Текст книги "Занимательная геохимия. Химия земли"

Конец книги

Вот теперь и конец книги. Нам с вами пришлось превратиться в маленький странствующий атом, чтобы пробежаться по сложным путям странствования элементов, заглянуть в глубины Земли и даже на горячие небесные светила, чтобы посмотреть, как ведут себя различные атомы в мироздании, в руках человека, что с ними делается в промышленности и народном хозяйстве.

Длинный путь проходят атомы в своей истории, и не знаем мы ему ни конца, ни начала. Еще остается для нас загадочным рождение атомов и начало их странствования на Земле. Неясны нам и их судьбы в будущем, сложном будущем нашей планеты.

Мы знаем только, что одни атомы улетают за пределы Земли и рассеиваются в межзвездных пространствах, где на один кубический метр приходится не более одного ничтожного атома и где ими занята лишь такая маленькая часть мирового пространства, что ее надо было бы выразить единицей, стоящей за тридцатью нулями после запятой.

Мы знаем, что другие атомы рассеиваются в самой земной коре, ее почвах, водах, океанах; третьи медленно и постепенно возвращаются в глубины, подчиняясь законам мирового тяготения. Одни атомы постоянны, неизменны, прочны, как чистые белые костяные шарики биллиарда; вторые, наоборот, упруги, как резиновые мячи, сжимаются, сталкиваясь друг с другом, переплетаются в какие-то сложные постройки, окруженные электрическими полями; третьи разрушаются до основания, до самых глубин своих ядер, излучая энергию и превращаясь в диковинные газы, время жизни которых точно определяется законами распада и измеряется миллионами лет для одних, годами для других, секундами и ничтожными долями секунды для третьих.

Почти из ста химических элементов построен окружающий нас мир, а как много разнообразия, как различны черты этих атомов, как различны их сочетания между собой!

Мы только сейчас начинаем по-новому читать эти замечательные страницы истории химических элементов Земли. Геохимия лишь приоткрыла новый мир природы, еще только началась упорная работа, только начались наблюдения за поведением каждого элемента в земной коре, а уже возникла задача завести свой журнал поведения для каждого атома, вникнуть в его характерные черты, узнать его недостатки и достоинства, – словом, так детально и так глубоко познакомиться с каждым атомом, чтобы из разрозненных фактов построить историю его судеб, историю Вселенной.

Каждое звено в этой истории зависит от еще не разгаданных свойств атома, и сложные, глубокие законы управляют его судьбами как во всем космосе, так и на Земле и в руках человека. Но познать пути атомов нам надо не для того, чтобы просто ради любопытства узнать их поведение на Земле, – нет, нам надо научиться управлять ими так, как это нужно человечеству для его технического, хозяйственного и культурного прогресса.

Да, мы должны овладеть атомами до конца и суметь делать из них все, что мы хотим; например, получать сверхтвердые сплавы, которые были бы тверже алмаза, а для этого мы должны знать, как располагаются атомы в своих сложных постройках. Мы должны научиться разгадывать свойства соединений металлов, мы хотим и должны не просто пробовать, а знать наверняка.

Мы должны получать и добывать возможно большее количество таких атомов, как атомы цезия или таллия, которые легко отдают свои наружные электроны. Из них мы хотим построить крохотные телевизоры, которые будем держать у себя в кармане или записной книжке, прекрасные звуковые киноаппараты размером не больше обыкновенной книги[79]79
  Такая мечта уже стала реальностью. В этом А. Е. Ферсман оказался столь же прозорлив, как и признанные научные фантасты. – Науч. ред.


[Закрыть].

Мы хотим, словом, подчинить себе весь атом, подчинить его своей воле, воле торжествующего человека, превращающего все грозные и вредные силы природы в полезные. Мы хотим всю природу, всю менделеевскую таблицу элементов положить к ногам трудящегося человечества.

Вот смысл и задача нашей геохимической работы, вот для чего мы хотим понять и добыть атом.

Этими словами мы кончаем наш длинный рассказ.

Но разве, друзья, может быть конец науке или учению? Будем с вами совершенно откровенны.

Здесь, в самом конце нашей книги, мы, в сущности, оказались в начале наших знаний, и даже если несколько раз перечитаем эту книгу, внимательно просмотрим отдельные картинки, попытаемся запомнить поведение отдельных элементов, все же должны будем сознаться, что мы только в самом начале.

Нам придется еще очень много читать и очень много думать и работать, пока мы поймем кое-что в тайнах окружающей нас природы. Что же делать дальше? Прежде всего надо учиться основным наукам – химии, физике, минералогии и геологии. Через эти науки не перешагнешь, и, чтобы сделаться хорошим исследователем природных богатств нашей страны, надо вдумчиво овладевать основами химических и минералогических наук.

Надо много читать, внимательно изучать книги, вдумчиво вникать в судьбу каждого элемента, следить за его поведением в земле, в воде, в воздухе, наблюдать за его использованием в технике, в сельском хозяйстве, и на этом пути руководящей звездой всегда будет менделеевская таблица. Посмотрите на менделеевскую таблицу или, еще лучше, нарисуйте ее сами на большом листе бумаги, поставьте в каждой клетке химический знак, атомный вес химического элемента, напишите внизу, сколько его в земной коре, и повесьте эту таблицу у себя в комнате так, чтобы она всегда была у вас перед глазами.

Менделеевский периодический закон многому научит.

Он покажет, как атомы связаны между собой не только в таблице, но и в самой природе.

Но учить вас химии и геохимии будут не только книги, карты и таблицы. С новыми идеями в химии вы можете познакомиться в наших музеях, где на выставках по минералогии и геохимии можно многому научиться, где образцы нередко расположены по отдельным химическим элементам.

Учить химии, минералогии и геологии будут вас также и большие металлургические и химические заводы.

Всякий, кто посетил Магнитогорский комбинат, на всю жизнь запомнит, что делается с железной рудой и как из сложного сочетания химических элементов после обработки в доменной печи и в специальных цехах рождается сначала железо, богатое углеродом, а потом и настоящая сталь. В Соликамске мы можем узнать химические и геохимические судьбы калия и магния. На суперфосфатных заводах в Ленинграде, в Воскресенске (под Москвой), на Украине, Урале и в других местах – можно увидеть, как апатиты и фосфориты с помощью серной кислоты превращаются в фосфорные удобрения. Наблюдая процессы в огнедышащих печах заводов ферросплавов Челябинска, вы поймете, как рождается в глубинных недрах расплавленная магма и как из нее кристаллизуется вещество.

Словом, всюду на наших больших заводах проходят отдельные странички истории атомов: смешение в сложных процессах атомов разных металлов, извлечение из них различных веществ, которые потом снова сливаются в новых сочетаниях с другими атомами, для получения легированных сталей, сложных суперфосфатов, солей калия, марганца, ванадия и циркония. В промышленных процессах все шире и глубже используется химия. Нам уже мало просто обточить камень в кубик мостовой или в наконечник стрелы, мы стремимся сейчас его химически переработать так, чтобы получить наиболее ценное качество и сочетание различных веществ.

Мы отливаем прекрасные кубики для новых, усовершенствованных мостовых, мы вытачиваем из твердой стали острия наших снарядов, мы изменяем природные процессы и превращаем природные вещества в новые ценности.

Мы живем сейчас не только в эпоху химических превращений, но и в период государственного, планового развития химических знаний и химической промышленности.

Химические процессы окружают нас на каждом шагу, и мы должны внимательно к ним присматриваться и разгадывать их.

Учить геохимии и новым идеям в минералогии будет вас и сама природа, ее месторождения металлов, солей и руд. Нигде не научится молодой исследователь законам химических превращений так, как у самой природы; и поэтому мы зовем всех весной и летом, зимой и осенью в смелый путь на изучение химических процессов Земли.

Присматриваясь к ним, вы увидите ранней весной в черных глинах юрских отложений под самой Москвой, как золотые блестки колчедана поглощаются светло-зеленым выцветом солей купоросов. Вы увидите грандиозную картину изменений и образования железных руд на руднике горы Магнитной, где некогда мощные образования магнитного железняка на земной поверхности стали превращаться сначала в бурые массы минерала нонтронита, а потом сверху стали покрываться красно-бурыми и ржавыми окисями железа.

Всюду, в рудниках и каменоломнях, на вершинах горных хребтов и в глубоких долинах по обнажениям рек, – всюду вы увидите, как изменяется вещество, как один минерал переходит в другой, как новое вещество сменяется третьим. Надо быть только внимательным в своих наблюдениях, и очень скоро каждый из вас заметит, что все меняется – иногда медленно, спокойно, иногда внезапно, подчиняясь великим законам природы. «Все течет», – говорили древние греческие философы. «Все превращается и изменяется», – говорят геохимики наших дней. Этим мы кончаем нашу книгу. Нам хотелось бы еще только дать нашим юным читателям несколько кратких, но полезных советов:

1. Читай книги по минералогии, химии, физике и полезным ископаемым. Запоминай и внимательно изучай менделеевскую таблицу.

2. Посещай музеи минералогические, геологические, краеведческие и промышленные.

3. Осматривай заводы, знакомься с производством, вникай в химические процессы, которые в них происходят.

4. Отправляйся летом на рудники, в копи и каменоломни, наблюдай природу, которая является самой могучей лабораторией Земли.

5. Думай об использовании природных богатств своей Родины, ищи их скоплений, скрытых внутри земных недр.

А если что в этой работе будет неясно, трудно, подчас непонятно и, может быть, даже скучно, – ты не унывай, бодро иди вперед по пути овладения тайнами науки, упорно вникай во все детали изучаемого явления, верь в свои силы и в свою энергию, верь в прекрасные судьбы нашей страны, в ее природные богатства, в несокрушимую творческую силу человека.

Приложение

Геохимик в поле

Настоящая глава состоит из двух частей. В первой излагается ряд практических советов для геохимика, работающего над поисками полезных ископаемых и геохимическим изучением какого-либо района. Во второй – дается краткое перечисление основных методов геохимической работы в той последовательности, какую должен соблюдать геохимик в своей полевой работе.

В основе и того и другого лежит положение, которое хорошо усвоено исследователями последнего времени; научная полевая работа в общем слагается из трех частей: из подготовительной стадии, проведения самого исследования и вывоза и обработки материалов.

Нет никакого сомнения, что все три части являются одинаково важными и каждая из них требует к себе внимания и продуманного отношения.

«Хорошо путешествует тот, кто много знает и много размышляет», – сказал один из ученых-путешественников, а другой совершенно справедливо прибавил, что среди всех инструментов, которые должны быть в распоряжении исследователя, самым острым и самым важным является его глаз, от внимания которого не должны ускользать самые ничтожные явления, ибо в них нередко залог крупных и важных выводов.

В полевой работе геохимику, помимо обычного геологического снаряжения, требуются еще дополнительные приборы для физических и химических исследований. При оснащении экспедиции необходимо учитывать прежде всего способы передвижения в районе, который собирается обследовать экспедиция, в план ее должен включаться весьма серьезный анализ веса и габарита самого снаряжения. Если недостаточное оснащение экспедиции может отрицательно сказаться на ее работе, то лишнее снаряжение затруднит передвижение, сделает невозможным посещение труднодоступных районов.

Общее снаряжение исследователя должно прежде всего состоять из молотков разных типов.

Для пород осадочных и мягких (сланцев, известняков, глин, мергелей и так далее) необходимо, чтобы молоток одновременно служил и легкой киркой, его палка должна быть длиной примерно 40 см и насажена так, чтобы в руках был узкий конец ее, а более широкий не давал бы молотку соскочить при ударе. При помощи такого молотка легко можно очищать осыпи и взбираться по крутым склонам.

В районах твердых горных пород (гранит, гнейс, сиенит и так далее) необходимо иметь молоток более тяжелый (в 1–2 кг) с рукояткой длиной примерно в 70 см. На рукоятке должны быть нанесены сантиметры, чтобы иметь всегда под рукой точные масштабы для измерения. Кроме того, при больших работах надо иметь тяжелую кувалду до 5 кг весом и небольшой легкий молоточек с короткой рукояткой, в 20–30 см, для отбивания мелких кусков или же для придания образцам определенной формы. Кроме молотка, необходимо иметь набор зубил различной формы и величины. Из другого снаряжения перечислим: увеличительное стекло (лупу не выше 8-кратной), горный компас, рулетку, перочинный ножик, записную книжку с карандашом, специально заготовленные и перенумерованные этикетки величиной 6 × 4 см, большое количество оберточной бумаги, некоторое количество маленьких стеклянных банок для сбора ценных и нежных образцов и кристаллов, плотные и прочные коробочки различной величины; для сыпучих и землистых тел важно иметь набор парусиновых мешочков с проставленными на них номерами.

Кроме указанного снаряжения необходимо иметь легкую фотографическую камеру, барометр-анероид и набор цветных карандашей для зарисовки геологических и геохимических схем.

Всегда полезно иметь с собой небольшие скляночки с кислотами разной крепости, хороший древесный уголь, платиновую проволочку[80]80
  Из-за нынешней стоимости платины это вряд ли возможно, да и не столь нужно. – Науч. ред.


[Закрыть], соду и буру. При работах более постоянного характера это элементарное снаряжение должно быть дополнено рядом специальных приборов.

Очень серьезным вопросом является укладка и распределение самого оборудования. Часть его должна упаковываться в крепкие, не пропускающие влагу мешки, приспособленные для ношения на спине (рюкзаки); другая – в ящики, приспособленные для тех методов передвижения, которые намечаются в данном районе, и здесь должен быть проявлен максимум внимания и опыта, чтобы не сделать грубых ошибок и не затруднить транспорт.

На укладку и транспортировку собранных минералогических материалов нужно обратить самое большое внимание.

Тщательная упаковка и завертывание каждого образца в отдельную бумагу с вложением этикетки представляет необходимейшее условие хорошего сбора. Надо принять за правило никогда не завертывать в одну бумагу вместе несколько образцов, как бы малы они ни были, а всегда каждый образец завертывать отдельно. Сколько раз из-за небрежности в упаковке погибали прекрасно собранные материалы, особенно образцы мягких минералов! Поэтому при упаковке нужно отделять нежные и мягкие образцы от твердых и упаковывать их отдельно. Каждый образец нужно завертывать в 2–3 листа бумаги, но ни в коем случае не следует эти листы заранее складывать вместе. Этикетку к каждому образцу, сложенную вдвое, кладут не непосредственно на штуф, а после первого слоя бумаги; при этом необходимо иметь в виду, что этикетки надписывают простым, а не чернильным карандашом. Хрупкие и нежные щетки кристаллов следует покрывать сначала тонкой папиросной бумагой и тампоном из ваты и только потом уже завертывать в большие листы бумаги.

Укладка материалов, собранных экспедицией, проходит через ряд этапов, к которым нужно относиться весьма внимательно.

Первый этап – каждодневный сбор и переноска к лагерю. Практически мной за пятьдесят лет сбора минералов был выработан такой метод. Когда ведется сбор геохимического и минералогического материала, все образцы, найденные группой работников, относятся в какое-нибудь одно место (около привала) в гораздо большем количестве, чем это нужно. Затем по окончании работы (вечером) весь собранный материал разбирают, формуют, отбирают лучшие из типичных образцов и временно осторожно укладывают в наплечные мешки. В постоянном лагере образцы складывают в надежное и сухое место и в конце определенного периода работ рассматривают вновь и завертывают в бумагу для дальнейшей укладки в плотные и крепкие ящики так, чтобы общий вес каждого ящика не превышал 50 кг. Укладка в большие ящики вообще не рекомендуется, так как камни при этом перетираются, а при перевозках и перегрузках очень тяжелые ящики легко повредить. Отправка материалов должна проводиться непосредственно самой экспедицией. Образцы, оставленные на попечение кого-либо из местных жителей, обычно попадают в руки исследователя с опозданием или вовсе не попадают.

Кристаллы гипса

Получив ящики с материалами, необходимо тщательно разобрать образцы и обязательно разместить вместе с этикетками в соответствующие коробки, так как путаница в этикетках может привести к непоправимому вреду и нередко к неверным выводам.

Первый вопрос, который всегда возникает при сборе, – это в каком виде и сколько брать? Надо сказать, что на него ответить довольно трудно, и хороший сбор минералогического материала обеспечивается лишь долгим опытом и большим знанием природы. Некоторым образцам нельзя придавать определенную форму, для других же, наоборот, желательны определенные размеры и формы, примерно 9 × 12 или 6 × 9 см.

Геохимические поиски и сама геохимическая методика исследования требуют специального сбора материала. Поскольку последующие работы геохимиков связаны со специальными минералогическими, химическими, спектроскопическими и рентгеновскими исследованиями, сбор материала представляет очень ответственную задачу, от качества и продуманности сбора в значительной степени зависит успех геохимического анализа.

Что же требуется от такого сбора?

1. Прежде всего, необходимо достаточное количество материала не только для оптических исследований, но и для химических определений, причем детальным химическим анализам предшествует в иных случаях отделение привходящих, дополнительных минералов. Поэтому необходимо иметь десятки килограммов образцов наиболее характерных пород и минеральных сочетаний.

2. Для минералогических исследований также необходим сбор отдельных минералов. Это нужно для того, чтобы выяснить последовательность выделения минералов, и для отбора хороших, чистых образцов важнейших минералов для анализов.

3. Необходимо собирать материал не только для лабораторных исследований, но и для хранения наиболее типичных образцов в музеях. Это поможет познакомить посетителей музея с данным экспонатом и позволит сравнить типичные образцы минерала изучаемого вами района с образцами таких же минералов других месторождений.

Сравнительный анализ есть один из методов исследования натуралиста. Исследователь-геохимик не должен делать ошибок старой минералогической школы[81]81
  Имеется в виду, что до определенного периода минералоги собирали лишь самые совершенные, бездефектные кристаллы для изучения и экспонирования. Лишь позднее было осознано, что именно несовершенства состава, формы и структуры говорят об их генезисе. На этой основе сформировалось учение об «онтогении минералов». – Науч. ред.


[Закрыть], он должен обращать серьезное внимание на все мелкие проявления каких-либо химических элементов; даже ничтожные корочки, продукты выветривания, должны собираться им так же тщательно, как красивые штуфы с хорошими кристаллами.

Кристаллы черного турмалина

Вообще, как основное правило, надо рекомендовать всем исследователям брать как можно больше материала. Лучше потом отбросить лишнее, чем не собрать полного материала по всему комплексу минералов и химических элементов изучаемого района.

При сборе образцов никогда не надо убаюкивать себя мыслью, что вернешься в другой раз на это же место и соберешь дополнительно новый материал.

Вопрос о записи наблюдений в полевой работе также очень важен и серьезен. Один ученый совершенно справедливо говорил, что путешественник и исследователь должен носить карандаш на веревочке вокруг шеи, – чем легче доставать карандаш, тем чаще будешь записывать. Записи должны вестись двумя путями. Прежде всего на каждой этикетке, приложенной к образцу, желательно ставить не только точное указание места и даты сбора, но и некоторые данные о тех условиях, в которых образец взят. Чем точнее указано место находки, тем легче в дальнейшем использовать собранный материал.

Однако основная запись – в полевой записной книжке, и безукоризненное ее заполнение должно быть предметом постоянной заботы исследователя. Успех многих исследований зависит от того, насколько тщательно, продуманно и полно ведутся полевые журналы. Запись наблюдений нужно делать прежде всего на месте работ, охватывать все наблюдения, проведенные в данном месте, и записывать приходящие при этом в голову мысли. В конце дня должна даваться сводка всего материала, причем должны вестись дневники того, что сделано за это время. Очень важны сделанные от руки в записной книжке схематические зарисовки мест, в которых происходила работа и были взяты отдельные образцы.

Полнота и точность записей в записной книжке служат вообще лучшим показателем работы; и одна из грубейших ошибок полевых исследователей – надежда на свою память. Внесение дополнительных данных по памяти в полевую книжку или в этикетки – метод очень опасный, который нередко обесценивает сбор и ведет к неверным выводам.

Необходимо подчеркнуть, что вести хорошо полевой журнал очень трудно. Он обычно может составляться лишь вечером, по окончании тяжелого полевого дня, когда исследователь уже устал и стремится к отдыху. Нередко необходимо определенное напряжение воли, чтобы все же заставить себя посвятить хотя бы 15 минут записи дневных полевых наблюдений. Иногда это было и в моей практике – начинаешь вследствие переутомления запускать журнал. Тогда лучше сделать дневку и посвятить несколько часов спокойному деловому его исправлению.

Полевые журналы должны храниться особенно тщательно; их нельзя никому отдавать ни во время работы, ни после нее, так как это основной документ, который следует всегда носить при себе вместе с другими важнейшими документами экспедиции.

После возвращения из экспедиции и разбора коллекций наступает второй этап – подведение итогов полевой работы. Я придаю ему очень большое значение и полевой отчет ставлю во многих отношениях выше окончательного, ибо он обычно объективно подытоживает непосредственные полевые наблюдения и этим самым приобретает ценность, не всегда присущую детально проработанному окончательному отчету, на который оказали влияние и прочитанная литература, и мнения других исследователей, и целый ряд посторонних обстоятельств.

Отчет, написанный под первым впечатлением самой поездки, нередко является гораздо более правильным и более глубоким с точки зрения постановки самих проблем, чем более поздняя надуманная и обработанная сводка.