Занимательная геохимия. Химия земли: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

«Пойманный солнечный луч» — говорят про каменный уголь. И действительно, в каждом маленьком кусочке угля сохраняется солнечный луч, пойманный растением, превратившийся сначала в сложную растительную ткань, а затем постепенно преобразованный в процессе медленного разложения. Его теплом согреваются котлы фабрик, заводов, морских пароходов, его энергия двигает колоссальные машины, его добыча определяет гигантское развитие современной промышленности.

Ежегодная добыча угля выражается грандиозной цифрой более миллиарда тонн, что далеко превышает добычу любого другого полезного ископаемого. Но каменный уголь дает не только тепло. Человек извлекает из него множество различных ценных продуктов, которые положили начало химической промышленности угля. Из простого угля научились делать кокс, бензол, красители, пластические массы, аспирин, стрептоцид и так далее.

Если на образование угля использовались главным образом клетки тканей растений, то такое жидкое органическое вещество, как нефть, образовалось из других простейших организмов и их спор; следовательно, и эта горючая жидкость, еще более ценная, чем уголь, является своеобразным «пойманным солнечным лучом». Как и уголь, нефть пока больше всего используется как источник энергии. Продукты переработки ее — мазут, керосин, бензин — всем хорошо известны. Современные быстроходные корабли и авиация могут пока существовать только на нефти, очищенной и перегнанной в виде чистых сортов бензина. Но помимо этого, нефть и уголь дадут нам ценнейшие синтетические материалы: искусственные волокна, битумы, жиры, глицерин и так далее. Из некоторых сортов каменного угля научились получать искусственный бензин, но углей, пригодных для этой цели, не очень много, выход жидких продуктов мал, а по качеству искусственный бензин хуже. В погоне за нефтью люди бурят скважины иногда свыше четырех километров глубиной, извлекая из недр земли эту драгоценную жидкость, «черную кровь земли»[33].

Скважина, добывающая нефть, действует по нескольку лет. На поверхности земли ставят сложное сооружение — вышку высотой в 37–43 м. Лес вышек нефтяного промысла издали выглядит очень эффектно. Такие нефтяные промыслы имеются у нас на Кавказе, на западных склонах Урала (Башкирия), в Средней Азии и на Сахалине. Значительны и месторождения нефти в Иране, Месопотамии и в других странах земного шара.

Так из глубин углерод снова появляется на поверхности Земли; на этот раз его поднимает сам человек; и в постоянной борьбе за свое существование, за завладение природными запасами энергии человечество ежегодно сжигает более 700 миллионов тонн угля.

С целью получить тепло человек превращает все вновь в углекислоту и воду. Так борются между собой деятели различного порядка и различного значения, то окисляя углерод, то переводя его в самородное состояние.

Но, как мы уже говорили, вы все хорошо знаете, помимо угля, еще две интересные разновидности чистого углерода — алмаз и графит. Как не похож сияющий огнями драгоценный алмаз на простой серый графит, которым мы пишем! Различие в свойствах тел мы всегда объясняем различием в составе. Однако в данном случае разные свойства объясняются различным расположением атомов в кристаллах.

В кристалле алмаза атомы лежат очень плотно друг к другу. С этим связаны его значительный удельный вес и твердость, превосходящая твердость всех остальных минералов, а также исключительно высокий показатель преломления.

Алмаз может образоваться из расплавленной породы лишь при очень больших давлениях, достигающих 30, а может быть даже и 60 тысяч атмосфер[34].

Такие давления существуют лишь на глубине 60–100 км от земной поверхности. Очень редко породы с такой глубины выходят на поверхность, и этим можно объяснить, почему алмаз встречается исключительно редко. За твердость, игру цвета он ценится очень высоко, как первоклассный драгоценный камень. Ограненный, шлифованный алмаз называется бриллиантом.

С давних пор Индия славилась своими алмазами, добываемыми из россыпей. Затем алмазные россыпи были открыты в Бразилии (1727 г.), в Африке (1867 г.) и у нас[35]. Главная масса алмазов в настоящее время добывается из африканских месторождений, открытых в долине реки Ваал, правого притока реки Оранжевой.

Сначала их добывали из россыпей речной глины, но скоро обнаружили, что они есть и в голубой глине на пологих холмах вдали от речки. Стали разрабатывать голубую глину, началась «алмазная лихорадка»: по цене, взвинченной в миллионы раз, покупали участки голубой глины величиной всего 3 × 3 метра и копали ямы огромной глубины. В ямах, как муравьи, копошились люди, добывая породу. Чтобы вывозить драгоценную глину, в ямы протянули проволоки подвесных дорог.

Однако уже на небольшой глубине глина исчезла и показалась твердая зеленая порода — кимберлит. В ней также были алмазы, но добывать их стало труднее, и мелкие собственники принуждены были отказаться от такой трудоемкой и дорогостоящей разработки. После некоторого периода бездействия крупное акционерное общество снова возобновило добычу уже при помощи шахт.

Алмазоносная порода уходит в землю на недосягаемую глубину. Она заполняет каналы, образовавшиеся во время вулканических взрывов.

Известны десятки воронок от таких взрывов; наибольшая из них имеет 350 метров в поперечнике, остальные — от 30 до 100 м.

Алмазы в кимберлите вкраплены очень мелкими зернами менее 100 миллиграммов (или полкарата) весом. Но иногда попадались и крупные камни. Долгое время самым большим был «Эксцельсиор», весивший 972 карата, или 194 грамма. В 1906 году нашли еще больший, названный «Кюллинан», — его вес 3025 каратов, или 605 граммов. Камни более 10 карат редки и дорого ценятся. Самые знаменитые бриллианты весят от 40 до 200 каратов. Рядовые алмазы — крошки, так же как черная разновидность — «карбонадо» или алмазные капли — «баллас», также высоко ценятся, так как используются в технике для сверления и бурения горных пород. Довольно крупные камни нужны для волочильных станков, приготовляющих вольфрамовую нить для электрических лампочек.

Кристаллы алмазов

Графит — тот же углерод; но как отличен он по своим свойствам от алмаза!

Его атомы легко отделяются друг от друга по плоскостям. Этот мягкий минерал с металлическим блеском непрозрачен, легко распадается на листочки и оставляет след на бумаге. Графит плохо соединяется с кислородом и может переносить очень высокую температуру, являясь своеобразным огнеупором.

Происхождение его двояко: он образуется или вследствие разложения углекислоты, выделяющейся из магмы при образовании изверженных пород, или при видоизменениях каменного угля. Знаменитое месторождение первого типа находится в Сибири. Среди застывшей изверженной породы — нефелинового сиенита — здесь лежат линзы очень чистого графита. В бассейне же Енисея залегают огромные пласты графита. Он образовался здесь из каменного угля и содержит много золы.

Мы ежедневно имеем дело с графитом, когда пишем карандашом. Для изготовления карандашей графит замешивают с очищенной глиной, от количества которой зависит твердость карандаша: для твердых карандашей глины берут мало, для мягких — больше. Потом стержни прессуют и заклеивают в дерево. Но на карандаши идет всего 5 % добываемого графита. Главная его масса расходуется на огнеупорные тигли для плавки высших сортов стали, на электроды для электрических печей, на смазку трущихся частей в тяжелых механизмах (например, в блюмингах); в виде порошка графит идет для присыпки «опок» — глиняных форм для отливки металлических частей машин.

Нам с вами остается вспомнить о судьбе той углекислоты, которая сохранилась в пластах Земли в виде известняков, мела, мрамора.

Прежде всего — как она образовалась? На это легко ответить, достаточно рассмотреть небольшое количество порошка мела под микроскопом. Мы найдем в нем целый мир микроскопических ископаемых организмов. Мы увидим множество кружочков, палочек и кристалликов, нередко тонкого и красивого узора. Это остатки известковых скелетов микроскопических организмов — корненожек. Некоторые виды их и сейчас еще встречаются в теплых морях. Скелеты корненожек состоят из углекислого кальция, и после смерти их организмов массы таких скелетов и образовали породу. Но не только микроскопические низшие организмы участвуют в образовании пород, — скелеты многих других морских животных и растений состоят из карбоната кальция. Эти скелеты также встречаются в известняках.

Это все получают из нефти! Но из нее получают еще много и других ценных продуктов

Ученые по сохранившимся остаткам организмов умеют определять относительное время образования известняков.

Новейшие геохимические исследования дают возможность установить закономерное соотношение между углем и нефтью и общим количеством известняков на всем земном шаре.

Следовательно, можно примерно определить по обилию известняковых пород для каждой геологической эпохи количество образовавшихся тогда угля и нефти. Значение таких геохимических заключений очень велико, даже если практические расчеты и окажутся неточными.

Многие древнейшие известняки под влиянием давления превращаются в мраморы, и всякие следы органической жизни в них исчезают. Углекислота, накопившаяся в них за долгие миллионы лет, вышла из круговорота. И только если возникнут где-либо вблизи мраморов горообразовательные и вулканические процессы, они могут вновь под влиянием жара освободить углекислоту и положить начало новому круговороту ее.

[33] В 1960–1980-х годах только в США пробурено без отбора керна свыше 350 скважин глубиной 6,5–7 км, 50 — более 7 км и 4 — более 9 км. — Науч. ред.

[34] Даже эта, еще недавно казавшаяся непоколебимой схема уже подвергнута критике из-за находки алмазов в экзотических образованиях — туффизитах. — Науч. ред.

[35] Месторождения алмазов мирового значения открыты у нас в Якутии в 1954 г.