Текст книги "Ферсман"

Автор книги: Олег Писаржевский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 22 (всего у книги 23 страниц)

Сталинская премия первой степени была присуждена в 1951 году монографии академика А. П. Виноградова «Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почве». Эта работа является одной из следующих основных вех на путях дальнейшего развития молодой науки, выясняющей законы происхождения, распределения и миграции химических элементов в природе, взаимосвязь между ними и живыми организмами, подсказывающей районы поисков ценнейшего минерального сырья.

Создаваемая в нашей стране комплексная наука о географической среде получила в геохимии мощное подкрепление. Рассказывая о том, как создавалась книга А. Е. Ферсмана «Цвета минералов», мы коснулись геохимии ландшафта. Выдающийся советский ученый, академик Борис Борисович Полынов создал в нашей стране новое направление в изучении географических районов, тесно связанное с биогеохимией В. И. Вернадского и А. П. Виноградова, особенно с учением А. П. Виноградова о биогеохимических провинциях. В основе этого направления лежит изучение миграции – перемещения – химических элементов в ландшафте. Природные ландшафты, определяемые условиями миграции химических элементов, Б. Б. Полынов так и назвал геохимическими ландшафтами, это не просто новый термин, за которым скрывается старое и хорошо известное содержание; это не просто химическая характеристика отдельных составных частей ландшафта – почв, растительности, грунтов и поверхностных вод. Это не простая совокупность всех химических сведений, накопленных геологией, геоботаникой, почвоведением, гидрологией и другими науками, изучающими химические особенности природных тел. Геохимия ландшафта – это новый раздел геохимической науки, как мы видели, активно и действенно изучающий именно историю химических элементов земной коры и их роль в различных процессах, протекающих на земной поверхности или в земных глубинах. Геохимическое изучение ландшафта, которое позволяет проследить все пути интересующих исследователя химических элементов, имеет большое практическое значение. Ведь многие химические элементы представляют собой, как об этом говорил А. Е. Ферсман, «активных мигрантов», то-есть они особенно интенсивно накапливаются и перемещаются в ландшафте, входят в состав многочисленных характерных для него химических соединений, оказывают большое влияние на процессы, определяющие важные его особенности. А эти особенности могут быть чрезвычайно важны. К ним относятся, например, кислая реакция вод, бедность ландшафта кальцием, засоленность вод и широкое распространение восстановительных условий, перемещение железа, коллоидных растворов и т. д. Все это имеет непосредственное отношение к плодородию почв, водоснабжению, образованию ряда местных полезных ископаемых (торф, строительные материалы, минеральные краски и т. д.).

Опираясь на учение Б. Б. Полынова о геохимии ландшафта, его последователями уже созданы целые карты природных ландшафтов Европейской части СССР, на которых отмечены их геохимические особенности. Одна из таких карт разработана Отделом геохимии Института геологических наук Академии наук СССР, под руководством А. И. Перельмана, при участии профессора А. А. Саукова. Она наглядно демонстрирует эффективность метода выделения геохимических ландшафтов для решения ряда практических вопросов. «… ландшафт – это единое целое, все составные части которого (почвы, растительность, животный мир, поверхностные и подземные воды и др.) тесно между собой связаны и взаимно обусловлены. Но из этого следует, что должны существовать какие-то свойства., характеризующие ландшафт именно как целое, свойства, не сводящиеся к свойствам отдельных его частей – почв, растительности и т. д. Иначе говоря, ландшафт – это не простая сумма растительности, горных пород, рельефа, вод и т. д., а продукт их взаимодействия, представляющий собой новое качество, обладающее рядом признаков, не свойственных отдельным его составляющим.

Понятно, что для характеристики ландшафта как целого должны существовать какие-то качественные и количественные показатели. Ряд таких показателей позволяет установить геохимическое изучение ландшафта: некоторые из них были намечены в трудах А. Е. Ферсмана, Б. Б. Полынова и других исследователей» [98]98
  А. И. Перельман, «Природа», № 4, 1954.


[Закрыть].

В одном ряду с физико-химическим анализом фронт советской геохимии поддерживала кристаллография, еще со времен Федорова незаметно переходящая в кристаллохимию. Значение этих передовых рубежей геохимии подчеркивается тем простым фактом, что весь мир заполнен веществом, построенным по строгим законам кристаллов. Изучая эти законы, кристаллография еще в исследованиях Е. С. Федорова вскрыла связь между структурой (строением) кристаллов и их внешней формой. А исследования советских ученых – прямых продолжателей работ Федорова – Алексея Васильевича Шубникова и Николая Васильевича Белова подвели науку к получению точного ответа на важнейший вопрос о природе «сродства» одних и «вражды» других химических элементов в природных соединениях.

Академик H. В. Белов сосредоточил свое внимание на изучении (с тех же позиций структурной кристаллохимии) главной арены, на которой разыгрываются (все минералогические события в земной коре. Этой ареной являются силикаты. Из химического соединения элементов кремния и кислорода, составляющих в сочетании с окислами металлов основу силикатов, построено большинство горных пород. Силикаты составляют химическую основу искристых драгоценных камней, пестрых яшм, абразивов, глины, полевых шпатов. Из них изготовляют различные сорта фарфора и фаянса, создают бетон, строят плотины и заводы, дороги и мосты. В исследованиях Белова, также и во всех других направлениях «химизация геологии», теоретические завоевания, в данном случае в расшифровке природы силикатов, оказывались одновременно полезными и для развития современных методов поисков полезных ископаемых и для использования минералов в различных областях техники.

Только кристаллографические исследования, вооруженные рентгеновскими лучами и руководимые оригинальным представлением Белова о характере плотнейшей упаковки ионов разного радиуса в кристаллической конструкции, позволили расшифровать химическую структуру силикатов. Силикат, упорнее других любых веществ сопротивляющийся растворению без разложения, не давался в руки химику, который исследует структуру химических соединений чаще всего в растворах. Эти свойства силикатов обусловлены тем, что составляющие силикаты элементы способны соединяться в цепочки или даже целые «скатерти», сотканные из атомов кремния и кислорода, простирающиеся от одной грани отдельного кристалла до противоположного. Таково, например, строение слюды и подобных ей пластинчатых силикатов вроде талыка.

Для техники особенно важно уменье управлять кристаллизацией силикатов. Расшифровка кристаллической структуры этих соединений позволила объяснить принцип действия «минерализаторов» – добавок, вводимых в силикатные расплавы. В результате достигнутого с их помощью разъединения, «разрыва», уменьшения размеров кремнекислородных цепочек возрастает способность расплавов к кристаллизации.

С новой стороны подошел к выяснению физического существа сложных процессов возникновения минералов из атомов физико-химик, член-корреспондент Академии наук СССР Анатолий Федорович Капустинский. Его заинтересовало в природных процессах проявление своеобразного «соперничества» металлов между собой за обладание кислородом и серой. С этим «соперничеством» мы сталкиваемся не только в недрах земного шара, но используем его в металлургии. Очевидно, что большим сродством будет обладать тот металл, который будет активнее забирать серу или же, соответственно, кислород от менее жадных металлов [99]99
  Говоря строгим научным языком физико-химии, здесь сравнивается максимальная работа изотермического равновесия процесса образования сульфида или окисла, так как именно они представляют собой работу сил химического сродства, поскольку они соответствуют убыли свободной энергии реагентов.


[Закрыть].

При «соперничестве» и борьбе за металл серы и кислорода будет образовываться то соединение, которое является прочным, более устойчивым. В ряде остроумно поставленных исследований А. Ф. Капустинский сумел точно измерить эти силы сродства. Его работы показали, почему железо встречается в природе преимущественно в виде окисленных руд, сульфиды же встречаются в связи с железом в виде исключений. И, наоборот, почему медь дает руды по преимуществу сульфидные и лишь сравнительно редко оксидные, а серебро может давать только сульфиды, и принципиально немыслимо найти хоть какие-нибудь оксидные минералы серебра.

От общего энергетического анализа химических элементов А. Ф. Капустинский в работах, проводимых им вначале совместно с Ферсманом, а затем получившими самостоятельное развитие, перешел к количественному решению этой задачи. Каждый заряженный химический элемент наделен определенным запасом энергии, которую он выделяет, когда образует химическое соединение с другими атомами; и чем большее количество этой энергии он выделяет, тем устойчивее бывает само соединение, тем вероятнее его накопление в данных природных условиях. Но, изучая энергетику процессов образования минералов, А. Ф. Капустинский одновременно получил возможность оценивать восстановляемость тех или других руд, столь важную для правильного построения металлургических процессов.

Мы имеем здесь дело со своеобразным «обращением» геохимии от технологии к природе. Эти работы подкрепляют убеждение Ферсмана, Белянкина, Бар? дина и других передовых ученых в том, что между природными геохимическими процессами и процессами технологическими, между природой и технологией не должно существовать разрыва. Наука перебрасывает между этими процессами мост, по которому, как говорил об этом еще Менделеев и как говорил за ним Ферсман, движение происходит в обе стороны. Геохимики изучают в своих исследованиях не только сами атомы и их свойства, но и законы их перемещений, законы их совместного нахождения, законы их рассеяния, то-есть процесса, обратного накоплению, а именно – накопление или концентрация элементов давно лежит в основе горного дела и образования рудных месторождений.

Для дальнейшего развития геохимии особо важное значение имеет эта, открытая советскими учеными, возможность оценивать энергии геохимических процессов по энергиям ионов, образующих кристаллы.

«Вся современная органическая химия, – писал по поводу работ этого цикла А. Е. Ферсман, – и особенно красочная химия создавала путем синтеза новью соединения на основании известной теоретической схемы. Сейчас б области неорганической химии мы переживаем такой же момент, и ныне можно предсказать те минеральные соединения, которые кристаллохимически будут устойчивы… Больше того, можно заранее предсказать, какими они будут обладать свойствами и, еще больше, – можно задаться определенными свойствами и для них подыскать соответственно новые устойчивые соединения, сначала на бумаге, а потом получить их и экспериментально. Таким образом, этим путем не только дается логическое объяснение природным процессам, не только природные процессы анализируются на основании закона строения атома, но дается новая руководящая мысль, которая позволяет вести синтез неорганических соединений, синтез чисто технологический так же, как органики вели его до сих пор исключительно в области органической химии. Отсюда путем анализа электрических свойств атома мы получаем необычайно интересную методику в отношении целого ряда технологических процессов, и, несомненно, что технология сейчас должна решать свои задачи на основании учета внутренних структур и внутренних законов вещества, – на основании геохимического и кристаллохимического его анализа» [100]100
  А. Е. Ферсман, Институт имени М. В. Ломоносова, изд-во Академии наук, 1932, стр. 12.


[Закрыть].

Новейшие работы академика Д. С. Белянкина и его школы являются ярким подтверждением этих взглядов Ферсмана. Они показали на новых примерах, насколько могут быть углублены наблюдения над составом и структурой горных пород, а также над строением земной коры, широким внедрением в геологию эксперимента и моделирования. Эксперименты в изучении осадочных пород – например, в исследовании водного глинозема или глин, превращении кварца и других – привели к раскрытию поведения осадочных горных пород, как сырья для того или иного производства при нагревании, то-есть в условиях, близких к производству. Здесь, таким образом, слились интересы природной и технической ветвей «камневедения», как называл Д. С. Белянкин эту область исследования, и, в сущности говоря, совершенно исчезли границы между ними.

При определении современных задач геохимии академик А. Г. Бетехтин придает большое значение изучению природных химических реакций по соотношениям минералов-«спутников» в рудах и горных породах. Такого рода исследования существенно облегчились после того, как советским ученым Д. С. Коржинским на основании положений физической химии был разработан соответствующий метод анализа сочетаний минералов («минеральных ассоциаций») в породах, претерпевших те или иные изменения в земной коре. Удалось найти путь изучения соотношений минералов и в рудных месторождениях, представляющих по своему составу или строению сложнейшие природные образования [101]101
  «Выяснилось, – пишет по этому поводу академик А. Г. Бетехтин, – что при этом большое значение получает сравнительное изучение равновесных ассоциаций, как совместно образовавшихся групп минералов, отвечающих определенным, последовательно развивающимся стадиям процессов минералообразования. Результаты этих исследований приводят к весьма интересным выводам о закономерностях поведения элементов при химических реакциях, сопровождающих самые различные процессы образования горных пород и месторождений полезных ископаемых. Эти исследования, как установлено, имеют и большое практическое значение». А. Г. Бетехтин, О задачах геохимии. «Вестник Академии, наук СССР» № б, 1954.


[Закрыть].

В работах представителей молодой советской геохимической школы получили развитие и отдельные направления исследований в этой области, которые особо интересовали самого Ферсмана.

По-новому прочитал историю пегматитов советский геохимик К. А. Власов.

Упоминавшийся уже геохимик А. А. Сауков выполнил ряд важных работ в области геохимии ртути; они являются в известной мере продолжением ферсмановских среднеазиатских исследований. Сталинской премией отмечен курс «Геохимии» А. А. Саукова, которым широко пользуются в геологических вузах.

Ферсмановскую линию исследований общих химических процессов земной коры продолжает В. В. Щербина. Его особое внимание приковывает к себе геохимия редких элементов.

Тщетно пытаться исчерпать примеры выдающихся достижений советской науки, основанных именно на последовательном осуществлении принципа дружбы наук – химии и геологии, который такое важное место занимал в работах Ферсмана.

Эти замечательные процессы взаимного обогащения смежных наук в Советском Союзе, разумеется, далеко выходят за пределы одной только геохимии.

Ко всему сложному арсеналу разведчиков недр добавляют свои методы физики.

Той же геологической разведке подарила свои достижения сейсмология. Взрывы – искусственные землетрясения – рассказывают о положении глубинных слоев Земли.

Луч света, направленный геофизиками, врывается в далекие слои стратосферы, рассказывая об их строении, пронизывает глубины моря.

Физическая химия – пограничная область, возникшая в результате слияния физики и химии, двух основных наук о природе, составляющих единую базу современной техники, – открыла связь между физическими свойствами тел и их химическим составом и строением. Это дало возможность управлять этими свойствами, создавать нужные материалы по своеобразным «химическим чертежам». Физико-химия находит множество способов облегчения, ускорения и улучшения процессов обработки твердых тел.

Химическая физика исследует течение химических процессов.

Биологическая химия, или биохимия; изучающая химические процессы, свойственные живой материи, – течение обмена веществ в организме – перевернула всю технологию производств, занятых переработкой растительного сырья. Оказалось, что процессы изготовления ароматных чаев, душистых Табаков, вин тончайшего вкуса, выпечки хлеба высокого качества из любой муки зависят от действия «ключей жизни» – ферментов, катализаторов химических процессов не только в живых организмах, но и в тканях, превращенных в производственные смеси. Биохимия позволила создавать крупные механизированные производства на месте прежних кустарных промыслов, руководимых «чутьем» мастеров-эмпириков.

Биохимия привлекается медициной для распознавания болезней и для их лечения. По существу биохимическим средством является введение в медицинскую практику И. П. Павловым желудочного сока, восполняющего недостаток ферментов при заболевании органов пищеварительной секреции. После открытия физиологами желез внутренней секреции биохимия исследовала выделение биологически активных веществ, вырабатываемых этими железами, – так называемых гормонов. Сейчас уже установлена их химическая природа, выяснен механизм их действия. Гормоны стали могучим лечебным средством. Вместо экстрактов неопределенного и непостоянного состава стали широко применяться химически чистые искусственные гормоны, созданные биохимиками. Биохимия выяснила секрет действия замечательных «веществ жизни» – витаминов, предохраняющих и избавляющих от рахита, цынги и множества других тяжелых заболеваний.

А чисто химические школы Советской страны! Они переживают огромный творческий взлет на новых путях. В их практике также разрушаются искусственные перегородки, воздвигнутые некогда между целыми разделами единой наука Мы это наблюдаем на примере плодотворных исследований химических соединений совершенно нового типа – металлоорганических соединений, проложивших прочный мост между органической и неорганической химией.

Смелое внедрение физических методов не только исследования, но и воздействия на вещества, например высоких давлений, высоких температур, красной нитью проходит сквозь богатейшее по своим результатам творчество советских химиков-органиков. Особенно много сделала в этом направлении школа великого русского и советского химика Николая Дмитриевича Зелинского.

Биофизическими исследованиями широко пользуются огромные области техники, например оптотехника, к которой относятся цветное и стереоскопическое кино, светотехника с ее сложными системами освещения и сигнализации.

Сюда же относится изучение материальных процессов и закономерностей органов чувств, которыми занимается в первую очередь физиологическая оптика и физиологическая акустика и которыми призвана заниматься электрофизиология мозга.

Советская теоретическая геологическая мысль напряженно работает над осуществлением того устремления, которым было отмечено все творчество Ферсмана: поставить теоретическую геологию на службу делу прогнозов полезных ископаемых. Здесь поле работы новых отрядов исследователей все расширяется.

Теория прогнозов полезных ископаемых должна опираться на общую геологическую теорию, рассматривающую процесс развития земного шара в целом. Мы находимся на подступах к разработке такой общей геологической теории.

Перед геофизикой и геохимией выдвигаются новые увлекательные проблемы. Им придется по-новому оценить ряд геологических процессов и пересмотреть многие положения, которые, возможно, окажутся устаревшими и потребуют замены. Впереди раскрытие причины механизма глубинных геологических процессов. Ведь до сих пор нам еще, по существу, ничего не известно о составе и свойствах материала, слагающего глубинные части нашей планеты.

«Дальнейшие успехи теоретической, а – вместе с ней и практической геологии, – пишет известный советский геолог, профессор Б. Д. Белоусов, – теснейшим образом связаны с внедрением новых, значительно более точных методов исследования. Они должны заменить собой методы преимущественно визуального «созерцания» явлений… Геология имеет дело с физическими и физико-химическими явлениями. Поэтому именно физические и физико-химические методы должны быть приложены к изучению современной жизни земной коры, как поверхностной, так и глубинной… Приобщаясь к геологическому материалу, представители физико-математических и химических дисциплин будут изучать совершенно новые для них явления и процессы, развивающиеся в недрах земли, в связи с чем расширится их научный кругозор, возникнут новые проблемы, разрешение которых будет способствовать развитию не только геологической теории, но и других наук».

Эти строки, появившиеся в 1953 году в одном из ведущих естественнонаучных журналов Академии наук СССР [102]102
  Журнал «Природа»№ 2, 1953.


[Закрыть]показывают, насколько актуальными продолжают оставаться идеи, которые всю жизнь волновали Ферсмана.

Обогащая науку сегодняшнего дня, комплексные исследования советских ученых, и в частности геохимиков, устремлены и в будущее, ибо, несомненно, прав был Ферсман, – когда в своих, исполненных социального оптимизма, геохимических этюдах предвидел новую геохимическую эру, которая наступит после исчерпания человечеством всех концентрированных обычными геологическими методами определимых и доступных механической добыче месторождений главных полезных ископаемых. Это будет эра добывания металлов и солей из морской воды, эра новых, еще не известных сегодня, методов концентрации рассеянных в природе элементов. Это будет, вероятно, эпоха кремния, в наступлении которой решающую роль сыграют новая органическая химия кремния (начало ее положено в СССР выдающимися работами члена-корреспондента Академии наук СССР Кузьмы Андриановича Андрианова), кристаллохимия и химия силикатов.

Творческий путь самого Ферсмана дает нам яркий пример правильного понимания необходимости сочетания неизбежных процессов диференциации узких отраслей знания и «дружбы наук».

Автору этих строк приходилось видеть, как неожиданно пустели лаборатории, где занимались физики, весьма далекие от науки о камне. Словно ветром выдувало из них всю молодежь. Как же! Ферсман сегодня рассказывает в Академии наук о кобальте. И, слушая его, физики и химики жалели, что им не приходится карабкаться по холодным скалам Заполярья и в предгорьях Памира в поисках металлоносных руд! Ведь законы науки, которыми они владели, чудесным образом оказывались ключами, открывавшими врата подземного царства. А присутствовавших здесь же геологов Ферсман заражал стремлением углубиться в изучение электрических сил сродства и отталкивания атомов в природе, ибо физико-химические формулы оказывались той самой «разрыв-травой», владельцам которой открывался тайный язык немых камней.

Главное же заключалось в том, что и те и другие, а прежде всего сам Ферсман, в слиянии усилий и методов всех наук видели не самоцель, а путь к цели.

А этой целью была творимая мечта о таком расцвете производительных сил родной страны, какой и не грезился самым пылким мечтателям прошлого.

Имя Ферсмана, жизнь которого была благородным патриотическим подвигом, вошло в учебники, в энциклопедии. Поколения советских людей будут повторять его с признательностью. Но, принимаясь за книгу о замечательном ученом наших дней, мне хотелось прежде всего сохранить некоторые живые черты творчества в науке нашего замечательного современника.

Творческая жизнь Ферсмана – это жизнь ученого, чью науку на своих могучих крыльях подняла советская эпоха.

Он оказался достойным этой высоты. И прекрасному творчеству, красоту которого Ферсман ощущал до последнего своего вздоха, он отдал все свои силы, весь свой талант, все свои знания.

В этой безраздельной отдаче всего себя на служение той науке, которая «имеет смелость, решимость ломать старые традиции, нормы, установки, когда они становятся устарелыми, когда они превращаются в тормоз для движения вперед, и которая умеет создавать новые традиции, ноеые нормы, новые установки», науке, которая «обслуживает народ не по принуждению, а добровольно, с охотой» ( И. В. Сталин), он нашел большое человеческое счастье.