Текст книги "Занимательная минералогия"

Уголь черный, белый, синий, красный

В жизни мы хорошо знаем только черный уголь, тот, которым иногда топят у нас печи, который идет в кочегарки заводов, в печи и домны для выплавки металла, в топки нужных еще паровозов железных дорог.

В нем – громадный источник энергии, и вся промышленность и все хозяйство основаны главным образом на «черном алмазе», как справедливо называют иногда наш обыкновенный черный уголь. Богатство страны нередко определяется богатством угля и железа. В районах, богатых углем, создаются центры промышленности; туда со всех сторон мира притекают руды и сырье. Уголь – основной нерв государственной жизни, залог развития страны. Кто не слышал о Донбассе и Кузбассе, не только главных кочегарках Советского Союза, но и основных центрах нашей бурно растущей черной металлургии?

Но… имеется большое «но» на пути использования угля: быстро развивается техника, у человечества появляется много новых потребностей, и, чтобы удовлетворить их, приходится разрешать все новые и новые задачи.

Энергию ищет современный мир, как тысячи лет тому назад искал ее древний мир.

Но в древности человек не умел владеть силами природы и подчинял себе человека, превращая его в раба: десять рабов составляют одну лошадиную силу.

С тех пор человек ушел далеко вперед: он стал строить машины силой 300–400 тысяч человеческих сил, он создал мощные электропередачи, как бы заставив, по словам знаменитого русского физика Умова, «переносить моментально по металлической проволоке на тысячи верст миллионы рабов со всем запасом пищи, необходимым для их труда».

Сейчас человечество использует энергию природы общей суммой в десятки миллиардов человеческих сил, и человеку приходится искать все новые источники.

Откуда же мы получаем или можем получить на Земле источник силы?

Мы можем составить следующую таблицу источников энергии.

1. Живой уголь – физическая сила человека, лошади и других животных.

2. Черный уголь – природный углерод в форме черного и бурого угля, углистых сланцев и так далее.

3. Жидкий уголь – нефть, асфальт.

4. Летучий уголь – струи газов, выделяющихся из земли (углеводороды).

5. Серый уголь – торф в болотах и по краям озер.

6. Зеленый уголь – дрова, солома.

7. Белый уголь – падающие массы воды.

8. Голубой уголь – ветер.

9. Синий уголь – морские приливы и отливы.

10. Красный уголь – энергия солнца.

11. Атомный уголь – энергия ядерных превращений.

Сейчас человечество все меньше и меньше использует первую силу, сохраняет для своих химических производств силы третью и отчасти четвертую, бережет силу шестую, чтобы правильно использовать в хозяйстве свои леса. Только начинает осваивать энергию атома, почти совершенно не умеет подчинить себе силы восьмую, девятую и десятую. Лишь на силах второй, пятой и седьмой оно сейчас строит свое хозяйство, на помощь углю привлекая необозримые пространства торфа и используя воды водопадов. Но эти источники силы ничтожны перед другими видами угля.

За свою жизнь человечество сожгло и уничтожило около ста миллиардов тонн угля; ежегодно люди добывают свыше полутора миллиардов тонн, то есть не менее полутора миллионов поездов. Но каждые сто лет добыча угля увеличивается не менее чем в пятьдесят раз – и невольно возникает вопрос: на сколько лет хватит запасов угля? Крупнейшие геологи подсчитали, что в Земле находится около полутриллиона тонн угля, и, значит, черного угля хватит не более как на семьдесят пять лет.

Видимо, на одном черном угле человечество не построит энергетики своего будущего.

Итак, будем искать другие источники энергии. Белый уголь – сила падающей воды, быстро текущих рек и водопадов – вот на что мы прежде всего обращаем наше внимание. Энергия этой силы превышает семьсот миллионов лошадиных сил, и только пять процентов ее использует человечество.

Недаром человек сейчас строит громадные гидроэлектрические сооружения, перехватывает реки, направляет в турбины станций пенящиеся массы водопадов и с каждым годом все более и более подчиняет себе силы падающей воды.

Но и эти запасы конечны – они заменят человечеству семь миллиардов человеческих сил, они во многом помогут ему тогда, когда оно останется без угля и без нефти, но все-таки их предел известен, а рост человеческих потребностей почти беспределен. Кольский полуостров, Карелия, Кавказ, Средняя Азия, Алтай – вы на очереди в овладении белым углем!

Обращается человек к голубому углю – силе ветра, которую он уже давно научился использовать в своих ветряных мельницах и в движении парусной лодки на озере и на море. Здесь еще огромная область для технической мысли человека, еще далеко не умеющего справиться с капризной, непостоянной, но огромной энергией ветра. В бесконечных степях Казахстана и Западной Сибири – вот где будущее голубого угля!

Обращается человек и к синему углю, углю синего раздолья, моря, где приливы океана каждые сутки набегают на берег, намечая новый, еще не побежденный источник энергии природы. Мы недостаточно ценим эту силу приливных волн в Балтийском, Белом и Черном морях и не оцениваем правильно эту замечательную силу на берегах океана – в Мурманском крае или в открытых бухтах Тихого океана!

Что же можно сказать об общих мировых запасах энергии? Ответ был дан в 1912 году нашим физиком Н. Д. Умовым в его блестящей речи в Москве:

«Нужно искать новых источников. Энергии, получаемые из живого мира, водяной силы, горения, ветра, представляют собою уловленную и запасаемую естественными процессами Земли энергию солнечных лучей… Уже предвидится частью конец потребления, частью недостаточность… этих видов энергий на нашей планете.

Остается один выход: нужно подняться на следующую… ступень – исканий энергии не в запасах Земли, а в сокровищницах небесных пространств – космоса! Этот вывод будет убийственным, будет смертным приговором нашей культуре, если в физических науках мы не найдем обнадеживающих ответов.

…Свое зрение он [человек] сделал острее зрения птицы, проникнув им в неопределимые глубины пространств; быстрее орлиного полета несется его мысль через океаны.

Далеко оставив за собой мир животных, человек потянулся за способностью растительного мира непосредственно улавливать своими аппаратами энергию солнечных лучей.

…Количество энергии, приносимой солнечными лучами одному квадратному метру поверхности, к ним перпендикулярной, соответствует 2,6 лошадиной силы. Из этого количества часть поглощается атмосферой, преимущественно водяными парами, угольной кислотой, облаками, пылью и так далее. Под широтой 45 градусов до Земли доходит около одной лошадиной силы на квадратный метр ее поверхности. Принимая все это во внимание – географическое положение, продолжительность инсоляции, – можно подсчитать, что на одну Сахару в течение года падает количество энергии, в 10 000 раз превышающее всю энергию, потребляемую современным человечеством».

Будущее человечества – в красном угле, в улавливании энергии светового луча, в умелом использовании света, который придет на смену и углю, и торфу, и нефти, и струе воды, когда человечество истощит природу, использует недра, обуздает падающие воды и порывы ветра и на смену черному алмазу вольет в заводы и фабрики энергию солнечного луча. И мы тогда снова обратим наш взгляд на Среднюю Азию, залитую лучами солнца, яркого и теплого летом и зимою, весною и осенью. Солнце, солнце – оно будет двигать машины, автомобили, паровозы, оно согреет дома, будет топить котлы, – солнце поможет человеку победить природу!

Стойте!.. Я пропустил главный источник энергии будущего – энергию, скованную внутри самого атома; она в миллионы раз больше энергии угля, и один килограмм урана даст столько же энергии, сколько дадут несколько поездов, груженных только лучшим углем. Вот где будущее человечества!

Черное золото

Жидкое черное золото – это нефть, один из самых замечательных минералов земли. Жидкий – потому, что действительно течет, испаряя легкие бензины и другие газы, застывая иногда в виде сплошных масс парафина или тяжелого мазута. Черным этот минерал называется потому, что действительно нефть добывается из земли в виде черной пахучей массы. Только после сложной очистки на особых заводах и перегонки получаются чистейшие, прозрачные, совершенно бесцветные жидкости. На солнце в отраженном свете эти жидкости светятся своеобразным зеленым или фиолетовым тоном. Наконец, золотом называют нефть потому, что она представляет огромное природное богатство, из-за которого дерутся между собою капиталистические страны Европы и Америки, устраивая кровавые войны и насильно завладевая областями, где есть нефть.

В настоящее время мы не только полностью обеспечиваем страну своим бензином, керосином и мазутом, но и можем вывозить ежегодно с одних нефтяных промыслов Кавказа десятки миллионов тонн этих продуктов.

Около ста миллионов рублей золотом дала нам на строительство социализма наша кавказская нефть – как же не назвать ее золотом?

Неудивительно поэтому, что нефть усиленно разыскивается всюду; скважины проводятся на глубину четырех километров и более. Каждая новая находка привлекает к себе внимание: открытие нефти на Среднем Урале или у Стерлитамака на Южном Урале («Второе Баку», обещающее дать Уралу свое жидкое топливо), замечательный фонтан нефти Нефтедага в Туркмении, где с громадной силой ежедневно выбрасывалось до тысячи тонн нефти.

Но что такое нефть и откуда она берется? Не скрою, что ответить на этот вопрос нелегко, что до сих пор спорят между собой ученые о ее происхождении и не могут договориться. Раньше, особенно под влиянием нашего знаменитого химика Менделеева, мы думали, что она поднимается из очень больших глубин, где образуется вследствие действия перегретых паров воды на некоторые соединения углерода. Но сейчас выясняется, что нефть образуется ближе к поверхности и в ее образовании принимают участие остатки растений и особенно водорослей. Действительно, в наших широтах, особенно в озерах Новгородской и Калининской областей, на дне собираются особые вещества – сапропели, которые состоят из отмерших растений и животных и которые вместе с илом образуют черную кашицу. Если такая кашица занесется песком и глиной, опустится на глубину и там подвергнется снизу нагреванию, то из этой кашицы получатся вещества, очень сходные с нефтью. И теперь южное солнце Средней Азии вызывает такие процессы, и на берег озера Балхаш волны нередко выбрасывают тягучие черные массы, очень напоминающие резину или продукты застывания некоторых нефтей, – это знаменитый балхашит, образующийся под влиянием тепла песков из гниющих прибрежных камышей.

Сейчас мы даже знаем те геологические условия, которые необходимы для образования нефти. Недаром самые крупные нефтяные месторождения тянутся вдоль больших горных хребтов, например Кавказского. Здесь в низинах, окаймляющих образующиеся горные хребты, как раз в топких озерных водоемах или мелких лиманах отступающих морей, создаются выгодные условия для накопления осадков и их подогревания снизу. Здесь обычно запасы нефти сопровождаются залежами соли и гипса, как осадков соленых озер, а вытекающие вместе с нефтью воды содержат йод и бром – два вещества, которые говорят о значении морских растений при образовании нефти.

Американские геологи рассказывают о некоторых интересных свойствах нефти, добываемой в Соединенных Штатах. С особыми предосторожностями они добыли нефть с глубины до семисот – восьмисот метров; в этой нефти удалось открыть присутствие бактерий. Трудно представить, чтобы эти бактерии попали в глубины сверху; вероятно, перед нами потомки тех организмов, которые жили еще тогда, когда росли растения, положившие основу этой нефти. Если новые работы подтвердят эти предположения, то перед нами будут подземные наследники тех живых существ, которые жили несколько миллионов лет тому назад.

Итак, нефть образуется в глубинах из древних остатков жизни, – мы ее усиленно разыскиваем и выкачиваем из недр земных.

Здесь, на земной поверхности, человек ее сжигает в топках, освещает ею жилище, перегоняет, превращает в другие, более ценные вещества. Лет на сто пятьдесят еще хватит человечеству нефти, а потом?..

Потом научатся делать ее искусственно из низкосортных углей, и наши химики будут превращать угли, горючие сланцы и торф в бензины и керосины. Раз природа отказывает человеку в своих богатствах, надо найти способ ее перехитрить. И конечно, человек перехитрит природу.

Редкие элементы

За последние годы в обиход промышленности стали входить самые редкие, диковинные вещества природы. Неожиданно начали приобретать значение такие металлы и земли, о которых раньше никто ничего не слышал, даже химик и минералог почти ничего не знали: титан, тантал, цезий, молибден, гафний, цирконий. Многие из этих редчайших химических элементов уже начинают усиленно добывать, и они находят иногда самые неожиданные применения. Около пятидесяти лет тому назад открыли новый элемент – гафний. Едва удалось получить его в лаборатории Копенгагена в количестве нескольких граммов, как уже нашлось для него применение. Малейшие примеси его к сплавам, из которых делают нити электрических лампочек, увеличивают выносливость нити в несколько раз. Гафний сделался модным металлом; за один грамм его соли платили до тысячи рублей.

Быстро нашел свое применение и цирконий в эмалях фаянсовой посуды, жаростойкой керамике, специальных сплавах, а в последние годы – и в ядерной технике; литий – в сухих элементах, металлургии, химической промышленности, электротехнике, изготовлении специальных стекол, высокоэффективного «химического» топлива, ядерной технике; тантал – в нитях электрических лампочек, в радиотехнике, химии, медицине, промышленности антикоррозионных, сверхтвердых и жаропрочных сплавов; титан – в устойчивых белых красках, в жаропрочных сплавах, во многих областях новой реактивной и космической техники; бериллий – в легких сплавах, специальном топливе, атомно-ядерной и космической технике. Ту же участь испытывает и замечательная группа химических элементов, называемых редкоземельными, среди которых главные – церий, лантан, неодим, празеодим, а также более тяжелый элемент торий.

Около ста лет тому назад талантливый венский химик Ауэр сделал интересное открытие: если в простое газовое пламя внести кусочек солей редкоземельных элементов и тория, то они, накаливаясь, значительно усиливают яркость газовой горелки. Он решил применить это открытие для освещения, что особенно было важно в те времена, когда электричество играло малую роль и города освещались газом. Идеи химика не встретили сочувствия и казались фантастическими: эти вещества были настолько редки, что их практическое использование казалось неосуществимой затеей. Но Ауэр решил предпринять поиски необходимых природных веществ, и вскоре на берегу Атлантического океана в Бразилии удалось открыть мощные россыпи золотистого минерала монацита с редкими землями и торием.

После прилива на влажном берегу можно было легко собрать искристые зернышки этого минерала. Тысячами тонн начали грузить монацит на трансокеанские пароходы, чтобы отправить в Гамбург этот ценный груз.

На громадных фабриках Вены из нежной ткани сплетали колпачки, их пропитывали растворами солей тория и редких земель, выделенных из заморского камня. Потом ткань осторожно выжигали и получали нежный колпачок, получивший название ауэровского. Позднее газовое освещение преобразовалось: совсем недорого можно было приобрести себе чудодейственный колпачок и таким образом заменить дрожащее, неровное, желтое пламя газового рожка спокойным, сильным, белым светом. Свыше трехсот миллионов таких колпачков готовили ежегодно на всех фабриках мира, и если бы не рост электрического освещения, то эти цифры были бы еще значительнее.

Но при изготовлении этих колпачков оказалось, что расходуется преимущественно торий и лишь немного других элементов из этой группы, а значительное количество солей, особенно церия, образует как бы отбросы производства, бесцельно накапливающиеся на дворе фабрики. Надо было найти применение и для солей церия. Оно нашлось, правда лишь через двадцать пять лет, но неожиданно оказалось очень удачным: сплав редкоземельных с железом при ударе о сталь легко дает горячие искры температурой в 150–200 °C, которые воспламеняют бензин, вату или паклю. Так возникли зажигалки с «кремешками», которые вошли в моду, но все-таки не обеспечили использование отходов редкоземельных элементов.

Но и для них в последние годы нашлись свои, и притом весьма ценные, применения. Оказалось, что некоторые металлы этой группы могут окрашивать в яркие и красивые цвета стекло и хрусталь, придавая им золотистый, желтый, красный или фиолетовый оттенок. Из такого стекла стали выделывать посуду, стаканы, вазы. Красное стекло оказалось особенно ценным, и его стали применять на дорогах для светофоров, так как свет таких светофоров проникает сквозь туман. Возникли новые отрасли стекольной промышленности.

Такова судьба многих веществ! Когда впервые суда привезли в Европу чилийскую селитру, ее пришлось выбросить в море, так как не нашлось покупателей, а сейчас азотнокислые соли – важнейшее и всеми разыскиваемое удобрение. Железные руды, содержащие фосфор, считались долгое время негодными, пока английский металлург С. Томас не додумался до такого способа выплавки, при котором сталь и чугун получались доброкачественными, а фосфор собирался на стенках печей.

В лабораториях всего мира идет кропотливая работа над использованием минералов, и постепенно, в результате многих тысяч анализов и опытов, рождается новая мысль, неожиданно открывающая новые пути и ведущая к новым успехам.

Колчедан

Железный колчедан – один из самых распространенных минералов в земной коре. Он широко встречается и на равнине и в горах; его сверкающие, золотистые кристаллы имеются почти в каждой коллекции. Его научное название «пирит» происходит от греческого слова «пир» («огонь») – потому ли, что он искрится на солнце, или потому, что ударом стали о его кусок можно высекать яркие искры.

Пожалуй что наравне с кварцем и известковым шпатом колчедан можно назвать вездесущим. Но особенно интересно то, что он образуется при самых разнообразных условиях. Кубики колчедана образуются иногда в простой гниющей куче навоза. Один минералог откопал однажды в такой куче труп мыши, покрытый маленькими блестящими кристалликами колчедана.

Пойдемте с вами на берег Москвы-реки, где в черных юрских глинах сверкают желваки этого минерала, или на берега рек около Ленинграда. Посетим угольные разработки около города Боровичи и в Тульской области, где из черного угля рабочие отбирают куски и кристаллы колчедана. Отправимся странствовать на Кавказ, по Военно-Грузинской дороге, где мальчики будут предлагать проезжим золотые кубики пирита в кусках темного сланца. Спустимся в шахты Урала, где в жилах некогда расплавленной породы вместе с золотом будет сверкать пирит, – всюду наш колчедан!

Неудивительно, что его так часто принимали за золото или за медную руду и утаивали открытие колчедана, пока не раскрывали тайну его состава.

В истории человечества он имеет большое значение, так как наполовину состоит из серы, почему нередко его называют серным колчеданом. Крупные месторождения колчедана разыскивают по всему свету, и хотя мы насчитываем его запасы в разных местах – в Испании, Норвегии, на Урале и в Японии, – более миллиарда тонн, нам все еще его мало. В чем же дело?

Из колчедана получают серную кислоту, один из важнейших продуктов для приготовления удобрений и взрывчатых веществ. Если страна не имеет своей серной кислоты, то она оказывается в чрезвычайно тяжелом положении.

Долгое время серную кислоту умели получать только из чистой природной серы. Богатейшими месторождениями желтой серы славился остров Сицилия в Южной Италии. Другие страны заискивали перед Италией, а если это ни к чему не приводило, то иногда посылали свои корабли крейсировать вдоль ее берегов. Так делали, между прочим, англичане.

Так продолжалось много лет. Но в 1828 году было сделано важное открытие: оказалось, что для получения серной кислоты нет надобности брать серу – можно использовать другое сырье – например, серный колчедан. Он часто встречается в природе, из него можно получить серную кислоту – и очень выгодно. Стали разыскивать серный колчедан, и наконец в 1856 году были открыты громаднейшие месторождения его в западной части Испании и в Португалии. Серного колчедана можно было иметь достаточное количество, добывать его и перевозить очень легко. У серы появился сильный конкурент; она оказалась забитой колчеданом. Колчедан стал преобладать в сернокислотной промышленности, и в эти годы внимание всех стран было обращено на Португалию.

Началась борьба между серой и колчеданом. В одних случаях брала верх сера, в других – колчедан. Но вот произошло новое событие. Защитники серы стали придумывать, как бы можно было ее удешевить, и в Америке инженер Фраш открыл дешевый способ извлечения ее из земли. Дело в том, что в Северной Америке сера залегает на больших глубинах в двести – триста метров. Для извлечения серы в глубину земли по трубам нагнетали горячие пары. Эти пары расплавляли серу, и она сама выливалась на поверхность. Этот способ, удобный и дешевый, разорил множество рабочих и крестьян в Сицилии и создал сильную конкуренцию «колчеданной» сере. Колчедан был вытеснен, снова восторжествовала сера.

Но на этом борьба не кончилась: стали механизировать способы извлечения из земли колчедана, вложили в это дело большие капиталы, и колчедан из Испании оказался более дешевым. Снова начал побеждать колчедан. Вновь перестраиваются заводские установки, а в это время хитроумные немцы находят еще более простой способ добывания серной кислоты. Зачем брать колчедан или серу, когда много гипса, а в нем много серы? Можно просто из гипса извлечь серную кислоту. И возможно, гипс со временем заменит и серу и колчедан.

Вы видите, читатель, как производство серной кислоты, лежащее в основе сельского хозяйства и военной техники, зависит от небольшого технического завоевания. Это завоевание может изменить все прежние отношения, развенчать богатства, а ненужное, лежащее без пользы природное вещество заставить служить человеку!

Я рассказал о своеобразной судьбе колчедана, одного из крупнейших природных богатств. Чему же учит этот рассказ? Я думаю, что сам читатель мог сделать из него выводы: нет в природе полезного или неполезного, нет нужных и ненужных минералов – сам человек своим творчеством и энергией подчиняет себе природу и превращает ее в производительную силу. И чем шире разовьется техника, чем хитроумнее проникнет ученый во все тайны природы, тем глубже будет его победа, победа мысли и творчества над человеческой слабостью и над мощью природы.