Текст книги "Занимательная минералогия"

Вода и ее история

Казалось бы, что нового и интересного можно узнать об этом важном минерале Земли?

Мы слишком привыкли к воде в нашем повседневном обиходе, слишком обычны для нас дождь, течения рек, гладь озер и морей. Мы даже не задаем себе вопроса: всегда ли это было так и не было ли периодов в истории нашей планеты, когда эта вода далеко не имела того значения, какое имеет сейчас?

Не только в обыденном представлении человека, но и в истории развития научной мысли мы сплошь и рядом встречаемся с тем, что самые обычные явления природы не привлекают достаточно нашего внимания. Так, нужен был пытливый взгляд знаменитого физика Ньютона, чтобы многие тысячелетия падающее на землю яблоко однажды все же возбудило вопрос о сущности самых «простых» явлений тяготения.

Более ста лет тому назад, в первые годы Французской революции, Лавуазье развивал свои идеи о воде и тепле. Ломались старые, установившиеся взгляды – новые, глубоко «еретические» идеи раскрывали природу воды: именно тогда установили, что она состоит из двух летучих газов.

Вместо привычных картин потоков, ручьев, подвижных масс этого жидкого тела Земли, Лавуазье рисовал фантастические картины того состояния, в которое перешла бы Земля, если бы понизилась температура. Холод планеты Юпитера охватил бы поверхность Земли, а вода и некоторые газы застыли бы в твердые тела. Разве не новый мир создался бы в этой обстановке? Разве среди гор и скал льда мы узнали бы нашу подвижную и животворящую воду? Так Лавуазье представлял себе значение воды в строении Земли и в жизни природы. Падала резкая грань между мертвым гранитом и жидкой водой – этим нервом природы. Оценить это значение воды можно только в той безжизненной обстановке, которая царит там, где отсутствует вода. Да ведь и в жизни человека воду оценивают, подобно здоровью, лишь когда ощущают в ней недостаток…

Но на этом я не буду останавливаться сейчас; этим вопросам посвящены целые тома, и новые тома будут им посвящаться и впредь. Я хочу рассказать в этих строках, откуда взялась вода, каковы те законы, которые определяют ее существование, и каково ее будущее. Еще в туманных теориях древних поднимались эти вопросы о происхождении и судьбах воды, и сейчас поднимаются они, правда, в несколько измененном виде, в лабораториях ученых. В наследство от седой старины нашей науке досталось много загадок природы, и лишь несмелыми попытками подходит наука сейчас к их разрешению. Но в науке, как и в жизни, многие идеи долго остаются неизменными, и исторически сложившиеся взгляды нередко держатся лишь в силу привычки.

С пустыни началась древнейшая история осадков Земли.

«…Океан еще не владел Землей или успел сделать в ней лишь небольшие местные завоевания. Суша, неравномерно нагретая, с многочисленными вулканами и горячими источниками, владела почти нераздельно поверхностью планеты. Это и была древнейшая в мире пустыня. Первобытные бури потрясали атмосферу Земли могучими страшными концертами. По временам разражавшиеся ливни выметали из диких скалистых горных долин в необозримые безжизненные и голые равнины разнообразные продукты дробления… Солнце льет свой жар в тех местах, где холодные верхи гор не сгущают паров в тучи. Море еще не родилось или только еще рождалось в наиболее глубоких впадинах юной планеты. Снизу, еще близко к поверхности, недавно заключенный в каменную оболочку отрывок солнечной массы – раскаленная магма Земли. Местами она льется по земле могучими потоками, доставляя свежий каменный материал для грядущих процессов разрушения, или выбрасывает из глубин новые массы паров – созидателей будущего моря».

Так рисовались в красивых обобщениях московского профессора А. П. Павлова (1910) условия отдаленного прошлого нашей планеты, предшествовавшей появлению воды на Земле. Тяжелая атмосфера паров и газов окружала еще раскаленную Землю, и при температурах выше 350 °C не могло еще существовать Мирового океана. Но медленно и постепенно остывал земной шар, охлаждалась атмосфера. Горячие струи воды стали собираться на раскаленной пустыне, осаждаясь из паров и вновь превращаясь в них. Так из охлажденной оболочки газов собралось первое море, и в него стали вливаться испарения застывающих магм и охлажденные облака паров из жерл вулканов. И с тех пор в молодой океан стала собираться «девственная», или ювенильная, вода, впервые на Земле рождающаяся вода. Эти воды питают многие минеральные источники, в которых больные ищут восстановления сил. Кто скажет, сколько этих вод родилось со времени архейской эры, и кто станет утверждать, что первобытная атмосфера Земли заключала в себе все воды нынешних океанов?

Постепенно стал расти и расстилаться океан. Сложные геологические явления изменили его состав, его очертания и его массу. Как результат всей прошлой истории Земли лежат перед нами необозримые пространства вод, и задача ученого – расшифровать их загадку.

Еще в 1715 году ученый Галлей поднял вопрос, почему море соленое; он пытался дать ответ, совершенно правильно стремясь найти его в прошлой судьбе воды. Ведь за долгую историю своего возникновения на поверхности Земли вода океанов успела произвести огромную химическую работу. Много раз совершала она свой постоянный круговорот на поверхности Земли, вымывая все то, что легко растворяется, сортируя по удельному весу, накапливая труднорастворимые, устойчивые соединения на дне своих бассейнов. Сложная жизнь организмов вновь извлекла часть этих соединений, не трогая других, и, таким образом, в течение всего геологического прошлого в массе поверхностных вод скопились колоссальные количества различных солей. Этот процесс обогащения солями продолжается и в настоящее время, и миллионы тонн растворимых веществ приносят с собой ежегодно реки. Американский ученый Кларк подсчитал, что каждый год реки вливают в моря 1735 миллионов тонн растворенных солей. Пользуясь этой цифрой, Джоли попытался определить тот период времени, в течение которого мог образоваться наблюдаемый ныне состав океанов. Так как общее количество хлористого натрия в морской воде равняется 33 тысячам биллионов тонн, а ежегодно приносится около 110 миллионов тонн этой соли, то нетрудно, разделив первое число на последнее, получить возраст океана.

С первого момента своего возникновения до настоящих дней вода земной поверхности стала принимать участие в двух круговоротах. С поверхности озер, морей и океанов она поднимается в виде паров, увлекая за собой брызги морских волн и заключенные в них соли. Более 360 тысяч кубических километров воды собирается таким образом ежегодно в тучи и облака, и ветер разносит их по земной поверхности, орошая землю, рассеивая частицы хлористых солей, столь необходимых для растительной жизни. Так совершался и совершается внешний круговорот воды, вызывая к жизни органический мир, обусловливая смену климата и плодородие почвы.

Но часть воды неизбежно уходит обратно в землю. Сложны пути, которые использует вода для этого, и до настоящего момента нет еще исчерпывающих исследований, которые вполне объяснили бы ход поглощения воды землей. Много различных теорий пытались объяснить эти явления, начиная с идей древнегреческих философов Платона и Аристотеля, считавших, что воды Земли уходят в глубины через сказочную пропасть Тартар, и кончая современными представлениями, основанными на законах молекулярной физики.

С первого момента своего появления на поверхности Земли вплоть до настоящих дней вода делала огромное дело. Странствуя сложными путями в глубинах Земли, поверхностные воды выполняли огромную химическую задачу: разрушали породы и минералы, растворяли соли, перекристаллизовывали осадки. Вся химическая жизнь земной поверхности протекала в среде водных растворов, и многообразны были пути, которыми вода изменяла не только лик Земли, но и ее состав. В парах атмосферы она удерживала тепловые лучи солнца и вместе с воздухом и угольной кислотой обусловливала сравнительно высокую среднюю температуру земной поверхности (16 °C). Неустанно собирала она энергию солнца и, скопляясь на вершинах гор, давала начало могучей разрушительной силе.

С первыми каплями воды на Земле сделалась возможной органическая жизнь, в сложной цепи эволюции развивалась эта жизнь в прошлом нашей планеты, и только вода обусловливала возможность появления и развития жизни.

В организмах вода составляет существеннейшую часть, накапливаясь в теле некоторых медуз в количествах до девяноста девяти процентов, а в теле человека – в среднем до пятидесяти девяти процентов.

Так представляется нам прошлое воды, и с ним тесно сплетаются и ее настоящее и ее будущее.

Глава VI
Камень на службе человека

Камни и человек

Всего живет на нашей Земле около 4 миллиардов людей. Из некогда дикого полузверя человек ныне превратился в победителя природы, который постепенно научился подчинять себе все силы природы и ими управлять.

И люди, создавая города, фабрики и заводы, строя дороги и прорывая туннели, совершают огромную работу; и камень, и вся мертвая природа в целом совершенно необходимы для их хозяйства.

Мы знаем, что крестьянин в старой России каждый год перепахивал свое поле простой сохой или плугом и поднимал землю. А сколько всего этим путем в год переворачивается земли? Если подсчитать, то получится такой куб, каждая сторона которого равна пятнадцати километрам, то есть около трех тысяч кубических километров. Мы поймем значение этих цифр, если вспомним, что все реки Земли ежегодно уносят в море в растворенном или взмученном состоянии всего только два-три кубических километра различных веществ.

Сколько других веществ добывает человек ежегодно из Земли? Попробуем подсчитать хотя бы приблизительно:

Угля. . . . . . . . . . . . . . . . 3000 миллионов тонн

Железа. . . . . . . . . . . . . 400–450 миллионов тонн

Алюминия, цветных

и редких металлов. . . . . . . . . 35–40 миллионов тонн

Солей. . . . . . . . . . . . . . . . 100 миллионов тонн

Известняка и других каменных

строительных материалов. . . . . . 5000 миллионов тонн

Всего человек добывает около двух миллиардов тонн разных веществ.

Чтобы понять значение этих чисел, вспомним, что хороший товарный поезд с пятьюдесятью – шестьюдесятью вагонами везет в среднем около одной тысячи тонн. Значит, понадобится ежегодно около двадцати миллионов поездов, чтобы перевезти те громадные количества руд, металлов, камней, угля, соли, которые ежегодно извлекаются из глубин.

А если мы подсчитаем, сколько человечество вообще за свою историю извлекло камня из глубин, то получатся огромные цифры. Достаточно отметить, что одной нефти было добыто за последние пятьдесят лет такое количество, которое могло бы образовать озеро окружностью в сто километров, а глубиной в пять метров. Одна Англия за всю свою историю извлекла из своих глубин свыше сорока кубических километров разных минералов и пород. Одни дома Англии весят несколько миллиардов тонн. Только в одном Севастополе было добыто в подземных каменоломнях так много известняка, что сейчас в них устроены прекрасные сухие подвалы для сорока тысяч тонн вина и шампанского.

Человек истребил за свою историю более семидесяти миллиардов тонн угля, добыл пять с лишним миллиардов тонн железа, около ста пятидесяти миллионов тонн меди, свинца и цинка, и даже золота он извлек около ста тысяч тонн, а серебра – в десять раз больше, чем золота. Попытайтесь теперь подсчитать, сколько стоит вся эта огромная добыча, если принять во внимание стоимость тонны добываемого каменного угля; тонны выплавляемого из железных руд чугуна или стали; алюминия и цветных металлов, получаемых путем сложной переработки первичного сырья; стоимость одного грамма золота, платины, серебра, одного карата алмазов и прочее. Мы получим цифру в несколько триллионов золотых рублей. Если мы примем еще во внимание, что одних алмазов добыто было человечеством за всю его историю приблизительно на десять миллиардов рублей, то не будет ошибкой считать, что человечество за долгий срок своей работы извлекло из недр Земли богатство, ценность которого намного превышает один триллион рублей золотом, или одну тысячу миллиардов!

Но что же делается с камнем, добытым человеком?

Оказывается, камень, несмотря на всю свою твердость и прочность, не вечен в руках человека; он постепенно исчезает и распыляется по всему свету. Даже золото в золотых монетах и изделиях настолько истирается в руках человека, что ежегодно запасы этого металла во всех банках всего мира уменьшаются на восемьсот килограммов, то есть почти пятьдесят пудов превращаются в мельчайшую пыль. Уголь безвозвратно сжигается в печах и топках фабрик и заводов. Железо, несмотря на все старание сохранить его – покрасить или покрыть оловом или цинком, – покрывается ржавчиной, истирается, окисляется и исчезает из обихода человечества. Человек съедает соль или превращает ее в другие продукты химической промышленности. Камень мостовых и дорог превращается в тончайшую пыль, – все исчезает, и снова человеку надо добывать новые камни.

С каждым годом число добываемых из недр полезных ископаемых увеличивается. Производство некоторых металлов, таких как алюминий, хром, молибден, вольфрам, увеличилось за столетие почти в тысячу раз; добыча и обработка железа, угля, марганца, никеля, меди выросла в пятьдесят – шестьдесят – сто раз. Все новые и новые вещества природы втягиваются в круг деятельности человека. То, что вчера казалось ненужным и бесполезным, сейчас делается очень ценным. Самые распространенные в земной коре известняки и глины начинают входить в хозяйство, и чем больше и глубже изучает человек недра, камни и минералы, тем больше ценных свойств удается ему в них отыскать.

Только минералогия позволяет нам произвести эту работу, и только благодаря ей все больше и больше человек завладевает недрами Земли и подчиняет ископаемые богатства своей воле, заставляя даже кажущиеся бесполезными камни служить человечеству.

Месторождения полезных ископаемых истощаются с каждым годом. Ведь камень не растет вновь, как растение, и раз использованный камень больше не рождается на наших глазах. Подсчеты геологов и минералогов показывают, что угля на всей Земле хватит, при современной добыче, лет на семьдесят пять, железа – на шестьдесят. Человечество останется без природных богатств, если будет по-прежнему расхищать природу. Надо охранять ее и ее богатства, надо уметь извлекать целиком металлы и соли, надо научиться из каждого камня извлекать возможно больше пользы и не распылять его бесцельно по поверхности Земли.

Мы, дети века железа и угля, входим в новый век – глины, известняка, энергии атома, солнца и ветра. Наше будущее – в легких металлах природы; в укрощенной человеком гигантской энергии атома, питающей мощные электростанции, двигающей океанские лайнеры, космические корабли и планетоходы; в ярком и теплом солнечном луче; наше будущее и в безбрежном просторе песчаных дюн южных пустынь и глинистых отложений нашего Севера.

История извести

Одним из распространеннейших минералов Земли, или, вернее, наружной части земной коры, является углекислая известь, кальцит или известковый шпат в минералогии. Это то соединение, которое образует горы известняков и мраморов, в огромном количестве входит в состав почв и мергелей, растворено в речных водах и морской воде. Из него человек строит свои дома, обжигает его для известки, смешивает его с другими веществами в цемент, выстилает им тротуары городов. Может быть, только с глиной мог бы поспорить известняк в его громадной службе человечеству. Около двух сотых кубического километра, весом в пятьдесят миллионов тонн, добывается ежегодно этого минерала, и около четырех миллионов вагонов – приблизительно восемьдесят тысяч большегрузных железнодорожных составов – ежегодно заняты перевозкой известняка – важнейшего продукта горной деятельности человека.

История известняка, однако, оказывается очень сложной и длинной. Многие ученые занимались ее разгадкой, но это еще далеко не выяснено полностью.

Каждый год реки несут в моря и океаны в виде мельчайших частиц или мути громадные количества углекислого кальция; подсчитано, что каждые пятнадцать тысяч лет реки приносят столько этого вещества, сколько сейчас имеется во всех морях и океанах. Так куда же исчезает углекислый кальций морей?

Сейчас мы довольно хорошо знаем, что его поглощают и отлагают животные, населяющие моря, превращая в свои скелеты и панцири. Крохотные кораллы в тропических морях создают гигантские постройки, ежегодно поднимая их в среднем на один сантиметр, выращивая в сотни тысяч лет громадные рифы и острова.

Но не только кораллы извлекают углекислый кальций для построения своего жизненного остова; крохотные животные – корненожки, видимые только при больших увеличениях в микроскоп, – производят не меньшую работу. На миллионах квадратных километров дна больших океанов они накапливают мощные слои белых мелкозернистых осадков: мела или известняка. Эти крошечные строители жизни – самые мощные деятели в природе. Громадные здания Москвы, дома Парижа или Вены, острые пики Альп, высоты Крымских гор, живописные Жигули на Волге или самые высокие вершины величайшей горы Эвереста – все это в своей основе построено микроскопическими животными.

Так рисуется нам первая страница в истории извести: медленно падают на дно морей и океанов скелеты, раковины, панцири морских животных. На дне образуется илистая масса этих бесформенных частичек, смешанная с остатками жизнедеятельности и продуктами гниения отмерших организмов. И здесь, в глубинах, постепенно, путем особых химических и физических процессов, которые мы называем диагенезом, из этой полужидкой массы образуется горная порода, – и слой за слоем растут здесь, на дне, отложения известняков, мергелей и других известковых пород.

Вторая страница в истории извести закончена – возникла известковая горная порода. Начинается третья: глубины морей медленно поднимаются на поверхность, воды отходят, и на месте морей и океанов вырастают мощные горные цепи; подводные слои известняков образуют вершины горных хребтов; обламываются, изгибаются и вздымаются одни слои, опускаются другие… Могучие силы земли рождают во всей красоте Крым или Кавказскую Ривьеру.

Но к этой третьей странице в истории извести очень скоро присоединяется и следующая: дождь и мороз, ключи и ручьи начинают свою работу. Растворяя углекислую известь, они вызывают к жизни изумительные явления в громадных масштабах.

Вот бурная река прорезает горные хребты известняков, прорывая узкое ущелье со стенками в несколько сот метров высоты. По узкому карнизу над бурной рекой вьется тропа, перебрасываясь с берега на берег и на каждом шагу готовя опасность путнику или каравану.

Вот изъеденные поля известняков с огромными воронками и уходящими в глубины трубками. На глубину в несколько сот метров въедаются воды земной поверхности, и сложный, труднопроходимый лабиринт образуется в карстовых областях Адриатики или Крыма. Медленно, капля за каплей, растворяется известняк в этих глубинах, и сказочной красоты пещеры украшаются пестрым узором и роскошной архитектурой отложений углекислого кальция…

Эти страницы истории извести показывают ее странствование, или, как мы говорим в минералогии, миграцию углекислого кальция. Воды растворяют известь в одном месте, чтобы отложить в другом; мощные сталактитовые колонны в пещерах сменяются углекислыми корками вокруг растений в озерах, тонкие трубки пещер заменяются нежным, мягким известковым туфом, обволакивающим растения и водоросли в источниках на поверхности. Часть растворенной извести уходит опять в реки и с водами вновь вливается в моря и океаны, другая проходит через сложную историю превращения, чтобы тоже в конце концов влиться в воды океанов. Так замыкается круг в истории извести. В него насильственно вторгается человек, вырывает из круговорота извести один маленький кусочек, строит из него дома, мосты, города; но как ничтожно мал человек – этот кажущийся повелитель природы – перед микроскопической корненожкой, строящей своей жизненной энергией целые горы, перед которыми бледнеют величайшие небоскребы Нью-Йорка и кажутся ничтожными самые громадные сооружения человеческой техники – начиная с пирамиды Хеопса, сложенной из двух с лишним миллионов глыб известняка весом в пять миллионов тонн, и кончая ажурным Миланским собором из белоснежного мрамора.