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

Его идея была встречена с недоверием специалистами сельского хозяйства 1840–1850-х годов прошлого столетия; она казалась «затеей ученого», тем более что калиевая селитра, привозившаяся на парусных судах из Южной Америки, которую он предлагал использовать для удобрения, была чрезмерно дорога и не находила себе сбыта. Источники фосфора не были известны, а предлагавшийся Либихом размол костей давал слишком дорогие удобрения. Не знали, как использовать и калий, и только изредка, собирая золу растений, рассеивали ее по полям. У нас на Украине издавна сжигали остатки стеблей кукурузы и полученную золу рассеивали по полям, дойдя собственным умом, без помощи науки, до мысли о значении этой золы для урожаев.

С тех пор прошло много лет, и вопросы удобрения превратились в одну из важнейших задач всех стран мира; плодородие почв в значительной степени стало зависеть от того, сумеет ли человек внести в них достаточное количество тех веществ, которые растения извлекли из почвы и которые человек увез с полей в виде зерна, соломы и плодов. И оказалось, что сейчас калий сделался одним из самых нужных элементов мирного труда и сельского хозяйства.

Достаточно сказать, что такие страны, как Голландия, расходовали в 1940 году на гектар до 42 т окиси калия. Правда, в других странах эта цифра значительно меньше; в Америке вносят всего около четырех тонн на гектар.

Крупные агрохимики говорят, что мы в нашей стране должны рассеивать на полях не менее одного миллиона тонн окиси калия в год.

И перед человечеством встала задача — найти крупные месторождения калиевых солей, научиться их добывать и приготовлять из них удобрения.

Долгое время всей калиевой промышленностью мира владела Германия. В горах Гарца, на его восточных склонах, были открыты месторождения знаменитых стасфуртских солей; из северной Германии соли калия развозили по всем странам сотни тысяч поездов.

С этим не могли мириться те государства, для которых сельское хозяйство являлось жизненным нервом страны. Много лет, много сил и энергии потратила Северная Америка, пока она открыла у себя небольшое калиевое месторождение; некоторого успеха добились французы, открыв в долине Рейна калиевые залежи; пока шли поиски калия, стали использовать калиевые минералы из изверженных пород Италии. Но все это было ничтожно по сравнению с тем количеством, которое требовалось для истощенных почв.

Много лет русские исследователи стремились найти на территории нашей страны месторождения калия. Отдельные догадки не давали результатов, пока упорный труд целой школы молодых химиков под руководством академика Н. С. Курнакова не привел к открытию самых грандиозных в мире месторождений калия. Находка произошла случайно, но случайность в научной работе обычно все же связана с долгим подготовительным трудом, а «случайное открытие» почти всегда является просто последним шагом в долгой борьбе за определенную мысль, наградой за упорные, долгие поиски.

Так было и с открытием калия. Академик Курнаков изучал много десятков лет соляные озера нашей страны, и его мысль упорно искала, где в недрах земли можно найти остатки древних калиевых озер. Работая в химической лаборатории над составом соли старых соляных варниц Пермского края, Николай Семенович Курнаков заметил в некоторых случаях повышенное содержание калия.

Н. С. Курнаков (1860–1941)

При посещении одной из варниц он обратил внимание на маленький кусочек буровато-красного минерала, который ему напомнил красные калиевые соли — карналлиты германских месторождений. Правда, работники на самой варнице не были уверены, откуда был получен этот кусочек, не является ли он образцом из той коллекции солей, которая ими была получена из Германии. Но академик Курнаков взял этот кусочек, положил его в карман и поехал в Ленинград. Там он подверг его анализу, и, к общему удивлению, этот кусочек оказался хлористой солью калия.

Первая находка была сделана, но этого еще мало, — надо было доказать, что этот калий добыт из глубин Соликамского края и что там находятся большие залежи. Надо было заложить буровую скважину, надо было в трудных условиях двадцатых годов достать из глубины соль и изучить ее состав.

П. И. Преображенский (1874–1944)

За это взялся один из крупнейших геологов Геологического комитета П. И. Преображенский. Он указал на необходимость закладки глубоких скважин, и вскоре эти скважины вошли в мощные слои калиевых солей, открыв новую эру в истории калия на всей земной поверхности.

Сейчас, когда прошло несколько десятков лет с момента этого исторического открытия, совершенно изменилась картина распределения запасов калия среди всех стран мира. Если мы выразим этот запас в миллионах тонн окиси калия, то большая часть запасов падает на долю Советского Союза; на Германию придется только 2500 миллионов тонн; на Испанию — 350 миллионов; на Францию — 285 миллионов и совсем немного — на Америку и другие страны. Однако далеко не все количество калия разведано в калиевых месторождениях Советского Союза.

Весьма вероятно, что наш Союз скоро еще увеличит свои запасы, и раскроются грандиозные картины миграции калия в древних пермских морях за 300–400 миллионов лет до наших дней.

Сейчас нам так представляется это отдаленное прошлое геологической истории нашей страны. Древнее пермское море охватывало весь восток Европейской части Союза. Море это было мелководной южной частью океана, заходившего к нам с севера. Отдельные его заливы, языки, заходили под самый Архангельск к Белому озеру и под Новгород. На востоке границей моря служил Уральский хребет, на юго-западе длинные рукава протягивались к Донецкому бассейну и к Харькову. На юго-востоке оно уходило далеко на юг, в область Прикаспия. Некоторые ученые полагали даже, что наше пермское море в начале своего существования сливалось и с тем великим океаном Тетис, который опоясывал землю в далекие времена пермской эпохи. Этот большой океан постепенно мелел, образуя по берегам отдельные озера, а влажный климат сменялся ветрами и солнцем пустынь.

Молодые Уральские хребты разрушались мощными горячими ветрами, — все сносилось к берегам умиравшего пермского моря. Море отходило на юг. На севере в озерах и лиманах накапливались гипс, поваренная соль. А на юге все увеличивалось и увеличивалось содержание солей калия и магния. На юго-востоке накапливалась та рапа, которую получает искусственно человек в осадочных бассейнах, например на Сакском озере. Так постепенно образовывались отдельные неглубокие моря и озера, насыщенные остаточными солями калия и магния.

Стали накапливаться отложения калиевых солей. Начиная от Соликамска и вплоть до юго-восточной части Уральского хребта тянутся отдельные калиевые месторождения, скрывающиеся под покровом почвы. Всюду буровые скважины наталкиваются на подземные мощные линзы поваренной соли, а в их верхах — и на соли калия.

Так благодаря маленькому кусочку буровато-красной соли, подмеченному зорким глазом ученого в лаборатории завода, была решена одна из самых грандиозных проблем — проблема калия. У нашей страны появилась возможность не только полностью снабдить удобрениями поля и повысить их урожайность, — перед нами открылись грандиозные возможности создания новой, калиевой химической промышленности и получения самых разнообразных солей калия, столь нужных для химического производства. Это калиевые щелочи и соли азотной, хлорной и хромовой кислот; это самые разнообразные соединения, которые все шире и шире входят в промышленность и народное хозяйство. Вместе с калием большие количества металла магния получаются в виде «отбросов»; из них путем электролиза выделяется сверкающий легкий металл, а сплав его, так называемый электрон[36], открывает новые страницы в области строительства железных дорог и самолетов.

И осуществляется сейчас мечта агрохимиков нашей страны — добывать в год столько тонн окиси калия, чтобы полностью снабдить этим ценным веществом все наши поля и увеличить их урожаи.

Так рисуется перед нами история калия в земле и в руках человека.

Но есть еще одна маленькая черта у этого элемента, на которую следует обратить внимание. Любопытно то, что один из изотопов калия обладает свойствами радиоактивности, правда, в очень слабой степени, то есть он оказывается неустойчивым, — сам по себе выделяет различные лучи и превращается в атомы другого вещества, которое при дальнейших группировках образует атомы кальция[37].

Долгое время это явление оставалось недоказанным, но потом оказалось, что действительно этот самый калий с атомным весом 40 играет большую роль в жизни Земли, так как при превращении неустойчивых атомов калия в атомы кальция выделяется значительное количество тепла. Наши радиологи подсчитали, что по крайней мере 20 % всего тепла, которое образуется в Земле под влиянием распада атомов, относится к соединениям калия, а отсюда и огромная роль распада атомов калия в тепловом хозяйстве нашей Земли.

Понятно, что биологи и физиологи попытались выяснить значение этих свойств в проблеме жизни самого растения и высказывали мысль, что чудодейственная и непонятная пока любовь растений к калию связана с тем, что атомы калия своими излучениями оказывают какое-то особое влияние на жизнь и рост клетки.

Много было сделано опытов в этом направлении, но до сих пор они не привели к каким-либо определенным результатам. По всей вероятности, роль этих разлагающихся атомов калия и их излучений весьма значительна и вызывает ряд особенностей в росте и развитии живой клетки и всего организма.

Таковы странички из геохимии калия, этого нечетного, блуждающего химического элемента. Такова история его странствования и круговорота на Земле.

О каждом химическом элементе можно рассказать такую же историю его странствований в недрах, на поверхности Земли, в промышленности, но для многих из них отдельные звенья истории ускользают пока от взоров исследователя; для многих можно написать лишь отдельные отрывки; и геохимику будущего предстоит задача — свести их в стройный, последовательный рассказ. История калия более ясна, потому что все эпохи в жизни этого важного элемента для нас очевидны.

[36] Не нужно путать электрон-сплав с электроном — частицей отрицательного электричества; это только случайное совпадение слов.

[37] Калий-аргоновый изотопный метод определения абсолютного возраста горных пород — исторически один из первых. За ним последовали уран-свинцовый, рубидий-стронциевый, самарий-неодимовый, радиоуглеродный и ряд других. Каждый эффективен для определенных возрастов и характеризуется своими температурами закрытия изотопных систем. — Науч. ред.