Александр Ферсман – Занимательная геохимия. Химия земли (страница 44)

Там, в глубинах космических тел, беспорядочный хаос атомов; здесь, на Земле, нет больше этого хаоса, есть бесконечный ряд точек и сеток, расположенных столь же правильно, как клетки паркета на полу, как лампы в большом зале.

Так подошли мы к земной поверхности. Здесь недра Земли перестают влиять на жизнь атомов и уступают свое влияние Солнцу и излучениям космоса; и под влиянием новых видов энергии атом снова начинает свои странствования на земной поверхности согласно законам физической химии и кристаллохимии.

Полвека тому назад в Петербургском университете в своих блестящих лекциях В. В. Докучаев развивал идеи о законах образования почв на земной поверхности. Он говорил, что климат, растения и животные обусловливают образование отдельных почвенных зон, а вместе с тем и различное распределение атомов вещества в почвенном покрове. Таким образом, почвенный покров в его обобщениях воскресал как новый, своеобразный мир атомов.

Докучаев любил повторять: «Почвы — это четвертое царство природы».

Законам этого мира В. В. Докучаев подчинял не только плодородие почвы, но и жизнь человека.

Но именно здесь, на этой тонкой пленке земной поверхности поведение атомов необычайно усложнилось. Простые и ясные схемы спокойного роста кристаллов в глубинах оказались здесь недостаточными.

Сложный географический ландшафт подчинил себе сами атомы, а частные смены климата, времен года, дня и ночи и жизненных процессов — все это стало налагать свои отпечатки и требовать новых форм равновесия и новых условий устойчивости.

В глубинах Земли — спокойствие, спокойный ход пространственного распределения кристаллов; а на поверхности — бурное царство изменчивых, противоречивых влияний, борьба сил, смена температур и господство процессов уничтожения. Здесь вместо наших точных кристаллических построек приобретают преобладающее значение их обломки как новая динамическая система. Эти обломки мы называем коллоидами.

Возникает противоречие между миром порядка в глубинах и хаотическим миром студнеобразных коллоидов на поверхности. В быстро меняющейся обстановке окружающей нас природы химические реакции не могут идти так спокойно и планомерно, как в глубинах. Только что начатая постройка кристалла вдруг распадается, заменяется новой. Иногда обломки кристаллов сливаются вместе, и из этих крупных частиц, построенных иногда из сотен и тысяч атомов, вырастает новая форма вещества, неустойчивая система коллоида, того студня и клея, который мы так хорошо знаем в органическом мире.

Но не только эта сила разрушения характеризует систему минералов земной поверхности, в ней заложены громадные активные силы, в ней содержится большая энергия, чем в мертвой, устойчивой системе кристаллов.

В окружающих нас глинах, различного рода бурых железных, марганцевых потеках, во всем многообразии различных атомных сочетаний железа, алюминия, марганца, в шарах и стяжениях фосфорных соединений — всюду вступают в действие новые силы, вызванные соприкосновением различных сред между собой, всюду проявляются эти новые силы хаоса, где наравне с гибелью идет постройка, где возникают новые закономерности, которые определяют природу почв, облегчая странствования отдельных металлов, вызывая их взаимный обмен в почвенном покрове.

Так постепенно подходим мы к последнему этапу истории атома — к процессам жизни. Коллоид уже подготовил почву для создания новой системы: в нем, в этом сложном сцеплении целеустремленных молекул, с заложенными в них громадными поверхностными силами, создаются зародыши нового вещества. Это живая клетка.

Здесь, в своеобразной и гибкой постройке, где атомы то связаны, то свободны, родилась жизнь как естественное развитие, как логическое завершение все усложнявшейся системы атомов. Эта жизнь, проходя по сложным путям эволюции, лишь продолжала те картины, которые мы нарисовали выше. Подчиняясь новой форме группировки, она начала усложнять атомную постройку и сделалась господствующим явлением на земной поверхности, начиная с мельчайшего одноклеточного организма и кончая человеком.

Мы ничего не можем вычеркнуть из окружающей нас обстановки. Жизнь вместе с мертвой природой, воздухом и водой слилась в единое целое, создала окружающие нас многочисленные географические ландшафты. Это высшая форма системы атомов, сложившаяся в результате законов эволюции и развития организма. Появился мыслящий человек, сумевший познать те могущественные законы, которые заложены в основу этой новой, еще более неустойчивой, но и еще более могучей, активной системы.

Размытые осадочные породы причудливых форм. Новая Зеландия

Так по истории странствования атома мы видим, как постепенно усложнялась его судьба.

Вначале это был электрически заряженный свободный протон, далее образовались ядра атомов.

Потом началось усложнение, и, по мере перехода к более холодной системе космоса, к атому вернулась его электронная оболочка. Постепенно в закономерной и жесткой геометрической форме сливались эти атомы в то, что мы назвали химическим соединением.

Кристалл был формой выражения этих законов, формой наибольшего порядка, наибольшей гармонии, наименьших запасов энергии и потому наиболее мертвой формой вещества, лишенной свободной силы. Но тут же началось осложнение, родилась коллоидальная система атомов, молекул.

Создалась живая клетка; сложные молекулы стали строиться из сотен и тысяч отдельных атомов; и как высшая форма еще не разгаданной химической системы появились белковые вещества, создавшие все многообразие, всю сложность и загадочность окружающего нас органического мира.

Но в истории нашей природы атом всегда мечется в поисках новых форм. Мы не можем еще сказать, нет ли новых, других форм равновесия, более устойчивых, чем кристалл, или более активно заряженных энергией, чем живое вещество. Все наши представления об окружающей нас природе наталкиваются на недостаточность наших знаний новых путей атома, и никто не решится сказать, что мы уже постигли все пути его странствований и что человек уже овладел теми могучими силами, которые он мог бы развязать в атомном клубке[63].

Атомы в воздушной стихии

Что такое воздух? Как мало мы себе представляем воздух, как мало мы даже интересуемся этим вопросом! Мы привыкли, что воздух нас окружает, и, как здоровье, начинаем ценить его только тогда, когда теряем его, когда попадаем в условия, где воздуха не хватает.

Мы знаем, как трудно дышится на больших высотах, как у некоторых уже на высоте трех километров появляется горная болезнь, начинается слабость; мы знаем, как страдают летчики, когда они поднимаются на самолетах выше пяти километров; на высоте восьми и десяти километров воздуха уже определенно не хватает и приходится прибегать к помощи имеющихся на самолете запасов кислорода.

Мы знаем, как тяжело опускаться в глубины рудников, как долго звенит в ушах, пока на глубине 1500 м вы освоитесь с новым давлением воздуха.

Воздух сейчас представляет одну из интереснейших проблем не только для науки, но и для химической промышленности.

Долгое время человек никак не мог понять, что такое воздух. В течение нескольких веков в первобытной химии господствовало убеждение, что воздух состоит из особого газа — флогистона и что когда какое-либо вещество горит, то из него выделяется флогистон и заполняет, как особая тонкая материя, весь мир.

Потом, благодаря гениальному открытию французского химика Лавуазье, сделалось ясно, что воздух состоит в основном из двух веществ — одного живительного, которое было названо кислородом, и другого, равнодушного к жизни, получившего поэтому имя «азот» (по-гречески — безжизненный).

В 1894 году было обнаружено, что состав воздуха гораздо сложнее, что кроме кислорода и азота, этого безжизненного газа, он содержит в себе целый ряд других химических элементов, которые играют в нем большую роль.

И современные химики определяют состав воздуха по весу в следующем виде:

Но этот состав характерен только для нижних слоев атмосферы. Выше 20 км количество газов начинает изменяться: количество тяжелых газов уменьшается, легких — увеличивается. Постепенно растет содержание водорода, гелия, а где-то высоко, там, где сверкают метеоры, где рассеянные частицы создают северное сияние, там, по-видимому, преобладают легкие газы.

Сейчас мы настолько точно знаем состав воздушного океана, что каждая капелька, рассеянная в кубическом метре его, не ускользает от внимания наших химиков.

И вот оказывается, что окружающий нас газовый океан не только основа всей нашей жизни, но и основа новой, грандиозной промышленности.

Англичане за последние годы подсчитали, что все население Англии и Шотландии за сутки поглощает до 20 млн м³ кислорода из воздуха, а специальные установки за этот же срок извлекают до 1 млн м³ этого газа для нужд промышленности.

Одновременно с этим промышленность сжигает уголь и нефть, потребляя кислород, и возвращает в атмосферу грандиозное количество углекислоты. Тот же процесс происходит и в живых организмах. Например, человек каждый день выделяет около трех литров углекислоты.

Чтобы понять значение этой цифры, достаточно указать, что большое дерево эвкалипт в течение одного дня может разложить углекислоту и вернуть свободный кислород атмосфере примерно в количестве одной трети количества углекислоты, выдыхаемой человеком. Следовательно, три крупных эвкалипта разложат столько углекислоты, сколько выделит один человек, и таким образом восстановят равновесие состава атмосферы.