Николай Горькавый – Драконоборцы. 100 научных сказок (страница 46)
Галатея и Андрей внимательно рассматривали тяжёлый агат, вглядываясь в его замысловатые слоисто-кристаллические оболочки.
– Мы взяли только один из бесчисленных примеров геологических чудес и диковин. Во Вселенной насчитывается менее сотни устойчивых атомов разного сорта или химических элементов, зато из них можно создать практически бесконечное число различных молекул. И многие из них соединяются в шесть тысяч минералов – природных химических соединений, которые обычно имеют кристаллическую или поликристаллическую структуру. Широко распространены на Земле лишь 100–150 минералов. Минералами являются и алмаз, который представляет собой кристаллическую форму углерода, и также корунд, кристаллический оксид алюминия. В каждой молекуле корунда на два атома алюминия приходится три атома кислорода…
Галатея с интересом рассматривала агат, рассеянно слушая рассказ матери.
– …Корунд с красной окраской из-за примеси хрома широко известен как рубин…
Девочка мигом насторожилась.
– …а корунд с синей окраской называется сапфир.
Глаза девочки вспыхнули неподдельным интересом к корунду. Андрей спросил:
– А гранит тоже является минералом?
– Нет. Это горная порода, сложенная из нескольких минералов класса силикатов. Горная порода – это природная смесь разных минералов или органических веществ; из этих пород и состоит земная кора, на которой мы живём. Кроме упомянутого кварца, в гранит входит полевой шпат. Этот минерал имеет очень сложный состав. Кроме атомов алюминия, кремния и кислорода он содержит атомы калия, натрия и кальция. Они сложным образом взаимодействуют друг с другом, образуя целую группу минералов, называемых полевыми шпатами. Земная кора на 50 % состоит из полевых шпатов, которые входят во многие горные породы, включая граниты и гнейсы. Зато такая горная порода, как всем известная глина, состоит в основном из мелкокристаллического минерала каолинита, в который входит оксид кремния, оксид алюминия и вода.
– Получается, – сказала Галатея, – что если взять аметист и горный хрусталь, смешать их с рубинами и сапфирами и залить водичкой, то получим просто глину?
– Не забудь – аметист и рубины надо хорошенько размолоть! – уточнил педантичный Андрей.
Дзинтара продолжила:
– Алюминий и оксид кремния могут соединиться в красивый минерал – топаз. Топаз любят ювелиры, а самые крупные его кристаллы весят до 80 килограммов. Оригинальным минералом является зелёный узорчатый малахит, представитель группы минералов-карбонатов, в молекуле которого атомы меди соединяются с атомами углерода, кислорода и водорода. Важным видом карбонатов является кальцит или известковый шпат. Простая молекула кальцита содержит один атом кальция, один атом углерода и три атома кислорода. Это самый распространённый биоминерал, который входит в состав раковин большинства беспозвоночных. Бесчисленные поколения моллюсков, умирая, оставляли свои ракушки на дне моря. Так, слой за слоем, накапливалась осадочная порода – известняк, состоящий в основном из кальцита. Типичной осадочной породой является и гипс – сульфат кальция с включением воды. Кристаллы гипса могут достигать метровой длины. В начале XX века шахтёры, работавшие в мексиканской серебряной шахте на глубине в четверть километра, пробили ход в Пещеру Мечей, как назвали её позже. Из пола этой пещеры росли огромные кристаллы гипса, похожие на волшебные мечи. Они возникли благодаря тому, что пещера была затоплена водой, которая позволяла молекулам гипса выстраиваться в такие причудливые кристаллы. Но даже сухие пещеры, в которые вода просачивается по трещинам, могут похвастаться замечательными каменными украшениями из кальцитов – сталактитами, свисающими сверху, и сталагмитами, растущими снизу.
Континенты двигались по поверхности Земли и сталкивались, вздымая с морского дна горные цепи, многие из которых целиком состояли из известняка. Например, крымская яйла сложена из осадочных пород – и на её обрыве хорошо видны слои, отражающие сотни миллионов лет эволюции биосферы нашей Земли. Если известняк подвергается внутри коры значительному давлению, то он превращается в мрамор – новую метаморфическую породу.
– Метаморфическую? – наморщила лоб Галатея.
– Это по-гречески означает – «преобразованную». Например, алмазы – это метаморфический минерал, который образуется из углерода при больших давлениях и сравнительно низких температурах. В кратерах, образовавшихся от удара крупных метеоритов, можно найти множество маленьких кристалликов алмаза. Немецкий город Нёрдлинген был построен внутри многокилометрового метеоритного кратера, возникшего пятнадцать миллионов лет назад при падении километрового астероида. На постройку города пошли камни, которых было множество внутри кратера. Когда светит солнце, стены домов и центрального собора этого города начинают блестеть мелкими искорками. Как обнаружили учёные, весь город был построен из породы, в которую вкраплены мелкие алмазы. По оценкам, в стенах города содержится свыше семидесяти тысяч тонн алмазов – правда, очень мелких, для ювелирного дела не подходящих.
– Жаль, – вздохнула Галатея. – Я уж было решила съездить в этот городок…
– Крупные алмазы находят в застывших жерлах вулканов, в так называемых кимберлитовых трубках. Из-за огромного давления в этих трубках углерод превращается в кристаллы алмазов.
– А почему эти трубки называются «кимберлитовыми»? – спросила Галатея.
– В 1866 году пятнадцатилетний мальчик Эразмус Якоб нашёл на берегу южноафриканской реки прозрачный камушек, который оказался алмазом весом более четырёх граммов. Так началась знаменитая «алмазная лихорадка». В 1871 году богатое месторождение алмазов, расположенное в жерле старого вулкана, было обнаружено на ферме братьев Де Бирс. Британское правительство заставило братьев задёшево продать свою землю, и в 1872 году на раскопке алмазоносной трубки трудилось уже пятьдесят тысяч человек, которые и основали город, названный Кимберли, в честь тогдашнего британского министра по делам заморских территорий лорда Кимберли.
– Подхалимы, – сказала непосредственная Галатея.
– Землекопы-алмазодобытчики выкопали кирками и лопатами яму шириной почти в полкилометра и глубиной в 240 метров, которая стала известна как кимберлитовая трубка, или в просторечье «Большая Дыра».
– Глубиной в 240 метров? – изумился Андрей. – Эйфелева башня в Париже имеет высоту около трёхсот метров.
– Да, добыча алмазов в XIX веке была трудной. Двадцать два миллиона тонн породы вытащили наружу землекопы из Большой Дыры, добыв при этом почти три тонны алмазов.
– Один грамм алмазов на семь или восемь тонн породы, – быстро подсчитал Андрей. – Неплохо.
– Большая Дыра стала одним из крупнейших карьеров, созданных ручным трудом. Выкопанный карьер стал осыпаться и заполняться водой, поэтому с 1914 года добычу алмазов в Кимберли стали вести с помощью шахт, которые дошли до глубины более километра. Африка стала известна как источник прекрасных драгоценных камней, которые добываются практически каторжным трудом. Вот так алмазы, порождения вулканов, повлияли на жизнь целых континентов.
Многие земные породы за время геологической эволюции претерпели значительные изменения, перейдя из осадочных или магматических в метаморфические породы.
– А что это за магматические породы? – спросила Галатея.
– Это те, которые возникли в результате вулканических извержений, например базальты. Базальт – самая распространённая магматическая порода на поверхности Земли и других планет. К магматическим породам относится и обсидиан, или вулканическое стекло. Древние люди широко использовали острые обломки обсидиана для стрел и охоты. В отличие от кристаллических минералов и пород, обсидиан – аморфный материал, то есть его молекулы не выстроены в правильную решетку, а расположены хаотически, в беспорядке.
– Магматические породы – это просто застывшая магма? – спросил Андрей.
– Да, под земной корой, начиная с глубины в несколько десятков километров, расположена земная мантия, которая занимает более 80 % объёма Земли. Жидкая часть мантии – это и есть магма, состоящая в основном из расплавленных силикатов. В раскалённой глубине Земли кипят атомы кислорода, кремния, кальция, магния, железа, алюминия, натрия и калия. Но магматические породы очень распространены и на поверхности Земли…
– Но почему? – удивилась Галатея. – Ведь вулканов довольно мало, они расположены всего в нескольких местах на Земле.
Дзинтара сказала:
– Из жерл вулканов вытекло гораздо больше магмы, чем ты думаешь. Сто миллионов лет назад Африка и Южная Америка были единым целым, как видно по очертаниям берегов и по сходству геологических пород на противоположных берегах Атлантического океана. Подземное течение поднимающейся магмы создало цепь вулканов между Африкой и Америкой. Эти вулканы извергали огромное количество жидкой лавы, которая растекалась в стороны, – и континенты стали медленно, со скоростью несколько сантиметров в год, расходиться. Там, где континенты сталкиваются, из складок геологических пород вырастают горы, например Гималаи, или край побеждённой литосферной плиты опускается под плиту-победитель, в глубины расплавленной магмы – как случилось вдоль берега Индонезии. Там тоже образовалась цепь вулканов, только совсем с другим типом лавы – гораздо более вязкой. Такая лава не выливается, а застревает в жерле вулкана плотной пробкой. Это похоже на перегретый паровой котёл, в котором заткнут предохранительный клапан. Такой котёл взрывается, то же самое происходит и с вулканом.