ВПЕРВЫЕ В МИРЕ…

ВПЕРВЫЕ В МИРЕ…

Внедрение идей физической химии в геологические дисциплины даст нам ту же живительную силу и смысл, которые дали идеи эволюции биологическим наукам.

И. Фост

В то время когда Ферсман занимался кристаллографией и минералогией в Германии, Франции, Италии, Московский университет становился мировым центром зарождающейся новой науки геохимии.

Истоки этой области знаний — в средневековых лабораториях алхимиков. А слово «геохимия» впервые было предложено швейцарским ученым X. Шенбейном.

В 1842 году он писал: «Мы должны иметь геохимию, которая ясно должна направить свое внимание на химическую природу масс, составляющих наш земной шар, и на их происхождение… Время, когда это совершится, кажется мне не столь далеким».[8]

Последнее предположение оказалось слишком оптимистичным. Только спустя полвека американский ученый Ф. Кларк, обобщив многие тысячи химических анализов разнообразных горных пород и учтя распространенность последних, подсчитал атомарный состав земной коры. Так был заложен фундамент геохимии.

На этом фундаменте В. И. Вернадский построил величественное здание новой науки. Он использовал прежде всего достижения минералогии. Еще в конце прошлого века он начал разрабатывать учение о происхождении минералов, о совместном появлении минеральных ассоциаций (парагенезисе) генетическую минералогию. Затем он сделал следующий шаг: стал прослеживать судьбы и взаимные превращения химических соединений на Земле.

До Вернадского геологи изучали только твердые природные химические соединения, называя их минералами.

Лед минералоги изучали, а вода пх не интересовала, водяной пар тем более. Так было отчасти и потому, что исторически минералогия и кристаллография развивались совместно.

В генетической минералогии необходимо восстанавливать закономерности переходов газов в жидкости и твердые тела, растворения и охлаждения минеральных масс и т. д. Терялись принципиальные различия между твердым, жидким и газовым состоянием земного вещества, охваченного вечными круговоротами. Все химические элементы и соединения, устойчивые в определенной природной обстановке, Вернадский предложил считать минералами. Это был переход к изучению истории атомов Земли, к новой науке — геохимии.

Вернувшись на родину, Ферсман стал работать ассистентом при минералогическом кабинете Московского университета. В 1909 году Минералогическое общество наградило его золотой медалью им. Антонова (она присуждалась молодым ученым за минералогические работы).

В 1910 году Ферсман был избран профессором Народного университета им. Шанявского (общественного деятеля, завещавшего свое большое состояние на организацию учебного заведения). Ферсман читал в нем лекции по минералогии и кристаллографии, проводил минералогические экскурсии в окрестностях Москвы.

Значительным в его жизни стал 1912 год. Он впервые посетил Урал, начал работу как популяризатор науки, прочел первый в мире курс геохимии.

Объем курса был невелик: пять двухчасовых лекций.

В них определялся предмет геохимии и прослеживались его исторические корни, сообщались основные сведения о химических элементах, их распространенности в земной коре, взаимодействиях в природных условиях Земли, перемещениях и круговоротах (миграции), об устойчивых продуктах химических реакций — минералах, о химических особенностях главных зон нашей планеты — от центрального ядра до атмосферы, об истории отдельных олементов (в их числе и редких: радия, урана, ниобия и др.) в геологическом прошлом и настоящем. Геохимию он считал частью химии космоса.

О содержании этого курса лучше всего судить по статьям Ферсмана, опубликованным в журнале «Природа» в 1912–1914 годах. Дело в том, что на своих лекциях Ферсман никогда не читал написанный текст, а ярко и вдохновенно рассказывал слушателям, именно рассказывал с необычайной выразительностью. Записать его лекции целиком, дословно никто из учащихся не старался. А в своих популярных статьях он безусловно давал волю воображению, добивался литературной образности изложения.

Статьи эти написаны вдохновенно. Они прекрасно читаются и теперь, спустя семь десятилетий.

Ферсман пишет, что минералогия выходит из стен научных кабинетов и музеев к необъятной лаборатории Земли. Каждый камень изучается как свидетель длительных природных процессов, химической истории и современной жизни земной коры.

Минералы лишь временные, не вечные продукты химических земных реакций. Глубоко в недрах застывают очаги раскаленных магм. Из глубин на поверхность вырываются огромные объемы газовых струй, горячих вод и пара.

Вода и воздух постоянно разрушают горные породы. Одновременно идет перенос материала и накопление осадков.

Живые организмы активно включены в эти процессы.

И повсюду на земной поверхности и под землей безостановочно идет величественная, разнообразная и во многом непознанная работа природной физико-химической лаборатории.

Некогда биологам виды животных и растений представлялись неизменными. Теория биологической эволюции опровергла этот предрассудок. Были обнаружены законы превращения, изменений органического мира. Так и геохимия раскрывает тайны изменений, своеобразной жизни неорганического мира, где свои законы естественного отбора, превращений и смерти.

«Изучение истории существования и переходов элементов в земной коре вот одна из главных задач геохимии». Она изучает всю физико-хпмическую обстановку, где протекают земные реакции, количественное распространение и роль отдельных элементов, законы их совместного нахождения в природе.

Например, судьба хлора и фтора прослеживается геохимиками от глубин земной коры, где опи содержатся в минералах, возникших при застывании магмы. Однако значительная их часть прорывается в виде летучих соединений сквозь толщу пород, перекрывающих магматический очаг, по трещинам и полостям.

Большая часть фтора осаждается из горячих подземных источников, образуя в рудных жилах и трещинах скопления прекрасного минерала — флюорита. Небольшао количества фтора вырываются на поверхность вместе с другими газами в вулканических областях. Недолги странствия фтора по земной поверхности. В воде он поглощается живыми организмами и оседает, входя в состав раковин, костей.

Иная история у хлора. Его лсгкорастворимые соли очень подвижны. Накапливаясь в трещинах и пластах, хлористые соли легко вновь переходят в растворы и выносятся в океаны. Хлор — элемент-скиталец.

Ферсман описывает геологическую историю йода и брома, углерода и азота, радиоактивных элементов. Подчеркивает невыясненность некоторых проблем, так как «здание молодой геохимии только строится. Много вопросов поднято, немало дано па них ответов. Мне кажется, что часто правильно поставленный вопрос более мощно двигает науку вперед, чем сотня неудачно построенных и малообоснованных ответов».[9]

Интересных, перспективных вопросов в первых геохимических работах Ферсмана поставлено немало. К ним он будет возвращаться вновь и вновь до последних дней своей жизни. Но — такая уж особенность научного знания — со временем они расширяются, усложняются и поныне остаются исключительно актуальными и пе раскрытыми до конца. С необычайной прозорливостью Ферсману удалось выявить целый ряд фундаментальных проблем геохимии. Вот некоторые из них.

1. Влияние изменений температуры и давления па химическую жизнь Земли. Как следствие этих влиянии существование концентрических оболочек планеты (геосфер), каждая из которых имеет свою геологическую историю.

2. Сложнейшие геохимические процессы, протекающие на земной поверхности с участием мельчайших коллоидных частиц, имеющих большое значение «в экономии природы».

3. Превращения (метаморфизм) осадков, постепенно погружающихся на все более значительные глубины и шаг за шагом, поэтапно меняющих свой облик.

4. Великая геохимическая деятельность живых организмов и человека, особенно активная па земной поверхности.

Ферсман подчеркивает принципиальное термодинамическое различие между процессами живой и неживой природы. «Вся история земли говорит нам об упрощении природных соединений, о накоплении таких тел, внутренние запасы энергии которых были бы наименьшими.

В противоположность этому живая природа стремится накопить энергию и связать ее силы в сложных, громоздких молекулах органических веществ. Органический мир — дитя солнца, и живет он за счет солнца, превращая его лучи в формы живой материи».[10]

Иначе говоря в неживой природе преобладает рассеивание энергии, упрощение структур, стремление к равновесию, покою. А жизнь — это накопление энергии, усложнение, обновление, неустойчивость и ее постоянное сохранение, устремленность к новым рубежам, к освоению новых пространств, веществ, интервалов времени.

И в той же области жизни (биосфере) могучим химическим деятелем выступает человек. Он все грандиознее развивает природные химические реакции и производит новые, доселе неведомые. Сжигание угля и нефти, накапливаемых в течение долгих геологических эпох, гигантские стройки, распашка почв, добыча и обработка горных пород — могучие факторы химических превращений.

«Наука и техника научили человека не только завладеть запасами мировых сил, но и сохранить и аккумулировать их в таких формах, которые дают возможность использовать их когда и где угодно… Тысячами способов аккумулирует человек запасы природных сил, вся деятельность его неустанно и упорно направлена на образование соединений с большим запасом энергии».

Особенно интересны, поучительны и актуальны заключительные слова Ферсмана в статье «Химическая жизнь земной коры», ничуть не поблекнувшие за прошедшие десятилетия: «Всюду один и тот же закон природы — глубокая связь каждого явления и каждой системы с окружающими условиями, постепенная замена одних равновесии другими, смерть как превращение в новые устойчивые формы и как зарождение нового, лучшего будущего. В этом заключается вся сущность и глубина законов природы, закона эволюции, борьбы за существование, естественного отбора, вся сложность химических превращений и физических процессов, наконец вся жизнь человека с ее постоянной борьбой и постоянными исканиями».