Текст книги "Из чего всё сделано? Рассказы о веществе"

Автор книги: Любовь Стрельникова

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 11 страниц)

Глава 2. Откуда взялись вещества?

Машина времени

Чтобы понять, откуда взялся строительный материал для материи – элементарные частицы, надо отправиться в далёкое прошлое. «Но ведь машины времени существуют только в фантастических романах и фильмах!» – скажете вы. И нет, и да. Пока что, действительно, не создано никакого транспортного средства, которое могло бы физически перенести нас в прошлое. Разве что в фильмах, таких как «Назад в будущее» (США). А было бы здорово: сел в мягкое кресло, пристегнул ремни, установил на дисплее «−2000 лет», нажал кнопку «Поехали», и через считанные минуты ты уже в древнем Риме, в Колизее, наблюдаешь бой гладиаторов. Возможно, созданием такой машины будете заниматься вы, когда станете исследователями. А между тем астрофизикам, изучающим Вселенную, каждый день удаётся заглянуть в далёкое прошлое и узнать о событиях, которые там происходили. На этот случай у них есть свои машины времени – телескопы.

Всё дело в свете. Когда мы смотрим на любой объект или человека, чаще всего на маму, то видим свет, который отражают её лицо, волосы, очки, костюм, маникюр и морщинки возле глаз, когда она улыбается. Отражённый свет попадает в наши глаза, на специальное приёмное устройство – сетчатку. Она, в свою очередь, передаёт сигнал в мозг, и мозг сам строит изображение того, что мы видим. Отражённый свет несёт информацию о мельчайших деталях объекта, его форме, цвете, фактуре – обо всем. Ничто от него не ускользнёт – ни пятнышко на рукаве, ни грязные ботинки, которые вы забыли почистить перед школой, ни обкусанные ногти. Просто идеальный копировщик.

Свет летит с невообразимой скоростью – 300 000 километров в секунду. Ничто во Вселенной не движется быстрее. Но эта скорость всё-таки конечна. И если свету, несущему информацию об объекте, надо преодолеть расстояние в миллионы или миллиарды километров, то на это требуется уже заметное время. Вот мы смотрим на Луну. И что же мы видим? Красивый белый диск на ночном небе, покрытый тёмными пятнами. Иногда нам кажется, что эти пятна складываются в изображение женского лица. Но вряд ли вы задумывались, что, глядя на Луну, мы смотрим в прошлое, на несколько секунд назад. Именно столько времени требуется свету, чтобы преодолеть расстояние от Луны до Земли. А если мы рассматриваем Солнце, то мы ещё больше удаляемся в прошлое – на несколько минут. Они необходимы свету, чтобы добраться от Солнца до Земли, ведь Солнце расположено от нашей планеты значительно дальше.

Что уж говорить, например, об упомянутой звёздной системе Альфа Центавра! В тёмную ясную ночь её можно увидеть на небе, особенно самую яркую её звезду – Альфа Центавра А. Наш взгляд на эту звезду – это бросок в прошлое почти на четыре с половиной года: столько времени добирается свет от звезды до наших глаз. Если обозначить это расстояние в километрах, то получится длиннющее число со множеством нулей. Оперировать такими числами трудно. Поэтому для космических расстояний астрофизики придумали свою меру длины – световой год. Он равен тому расстоянию, которое проходит свет за год, приблизительно 9 460 000 000 000 (9 триллионов 460 миллиардов) километров.

Вот она, машина времени длиной чуть больше тринадцати метров и диаметром – чуть больше четырех. На этом космическом аппарате установлен знаменитый телескоп Хаббл, который оборачивается вокруг Земли за 96 минут и позволяет заглянуть в прошлое Вселенной на 12 миллиардов лет назад

Самая мощная машина времени сегодня – это американский телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope), который вращается на земной орбите уже 20 лет. Оптические глаза этого телескопа удивительно зоркие. Они видят почти в десять раз лучше, чем его собратья на Земле. Почему, спросите вы? Да всё дело в атмосфере, окружающей нашу Землю, в том воздухе, которым мы дышим. Нам-то он кажется совершенно «пустым» и потому прозрачным. Но на деле всё не так.

Воздух и атмосфера содержат огромное количество разных веществ – кислород, азот, углекислый газ, пары воды и многое другое. Эти вещества летают над нами и вокруг нас в виде одиночных молекул. А мы-то уже знаем, что одиночные молекулы невидимы нашему глазу. Вот нам и кажется, что прозрачный воздух – это сплошная пустота. Однако свет очень чувствителен к той среде, через которую летит. Да и человек тоже: одно дело нестись по берегу вдоль реки, а другое – бежать по мелководью по пояс в воде. Догадайтесь, кто движется быстрее? В атмосфере Земли свет сталкивается с невидимыми молекулами, рассеивается и немного замедляется. Вот поэтому астрофизики и решили поместить телескоп на орбиту Земли, поднять его над атмосферой, расположить в космическом вакууме, где содержание веществ ничтожно и потому нет никаких препятствий для света, нет помех.

Ожидания астрофизиков оправдались, и теперь у нас есть супертелескоп «Хаббл», который ловит свет далёкого прошлого и посылает на Землю фантастические по красоте снимки разных уголков Вселенной. Кстати, вы тоже можете посмотреть на эту красоту – в Интернете. Снимки доступны для всех.

Спектральные очки

Но зачем нам свет, если мы хотим узнать, откуда взялось вещество? Оказывается, свет может рассказать не только о внешнем виде. Любое сильно нагретое тело излучает энергию. Разогретая печка излучает тепло, раскалённые угли пышут жаром и мерцают красным огнём, а летнее солнце слепит глаза и жжёт кожу. Таково свойство всех веществ и его составных частей, атомов, – возбуждаться и излучать при нагревании.

Возьмите щепотку обыкновенной поваренной соли на кончик ножа (химики для этого используют фарфоровую ложечку) и внесите в открытый огонь. Пламя, охватывающее соль, будет окрашено в яркий жёлтый цвет. Именно такой свет испускают при сильном нагревании атомы элемента натрия, входящего в состав соли. А если вы возьмёте другое вещество, которое содержит элемент калий, то пламя будет сине-фиолетовое. Кстати, этот незамысловатый метод до сих пор используют химики, чтобы определить присутствие того или иного элемента в неизвестном веществе или смеси веществ. А пиротехники – для создания разноцветных праздничных фейерверков.

Синее пламя газовой горелки становится желтым, если в него внести на ложечке обыкновенную поваренную соль. Атомы натрия, входящие в состав этого вещества, обнаруживают себя этим желтым свечением

Астрофизики, поймавшие свет далёкой звезды, могут разложить его на составные части – это называется спектром. Природа тоже умеет это делать. Вы наверняка не раз видели, как после дождя в небе вдруг появляется восхитительная радуга. Это капельки воды, висящие в воздухе, раскладывают видимый свет на составные части. И вы точно знаете, как в этом полосатом чуде будут чередоваться цвета: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. А если не знаете, то запомните фразу-подсказку: каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Или вот ещё такой шутливый «французский» вариант: как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь Вы уже догадались, что первая буква в каждом слове – это первая буква в названии цвета радуги.

Но вернёмся к астрофизикам. Астрофизики умеют разложить свет далёких звёзд на гораздо более тонкие составные части, причём даже увидеть с помощью специальных приборов те части светового спектра, которые невидимы глазу, – инфракрасную и ультрафиолетовую. Тот, кто умеет читать эти спектры, многое узнаёт о звезде. Например – какая у неё температура, какие элементы входят в её состав, какие процессы протекают на этой звезде и как далеко она расположена от Земли.

Если посмотреть на Солнце сквозь такие спектральные очки, то окажется что на Солнце присутствует около 80 элементов таблицы Менделеева. Больше всего – водорода (почти три четверти по массе) и гелия (почти четверть), и совсем чуть-чуть (2%) остальных элементов.

Однако главный вопрос остаётся – откуда эти элементы взялись на Солнце? Чтобы узнать это, нам придётся вернуться к нашей машине времени.

Вообще, любое разогретое вещество излучает энергию. И это на руку астрофизикам, которые разглядывают светящиеся галактики и узнают о событиях, происходящих в них

Начало всех начал, или Космическая кухня

Сегодня телескоп «Хаббл» позволяет заглянуть на двенадцать миллиардов лет назад! Излучение, пришедшее из невообразимо далёкого прошлого и пойманное «Хабблом», тщательно изучают астрофизики. Так им удаётся воссоздать те космические события, которые разворачивались на протяжении этого гигантского отрезка времени. Они как будто смотрят фильм, прокручиваемый назад, от конца к началу. К тому, с чего всё началось.

А всё началось с Большого взрыва. Именно так назвал момент зарождения Вселенной бельгийский священник и астроном Жорж Леметр в 1931 году. Уже тогда, в начале XX века, астрономы сумели с помощью наземных телескопов разглядеть и понять, что части Вселенной находятся в постоянном движении. И не просто в движении: они словно разбегаются в разные стороны, удаляясь друг от друга, – точно так, как разлетаются осколки гранаты или искры фейерверка. В конце 20-х годов прошлого века Жорж Леметр посетил своего друга, астронома Эдвина Хаббла (в его честь назван телескоп) в Маунт-Вилсоновской астрономической обсерватории в Калифорнии (США) и узнал об этих последних наблюдениях. А дальше он просто подумал и представил, что будет, если разлетающиеся осколки гранаты обратить вспять, то есть заставить лететь в обратном направлении. Этот мысленный эксперимент привел его к тому исходному моменту, когда граната взорвалась и породила разлетающиеся осколки. Так появилась на свет теория Большого взрыва.

Сегодня астрофизики подсчитали, что Большой взрыв случился около 14 миллиардов лет назад. Взорвалось нечто очень маленькое и невероятно плотное. Жорж Леметр называл это первоатомом, а современные физики – точкой сингулярности. И в момент этого исторического для нашего мира взрыва родились материя, пространство и время. Большой взрыв был невероятно мощным: на его фоне взрыв атомной бомбы – просто комариный писк. Раскалённый шарик с гигантской температурой начал стремительно раздуваться, создавая внутри себя всё больше пространства. По мере расширения температура внутри раскалённой сферы падала, и начала рождаться будущая материя.

Я просто вижу, как вы недоумённо трясёте головой: «Ничего не понимаю! Как это ничего не было, ни материи, ни пространства, ни времени?!» Понять и представить это действительно трудно. Я сама ломала над этим голову многие годы. И вот какая аналогия пришла мне на ум, надеюсь, она поможет и вам. Вас ведь тоже когда-то не было, и для вас не было ни пространства, ни времени. Но вот вы появились на свет, и в этот миг для вас распахнулось пространство и пошёл отсчет времени. Ваше пространство было вначале очень маленьким и ограничивалось вашей кроваткой. Но вы росли, и оно росло, расширялось, вместе с вами. Чем дальше, тем больше будет становиться это пространство, которое вы узнаете и освоите. И пределов вашему познанию нет. Вам открыт весь этот мир – прекрасный и бесконечный.

Но вернёмся к рождению Вселенной. Мы с вами уже знаем, что всё состоит из трех элементарных частиц – протона, нейтрона и электрона. Они-то и появились в самом начале первой секунды после Большого взрыва. Секунда ещё не прошла, а температура уже упала до 300 миллионов градусов, и начали формироваться первые ядра будущих атомов, самых маленьких и простых – тяжелого водорода (один протон, один нейтрон) и гелия (два протона, два нейтрона). Не случайно эти элементы занимают два первых места в таблице Менделеева. Они действительно были первыми! Через тысячу лет стало «прохладно» – всего-то 30 тысяч градусов. Но это была именно та температура, при которой ядра гелия и водорода смогли притянуть к себе электроны. Так появились первые атомы.

Так выглядит наша Вселенная глазами телескопа Хаббл. Сто миллиардов галактик, вроде нашей, и в каждой из них сто миллиардов звезд, вроде нашего Солнца! Интересно, сколько планет во Вселенной?

Эта гигантская спиралевидная галактика, как, впрочем, и всё остальное, состоит всего лишь из трёх типов элементарных частиц – электронов, протонов и нейтронов

А потом, ещё через 200 миллионов лет, во Вселенной стало просто чудовищно холодно – минус 272 градуса по Цельсию, или всего около одного градуса по абсолютной шкале температур. При таких условиях газ Вселенной, состоящий из водорода и гелия, стал конденсироваться, то есть объединяться в газовые шары вроде нашего Солнца и других звезд. Силы гравитации всё сильнее сжимали их. Из-за выделяющейся при этом энергии начала расти температура. И вот в недрах звёзд создались условия, при которых началась реакция термоядерного синтеза – слияние ядер водорода и гелия, порождающее ядра всё более тяжелых элементов, всех химических элементов таблицы Менделеева. Так звёзды превращались в гигантские фабрики материи. А ещё в результате этих реакций выделялось много энергии, которая распространялась во Вселенной, в том числе в виде света. Именно поэтому мы видим на небе звёзды, которые удалены от нас на сотни миллионов световых лет.

А потом всё «топливо» в недрах звезды сгорало, и звезда взрывалась, раскидывая по Вселенной наработанную материю. Образовывалась межзвёздная пыль, из неё – пылевые облака, а уже из них – планеты, напичканные самыми разными веществами. Вот так рождалась материя, из которой сформировались все объекты во Вселенной.

Наша Солнечная система, в которой мы живём, входит в состав нашей Галактики Млечный Путь. В этой Галактике, как и в других, больше 100 миллиардов звёзд. А всего во Вселенной 100 миллиардов галактик вроде нашей. Гигантский, необозримый, загадочный мир! И весь он соткан из материи, то есть вещества, порождённого Большим взрывом.

Хотя на самом деле никто не может утверждать этого наверняка, ведь никто же не видел Большого взрыва. Это всего лишь теория, предположение. Но сегодня все наблюдаемые данные, полученные астрофизиками с помощью «Хаббла» и других телескопов, подтверждают, что сценарий зарождения и развития Вселенной, именуемый «Большим взрывом», очень похож на правду. Впрочем, остаётся много вопросов: а что было до Большого взрыва? Есть ли другие Вселенные, кроме нашей? Будет ли Вселенная расширяться до бесконечности? А если нет, то что с ней в конце концов произойдёт? Возможно, эти вопросы ждут вас, уважаемый читатель. И если вы посвятите свою жизнь исследованию вселенной, то, очень может быть, найдете на них ответы и осчастливите человечество.

Давайте подведём итог. Протоны, нейтроны и электроны, из которых созданы все элементы и вещества, или материя, появились на свет в момент рождения Вселенной, сразу после Большого взрыва. Из них сформировались атомы первых веществ – водорода и гелия, которые по-прежнему остаются самыми распространёнными веществами во Вселенной. А весь остальной набор химических элементов из таблицы Менделеева рождался и продолжает рождаться в звёздах. Здесь при огромных температурах безостановочно протекают реакции распада и синтеза ядер и атомов, здесь рождаются химические элементы, поставляемые, как сырьё, во Вселенную.

Физики утверждают, что количество электронов во Вселенной не менялось с момента Большого взрыва. Это означает, что и количество разных веществ в этом удивительном мире конечно.

Глава 3. Разберём Землю по кусочкам?

Путешествие к центру Земли

Ничего нельзя сделать из ничего, разве что глупость. Вы уже поняли – чтобы собрать молекулу, нужны атомы, а чтобы сконструировать атомы, нужны протоны, нейтроны и электроны. Но ведь нет такого склада, где протоны, электроны и нейтроны разложены по ящичкам, а ящички – по полочкам: приходи и бери, что нужно. И где, спрашивается, всё это взять? Всё это можно получить из других веществ, которые уже существуют. Физики-атомщики умеют разгонять в ускорителях разные атомы до безумных скоростей, сталкивать их и в результате столкновения получать другие атомы и элементарные частицы. А химики, которые неустанно изучают все мыслимые вещества на свете, умеют из одних веществ получать другие с помощью разных химических реакций.

Но вопрос остается – где взять эти самые исходные вещества? Черпать водород, гелий и космическую пыль гигантскими ложками из космического пространства мы ещё не научились. Но пока нам этого и не надо. Ведь у нас есть свой гигантский склад химических реактивов возрастом 4,5 миллиарда лет и весом миллиард триллионов тонн (6*1021 тонн) – наша замечательная планета Земля, которая сплошь состоит из самых разных веществ.

А давайте-ка пробурим гигантский туннель к центру Земли, пустим по нему прозрачный лифт и посмотрим, что там, на этом складе, припасено. Конечно, это чисто умозрительный эксперимент. Самая большая глубина, на которую удалось человеку вгрызться в Землю, пока составляет всего двенадцать с небольшим километров – это наша сверхглубокая скважина на Кольском полуострове. Вроде бы и много. Но для Земли это всё равно, что елочная иголка, впившаяся в кожу слона. Нам-то нужен туннель длиной 6 371 километр, именно таков радиус Земли. Иными словами, надо пробурить подряд 530 скважин таких, как Кольская, чтобы добраться до центра планеты.

И всё же ничто не мешает нам пуститься в мысленное путешествие. Картина, которая должна открыться нашему взору за прозрачными стенками лифта, сегодня подробно описана геофизиками, изучающими строение Земли. И хотя никто из них не щупал содержимого нашей планеты на глубинах больше двенадцати километров и уж тем более не видел сердца Земли – её ядра, внутреннее устройство нашей планеты довольно хорошо известно.

Но как же можно описать то, чего не видел, спросите вы? А ведь мы с вами уже знаем ответ на этот вопрос – по косвенным наблюдениям.

Учёные прослушивают, зондируют и просвечивают нашу планету – ну совсем как врачи, изучающие наш организм. С помощью рентгена, ультразвука и разных зондов, которые порой приходится глотать или пускать в путешествие по кровяному руслу, доктора рассматривают наши внутренности. А с помощью звука, доносящегося из холодного фонендоскопа, который врач прикладывает к нашей груди, – прослушивают лёгкие и бронхи: уж не началось ли там, тьфу-тьфу, какое-нибудь воспаление. Так и геофизики воздействуют на Землю – разными электромагнитными излучениями и сейсмическими волнами. Потом прислушиваются к эху, изучают отклик и делают выводы о том, в каком состоянии находится вещество на той или иной глубине – жидкое оно или твёрдое, каковы его плотность и температура.

Ну вот, мы уже в лифте. Светящийся экран, вмонтированный в пол, отсчитывает километры нашего погружения. Первый и самый короткий участок нашего пути – около 40 километров на равнинных участках Земли – пролегает через слой, который называется земная кора. Земля покрыта корой, как дерево.

Если крутить головой налево и направо, то, честно говоря, всё равно ничего не будет видно – под землёй кромешная тьма. Впрочем, у нас же в лифте есть мощные прожекторы, они нам немного помогут.

После тончайшего слоя почвы и глины мы погружаемся в каменный туннель с гранитными и базальтовыми стенками. Правда, иногда лифт проскакивает через водные, нефтяные и газовые слои, или горизонты, как их называют учёные, поэтому картина за стенами лифта всё же разнообразная. А тем временем становится всё жарче. На десятикилометровой глубине температура уже под двести градусов! А дальше – ещё горячее. Хорошо, что мы предусмотрительно, пусть и мысленно, надели теплозащитные костюмы.

Резкий звук сирены отвлекает нас от разглядывания содержимого земли. На экране под ногами высвечивается надпись: «Всем сесть в кресла и пристегнуть ремни. Через десять минут проходим границу Мохо!» Этим указанием пренебрегать нельзя. На границе Мохо, открытой в 1909 году хорватским геофизиком и сейсмологом Андреем Мохоровичичем, будет трясти как при хорошем землетрясении. Эта зона высокой активности сейсмических волн опоясывает всю Землю на глубине от пяти (под дном океана) до семидесяти километров. Она отделяет земную кору от самой большой части Земли – мантии, на долю которой приходится 67% всей массы и около 83% всего объёма нашей планеты.

Путешествие сквозь мантию долгое и неинтересное – всё тот же гранитоподобный камень, только ещё более плотный и тяжёлый. Можно сказать, что в земной коре сосредоточены относительно легкоплавкие вещества, а в мантии – тугоплавкие. Так считают геофизики. Хотя на самом деле всё может быть и не так, ведь учёные добывают всё новые и новые данные и создают новые теории. Тем временем наш лифт проходит путь длиной более 2800 километров – всё равно что дважды съездить из Москвы в Санкт-Петербург и обратно.

На глубине 2900 километров мы подходим к границе мантии и ядра Земли. Дальше лифт отказывается ехать даже мысленно, потому что это смерти подобно. Ведь лифту придётся погрузиться в расплавленный металл, составляющий внешнюю оболочку ядра, пройти 2200 километров в этой раскалённой жиже и уткнуться в твёрдое ядро Земли. По мнению учёных, оно состоит из сплава железа и никеля с добавкой других элементов. Похоже, это «шарик» из сверхпрочной нержавеющей стали, из которой делают подшипники, только очень большой. Температура здесь адская – 5000 градусов, почти как на поверхности Солнца. Но ядро остаётся твердым из-за огромного давления. И очень плотным, так что пробурить через него туннель, даже гипотетически, невозможно.

А как же «Путешествие к центру Земли» Жюля Верна? Действительно, писатели-фантасты в своих романах не раз путешествовали к ядру нашей планеты. Но строгие геофизики не оставили нам ни малейшего шанса увидеть тот удивительный и красочный мир, который открылся под землёй героям романа Жюля Верна.

Впрочем, мы уже поняли, что нам с вами нет нужды забираться так глубоко. Ведь мы ищем нужные нам вещества, а их вполне достаточно в земной коре, которая совсем тоненькая, от пяти километров в океане до семидесяти километров в горах. И мы отлично умеем копать её и бурить.

Школьникам тоже ставят памятники, если этот школьник – Жюль Верн (Нант, Франция)

Из чего сделана Земля?

Говорят, что в Земле можно найти почти все элементы таблицы Менделеева. Ну если не все, то девяносто уж точно. Учёные даже прикинули, сколько атомов разных элементов пошло на строительство Земли. Это число столь велико, что у него даже нет названия. Возьмите листок бумаги, напишите единицу, а к этой единичке припишите ещё 50 нулей. Получится число, которое не умещается на одной строке тетрадной странички. О чём говорит нам это длиннющее, как змея, число? О том, что атомов в Земле не просто много, а фантастически много.

Что же это за атомы? Треть из них – атомы железа, еще почти треть – кислорода, шестая часть приходится на кремний, восьмая часть – на магний, двенадцатая часть – на серу, никель, кальций и алюминий. А для остальных элементов остаётся одна сотая часть. Таков состав элементов всего содержимого нашей планеты. Но нас с вами интересует только земная кора, на долю которой приходится всего лишь одна двухсотая часть земной массы. Хотя и это очень много, учитывая гигантский вес нашей планеты.

Из чего же состоит земная кора? Здесь меню побогаче и поразнообразнее.

Восемнадцать элементов – кислород (О) и кремний (Si), алюминий (Al) и железо (Fe), кальций (Ca) и натрий (Na), калий (K) и магний (Mg), водород (H) и титан (Ti), углерод (C) и хлор (Cl), фосфор (P) и сера (S), азот (N) и марганец (Mn), фтор (F) и барий (Ba) – составляют 99,8 % массы земной коры. Больше всего кислорода (половина массы земной коры) и кремния (четверть). А где же золото, серебро и платина, столь драгоценные и любимые нами металлы? Они тоже есть. Однако на их долю вместе с остальными десятками элементов приходится всего лишь одна пятисотая часть земной коры.

В земле много серых и невзрачных камней. Но расколешь такой булыжник, отшлифуешь и изумишься редкой красотой. Как, например, этого агата, найденного в Подмосковье

А вот еще одна редкость — самородок чистейшей меди, найденный в земле в Алтайском крае. Обычно медь встречается в природе только в виде соединений с другими элементами. (Этот красивый образец принадлежит компании «Русские минералы»)

Сера — ещё одно простое вещество, которое можно найти в земле. Например – вот такие кристаллы серы из Новояровского месторождения на Украине

Эти кристаллы, похожие на конфетки, — довольно редкий минерал ванадинит. Он содержит не только ванадий, как следует из названия, но еще и свинец. Так что класть их в рот не рекомендуется

Разумеется, все эти элементы не разложены по отдельным коробочкам, бутылочкам и ящичкам с соответствующими этикетками, как положено на настоящем складе химических реактивов. Элементы в чистом виде, то есть в виде простых веществ, встречаются в земле крайне редко. Это, например, самородное золото, замысловатые слитки которого, маленькие и большие, можно увидеть в минералогических музеях. Или жёлтая сера в восковых на ощупь кристаллах. А ещё – углерод в виде алмазов, из которых делают изумительные прозрачные бриллианты, блестящего чёрно-серого графита или чёрных угольных пластов. В основном же земные породы сложены из оксидов – так химики называют соединения элементов с кислородом в разных соотношениях. Вот почему кислорода в земной коре больше всего.

А ещё, помимо оксидов, в земных породах встречаются самые разные соли – так химики называют соединения атомов металлов с другими элементами. Например – наша поваренная соль, хлорид натрия, или пирит, сульфид железа, который блестит в камнях золотыми прожилками и часто сбивает с юлку искателей золота – очень уж похож.

А есть и более сложные соли, содержащие атомы металла, кислорода и ещё какого-нибудь элемента, например – карбонат кальция, он же белый мягкий мел, которым учительница пишет на доске. Это тоже природный камень, состоящий из атомов кальция, углерода и кислорода в соотношении 1:1:3. Чтобы более коротко записать состав этого вещества, химики используют такой прием: записывают в строчку символы элементов, а рядом с ними, чуть ниже, их относительное количество в веществе. Получается: Ca1C1O3 или, ещё проще, CaCO3. Коротко и ясно. Это называется химической формулой вещества.

Все эти вещества – твёрдые, они умеют образовывать кристаллы разного цвета, они смешиваются, переплетаются, врастают один в другой по велению природы. А в результате образуются самые разные камни – невзрачные, обычные, серенькие или яркие, с замысловатым узором и прожилками. Или прозрачные кристаллы разного цвета, которые называют драгоценными и полудрагоценными камнями. Песок и галька на пляже, скользкая глина на разбитых дорогах, камни в горах, которые сыплются из-под ног, – всё это застывший кристаллический коктейль из тех веществ, о которых мы только что с вами говорили. И все это называется минералами.

Откуда мы это знаем, спросите вы? А всё благодаря геологам, минералогам и геохимикам. Они неустанно исследуют то, что у нас под ногами. Геологи путешествуют по миру, по лесам, по горам, по долинам рек и пустыням с рюкзаком за спиной и со специальным молоточком в руках – собирают разные необычные камни и образцы пород. А минералоги и геохимики в лабораториях тщательно исследуют образцы – рассматривают рисунок, изучают блеск и излом камня, проверяют его магнитные свойства, просвечивают рентгеном и воздействуют химическими реагентами, чтобы узнать химический состав и кристаллическую структуру.

Эти удивительные кристаллы-кубики, похожие на золото, — вовсе не золото, а природный минерал пирит, соединение железа с серой. Из него можно получить железо. Кстати, размеры этих кристалликов невелики – два-четыре сантиметра. Нашли их на Урале и в Испании

Право первооткрывателя

На мой взгляд, «минерал» – очень красивое французское слово. Так называют все природные вещества с определённой кристаллической структурой и свойствами, которые образовались по воле природы. Они входят в состав земной коры, горных пород и руд.

Но это мы с вами уже знаем. А вот чего мы пока не знаем, так это сколько же минералов существует в природе. На этот вопрос не ответит ни один минералог. Он только скажет, что двести лет назад было известно менее ста минералов, а сегодня открыто более четырех тысяч. Причём каждый год учёные находят десятки новых, тщательно исследуют их, выносят результаты своих изысканий на суд научного сообщества и при положительном исходе присваивают ему имя. После этого новый минерал попадает в официальный каталог.

Среди этих четырёх тысяч лишь 20-30 минералов, главнейшие из которых – кварц, полевой шпат и роговая обманка, слагают большую часть земной коры, а остальные встречаются относительно редко. Если вы на проселочной дороге подцепили носком ботинка серый плоский камешек, то, скорее всего, это один из трёх перечисленных минералов.

Кстати, а откуда берутся имена минералов? Имена, как известно, дают родители. А родители минералов – это те исследователи, которые их открыли и изучили. В давние времена, сотни лет назад, минералы называли по имени места, где их находили. Например, топаз впервые обнаружили на острове Топазион в Красном море, а халцедон – вблизи одноименного города в Малой Азии. Впрочем, и современные геологи используют этот прём. Красивый минерал чароит, который обнаружили совсем недавно, лет тридцать назад, назвали по имени реки Чары на юге Якутии.

Часто в именах минералов «зашифровывали» их свойства, в первую очередь – цвет: рубин означает «красный», аквамарин – «цвета морской воды». Но часто основой для имени становилось строение камней. Вот, к примеру, полевой шпат. Из-за особенностей кристаллической структуры этот камень может раскалываться на тонкие пластины. Поэтому и называется он «полевой шпат» от древнегреческого spate – пластина. Или возьмем роговую обманку. Если разбить этот камешек, то на изломе он будет похож на чешуйчатый рог. Отсюда и название.

Иногда минералы называли по их свойствам, истинным или мифическим. Таков аметист, который в переводе с древнегреческого означает «неопьяняющий». Древние верили, что аметист защищает его владельца от пьянства

Минерал аквамарин действительно цветом напоминает морскую воду. Поэтому его так и назвали в очень давние времена – аквамарин (морская вода)

Иоганн Вольфганг Гёте был не только знаменитым поэтом и государственным деятелем, но еще и естествоиспытателем. Он создал теорию цвета и собрал замечательную коллекцию минералов.

Вот почему в его честь был назван минерал гётит, который изображен на фотографии. Кстати, это второй именной минерал в мире. Гётит — один из основных минералов, из которых получают железо. Этот образец нашли на Украине