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

Приходилось ли вам видеть старую трамвайную дугу? Какой глубокий желоб образуется в ней в результате постоянного трения о провод! Так же изнашивается и трамвайный провод, о который трется дуга.

И вот оказывается, что достаточно прибавить всего лишь 1 % кадмия, чтобы изнашиваемость проводов значительно уменьшилась. Кадмий в трамвайном хозяйстве применяется еще для получения цветных стекол для сигнальных фонарей. Прибавление сернистого кадмия к стеклу вызывает окраску стекла в красивый желтый цвет, а селенистого кадмия — в красный цвет.

Применение индия не менее интересно, чем применение кадмия.

Известно, что сплавы, содержащие медь, очень быстро и сильно разрушаются под действием соленой морской воды. И тем не менее не всегда можно эти сплавы заменить химически более устойчивыми веществами, которые требуются для подводных лодок и гидросамолетов. Оказывается, что если прибавить к этим сплавам очень небольшое количество индия, то их устойчивость по отношению к химическому действию соленой воды моря значительно возрастет.

Прибавление металлического индия к серебру значительно повышает его блеск, то есть повышает его отражательную способность. Это свойство использовано в производстве зеркал для прожекторов: индий, содержащийся в зеркале, заметно усиливает свет прожектора.

Совершенно неожиданными свойствами обладает редкий рассеянный элемент селен, ближайший родственник серы, обычно присутствующий в малых количествах в сернистых рудах.

В зависимости от освещенности селен резко изменяет свою электропроводность. Это свойство селена используется в технике передачи изображений по телеграфу и радио. На этом построены многие автоматические контроллеры, регистрирующие светлые или темные детали на конвейере. Наконец, точное измерение освещенности стало возможным только благодаря селену.

Другое важное применение селена — в производстве чистого, бесцветного стекла. Стекло обычно варится из кварцевого песка, извести и щелочи (сода или сернокислый натрий). Песок стараются брать возможно более чистый, особенно не содержащий железа, потому что железо в стекле придает ему зеленоватый оттенок, которым, например, обладает бутылочное стекло.

Достаточно ничтожных количеств железа, чтобы эта окраска появилась. А для оконных стекол нужно чистое, бесцветное стекло; еще лучшего качества стекло необходимо для очков, и совершенно безукоризненное стекло нужно для оптических приборов: микроскопов, биноклей, телескопов. Если прибавить в расплавленное стекло селенистокислого натрия, то селен входит в химическое соединение с железом, извлекая его тем самым из стекольного расплава, и получается прекрасное бесцветное стекло.

Для производства специальных оптических приборов, для светосильных биноклей, дающих сильное увеличение, для светосильных фотоаппаратов стекло должно обладать еще рядом специальных свойств. И это достигается прибавлением в небольших количествах двуокиси германия.

Германий — это один из редких рассеянных элементов, который, как и селен, присутствует в малых количествах в некоторых разновидностях цинковых обманок. Германий встречается также в некоторых сортах каменного угля[53].

Итак, мы познакомились с тем, как редкие рассеянные элементы ведут себя в минералах и рудах. Мы познакомились с некоторыми свойствами этих необычных металлов и их своеобразным применением.

Важность этих применений объясняет нам, почему геохимия уделяет много внимания редким рассеянным элементам.

История атома в природе

Метеориты — вестники Вселенной

Темная безлунная ночь. Погасли последние отблески вечерней зари. Ярко загорелись звезды в беспредельной глубине небесного свода, переливаясь и мерцая разноцветными лучами. Мало-помалу утих и шум в селениях. Кругом словно все замерло в ночной тишине, лишь слабый ветерок еле слышно колышет листву на деревьях…

Вдруг все озарилось ярким, трепещущим светом. Стремительно пронесся по небу огненный шар, рассыпавший искры и оставивший после себя слабо светящийся, как бы туманный след. Шар погас, не долетев до горизонта, так же мгновенно, как и появился, и снова все погрузилось в ночной мрак. Но не прошло и нескольких минут, как раздались отрывистые удары, словно взрывы или выстрелы из тяжелых орудий. Потом послышался грохот, треск и продолжительный, постепенно утихающий гул.

Наверное, кому-либо из наших читателей приходилось видеть описанное явление. Но что это такое? Что это за огненный шар и откуда он появился?

В межпланетном пространстве, кроме девяти больших планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона[54], движется вокруг Солнца большое число малых планет[55], или астероидов. Теперь известно свыше 1605 астероидов, из которых самый большой, Церера, имеет диаметр в 770 километров, а поперечник наименьшего, Адониса, равен всего лишь одному километру. Несомненно, что существует бесчисленное множество еще более мелких астероидов. Их поперечники измеряются уже метрами и даже сантиметрами. В сущности это уже не планеты, а скорее обломки скал или камни и мелкие крупинки, которые можно даже положить на ладонь. Какие же это планеты? Их мы не увидим с Земли даже в самые сильные телескопы. Их называют метеорными телами, и все они не имеют правильной шарообразной формы, а представляют собой обломки.

Большинство крупных астероидов движется вокруг Солнца, каждый по своей определенной орбите, в пространстве между орбитами Марса и Юпитера. Здесь они в совокупности образуют так называемый «пояс» астероидов. Орбиты огромного числа мелких астероидов или метеорных тел выходят за пределы этого пояса. Они пересекают орбиты больших планет, в том числе и нашей Земли. Совершая свои движения вокруг Солнца, Земля и метеорное тело могут оказаться одновременно на пересечении своих орбит. В этот момент метеорное тело и входит в атмосферную оболочку Земли, вызывая появление на небе огненного шара, называемого болидом.

Метеорное тело при влете в атмосферу могло двигаться в межпланетном пространстве навстречу Земле. В этом случае скорость влета его может быть чрезвычайно большой, достигая 70 и более километров в секунду. Если же метеорное тело двигалось в том же направлении, как и наша Земля, то есть было «догоняющим» или «догоняемым», то его начальная скорость равна приблизительно 11 км в секунду. Но и такая, наименьшая, скорость очень велика; она во много раз превосходит скорость снаряда или пули.

Вследствие такой большой, как говорят, космической, скорости влетевшее в атмосферу метеорное тело испытывает сильное сопротивление воздуха. Даже на высоте 100–120 км над поверхностью Земли, где, как мы знаем, атмосфера чрезвычайно разрежена, сопротивление оказывается настолько значительным, что поверхность метеорного тела нагревается до нескольких тысяч градусов и начинает светиться. Раскаляется и воздух, окружающий метеорное тело. В этот момент и появляется на небе стремительно несущийся огненный шар — болид. Он представляет собой раскаленную газовую оболочку вокруг метеорного тела. Встречные потоки воздуха стремительно срывают непрерывно расплавляющееся с поверхности вещество метеорного тела и разбрызгивают его на мельчайшие капельки. Затвердевая в виде шариков, эти капельки образуют тот как бы дымный след, который остается по пути движения болида. На высоте около 50–60 км над земной поверхностью, где атмосфера становится уже достаточно плотной для того, чтобы в ней могли распространяться звуковые волны, вокруг метеорного тела образуется так называемая баллистическая волна. Она представляет собой уплотненный слой воздуха перед метеорным телом. Достигая земной поверхности, баллистическая волна производит удары, грохот и гул, которые бывают слышны спустя несколько минут после исчезновения болида.

Стремительно проникая во все более плотные нижние слои атмосферы, метеорное тело испытывает быстро нарастающее сопротивление воздуха. Движение его тормозится, и на высоте около 10–20 км оно теряет свою космическую скорость. Метеорное тело как бы «вязнет» в воздухе. Этот участок его пути называется «областью задержки». Здесь прекращается нагревание и разрушение метеорного тела. Если оно не успело полностью разрушиться, то расплавленный на его поверхности тонкий слой быстро охлаждается, затвердевает и превращается в кору. Раскаленная газовая оболочка вокруг метеорного тела исчезает. Вместе с нею исчезает и летевший по небу болид. Остаток же метеорного тела, покрытый корой плавления, падает после области задержки почти вертикально, подчиняясь притяжению Земли. Этот упавший на Землю кусок метеорного тела и называется метеоритом.

Наиболее яркие болиды наблюдают даже днем при полном солнечном свете. Особенно хорошо видны оставляемые ими следы в виде дымной полосы. Эти следы можно наблюдать в течение многих минут и иногда даже свыше часа.

Под влиянием сильных воздушных течений в верхних слоях атмосферы, направленных на разных высотах в разных направлениях, след болида, сначала прямолинейный, постепенно искривляется. Он, словно легендарный исполинский змей, простирается по небу и исчезает, разрываясь на клочья.

Болиды и оставляемые ими следы и породили в народе легенды о полетах огненных змеев и сказку о Змее Горыныче.

Яркие болиды появляются довольно редко. Но вот метеоры, или, как их еще называют, «падающие звезды», наверное, видели многие наши читатели.

Метеоры образуются при влете в атмосферу из межпланетного пространства метеорных тел очень маленьких размеров, весом в доли грамма. Такие метеорные тела-крупинки полностью разрушаются в атмосфере и не достигают земной поверхности.

Теперь мы познакомимся подробно с метеоритами, этими вестниками Вселенной, пришельцами из межпланетного пространства.

В Минералогическом музее Академии наук СССР в Москве помещается самая крупная в нашей стране и лучшая в мире коллекция метеоритов. Здесь имеется много редких метеоритов, имеющих те или иные особенности.

[53] В последние годы германий нашел весьма широкое применение в промышленности полупроводников.

[54] Планеты перечислены в порядке увеличения расстояния до них от Солнца.

[55] Решением XXVI Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза, проходившей 14–25 августа 2006 года в Праге, Плутон переведен в разряд малых планет, коих немало в так называемом поясе Койпера. — Науч. ред.