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

Нам понятна и минералогия, которая изучает отдельные минералы.

В своей книге «Занимательная минералогия» я писал: «…Минерал есть природное соединение химических элементов, образовавшееся естественным путем, без вмешательства человека. Это своего рода здание, построенное из определенных кирпичиков в различных количествах, но не беспорядочная куча этих кирпичей, а именно постройка по определенным законам природы. Мы хорошо можем понять, что из одних и тех же кирпичей, даже взятых в одном и том же количестве, можно построить разные здания. Так, один и тот же минерал может встречаться в природе в самых различных видах, хотя по существу он остается все тем же химическим соединением.

Мы насчитываем около ста сортов этих кирпичей, из которых построена вся окружающая нас природа.

К этим химическим элементам, например, относятся: газы — кислород, азот, водород; металлы — натрий, магний, железо, ртуть, золото или такие вещества, как кремний, хлор, бром и другие.

Различные сочетания элементов в различных количествах и дают нам то, что мы называем минералом: например, хлор и натрий дают поваренную соль, кислород в двойном количестве с кремнием дают кремнезем или кварц и так далее.

…Итак, из сочетаний различных химических элементов построено в земле три тысячи разных минералов (кварц, соль, полевой шпат и другие), а эти минералы, накапливаясь вместе, образуют то, что мы называем горной породой (например, гранит, известняк, базальт, песок и так далее)[1].

Та наука, которая изучает минералы, называется минералогией, описывающая горные породы — петрографией, а изучающая самые кирпичики и их странствование в природе — геохимией…»

Геохимия — еще молодая наука, которая выдвинулась только за последние десятки лет и главным образом благодаря работам советских ученых.

Ее задачи заключаются в том, чтобы проследить и выяснить судьбу и поведение в земле химических элементов[2], лежащих в основе окружающей нас природы, которые, будучи расположены в определенном порядке, составляют замечательную таблицу Д. И. Менделеева.

Основной единицей исследований геохимии является химический элемент и его атом.

В каждой клетке таблицы Д. И. Менделеева, как правило, помещается один химический элемент — атом, и каждая клетка имеет очередной порядковый номер. Первый номер имеет самый легкий элемент — водород, а один из самых тяжелых химических элементов в земной коре, 92-й, называется ураном, и он тяжелее водорода в 238 раз.

Атомы чрезвычайно малы, и если представить их в виде шариков, то диаметр атома составит одну десятимиллионную долю миллиметра. Но атомы совершенно не похожи на сплошные шарики и образуют более сложную систему, состоящую из ядра атома, вокруг которого движется то или иное, разное у различных сортов атомов, число электронов.

Таким образом, по своему строению атомы скорее напоминают солнечные системы сверхмикроскопических размеров с центральным Солнцем — ядром и движущимися вокруг него планетами — электронами.

У разных сортов атомов — химических элементов — число электронов различно. Благодаря этому они отличаются друг от друга по своим химическим свойствам. Атомы, обмениваясь между собой своими электронами, входят в соединения — образуют молекулы.

На менделеевской таблице намечается ряд естественных семейств элементов, которые встречаются вместе не только на таблице, но и в самой природе.

Величие системы Менделеева и заключается именно в том, что это — не теоретическая схема, а выражение тех природных взаимоотношений, которые существуют между отдельными элементами и которые определяют их сходство, их различие, их перемещения в земле.

Словом, таблица Менделеева есть вместе с тем и таблица геохимическая, которая, как надежный компас, помогает геохимикам в их поисковых работах.

Новые идеи зарождаются всюду, где вдумчивая мысль ученого пытается применить закон Менделеева к анализу природных явлений.

Но что же такое геохимия? Что представляет собой эта новая наука, привлекшая за последние годы так много исследователей?

Как показывает ее название, геохимия изучает химические процессы, происходящие в самой земле.

Химические элементы как самостоятельные единицы природы перемещаются, странствуют, соединяются — словом, как мы говорим, мигрируют в земной коре; законы сочетаний элементов и минералов при различных давлениях и температурах в разных участках земной коры, законы участия элементов в построении почвы, горных пород и живого вещества и законы использования вещества самим человеком и представляют те проблемы, которыми занимается современная геохимия.

Некоторые химические элементы (например, скандий, гафний) не обладают способностью образовывать скопления и иногда настолько рассеяны, что в породе находится лишь стомиллионная доля процента определенного химического элемента.

Такие элементы можно было бы назвать сверхрассеянными, и их мы добываем только в том случае, если они представляют какую-либо особую ценность для практики.

Сейчас мы предполагаем, что в каждом кубическом метре любой горной породы можно найти все элементы менделеевской таблицы, если только наши методы анализа будут достаточно совершенны. Не надо забывать, что новые методы в истории науки имеют еще большее значение, чем новые теории.

Другие элементы (например, свинец, железо), наоборот, в своих постоянных перемещениях имеют как бы ряд остановок, образуя такие соединения, в которых они легко накапливаются, долго сохраняются и, независимо от сложных изменений земной коры в ее геологической истории, сохраняют формы скоплений, образуют крупные концентрации и оказываются доступными для промышленного использования.

Геохимия изучает законы распределения и миграции химических элементов не только в мироздании в целом, но и в определенных геологических условиях, в определенных районах нашей страны, намечая пути для поисков и разведок полезных ископаемых.

Таким образом, глубокие теоретические установки современной геохимии все ближе и ближе смыкаются с проблемами практики, и геохимия стремится на основании ряда общих положений показать, где может встречаться какой-либо химический элемент, где и при каких условиях можно встретить скопления, например, ванадия или вольфрама, какие металлы «охотнее» находятся вместе, как, например, барий и калий, какие будут «избегать» друг друга, как, например, теллур и тантал.

Геохимия изучает поведение каждого элемента, но, чтобы судить об этом поведении, она должна хорошо знать свойства элемента, его своеобразие, склонность соединяться с другими элементами или, наоборот, отделяться от них.

Геохимик, таким образом, превращается в поисковика-разведчика, он подсказывает те места земной коры, где можно найти железные и марганцевые руды, сообщает, где среди змеевиков можно найти месторождения платины, и объясняет — почему; он направляет геологов на поиски мышьяка и сурьмы в молодых геологических породах и горных хребтах и предскажет неудачу, если будут искать эти металлы там, где условия для их концентрации отсутствуют.

Но все это возможно, когда хорошо изучено «поведение» химического элемента, точно так же, как, изучив поведение человека в жизни, можно не только учесть все его поступки, но можно предсказать, как он будет себя вести при различных обстоятельствах.

[1] В настоящее время известно чуть более пяти тысяч минералов. Но количество зависит от строгого определения понятия «минеральный вид». Если в один минеральный вид объединять минеральные серии без их деления по «правилу 50 %», то их число значительно уменьшится. Определение вида горной породы еще более описательно, чем определение минерального вида. Поэтому сегодня даже нельзя строго сказать, сколько же существует видов горных пород. — Науч. ред.

[2] Сегодня в относительно самостоятельную дисциплину выделилась изотопная геохимия и абсолютная геохронология. — Науч. ред.