Текст книги "Занимательная минералогия"
Автор книги: Александр Ферсман
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 18 страниц) [доступный отрывок для чтения: 7 страниц]
Камень в разные времена года
Меняется ли камень в разные времена года? Живет ли он так, как живет однолетнее растение, или больше напоминает многолетнее хвойное дерево? Может быть, подобно птице, он меняет свой пестрый наряд или, подобно змее, ежегодно сбрасывает свою кожу? Конечно, хочется ответить прежде всего: нет, камень – мертвый, безжизненный и не меняется ни весной, ни зимой. Боюсь, однако, что такой ответ будет немного опрометчивым, так как многие минералы образуются и изменяются в определенные периоды года.
Мы знаем один такой очень характерный минерал, появляющийся в определенные месяцы года, исчезающий весной на огромных пространствах земли, чтобы снова вернуться осенью. Это – твердая вода, лед и снег. На первый взгляд это кажется несколько странным, но вспомним, что иногда лед известен как обычная горная порода вроде известняка, песчаника или глины. В Якутской области лед встречается целыми скалами, переслаиваясь с песками и другими горными породами.
Если бы мы жили в обстановке вечного холода, градусов на 20–30 ниже нуля, то лед был бы для нас самой обыкновенной горной породой, которая образовывала бы скалы и горы, а его расплавленное состояние мы называли бы водой. Воду, может быть, мы считали бы очень редким минералом и радовались бы, когда где-нибудь случайно под действием ярких лучей солнца получался бы жидкий лед, – так же, как нас поражает расплавленная сера вулканов или застывшая в термометре капля ртути.
Но не только лед и снег мы должны называть временными минералами, – таких минералов много, и мы встречаем их на каждом шагу весной и осенью, в полярных странах и пустынях.
Весной под Москвой, после схода весенних вод, на черных глинах появляются красивые зеленовато-белые цветы: это соли железного купороса, который образуется при окислении колчеданов весенними водами, богатыми кислородом. Эти вещества пестрым узором покрывают склоны балок. Но первый дождь смывает их до следующей весны.
Еще поразительнее картина этих выцветов в пустыне. Здесь в диких условиях Кара-Кумов мне пришлось встретиться с совершенно фантастическим появлением солей. После сильного ночного дождя наутро глинистые поверхности шоров неожиданно покрываются сплошным снеговым покровом солей, – они вырастают в виде веточек, иголочек и пленок, шуршат под ногами… Но так продолжается только до полудня, – поднимается горячий пустынный ветер, и его порывы развеивают в течение нескольких часов соляные цветы. И снова к вечеру перед нами такой же серый и мрачный шор пустыни.
Еще грандиознее такие сезонные минералы в наших среднеазиатских соляных озерах и особенно в знаменитом Карабогазском заливе Каспийского моря. Зимой там выпадают миллионы тонн глауберовой соли и, как снег, выбрасываются волнами на берег, чтобы летом снова раствориться в теплой воде залива.
Однако самые замечательные каменные цветы дают нам полярные области. Здесь в продолжение шести холодных месяцев в соляных рассолах Якутии бывший ссыльный при царском режиме, минералог П. Л. Драверт наблюдал замечательные образования. В холодных соляных источниках, температура которых опускалась на 25° ниже нуля, на стенках появлялись большие шестиугольные кристаллы редчайшего минерала «гидрогалита». К весне они рассыпались в порошок простой поваренной соли, а к зиме снова начинали расти. По словам Драверта, «казалось святотатством ходить по этой блестящей узорно-кристаллической поверхности, до того она была красива».
Нельзя без волнения читать письма Драверта о его находке и первых исследованиях гидрогалита. Кристаллы приходилось вынимать из рассола, температура которого была на 29° ниже нуля. Чтобы определить твердость кристалла, надо было чертить им лед или гипс при температуре воздуха –21°. Даже в комнате, где он пытался проделать химические опыты, было 11 градусов холода.
Чёртово городище.
Вот как он описывает свои исследования над этим временным минералом полярной Якутии:
«Естественно возникла у меня мысль так или иначе зафиксировать формы кристаллов. Вначале я решил сделать их отпечатки в гипсе и залить их свинцом. Но гипса у меня не было, прекрасный прозрачный гипс, найденный мною в Кызыл-Тусе, оставался еще там и не был доставлен ко мне. Я отправился на розыски и в четырех верстах от жилища нашел выходы скверного гипса, но тут я был рад ему, как сахару. Обжег, истолок, просеял и т. д. И, о ужас, кристаллы ломались и плавились, входя в массу, а на холоде она застывала, и тогда кристалл нельзя было облечь ею. Перепортив бездну материала, я получил несколько жалких отливок. Кстати, вышла вся добыча, и пришлось пустить в ход чайные ложки… У нас оставалось немного масла (мы тогда частенько голодали; хлеба уже не было); с разрешения моих спутников я использовал масло, имея в виду отпечатки в масле залить гипсом. Удалось сделать несколько форм; я выставил их на мороз для укрепления; но через два часа, взглянув на заливку, не застал ни одного кусочка, – их унесли желтые мыши. Я чуть не заплакал…
Никакого другого материала для консервирования не было, или я не знал способа. Вдруг мелькнула в мозгу острая, как кинжал, идея: ignis sanat!
В полуразрушенном доме, где мы жили, была русская печка, которая топилась непрерывно, ибо у трубы не было вьюшек. Я разложил перед ее устьем несколько кристаллов, в различных степенях удаления от огня. Жар был настолько силен, что манипуляция эта производилась в кожаных перчатках. Кристаллы начали оплавляться, затем, утратив часть воды, некоторые остались в малоизмененном виде (по форме), другие начали выделять из себя ветвистые оттростки наподобие цветной капусты, совершенно искажающие их очертания…
В течение нескольких дней я торчал перед печкой, варьируя условия опыта. Наконец добился того, что кристаллы сохраняли свой внешний вид. Для этого их нужно было высушивать перед устьем топящейся сухими дровами печки, помещенными на пористом основании, которое быстро впитывало их кристаллизационную воду».
Так были исследованы периодические минералы Якутии, эти замечательные зимние цветы соляных источников полярной Сибири.
Я привел всего несколько примеров – тех, где заметны изменения камня в разные времена года. Но думаю, что если бы мы вооружились микроскопом и точнейшими химическими весами, то увидели бы, что и многие другие минералы живут такой же своеобразной жизнью и постоянно изменяются зимой и летом.
Возраст камня
Можно ли определить возраст камня? «Конечно, нет», – ответит читатель, зная, как трудно определить возраст животного или растения. Ведь камень существует очень долго, начало и конец жизни его теряются где-то в неведомых глубинах времени. Но это не совсем так, и иногда сам минерал на самом себе записывает свой возраст.
В одну из поездок в Крым мне пришлось изучать отложения Сакского соляного озера. Поверхность его черной лечебной грязи покрыта прочной коркой гипса. Когда берут грязь для ванн, то стараются снять эту корку. Но она рассыпается на мелкие иголки и острые камешки.
В этих копьевидных кристалликах я подметил черные полоски, а сравнив гипсовые иголочки друг с другом, скоро увидел, что черные полоски лежат в коре горизонтально и всегда на одном и том же уровне. Разгадка сделалась очевидной: кристаллы гипса растут ежегодно, особенно летом, после весенних разливов, когда с окружающих гор в озеро текут мутные илистые воды, вызывающие образование черных полосок на гипсовых кристаллах. Каждая полоска – это год жизни, годовое кольцо – вроде тех, которые мы так отчетливо наблюдаем на стволах деревьев. Кристаллики неожиданно рассказали историю своего образования, их возраст был не больше двадцати лет, по толщине чистых и черных полосочек можно говорить о том, дождливая ли была весна и жаркое ли было лето.
Такие же годовые кольца, но гораздо большего масштаба, можно видеть в знаменитых соляных копях Украины. Здесь, под землей, в огромных камерах, освещенных электрическими лампами, на стенках можно заметить полоски разного оттенка, правильно чередующиеся на всем протяжении подземных зал. Мы знаем, что это годовые кольца отложений соли в мелких озерах у берегов давно исчезнувших пермских морей.
Но еще замечательнее – это ленточные глины, которые на нашем Севере встречаются в большом количестве. Они являются осадками озер и рек, стекавших с того огромного ледника, который около двадцати тысяч лет тому назад покрывал наш Север, проникая отдельными языками далеко на юг, даже в область южнорусских степей. В таких глинах на окраске и величине зернышек можно отличить зимний слой, более темный, и летний, более светлый. Подсчитывая такие слои, – а их много тысяч, – можно нарисовать точную хронологию нашего Севера. Ленточные глины являются для геолога календарем, в котором отмечалась и записывалась летопись всего нашего Севера.
В минералогии есть еще гораздо более точные методы определения возраста разных камней. В большинстве горных пород и в большом числе минералов содержится радий, редкий металл, который сам по себе образуется из других металлов и, в свою очередь, постепенно и медленно превращается в другие вещества и особенно в свинец. При этом из радия постоянно выделяется газ гелий. И чем больше изменяется радий, тем больше накапливается вместе с ним особого свинца и газа гелия. Если только известно, сколько радия в породе, сколько из него ежегодно образуется свинца, то по количеству свинца можно определить тот промежуток времени, который прошел с начала процесса, с момента образования минерала.
Сейчас для нас более или менее несомненно, что возраст самых древних минералов и горных пород определяется между одной тысячей и двумя тысячами миллионов лет. Горные породы Финляндии и побережья Белого моря, вероятно, имеют возраст в миллиард семьсот миллионов лет. Наши каменноугольные отложения Донецкого бассейна образовались около трехсот миллионов лет тому назад. Сейчас нам впервые благодаря камню удалось построить хронологию мира:[6]6
Цифры исправлены по данным Д. И. Щербакова, журнал «Природа», июль 1952 г. (Примечание редакции.)
[Закрыть]
Образование планет в нашей солнечной системе до 5–10 000 000 000 лет тому назад.
Образование твердой земной коры – 2 100 000 000.
Появление первой жизни – 900 000 000–1 000 000 000.
Появление ракообразных (синяя глина окрестностей Ленинграда) – 500 000 000.
Появление панцырных рыб (девон) – 300 000 000.
Эпоха каменного угля – 250 000 000.
Начало третичной эпохи и время образования Альпийских гор – 60 000 000.
Появление человека – около 1 000 000.
Начало ледниковых эпох – до 1 000 000.
Конец последней ледниковой эпохи – 20 000.
Начало тонкой обработки камня – 7000.
Начало века меди – 6000.
Начало века железа – 3000.
Настоящий момент (до нашей эры) – 0.
Таково определение времени в прошлом по каменным документам истории природы. Дальше хронология обрывается. За пределами геологической истории Земли и истории Солнца прошлое скрыто пока от пытливой мысли ученого. Пусть, однако, и в вышеприведенных цифрах читатель увидит лишь первое приближение к истине: пока только намечаются вехи, пытаются измерить время прошлого. Еще много трудов, много ошибок испытывает человеческая мысль, пока она из приближенных чисел нашей хронологии сумеет построить точную хронологию мира и на летописях камня прочтет свое прошлое.
Еще много придется работать ученым, чтобы использовать хронологию в самой жизни и суметь возраст растений и животных сделать точными часами прошлого.
Глава четвертая
Драгоценный и технический камень
Алмаз
Среди драгоценных камней самый сияющий, самый замечательный – это алмаз. Ни один камень не может с ним сравниться! Сверкающий, переливающийся всеми цветами радуги, более твердый, чем все тела природы, – недаром само слово «алмаз» происходит от греческого слова – неукротимый, непреоборимый. Но не только в окне ювелирного магазина или в музее драгоценностей видим мы этот самоцвет (или, как говорят про него наши уральские кустари, «самосвет») – алмаз нужен стекольщику, когда он режет стекло; в разных мастерских алмазным острием производят самые тонкие работы. Алмаз особенно необходим в тех инструментах, которые называют буром и которые врезаются в скалы и камни, чтобы подготовить взрывы динамита. Наконец, всюду, где надо пилить тонкими пилами сталь или твердый камень, где надо тонко полировать твердые пластинки, нужен алмазный порошок. Если человеку удалось прорыть туннели через горы длиной в десять-пятнадцать километров; если он врезается своими буровыми инструментами на глубину свыше четырех километров; если ему удалось изготовить столь тонкие приборы, что отдельные царапинки и линии можно разглядеть лишь в увеличительное стекло, – то всё это стало возможным только потому, что в руках человека имеется алмаз. Не удивительно поэтому, что больше половины этого камня идет сейчас на нужды техники, и даже самые некрасивые, непрозрачные камни, с трещинами и включениями, находят себе применение.
Ценность алмаза заключается в замечательном сочетании нескольких свойств. Это самый твердый камень в природе, который можно царапать, резать или полировать только другим алмазом.[7]7
В последние годы человек перехитрил природу и в печах получил вещество карбид бора, которое в некоторых случаях даже тверже алмаза. Последний, однако, очень хрупок.
[Закрыть]
Он нерастворим ни в одной жидкости, которую знает человек, кроме расплавленного металла или расплавленной горной породы. Он не горит в обычном огне, и только при температуре выше 800° можно сжечь алмаз в сплаве с селитрой. Наконец, алмаз обладает особенным свойством – рассеивать свет солнца, то есть делать то, что производят капельки дождя, образующие на небе яркую, пеструю радугу. Ограненный алмаз дает особенно яркую радугу, которая, переплетаясь своими цветами, так поражает нас в этом камне.
Но самое замечательное то, что по своему составу алмаз – простой углерод. Он отличается от обычной сажи в трубе и от черного графита в карандаше только тем, что в нем иначе расположены мельчайшие частички того же элемента – углерода.
Из предмета роскоши алмаз превращается ныне в могучее орудие техники. Ни один кристаллик этого вещества не пропадает в руках человека: лучшие и наиболее чистые кристаллики шлифуют в бриллианты; другие вставляют в коронки буровых инструментов, разламывают и изготовляют иголочки для гравировки, шлифуют в плоские розы; третьи измельчают в порошок для шлифовки твердых драгоценных камней и самого алмаза. Даже маленькие камни стóят раз в двести-триста дороже равных им по весу драгоценных металлов – платины и золота, а большие камни по своей цене нельзя сравнить с ценой самых редких элементов. Достаточно вспомнить, что самый большой алмаз, найденный в Южной Африке, знаменитый Кюллинан, весил около шестисот граммов и был оценен в два миллиона рублей золотом.
Каждый год добывается алмазов более чем на четверть миллиарда рублей золотом, и эта цифра среди природных выработок полезных ископаемых стоит наравне с ценностью добычи меди и серебра.
Не удивительно поэтому, что алмаз упорно привлекает внимание исследователей, и вопрос о его происхождении и искусственном получении становится проблемой огромного теоретического и экономического значения.
Долгое время алмаз находили только в россыпях рек: в Индии и Бразилии его намывали из речных песков. Породы, в которых произошло образование алмаза, были неизвестны.
Но вот почти сто лет тому назад маленькая девочка, игравшая в песке, нашла первый алмаз в Южной Африке. С тех пор Южная Африка сделалась центром мировой добычи алмазов, и сейчас целая страна с миллионом населения живет добычей этого камня.
Когда геологи стали изучать эту страну, их внимание привлекли огромные воронкообразные углубления, заполненные магнезиально-силикатной породой – кимберлитом. Эти воронки прорывают не только граниты, но и покрывающие их слои разнообразнейших образований. Как сильны должны были быть те взрывы, которые сопровождали подъем этих некогда расплавленных пород! Огромные количества скопившихся в них газов и паров воды открывали себе доступ через эти вулканические жерла, и вслед за ними расплавленная магма, внезапно освободившаяся от огромного давления, поднималась вверх отдельными порывами, то застывая по дороге, то вновь разламывая образовавшуюся кору и захватывая обломки окружающих пород. Так извергались эти темные породы, подобные базальту. В них рассеян алмаз, но так редко, что на каждые полторы тонны породы приходится не больше 1/10 грамма драгоценного камня.
Много было споров, и много научных догадок высказали исследователи по вопросу о том, когда и как образуется в этих породах алмаз. Теперь уже выясняется, что алмаз выкристаллизовывался из кимберлитовой магмы, как из сплава, еще на очень больших глубинах при больших давлениях.
Но если это так, то нельзя ли попытаться искусственно получить алмаз, повторив в лаборатории то, что делает природа? Много сил ученые затратили на то, чтобы искусственно из угля или графита получить алмаз.
Пятьдесят лет тому назад в расплавленном серебре, а потом и в расплавленных породах удалось заставить выделиться маленькие-маленькие кристаллики алмаза. Но получить хорошие кристаллы до сих пор не удалось.
Но представим себе, что эта задача решена и химикам в каких-либо особых печах удастся получать громадные кристаллы чистейшего алмаза в любых количествах.
Что же произойдет?
В Африке сразу уничтожится целая отрасль промышленности, финансовый крах еще более увеличит существующий хаос капиталистического строя.
Преобразуется вся техника человека: острые зубья, пилы и сверла, целые инструменты из твердого алмаза внесут полное изменение в машины; бурение гор сделается легким и доступным; металлы станут резать, пилить, полировать алмазом, алмазным резцом, алмазным порошком…
Наверное, это и осуществится. Но сейчас это только смелый полет мысли ученого!
Всё же не надо забывать, что научно обоснованная фантазия часто становится действительностью недалекого будущего. Вспомните, как многие сказочные картинки из романов Жюль Верна стали реальностью наших дней.
Горный хрусталь
Возьмите в руку обломок горного хрусталя и такой же кусок стекла, – оба похожи и по своему цвету и по прозрачности. Если их сломать, у них будут одинаково острые, режущие края и формы излома. Но будет и различие: горный хрусталь долгое время останется холодным в вашей руке, стекло очень скоро сделается теплым. Недаром в жарких странах в древности в домах богатых римлян держали большие хрустальные шары, о которые охлаждали руки. Это явление происходит оттого, что горный хрусталь гораздо лучше проводит тепло, чем стекло. Поэтому тепло руки быстро расходится по всему камню, а в стекле нагревается только его поверхность. Знали ли это свойство древние греки или нет, – неизвестно, но, во всяком случае, это они дали нашему камню название «хрусталь» от греческого наименования «лед», так как действительно горный хрусталь очень похож на лед. Недаром знаменитый римский натуралист Плиний-старший писал про горный хрусталь: «из небесной влаги и чистейшего снега должны рождаться хрустали».
Горный хрусталь – это прозрачная, чистая кристаллическая разновидность кварца, того минерала, который мы находим и в зернах наших песков, и в сером полупрозрачном камне наших северных гранитов, и в зернышках точильного бруска, и в пестром агате или яшме наших уральских безделушек.
Чистые, прозрачные кристаллы горного хрусталя достигают огромных размеров, и образцы в пятнадцать-двадцать килограммов весом нередки. На Полярном Урале известны прозрачные кристаллы до тонны,[8]8
Такие замечательные кристаллы привезены в Минералогический музей Академии наук в Москве.
[Закрыть] а на Мадагаскаре – до полутора тонн. Не удивительно поэтому, что из одного кристалла можно было вырезать целые предметы: так, в московской Оружейной палате хранится самовар из горного хрусталя, а в художественном музее в Вене – великолепная по отделке и тону флейта!
В Швейцарии и на Мадагаскаре горный хрусталь встречается в больших пустотах – пещерках. Недавно один смелый советский минералог проник в труднодоступную тайгу Полярного Урала и там открыл такие же «погреба» с прозрачными горными хрусталями.
Горный хрусталь – замечательный диковинный камень, и о нем полезно кое-что рассказать, так как в последние годы им начинают пользоваться очень широко и для самых разнообразных целей. Мы уже говорили, что он хороший проводник тепла, потому им пользуются там, где нужно, чтобы тепло передавалось быстро. Во-вторых, он обладает особенными электрическими свойствами, и им пользуются в самых разнообразных приборах, и особенно в радиотехнике. Горный хрусталь незаменим в тонком производстве различных точных приборов. Здесь имеет значение и его большая твердость, и очень трудная плавкость, и замечательная чистота, и то, что он не разлагается кислотами. Но у хрусталя есть еще и другие ценные свойства. Возьмем и нагреем его в электрической печке почти до 2000°, – горный хрусталь расплавится и потечет, как стекло; и, как на стеклянном заводе, из него тогда можно будет готовить стаканы, трубки, пластинки и пр. На вид это как будто совсем обыкновенное стекло, однако в действительности это не так: если горячий стакан из простого стекла бросить в холодную воду или, наоборот, налить кипяток в холодный стакан, то обыкновенно он лопается. Не то будет с кварцевым стаканом: вы можете его накалить докрасна, бросить в ледяную воду, – он не изменится и останется цел. Другое замечательное свойство горного хрусталя – способность давать тончайшие кварцевые нити. Правда, и из простого стекла вытягивают ниточки и даже делают вату, которая нередко употребляется для украшения елки или для химических фильтров. Однако из расплавленного кварцевого стекла можно вытянуть такие тонкие нити, что они почти незаметны для простого глаза: надо сложить рядом пятьсот таких нитей, чтобы получить толщину простой спички, а вся спичка будет сложена из четверти миллиона ниточек. Такие ниточки получаются при стрельбе расплавленным хрусталем из маленького лука!
Чистота и прозрачность горного хрусталя уже давно сделали его прекрасным материалом для огранки или приготовления печаток и разных безделушек. В селе Березовском, под городом Свердловском на Урале, живут кустари, которые быстро, на простых станочках, обтачивают кварцевые гальки и готовят бусинки. Просверленные насквозь пятьдесят-семьдесят бусинок нанизывают вместе – и готово прекрасное, сверкающее ожерелье, как бы сделанное из алмазов.
Всё больше и шире применяется горный хрусталь в нашей жизни, в промышленности и технике, и всё упорнее человек хочет получить его искусственно и заменить природу своей лабораторией. Если мы удачно получаем в наших печах искусственные рубины и сапфиры, если мы хорошо научились готовить сотни различных солей и минералов, то неужели мы не сумеем в наших лабораториях получить просто окристаллизованный кварц? Ведь одна шестая часть всей окружающей коры состоит из кварца, и этот обыкновенный минерал земли на тысячу ладов кристаллизуется вокруг нас. Но это не так просто. Получить горный хрусталь долгое время не удавалось химику-минералогу. Только недавно в Италии нашли разгадку, и в очень сложной обстановке, в особых кристаллизаторах удалось вырастить чудные, прозрачные кристаллики, но не больше полугора сантиметров длины. Как будто бы правильный путь уже найден, и я уверен, что через несколько десятков лет геологи не будут больше с опасностью для жизни взбираться на вершины Альп, Урала или Кавказа в погоне за кристаллами, не будут добывать их в безводных пустынях Южной Бразилии или в наносах Мадагаскара. Я уверен, что мы будем по телефону заказывать нужные куски кварца на государственном кварцевом заводе, где в больших закрытых чанах с перегретыми растворами на платиновых ниточках будут расти прозрачные камни горного хрусталя. На смену горняку приходит химик!
