Александр Ферсман – Занимательная геохимия. Химия земли (страница 9)

Очень характерен столбец шестнадцатый — кислород, сера, селен, теллур и еще загадочный полоний, дальше — семнадцатый столбец, летучих веществ, сначала газов — водорода, фтора и хлора, затем жидкости — брома и, наконец, твердых, но тоже летучих кристаллов йода. Эту группу элементов (кроме водорода) химики назвали галогенами, ибо они образуют соли с щелочами. Об этом говорит и смысл греческого названия: «галогены» значит «солероды». Но вот и последний столбец, восемнадцатый. Это редкие, или благородные, газы.

Они ни с чем не соединяются и пропитывают всю землю, все минералы, все окружающее нас в природе. Они начинаются с газа Солнца — легкого гелия — и кончаются замечательным газом радоном, атомы которого живут всего лишь несколько дней.

Периодическая система элементов Менделеева в геохимии

Как распределены химические элементы в земле и во всей окружающей нас природе? Вот вопрос, который был очень важен для человека с самых давних пор. Он возникал стихийно, на каждом шагу, из потребностей повседневной жизни: первобытный человек нуждался в материале для орудий труда и охоты и стал изготовлять свои примитивные орудия из твердого кремня или такого же твердого, но более прочного нефрита.

И понятно, что поиски полезных ископаемых начались еще за много тысячелетий до нашего времени, когда первобытный человек стал обращать внимание на блестки золота в речных песках, на красоту или вес разных камней, привлекавших его внимание.

Так человек сначала узнал, а потом научился добывать и обрабатывать медь, олово, золото и, наконец, железо. Постепенно накапливались наблюдения и опыт. В Древнем Египте уже были известны те районы, в которых надо искать медь и кобальтовые минералы для синей краски, а позднее и железо для бурой охры, глину для статуэток и бирюзу для священных жуков-скарабеев.

Мало-помалу начинали выясняться простые природные законы. Оказалось, что некоторые металлы встречаются часто друг с другом, как, например, олово, медь и цинк; и это натолкнуло человека в свое время на открытие их сплава — бронзы. В других местах встречались вместе золото и драгоценные камни, в третьих — глина и полевые шпаты, из которых можно делать фарфор и фаянс.

Так постепенно открывались основные законы геохимии. И средневековые алхимики, пытаясь в таинственной тиши своих лабораторий получить золото и философский камень, проделали огромную работу по накоплению природных фактов.

Алхимики уже хорошо знали, что некоторые металлы любят друг друга и встречаются вместе; так, сверкающие кристаллы свинцового блеска в жилах земли сопровождаются блестящей цинковой обманкой, серебро следует за золотом, а медь часто встречается вместе с мышьяком.

Когда в Европе развилось горное дело, геохимические закономерности стали более ясными и четкими. В глубоких рудниках Саксонии, Швеции, в Карпатских горах зарождались основные начала новой науки — геохимии, выяснилось, какие вещества встречаются в природе вместе, в каких условиях, каковы те законы, которые заставляют накапливаться те или иные элементы в одних местах Земли и рассеиваться в других.

Ведь это были самые острые вопросы горного дела. Нужно было уметь находить места, где в большом количестве скопились промышленно-важные металлы — железо, золото и тому подобные.

Сейчас мы знаем, что законы совместного нахождения элементов и их поведения очень определенны и могут быть использованы для поисков полезных ископаемых.

Мы хорошо знаем даже в нашей повседневной жизни, что такие элементы природы, как азот, кислород и редкие, благородные газы, встречаются преимущественно в атмосфере. Мы знаем также, что в соляных озерах или в соляных копях находятся вместе соли хлора, брома и йода, соединенные с металлами — калием, натрием, магнием и кальцием.

В гранитах, этих светлых кристаллических породах, образовавшихся из остывших расплавленных магм, встречаются свои определенные химические элементы. С ними связаны драгоценные камни, содержащие атомы бора, бериллия, лития и фтора. В них находятся также скопления важных и редких металлов: вольфрама, ниобия, тантала.

В противоположность гранитам, в тяжелых базальтовых породах, излившихся из земных глубин, встречаются вместе минералы хрома, никеля, меди, железа, платины. В сложно ветвящихся системах рудных жил, расходящихся из мощных очагов расплавленной магмы, которая поднимается к земной поверхности, рудоискатель находит цинк и свинец, золото и серебро, мышьяк и ртуть.

И чем дальше развивается наша наука, тем резче и определеннее вырисовываются законы, смысл которых долго оставался непонятным.

А между тем посмотрим на менделеевскую таблицу. Разве она не является для нас, искателей металлов и камней, таким же компасом, каким она служит для химиков!

Середину менделеевской таблицы занимают девять металлов: железо, кобальт, никель и шесть металлов платиновой группы. Мы знаем, что их месторождения — в далеких глубинах земных недр. Когда высоко вздымавшиеся горные хребты в течение миллионов лет размыты почти до равнины, как у нас на Урале, — только тогда эрозия обнажает эти глубинные зеленые породы, носители железа и платины[15]. Вы видите, что эти элементы не только основа наших горных хребтов, но они занимают и центральное место в менделеевской таблице.

Обратимся к тем металлам, которые мы называем тяжелыми и которые заполняют целое большое поле вправо от никеля и платины. Это медь и цинк, серебро и золото, свинец и висмут, ртуть и мышьяк. Разве только что мы не говорили о том, что эти металлы встречаются всегда вместе? Рудокоп их ищет в рудных жилах, прорезающих земную кору.

Теперь пойдемте налево от центра таблицы — такое же поле намечается и в левой ее части. Это те хорошо нам знакомые металлы, которые образуют самоцветы, — соединения металлов бериллия и лития; это те редкие и сверхредкие элементы, которые собираются в последних выжимках гранитных массивов в мощных пегматитах гранитных тел.

Пойдемте еще дальше влево и вправо по нашей таблице. Не забудем при этом, что длинные ее ряды смыкаются вместе в общую спираль и что крайние левые и правые группы соприкасаются. Мы видим здесь хорошо нам знакомые элементы соляных месторождений: соляных озер, морей и океанов, мощных скоплений каменной соли. Это те элементы, которые образуют соли хлора, брома, йода, натрия, калия и кальция.

А вот посмотрите внимательнее на крайнюю правую верхнюю часть таблицы — вы здесь найдете основные элементы воздуха атмосферы — азот, кислород, водород, гелий и другие благородные газы. В крайнем левом верхнем углу — литий, бериллий и бор. Разве нам не напоминают они летучие части гранитных массивов, где образуются красивые самоцветные камни, розовые и зеленые турмалины, ярко-зеленые изумруды и фиолетовые кунциты? Как видите, менделеевская таблица сама подсказывает те группы элементов, которые встречаются в природе, — она поистине служит компасом для поисков полезных металлов. И чтобы подтвердить на примере приведенные закономерности, вспомним главные полезные ископаемые Уральского хребта.

Уральский хребет рисуется перед нами как громадная менделеевская таблица, положенная поперек простираний пород. Ось хребта и таблицы приходится на тяжелые зеленые породы платиновых месторождений. В соляном поясе знаменитого Соликамска и в районах Эмбы — ее крайние группы.

Разве это не чудесное подтверждение глубочайших и самых отвлеченных идей? Я думаю, вы сами уже догадались, что в менделеевской таблице элементы расположены не случайно, они расположены по сходству своих свойств. И чем ближе элементы друг к другу, тем ближе они стоят и в менделеевской таблице.

То же самое и в природе. Не случайно разбросаны значки различных полезных ископаемых на наших геологических картах. Не случайно встречаются вместе в природе осмий, иридий и платина или сурьма и мышьяк.

Те же законы сходства, химической близости атомов определяют поведение элементов в земных недрах. И великая менделеевская таблица действительно является самым важным орудием, при помощи которого человек открывает богатства недр, отыскивает полезные металлы и создает с их помощью свое хозяйство и промышленность!

Перенесемся в далекое прошлое Урала. Из глубин поднимаются расплавленные тяжелые магмы; они состоят из темных пород, богатых магнием и железом. К ним примешиваются руды хрома, титана, кобальта, никеля; к ним присоединяются металлы платиновой группы: рутений, радий, палладий, осмий, иридий и платина.

Так начался первый этап истории Урала, та глубинная цепь дунитовых и змеевиковых пород[16], которые составляют центральный остов Уральского хребта, протягивающийся на север до островов Арктики и погребенный на юге под ковыльными степями Казахстана. На таблице Менделеева — это центральная часть.

В процессе разделения расплавов отделяются более легкие летучие вещества, и в сложной смене горных пород, из которых слагается современный Урал, в конце его вулканической деятельности кристаллизуются в глубинах светлые граниты. Это тот серый гранит, который так хорошо известен всем уральцам, особенно по восточному склону Урала. Белыми жилами пронизывают гранит скопления чистого кварца, мощные пегматитовые жилы врезаются своими ветвями в его наружные участки, проникая и в боковые породы. В этих процессах накапливаются летучие элементы — бор, фтор, литий, бериллий, редкие земли — и образуются уральские самоцветы и руды редких металлов. В периодической системе Менделеева — это левое поле таблицы.