Текст книги "Я познаю мир. Сокровища Земли"

Автор книги: М. Голицын

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 16 страниц)

Периодический закон Д.И. Менделеева

Существует легенда, что система химических элементов Дмитрию Ивановичу Менделееву... приснилась. Лентяй скажет: «Как здорово! Я тоже буду ждать, когда мне повезет – упадет на голову гениальное открытие, или клад какой-нибудь найду». Но все дело в том, что приснившаяся Менделееву таблица не была случайным сюрпризом. Как мы уже говорили выше, Менделеев был неистовым трудягой.

Много месяцев раскладывал Дмитрий Иванович карточки, на которых были написаны химические элементы и их свойства. Искал связь между ними, чувствовал – должна быть связь. Накануне целую ночь провел у конторки и лишь перед утром, страшно утомленный, не раздеваясь, прилег на диван. И вдруг во сне ему явилась таблица. Менделеев тут же проснулся, накидал на случайном листке свои гениальные столбцы, и его тотчас осенило: нашел! Сон, или провидение, или упорство, помноженные на знания, «подсказали» расположить элементы в порядке возрастания их атомных весов.

Первый вариант своей таблицы Менделеев назвал «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». Ученый понимал: его таблица отражает принцип периодичности, определенный закон природы, который устанавливает тесную связь между химическими элементами. 17 февраля, или 1 марта по новому стилю, 1869 года таблицу напечатали на русском и французском языках. Затем оттиски разослали видным отечественным и зарубежным химикам, а также для публикации в журнал, который издавало Русское химическое общество.

Этот день – 1 марта 1869 года – и считается днем открытия периодического закона. В начале марта Менделеев должен был выехать по поручению Вольного экономического общества в Тверскую губернию для обследования артельных сыроварен. Но поездку пришлось отложить. Подготовка доклада о гениальном научном открытии все-таки важнее изготовления сыра. Дмитрий Иванович готовил сообщение для ближайшего заседания Русского химического общества. Когда рукопись была готова, Менделеев передал ее Н.А. Меншуткину и только после этого отправился в Тверскую губернию.

7 марта 1869 года открылось историческое заседание. Меншуткин зачитал сообщение Менделеева о системе химических элементов. Основными положениями были следующие:

«1. Элементы, расположенные по величине их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств.

2. Сходственные по химическим отправлениям элементы представляют или близкие атомные веса (подобно Pt, Jr, Os), или последовательно и однообразно увеличивающиеся (подобно K, Rb, Cs).

3. Величина атомного веса определяет характер элемента.

4. Должно ожидать открытия еще многих неизвестных простых тел, например, сходных с Al и Cu...»

Менделеев на протяжении ряда лет совершенствовал свою периодическую систему. Ученым, например, были предсказаны три новых элемента, неведомых тогда науке. Сейчас они называются скандий, галлий, германий. Появилась так называемая короткая форма таблицы, которая известна и нам, перешагнувшим в XXI век. В ней уже были периоды и группы.

Рождение полезных ископаемых

Если магма взорвалась, ищи алмазы

Мир полезных ископаемых удивительно разнообразен. Это природный газ, вязкая нефть, твердые руды, сверкающие драгоценные камни, кипящие воды гейзеров, сыпучий песок, похожий на сметану сапропель и многое, многое другое.

Разнообразие полезных ископаемых связано с тем, что они рождаются на Земле в самых различных условиях. Одни – на дне теплых морей, другие – в холодных озерах, третьи – в глубоких недрах Земли.

Они образуются, когда движутся подземные воды, расслаивается магма, дует ветер, волнуются морские волны, сходит ледник.

Многие сказки и легенды Западной Европы рассказывают нам о жизни гномов. Это уродливые карлики, охраняющие подземные сокровища. Если бы гномы и в самом деле были реальными существами, они бы поведали нам о том, как и где родились полезные ископаемые.

Большинство из них – дети недр Земли Расплавленная магма поднимается из самых глубоких частей земной коры, остывает, выделяет различные газообразные вещества, которые несут с собой руды редких, цветных, благородных и других металлов. В остывающих магматических очагах на глубине 3-5 километров образуются залежи медно-никелевых и хромовых руд. Например, крупнейшие месторождения расположены в Норильске. Да и сам город образовался, когда началась разработка этих сокровищ Земли. В тех редчайших случаях, когда глубинная магма взрывается, поднимаясь к поверхности, образуются алмазы.

Если говорить о времени и продолжительности образования того или иного полезного ископаемого, то этого точно никто не знает. Одни полезные ископаемые образовались сотни миллионов лет назад, а другие рождаются и сегодня. Например, месторождения медноникелевых руд формируются десятки и сотни тысяч лет, а алмазные, возможно, в течение нескольких лет.

Земная кора живет своей жизнью. Под действием тектонических сил одни участки ее поднимаются, образуя высокие горы. Другие погружаются вниз. Возьмем территорию современной Калмыкии. Та поверхность, по которой ходили динозавры, сегодня находится на глубине 3-5 километров.

А теперь пришло время сказать о метаморфических породах и рудах Морские или речные осадки (рыхлые пески, коралловые рифы, илы) опускаются на километровые глубины, где огромное давление и высокие температуры. Там и происходит превращение этих осадков в самые прочные песчаники и кварциты, мрамор и сланцы. Это и есть метаморфические породы. С ними связаны основные запасы железных руд на Земле.

Встреча с «дьяволом»

Вулканы всегда вызывали у людей мистический ужас. Вот лишь небольшой список из сотен вулканов Индонезии: Папандаян – 2000, Галунг-Гунч – 4000, Келуд – 5000, Марайи – 10 000, Кракатау – 36 000, Темборо – 92 000. Что означают цифры, стоящие рядом с названиями вулканов? Число погибших людей за последние 60 лет.

Кратеры вулканов казались человеку дверью в подземный мир, о котором повествовали мифы. Может быть, поэтому бельгийский исследователь огнедышащих гор Гарун Тазиев (род. 1914) назвал зрелище действующего вулкана «встречей с дьяволом»? Еще недавно многие индонезийцы верили в древнюю сказку, будто вулканы, подобно многим богам, охотно принимают человеческие жертвоприношения. А у аборигенов Новой Зеландии существовал обычай: вождей племени, которые при жизни прославились, следует хоронить в кратере вулкана Тонгариро – тогда они попадают прямо в жилищ богов.

Вулканов на Земле тысячи. Из них около 800 – действующие. Особенно их много на островах и в прибрежных районах Тихого океана – здесь они образуют «огненное кольцо». В него входят огнедышащие горы Камчатки, Курильских островов, Японии, Филиппин, Индонезии, Новой Зеландии, западного побережья Северной и Южной Америки. Замыкается «огненное кольцо» на Аляске и Алеутских островах.

Если вы хотите хотя бы мысленно побывать в «пасти дьявола», милости просим последовать за двумя журналистами – французом Жансеном и итальянцем Николосо, которые спускались в кратер вулкана Этна.

«На высоте 3300 метров, – пишет Жансен, – было очень холодно. Дрожала земля. В кратере оглушал грохот взрывов. Перед спуском по длинной лестнице мы надеваем «доспехи» – одежду из асбеста, покрытую алюминиевым слоем, отражающим тепло. Кроме того, на нас ботинки с очень толстой подошвой, позволяющей идти по почве, температура которой 250—300°С. Вместо шлема – каска из стекловолокна, которая выдерживает удары до 100 килограммов и снабжена слуховым окном.

Я снимаю Антонио, который впереди меня спускается в бездну. Под моими пальцами – тонкие перекладины лестницы, дрожащей при каждом взрыве. Газ ударяет в нос и глаза. Антонио уже шагает по «лунному пейзажу» зелено-фисташкового цвета с сильно потрескавшейся поверхностью. Я следую за ним. Мы оба теперь у самого кратера. Грохот невероятный. Я не прекращаю снимать. Внезапно силы покидают Антонио. Он с трудом выпрямляется, указывая жестом на лестницу, и делает мне знак подниматься.

Я не надел каску: она мешает снимать. На мне только маска для защиты от газа. Тут я совершаю ошибку – на короткое время снимаю маску, чтобы лучше «стрелять» своей камерой. Мгновенно начинаю задыхаться. Надеваю маску. Катастрофа! Это неисправимо. Впечатление такое, будто я глотаю серу. С огромным трудом цепляюсь за каждую перекладину, ползу вверх. Подо мной внизу обессилевший Антонио. Он на сорок метров дальше проник в ядовитую атмосферу. Антонио как будто застыл на месте. Затем он снова спускается. Я на мгновение теряю самообладание, затем понимаю, что он спустился ниже, чтобы немного подышать кислородом, который есть в этом месте.

Я вижу, как он снимает каску, как борется с охватившей его паникой. Проводники, пришедшие мне навстречу, обеспокоены. Они знают, что Антонио там, внизу – веревка для вызова, которой они связаны.

Решаю снова спуститься навстречу Антонио. Он по-прежнему на лестнице: видно, что задыхается, борется с бессилием. С трудом передвигаясь на одну-две перекладины, пытается восстановить дыхание и не может.

Но инстинкт человека, выросшего около вулкана, его хладнокровие диктуют необходимые движения: подниматься медленно, методично...

И вот он появляется, улыбаясь.

Нам кажется, что наше путешествие длилось не 60 минут, а целую вечность».

Вулканы-работники

На Камчатке, в долине реки Паужетки, в 30 километрах от берега Охотского моря построена удивительная электростанция. В течение долгих недель в ее помещениях не увидишь ни одного человека, потому что работает она автоматически. Люди же появляются здесь лишь тогда, когда нужно осмотреть приборы или что-либо отремонтировать.

Специалисты называют эту станцию геотермальной, потому что работает она на горячих подземных водах, нагреваемых вулканами. Температура этих вод часто превышает 200 °С. По сути дела, это уже не вода, а пар, который под большим давлением выбрасывается на поверхность. Он-то и вращает турбины ГеоТЭС. (Справка для любознательных: Паужетская геотермальная станция – первая в России. Начала работать в 1966 году. Ее мощности хватает на то, чтобы освещать крупный поселок.)

У подобных станций – огромное преимущество: к ним не надо подвозить топливо, они не коптят небо, не загрязняют окружающую среду, у них нет сложной системы котлов. Котел в них – сама Земля. Кладовые подземного тепла значительно богаче энергией, чем все другие виды минерального топлива, вместе взятые. Геотермальные станции есть уже в Японии, Италии, Исландии и Мексике, США и Новой Зеландии.

Люди хотят построить и такие станции, которые будут перерабатывать жар вулканических недр. Идея проста: рядом с вулканами пробурят скважины, в которые будет закачиваться вода. Она начнет превращаться в пар и вращать турбины. Киловатт-час каждой вулканоэлектростанции окажется вполовину дешевле энергии, вырабатываемой с помощью гидроэлектростанции.

Действующие вулканы – это не только потоки огненной лавы и тучи пепла, которые выбрасываются раз или два в столетие, но и постоянно текущие горячие источники и фонтанирующие гейзеры. Вода этих созданий природы целебна. Используется она и для отопления поселков, теплиц, бань.

Вулкан – сложнейшее сооружение, подобное высотному дому где этажи заполнены слоями лавы: в них в свою очередь движутся потоки горячей воды. И несмотря на то, что чаще всего со стороны нам кажется: вулкан спит и никакой жизни внутри его нет, – это не так. Вулкан живет, работает каждую минуту. Его можно сравнить с огромной природной домной.

В лаве вулкана имеются руды золота, серебра, самородная сера, руды меди, мышьяка, сурьмы, ртути. Тут и железо, свинец, олово, алюминий.

На Курильских островах есть вулкан Эбеко. С его склонов берет начало река Юрьева. Московский геолог Константин Зеленов, проверяя химический состав воды этой речки, обнаружил в одном литре 435 миллиграммов алюминия и 220 миллиграммов железа. Если выпарить на огне литр этой воды, то можно получить чайную ложку железо-алюминиевой руды.

Откуда такое богатство? Оказывается, грунтовые воды, нагретые и насыщенные кислыми вулканическими газами, растворяют вулканические породы, извлекают из них металлы. Каждые сутки река Юрьева выносит в море 35 тонн железа и 65 тонн алюминия! Напорное, придет время, когда люди смогут вылавливать эти сокровища из речной воды. Когда вулкан начинает оживать, дышать и если при этом лава извергается в воду – кратерное озеро, море, реку, образуется всем известная пемза. Ею удобно отмывать руки от грязи.

А вот неожиданные подарки, которые приносят людям вулканы-работники Камчатские ихтиологи проследили зависимость между извержением и... размножением рыб. Ученые установили, что через 12—13 лет после того, как вулкан «разрядился», в окружающих водоемах выводится много рыбы. Так было после извержения вулкана Безымянного в 1956 году. Позднее в озере Рыбачьем наблюдалось такое обилие рыбы, что от удивления ахали даже старожилы.

В чем секрет таких явлений? Оказывается, вулканический пепел богат минеральными солями, которые необходимы для жизни водных организмов. В первые годы после извержения вулканов в водоемах, обильно посыпанных пеплом, бурно разрастаются диатомовые водоросли – пища мелких рачков. А раз рачков гигантское количество, значит, и полно рыбы, которая с удовольствием их поедает.

Бедные родственники благородных вулканов

Интереснейшее и загадочное явление природы – грязевые вулканы. Они – бесплатные разведочные скважины нефти и газа, а также хранители руд некоторых металлов, лечебных грязей.

Первые дошедшие до нас записи о грязевых вулканах на берегах Южного Каспия относятся к X—XIII векам.

Более тысячи лет назад окрестности Баку посетил арабский путешественник Абуль-Ха-сан Али ибн Хусейн Масуди. Его интересовала добыча нефти. Масуди осматривал нефтяные источники, считал, сколько бурдюков нефти перевозят караваны верблюдов в другие страны. Ученый не поленился и вычислил, какую сумму может составить доход от торговли нефтью. Масуди вел дневник; в него он записывал свои впечатления. Полистав

дневник, мы можем найти запись, относящуюся к извержению вулкана: «Против того берега в море лежат острова, на одном из них на расстоянии трех дней пути от материка находится огромный вулкан. В определенное время года он ревет, огни его увеличиваются, поднимаясь к небу, как самые высокие горы, и он выбрасывает огня больше, чем размеры этого моря, так что видно его на расстоянии почти ста фарсахов от берега. Этот вулкан можно сравнить с вулканом Буркан, находящимся в Сицилии, в земле франков».

Во времена Масуди Бурканом называли знаменитый огнедышащий вулкан Этну, а описал в своем дневнике ученый крупнейший грязевой вулкан туркменских земель. Один из самых больших грязевых вулканов Туркмении, расположенный недалеко от Каспийского моря, называется Гек-Патлаук, что в переводе означает Зеленый Бугор. Высота его чуть больше 70 метров. На усеченной вершине вулканического конуса – провальная воронка, кратер вулкана размером 50-60 метров. В нем вровень с краями кратера плещется озеро рассола, в каждом литре которого до 300 граммов солей. В подобной среде не могут жить ни рыбы, ни растения. В центре озера лопаются пузыри газа...

Но не у всех грязевых вулканов в кратерах озера бывает, что там бурлит, плюхает, шлепает и шипит грязь. На ее поверхности плавают пятна нефти.

Грязевые вулканы есть не только в Туркмении, они встречаются на Таманском и Керченском полуостровах, на Сахалине, в районе Мексиканского залива, в Бирме и некоторых других местах земного шара. Особенно много грязевых вулканов в Азербайджане. В Туркмении их называют «гайнаками» – «кипящие», в Италии – «сальза» – «грязница», «макалуба» – «разрушитель», «боллитори» – «кипун». В Закавказье – «порсугель» – «кипень»-озеро. А первые русские поселенцы Предкавказья называли грязевые вулканы кратко и презрительно – «блеваки».

Медленно выдавливается из кратеров жидкая или полужидкая грязь. Она кипит или вздувается гигантскими пузырями от пробивающихся на поверхность газов. Длинные языки грязи спускаются к подножиям вулканических гор, постепенно высыхая и растрескиваясь. Бывает, что в жерле вулкана образуется как бы крепкая, застывшая пробка. Она закупоривает вулкан. Тогда прекращается выделение грязи, воды, газов, дожди сглаживают его вершину, начинает расти сочная трава, в кратер начинают гонять отары овец. Люди словно забывают, что грязевой вулкан может быть грозным силачом.

Но как работают грязевые вулканы? Что заставляет их выплевывать грязь, и не только ее? Ученые до сих пор спорят о механизме их деятельности.

Одни говорят, что это – «бедные родственники великой династии вулканов благородных». То есть первые неотделимы от вторых, и, если где-то есть вулкан магматического происхождения, значит, ищи рядом грязевой.

Другие ученые утверждают: грязевые вулканы действуют потому, что во всем виновато погружение осадочных пород в недра Земли. Когда горная порода и рассеянное в ней органическое вещество опустились на глубину 6-8 километров, громадные давления в 1000-1500 атмосфер и температуры свыше 200 °С начинают их выдавливать наверх в кратеры вулканов, предварительно перед этим взбив воду и частицы горных пород в мазеподобную грязь.

Ученые подсчитали: самые крупные грязевые вулканы существуют миллионы лет и за это время извергались по 6000-7000 раз.

Самое главное богатство грязевых вулканов – нефть. Так что на самом деле грязевые вулканы вряд ли назовешь бедными родственниками огнедышащих вулканов.

Почему шар падал в рот жабы?

Когда-то основоположник русской сейсмологии Борис Борисович Голицын (1862—1916) говорил, что землетрясение можно уподобить фонарю, который загорается на короткое время и освехцает нам внутренность Земли, позволяя тем самым понять, что там происходит. Ведь сейсмические волны, распространяющиеся в земных недрах от очага, дают возможность судить о строении земного шара.

Б.Б. Голицын известен еще и тем, что изобрел электродинамический сейсмограф, который до сих пор служит верой и правдой на многих научных станциях мира.

Интересно, а каким был самый первый в мире сейсмограф – прибор, предвещающий землетрясения? Первый из известных приборов, способных улавливать колебания земной поверхности, был изобретен в 132 году нашей эры китайским астрономом Чжан Хэном. Прибор этот состоял из большого бронзового сосуда около двух метров в диаметре. На его внешних стенках были расположены восемь драконьих голов. Челюсти драконов закрывались, у каждого в пасти лежал шар. Внутри сосуда находился маятник с тягами, каждая из них прикреплялась к голове дракона. Как только следовал подземный толчок, маятник приходил в движение, тяга, соединенная с головой, обращенной в сторону толчка, раскрывала пасть дракона, из нее выкатывался шар и падал в рот одной из восьми жаб, восседавших у основания сосуда.

Прибор астронома Чжан Хэна был весьма чувствительным: он улавливал подземные толчки, эпицентр которых находился в 600 километрах от него. Правда, чудо-изобретение было домашней вещью, им пользовался лишь сам изобретатель, а о приближающемся землетрясении знал узкий круг людей...

А впервые в обсерватории более совершенный сейсмограф был установлен лишь в 1856 году. Обсерватория эта находилась на легендарном Везувии.

В 1960 году была учреждена Всемирная эталонная сейсмографическая сеть, и практически во всех уголках земного шара заработали сейсмические станции. Их оборудовали специальными приборами, в том числе и изобретением Голицына, которые работали по единому мировому (гринвичскому) времени.

Пирог Средиземного моря

Однажды американские океанологи, изучая дно Средиземного моря, пришли к неожиданному выводу. На дне его среди обычных морских отложений были обнаружены минералы, которые образуются при температурах свыше 40 °С. Причем эти минералы перемежались с морскими осадками, как слои пирога. Разгадка этого удивительного факта потрясла ученый мир. Оказывается, в далеком прошлом Средиземное море не всегда имело выход в Атлантику. Временами, постепенно мелея, оно исчезало совсем, а морское дно превращалось в пустыню, напоминающую Сахару. Затем следовали геологические катаклизмы, и снова воды Атлантического океана устремлялись к бывшему дну – начиналась новая жизнь Средиземного моря. Такая картина повторялась несколько раз...

Каждое море и океан могут рассказать свою историю, ответить на многие вопросы, в том числе и какие полезные ископаемые хранятся в их глубинах.

Моря и океаны занимают почти 70% поверхности нашей планеты. Такое распределение воды и суши сложилось в далеком геологическом прошлом.

Основная масса горных пород, образующих верхнюю часть земной коры, родилась именно в морях и океанах.

Реки сносят с поверхности суши огромные массы песка, глинистых частиц, разнообразных солей. В океанах и морях рождаются слоистые толщи так называемых осадочных горных пород. Это пески, темные глины, белые кристаллические известняки, возникшие из коралловых рифов, раковин моллюсков, морских ежей, лилии фузулинид, мшанок и других простейших морских организмов.

Фузулиниды напоминают внешним видом ржаные зерна, а мшанки похожи на тонкую изящную сетку. Морской планктон – это целое царство всевозможных живых организмов. Среди них – бактерии, водоросли, моллюски, креветки, икра рыб, личинки червей.

Известно, что планктоном питаются самые крупные живые существа Земли – киты и другие обитающие в воде животные. Но громадная часть этого питательного блюда умирает и погружается на морское дно и за долгие миллионы лет может превратиться в нефть и газ.

Морские волны разрушают берега, и в тех местах, где таились сокровища Земли, появляются россыпи олова, редких металлов и даже драгоценных камней и золота.

В теплых мелководных морях образуются фосфориты (иногда они похожи на ядра старинных пушек). В тех же морях хранятся кости рыб, обогащенные ураном.

Накапливание морских сокровищ происходило в течение последнего миллиарда лет истории Земли.