоне или рубине. Кожу, бумагу прокатывают валиками из твердого камня (яшмы, гранита). Своеобразны острые ножи из камня, облицовочные пластины в шаровых мельницах, шары для размалывания, изумительные по своей стойкости фильеры – пластины из алмаза (через их строго калиброванные отверстия со скоростью курьерского поезда протягиваются десятки километров тончайших нитей из вольфрама, тантала и других твердых металлов). Я не могу перечислить все многообразие применений твердого камня, который постепенно из драгоценной игрушки превращается в ценнейшую часть машины.

Определение твердости и мягкости камней – одна из интереснейших задач нашей минералогии, и мы советуем всем, кто имеет коллекцию минералов, заняться этим вопросом и поразмыслить над тем, какой минерал тверже.

Волокнистые камни

Посмотрите на рисунок. Трудно поверить, что рукавица и бечевка сплетены не из обычной пряжи. Это не растение, не искусственный шелк, капрон или нейлон, которые готовятся сейчас на заводах, не нити коконов шелковичных червей, а просто особые камни, дающие прекрасное тонкое волокно, которое можно прясть по всем правилам этого искусства. Мало того, это каменное волокно обладает одним чудодейственным свойством: оно в огне не горит (но, правда, в воде очень быстро тонет). Имя ему асбест – «несгораемый».

Рис. 9. Асбест и изделия из него

Но не думайте, пожалуйста, читатели, что вы одни поражены свойствами такого камня. Еще издревле его встречали в горах, и неудивительно, что про него рассказывали самые замечательные легенды и басни.

Плиний-старший, один из величайших натуралистов Древнего Рима, писал: «Есть камень для ткани, который растет в пустынях Индии, обитаемых змеями, где никогда не падает дождь, и потому он привык жить в жару. Из него делают погребальные рубашки, чтобы заворачивать трупы вождей при сожжении их на костре; из него делают для пирующих салфетки, которые можно раскалять на огне».

Больше чем через тысячу лет об этом веществе – асбесте – писал знаменитый путешественник по Средней Азии Марко Поло: «Находят это вещество в саламандре; будучи брошено в огонь, оно не сгорает. Но я не мог найти нигде в горах этой саламандры, которая в образе змеи должна жить в огне. Окаменелое вещество это, приносимое с гор, состоит из волокон, похожих на волокна шерсти. Оно сушится на солнце, толчется в медном сосуде и моется в воде до тех пор, пока все землистые частицы не уйдут прочь. Тогда его прядут в нити и ткут ткань. Чтобы сделать ее белою, ткань кладут а огонь и через час вынимают неизменной и отбеленной, как снег. Таким же путем чистят ее после, когда она загрязнится, и при этом ее не моют».

Как ни фантастичны эти рассказы, по-видимому, кое-где в Древнем мире уже умели пользоваться волокнами этого минерала и готовить асбестовые изделия, ткани и особенно несгораемые фитили для светилен с маслом.

К началу XVIII века асбест уже стал применяться более широко, и в это время даже начали готовить из него в Пиренеях и в Венгрии бумагу и фитили.

В 1785 году Фоксе начал производить над так называемой каменной папкой опыты, которые в свое время наделали много шума. На это открытие возлагались большие надежды. Стокгольмская академия помогла Фоксе деньгами, а шведское правительство предоставило ему право делать опыты на королевских мельницах. Опыты, произведенные в Стокгольме в особо торжественной обстановке и повторенные в Берлине, происходили так: приготовлялось легкое здание, внутри его стены обивали так называемой каменной папкой; здание это наполняли стружками и зажигали, причем папка, несгораемая сама по себе, предохраняла от горения и дерево. Применимость асбеста в огнестойком строительстве была блестяще доказана.

В это же время в Италии, в Пьемонте, началось замечательное производство: Елена Перпенти в течение нескольких лет искала способы ткать асбест и наконец добилась того, что стала получать из этого минерала тончайшие кружева. В 1806 году Общество поощрения итальянской промышленности наградило ее почетной медалью за способы тканья асбеста. Приготовленная ею асбестовая бумага оказалась годной для письма, и государственный советник Москати напечатал на ней поздравление с Новым годом вице-королю Италии. Заслуга Перпенти состояла в том, что ее изделия были приготовлены из чистого асбеста, без примеси льняных ниток, поэтому не нужно было выжигать их, и были они прочнее. Перпенти готовила ленты, кошельки, бумагу, шнурки и даже манжеты.

С тех пор прошло много лет, и добыча и обработка асбеста сделались крупнейшей отраслью мировой промышленности. Свыше двух миллионов тонн ежегодно добывается каменного волокна. Но его не хватает. С каждым годом все увеличивается его применение, и асбест во многих случаях сделался незаменимым материалом. Исключительная прочность, несгораемость, плохая теплопроводность, возможность смешивать с самыми разнообразными веществами – все это позволяет употреблять его в виде ваты и пряжи, бумаги и картона. Его применяют для изготовления больших занавесов в театрах, несгораемых, безопасных перегородок и асбестовых крыш, одежды для пожарных, тормозных лент для автомобилей.

Асбест становится излюбленным материалом в тысячах видов промышленности и хозяйства.

Я рассказал, как за пределами нашей страны люди научились добывать и обрабатывать асбест, но оказывается, что в России обработка асбеста – «горного льна» – развивалась особыми путями, и асбест приобрел значение у нас еще раньше, чем за границей.

Впервые в 1720 году около Екатеринбурга была открыта среди «других курьезных натуралий и разных антиквитетов каменная кудель» – в темной зеленой породе на берегах Пышмы. А затем и близ Невьянского пруда был найден этот замечательный минерал, который в руках легко распадался на тончайшие волокна. Эта находка сейчас же заинтересовала местных деятелей, и, совершенно независимо от успехов асбестового дела в Италии, в Невьянске стали «готовить пряжу из гибкого асбеста, а из оной полотно, колпаки, перчатки, мешочки и прочее, а также бумагу».

Академик В. М. Севергин в начале XIX века так описывает это интересное производство: «Для того колотили зрелый асбест и садящуюся муку отделяли через промывание, в коем случае оный оставался в виде тонких нитеобразных мягких охлопьев или так называемого горного льна. При прядении асбеста смешивали его с тонким льном, а после прядения, равно как и при вязании и ткании, употреблялось много масла. Когда же таковые изделия через каление освобождены были от масла и льна, то имели большую гибкость, и можно было их мыть и гладить, а от грязи очищать посредством каления. Хотя работа сия потом оставлена была, однако на Урале и поныне много есть сибиряков, умеющих приготовлять таковые вещи».

Прошло более полутораста лет, и вместо своеобразного производства XVIII века теперь на Урале, в лесистой тайге, развилась одна из богатейших отраслей советской промышленности. Там сейчас живут тысячи рабочих, вырос целый город Асбест с клубами, рабочими поселками, громадными фабриками, глубокими копями и горами отвалов породы, из которых выбрано дорогое волокно каменной кудельки.

В горах Урала запасы каменной кудельки велики, и еще много сотен лет мировая промышленность будет питаться нашим камнем, растущим не на спине саламандры – змеи, а, по странному сочетанию слов, в зеленом камне змеевике (серпентине) Уральских гор.