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

Опять источником серы оказывается сернистый металл, и снова судьбы серной кислоты перестраиваются на новый лад.

Кальций — символ прочности

Однажды, когда я остановился проездом в Новороссийске, ко мне обратилась группа инженерно-технических работников огромных цементных заводов, расположенных около города, с просьбой прочесть у них в клубе лекцию об известняках и мергелях, которые являются основным сырьем для цемента.

Мне пришлось им ответить, что я совершенно не знаком с этой темой. Я хорошо знаю, что основой извести и цемента являются разные сорта известняков; хорошо знаю, какую ценность имеют хорошие известь и цемент; я рассказал им о том, с каким трудом получали эти два нужных продукта для северных строек.

Простую известь обыкновенно выписывали с Валдайских высот, за полторы тысячи километров от новостроящихся центров, а цемент шел из Новороссийска окружной дорогой — через моря Черное, Эгейское и Средиземное, Атлантический и Ледовитый океаны; рассказал им, что я поэтому прекрасно понимаю совершенно исключительное значение извести в жизни и строительстве, но сам я известняками никогда не занимался и ничего о них не знаю.

— Тогда расскажите нам о кальции, — сказал один из инженеров, подчеркивая, что основой всех известняков является металл кальций, — расскажите о том, что собой представляет этот металл с точки зрения геохимии, каковы его свойства, какова его судьба, где и как он накапливается и почему именно он создает красоту мраморов и придает такие ценные технические свойства известнякам и цементным мергелям.

Я прочел им лекцию на эту тему — и так появился рассказ об атомах кальция в мироздании, который я привожу ниже.

— Вы работаете в цементной промышленности, в промышленности вяжущих веществ, важнейшей отрасли строительной промышленности, для вас история атомов кальция представляет особенный интерес.

Химики и физики нам говорят, что кальций занимает в менделеевской системе совершенно особое место, его номер по порядку 20. Это значит, что он состоит из ядра, то есть из мельчайших частичек — протонов и нейтронов, и двадцати свободных отрицательно заряженных частичек, которые мы называем электронами.

Число 40 определяет собой атомный вес этого элемента, расположенного во второй группе менделеевской системы, во втором ее ряду. В своих соединениях он требует для получения устойчивых молекул двух отрицательных зарядов. Как говорят химики, его валентность равна двум.

Вы видите, что мне пришлось при этом перечислении приводить цифры, кратные четырем. В геохимии это очень важные числа. Мы знаем и в жизни, что когда мы хотим что-либо сделать устойчивым, то мы всегда прибегаем к этим числам; так, например, стол имеет четыре ножки. Устойчивое тело, всякая постройка обычно симметричны, так что правая и левая половины сходны.

Число 2 и числа 4, 20 и 40 говорят нам об исключительной устойчивости и атомов кальция, и мы даже еще не знаем тех сотен миллионов градусов, которые могут разрушить эту прочную постройку из маленького ядра и быстро несущейся вокруг него плеяды из двадцати отрицательных планет. И по мере того как астрофизики начинают понимать строение всего мира, все более и более вырисовывается огромная роль атомов кальция в мироздании.

Вот солнечная корона в период солнечного затмения. Даже простым глазом видны грандиозные протуберанцы, выбросы на расстоянии сотен тысяч километров накаленных, быстро мчащихся частиц металлов; главную роль среди них играет кальций. Совершенными методами нашим астрономам удалось сейчас узнать, чем наполнены межпланетные пространства. Между рассеянными звездными туманностями все мировое пространство пронизано мчащимися легкими атомами некоторых химических элементов; и снова среди них большую роль играет кальций наравне с натрием.

Но вот, покорные законам притяжения, какие-то мчащиеся частицы мироздания, описывая свои сложные пути, залетают к нам на Землю. Они падают в виде метеоритов, и снова кальций играет в них огромную роль. И на нашей Земле трудно себе представить какой-нибудь металл, который имел бы большее значение во всех сложных судьбах образования земной коры, создания жизни и технического прогресса.

Еще в те времена, когда расплавленные массы кипели на поверхности Земли, когда постепенно отделялись тяжелые пары, образуя атмосферу, и сгущались первые капли воды, создавая великие океаны и моря, кальций, вместе со своим другом магнием, таким же плотным и прочным, таким же четным элементом (номер его 12), являлся одним из самых важных металлов Земли.

В разных породах, которые тогда изливались на поверхность или застывали в глубинах, атомы кальция и магния играли особую роль. Дно больших океанов, особенно Тихого, еще и сейчас выстлано базальтовой постелью, в которой атомы кальция имеют большое значение, и мы знаем, что наши материки плавают на этой базальтовой постели, образующей как бы своеобразную тонкую застывшую кору на расплавах глубин.

Геохимики даже подсчитали, что в состав земной коры входят по весу 3,4 % кальция и 2 % магния. Они связали законы распространения кальция с замечательными свойствами самого атома кальция, с четностью его электронов, с удивительной устойчивостью этой прекрасной совершенной постройки мира.

Сразу же после образования земной коры начались сложные пути странствования этих атомов.

Извержения вулканов в те далекие времена выносили с собой большие количества угольной кислоты. Тяжелые облака воздушной атмосферы, насыщенной парами воды и углекислоты, окружали Землю, разрушая земную поверхность, снося в диких первичных бурях еще горячие массы земли. Так начался самый интересный этап в истории странствований атомов кальция.

С углекислотой кальций давал прочные, устойчивые соединения. При избытке углекислоты карбонат кальция переносился водами; при потере углекислоты он осаждался в виде белого кристаллического порошка.

Так образовывались мощные слои известняков. Там, где наносы земной поверхности накапливали остатки глин, осаждались слои мергелей. Бурные движения подземных раскаленных масс, врывающихся в слои известняков, обжигали их своими парами в тысячи градусов и превращали в белоснежные горы мрамора.

Но вот из сложных клубков каких-то соединений углерода зародились первые комки органического вещества. Постепенно усложнялись эти коллоидальные желеобразные массы, напоминающие медуз нашего Черного моря; зарождались в них новые свойства — свойства живой клетки. Великие законы эволюции, борьбы за существование, борьбы за дальнейшее развитие рода усложняли эти молекулы, приводили их к новым сочетаниям, и новые свойства появлялись на основе великих законов органического мира. Постепенно рождалась жизнь… Сначала в виде простых клеток среди горячих морей и океанов, потом в виде более сложных многоклеточных организмов, и так вплоть до самого совершенного организма на земле — человека. В этом постепенном усложнении роста каждого организма отражалась все время борьба за создание прочного, устойчивого тела. Мягкое, упругое тело животного было беззащитно перед врагами, которые на каждом шагу его разрывали и уничтожали. Живое вещество в процессе постепенной эволюции все больше и больше стремилось защитить себя. Надо было создать или какую-то непроницаемую оболочку вокруг мягкого тела, чтобы можно было спрятаться за ней, как за броней, или же нужен был крепкий внутренний остов — то, что мы называем скелетом, чтобы мягкое тело могло прочно держаться на твердых костях. И история жизни нам показывает, что в этих поисках твердого и прочного материала кальций сыграл совершенно особенную роль. Сначала в раковинки вовлекался фосфорнокислый кальций; и первые ракушки, которые встречаются в истории земной коры, были из минерала апатита.

Однако этот путь оказался не самым правильным; фосфор нужен для самой жизни, но не всюду его запасы так велики, чтобы можно было легко построить прочную раковину; история развития животного и растительного мира показала, что гораздо выгоднее строить прочные части из других, малорастворимых соединений — опала, сернокислых стронция и бария; но в особенности оказался пригодным углекислый кальций.

Правда, не менее нужным оказался и фосфор: в то время как различного рода моллюски и рачки, а также одноклеточные организмы стали широко использовать углекислый кальций для своих красивых ракушек, скелетные части наземных животных стали строиться из фосфорнокислых солей. Кость человека или крупного животного состоит из фосфата кальция, который довольно близок по своей природе к нашему минералу апатиту. Но и тут и там кальций играл значительную роль. Разница была только в том, что скелет человека строился из фосфата этого металла, а раковинки — преимущественно из карбоната.

Трудно себе представить более замечательную картину, чем та, которая рисуется перед натуралистом, когда он подходит к берегу, например, Средиземного моря.

Я помню, как еще молодым геологом я впервые попал около Генуи на скалистый берег Нерви. Я был поражен красотой и многообразием ракушек, разноцветных водорослей, раков-отшельников с их красивыми известковыми домиками, различных моллюсков, целых колоний мшанок и различных известковых кораллов. Я совершенно погрузился в этот чудесный мир прозрачной воды, сквозь синеву которой сверкали всеми цветами радуги разнообразные соединения все того же углекислого кальция. Но мое увлечение этим новым миром прервал огромный осьминог, который незаметно подплыл к нашему камню, и я стал дразнить его палкой.

Станция «Белорусская» Московского метрополитена. В оформлении использован отечественный мрамор

В сотнях тысяч видов накапливался кальций в раковинах и скелетах на дне морских бассейнов. Там прихотливые остатки умерших организмов образовывали целые кладбища углекислого кальция — начало новых горных пород, целых будущих горных хребтов.

И сейчас, когда мы восторгаемся разнообразием расцветок мраморов, украшающих наши архитектурные сооружения, или на электростанции любуемся красивым серым или белым мрамором распределительного щита, или спускаемся по лестнице метро с желто-бурыми ступенями из шемардинского подмосковного мраморовидного известняка, мы не должны забывать, что во всех этих случаях начало огромным скоплениям известняка положено было маленькой живой клеткой и той сложной химической реакцией, которая улавливает рассеянные атомы кальция в морской воде, претворяет их в твердые кристаллические скелеты и волокна кальциевых минералов, которые были названы кальцитом и арагонитом. Но мы знаем, что на этом не кончаются странствования атомов кальция.