ATOM

ATOM

«Геохимия изучает химические элементы — т. е. атомы — земной коры и насколько возможно земного шара. Она изучает их историю, их распределение во времени и в пространстве. Она резко отличается от минералогии, изучающей в том же пространстве и в том же времени лишь историю соединений атомов — молекулы и кристаллы».

Нам, современникам атомных реакторов, атом предстает как реальность, как старый знакомый, как нечто само собой разумеющееся. И нет ничего особенного в определении Вернадским предмета геохимии. К тому же термин «геохимия» появился еще в середине прошлого века, когда в 1838 году швейцарский ученый Шенбейн предложил исследовать химическую природу вещества Земли, Позже о том же говорил в своих лекциях и работах Д. И. Менделеев. А в начале нашего века был опубликован классический труд американского минералога Ф. Кларка, где были обобщены сведения о химическом составе всей земной коры и ее отдельных частей. Обычно считается, что с выхода в свет этой работы началась геохимия.

Однако еще раньше, в конце XIX века, Вернадский в своем университетском курсе минералогии заложил основы этой науки. Рассматривая историю минералов от их рождения до распада, а затем до следующих синтезов, Вернадский не мог ограничиться изучением одних лишь химических соединений (минералов). Он рассматривал их составные части — химические элементы.

Предмет геохимии был налицо, и разработка основных проблем досгигла большой полноты и детальности. Не употреблялось только название новой науки — геохимия. Ну что же, главное — сущность науки, а не имя.

Влияние Вернадского явно сказалось на первом курсе лекций по геохимии, прочитанных А. Е, Ферсманом в Москве (опубликованы в 1914 году в журнале «Природа»). «Кипит лаборатория природы, — писал Ферсман, — в разных уголках ее на тысячи способов идут химические реакции… Общие законы физики и химии направляют эти реакции, а тысячи различных деятелей, то едва уловимых, то огромного значения, влияют на их характер». Задача геохимика — исследовать эти реакции, системы химических равновесий и определяющие их природные явления. Об этом же писал Вернадский в «Истории минералов», а раньше говорил в своиx лекциях. Почему же тогда сам Вернадский только в 1923 году четко сформулировал основную задачу геохимии — изучение истории атомов земной коры?

Конец прошлого века был трудным периодом для атомной гипотезы. Привычный для нас атом в то время не существовал в науке. Более того, пользовались успехом высказывания, вовсе отрицающие атомы. Например, известный в прошлом веке русский философ Н. Н. Страхов писал: «Чем подробнее нам рассказывают о расположении атомов, об их различных силах, о вращательных, колебательных и всяких других движениях, тем менее мы должны этому верить». «Ни физика, ни химия не представляют ни одного хотя сколько-нибудь твердого доказательства в пользу атомов… Оказывается, что атомы ни на что вполне не годны и ни для чего вполне не нужны». И наконец: «Мы вполне и со всевозможною ясностью убеждены, что атомы не существуют».

Может показаться: какая ерунда! Ведь это писалось в то время, когда была давно признана система Менделеева, проведены анализы спектров химических элементов на Земле и в космосе, доказавшие единство Вселенной в ее мельчайших проявлениях — атомах…

Нет, мы совершаем подмену. Удаляясь в прошлое, переносим туда наши теперешние научные понятия. А ведь атом прошлого века и атом нынешнего века — нечто совершенно разное, сходное только по названию. Основатель классической физики Ньютон счел вероятным, что вещество состоит из твердых, непроницаемых, подвижных частиц, неделимых («никакая сила не может разделить того, что бог создал цельным»). В сущности, критики атомной гипотезы обрушивались на этот неделимый атом.

В нашем веке непроницаемый и неделимый атом был низвергнут. Но наука не отказалась от атома. Напротив, он стал центральной фигурой многих современных наук: новый атом, проницаемый, делимый, нередко самопроизвольно распадающийся. Вот об этом атоме и написал Вернадский. Атом прошлого века не вызывал у Вернадского «доверия». Такой атом не следовало делать опорой новой науки.

Первые геохимические статьи Вернадского относятся к началу нашего века. В них приводятся сведения о поведении отдельных химических элементов или их групп. Позже, в 1923 году, читая лекции в Париже, Вернадский обобщил свои прежние геохимические исследования и разработал целый ряд фундаментальных идей. Интересна его классификация химических элементов. Он разделил их по особенностям распространения и поведения на Земле.

Наиболее крупной, абсолютно преобладающей группой стали циклические элементы. В число их входят атомы, слагающие живые организмы. На долю элементов, входящих во все остальные группы, остается всего лишь три десятых процента от массы земной коры. Казалось бы, ничтожная часть. Однако значение некоторых редких для Земли элементов может быть огромным. Так, радиоактивные элементы, непрерывно излучающие энергию, производят значительную геохимическую работу.

Явление радиоактивности было открыто физиками в конце прошлого века. Вскоре были сделаны первые попытки использовать радиоактивные излучения в медицине для уничтожения раковых опухолей. Вернадский стал одним из первых геологов, оценивших в полной мере значение радиоактивности для познания жизни земной коры. В 1909 году, выступив с докладом в Академии наук, он обратил внимание ученых не только на необходимость пересмотра некоторых теоретических представлений в геологии и геохимии, но и развернул план практических мероприятий, поисков месторождений радиоактивных минералов в России. С необычайной прозорливостью Вернадский подчеркнул будущее значение радиоактивных веществ для страны. Геохимическая роль радиоактивного распада элементов представлялась Вернадскому исключительно важной прежде всего как источник энергии, а также как фактор, изменяющий соотношение химических элементов в земной коре: одни из них разрушаются, другие накапливаются как продукты распада.

В начале нашего века английский ученый Джон Джоли высказал мысль о разогреве земных недр в результате непрерывного излучения энергии радиоактивного распада. Расчеты показали, что этой энергии вполне достаточно для полного расплавления земной коры. Казалось бы, вполне можно ограничиться этой энергией.

Вернадский предположил, что радиоактивная энергия в глубинах Земли может полностью поглощаться на месте, не расплавляя породы, а расходуясь на геохимические реакции синтеза минералов, а также на перемещение вещества земной коры. «Это выяснит будущее. Несомненен, во всяком случае, самый основной факт, — факт существования атомной активной энергии в земной коре…»

Одновременно с общими процессами радиоактивности, столь важными для познания жизни недр, Вернадский занимался конкретными исследованиями судеб отдельных радиоактивных минералов, особенностей их распределения в Земле, переходов в разные формы, выделения гелия при радиоактивном распаде и его перемещения. Эти работы Вернадского стали основой новой отрасли знания, особой ветви геохимии — радиогеологии, изучающей превращения радиоактивных элементов и минералов, их роль в жизни земной коры, перемещение, историю, формы накопления.

Радиоактивные элементы преимущественно рассеиваются в природе. Но существуют природные агенты, способствующие их накоплению. Например, на Мадагаскаре были обнаружены скопления уранового минерала отенита в богатых торфом песчаниках. Сюда переносили уран в растворенном состоянии подземные и поверхностные воды, вымывающие его из кристаллических пород. Осаждению урана способствовали органические вещества.

Приводя этот пример, Вернадский подчеркнул его типичность: «Концентрация урана органическим веществом — факт исключительный в его геохимической истории, так как все другие известные нам процессы способствуют его рассеиванию».

Взгляд натуралиста проникал в глубины вещества, обнаруживал в явлениях видимого мира скрытые соответствия, вызванные взаимодействием атомов. Как точно сказал Ферсман, для Вернадского атом был «той опорной точкой мира, вокруг которой строится и жизнь и вся Вселенная».

Радиоактивные элементы, сила атомной энергии, по мнению Вернадского, определяют особенности поведения вещества земной коры в глубоких горизонтах. А на поверхности планеты решающую роль в геохимических процессах играют живые организмы и энергия Солнца.

Земная кора, каменный покров планеты имеет сравнительно небольшую мощность — в среднем около тридцати километров (что это в сравнении с диаметром Земли — более двенадцати тысяч километров!). Однако именно здесь, в земной коре, осуществляются могучие круговороты вещества, направляемые и движимые с одной стороны (с поверхности планеты) лучистой энергией Солнца, с другой (из глубин) — энергией радиоактивного распада атомов.

Живые существа задерживают часть солнечной энергии, достигающей поверхности планеты. Земные растения как бы впитывают солнечные лучи, переводя в процессе фотосинтеза лучистую энергию в энергию синтеза сложных органических соединений. Как заметил К. А, Тимирязев, в сказочной Лапуте осмеянный Свифтом, мудрец пытался извлечь солнечный луч из огурца, а теперь тем же самым, в сущности, занимаются биологи, познающие фотосинтез.

Для Вернадского живые организмы предстали в новом свете — как особая геохимическая сила. Мыслители прошлого порой сравнивали живые существа с пленкой, покрывающей земной шар, подобно плесени, обволакивающей круглый плод. Подчеркивалась «паразитическая» роль жизни, которая питается соками великолепного космического плода, называемого Землей.

В действительности роль жизни на Земле иная, утверждал Вернадский.

Некоторая часть химических элементов планеты находится в состоянии рассеяния. Для них фактически не имеет значения энергия связи, молекулярная. На первое место у них выходит атомная энергия (поэтому ее можно называть в геохимии «энергией элементов в состоянии рассеяния»).

Главная масса элементов земной коры относится к циклической группе. Они концентрируются в виде месторождений полезных ископаемых, мощных пластов и рудных тел. Значит, существуют какие-то силы, определяющие накопление химических элементов и противодействующие их рассеиванию.

Одна из главных сил такого рода — живые существа, биос. Изучение геологической роли жизни столь же важно, как и радиогеохимические исследования. Необходимо особо выделить область геохимии, связанную с изучением поведения атомов под воздействием живых существ. Вернадский назвал открытую им новую область науки биогеохимией.

Еще раз следует оговориться. Вернадский обладал удивительной способностью видеть великое, большое в малом, переходить от частностей к обобщениям. Говоря словами В. Блейка (в переводе С. Я. Маршака),

В одном мгновенье видеть вечность,

Огромный мир — в зерне песка,

В единой горсти — бесконечность

И небо — в чашечке цветка.

В 1827 году английский ботаник Роберт Броун был удивлен, заметив в микроскоп, как самопроизвольно движется в воде тончайшая цветочная пыльца. Движение пыльцы было беспорядочным. Многие годы ему не находилось убедительного объяснения. Лишь в нашем веке было доказано, что пыльца движется под действием постоянной «бомбардировки» молекул и атомов жидкости. Так утвердилось в физике понятие броуновского теплового хаотического движения атомов и молекул. Одним из первых теоретиков броуновского движения стал А. Эйнштейн.

Эйнштейн начал свой путь в науке с изучения хаотичного броуновского движения атомов. Позже он всю свою жизнь стремился создать единую теорию, охватывающую весь мировой порядок. Он умер, так и не завершив эту свою работу. Да и сегодня подобная единая теория остается мечтой.

Работа натуралиста не имеет целью выразить всю сложность мира в форме математических абстракций. Создание цельной законченной теории отступает для натуралиста на второй план. Бесконечное разнообразие проявлений природы не оставляет никакой надежды на какое-то точное и универсальное объяснение. Чем пристальнее исследуется объект, тем больше открывается в нем неведомого. Ничтожные частицы вещества — атомы — блуждают повсюду бесконечной чередой, дрожат, словно туго натянутые пружинки, в узлах кристаллических решеток, витают в воздухе и воде… Они даже не блуждают и не витают — они слагают воздух, воду и земные недра. Самая изощренная фантазия не воссоздаст схему, точно отражающую эти беспрерывные и многообразные вихри атомов, определяющие жизнь неживого и живого.

Так, может быть, здесь мы вновь, как в мире броуновского движения, встречаемся с хаосом? Нам кажется, будто существуют некоторые закономерности, мы находим их. Но вскоре выясняется, что действительность неизмеримо сложнее. Это постоянное усложнение, по мере того как мы стараемся постичь природу, не приведет ли в конце концов к сверхсложной картине, которую вернее всего будет назвать хаосом? Подобные сомнения постоянно тревожили натуралистов.

А может быть, такой действительно путь познания природы: хаос на первой ступени, после долгого и трудного восхождения по лестнице познания — выход к полному пониманию порядка мира. Но дальше продолжение подъема постепенно открывает мир в его невероятной сложности, не доступной пониманию, и вновь возвращает на вершине познания к признанию господства хаоса. Великий Ньютон начал размышлять над мировым хаосом и сумел построить свою версию мира, где господствовала гармония. Однако позже, на склоне лет, он с печальной мудростью признался, что похож на ребенка, складывающего разноцветные камешки на берегу, тогда как перед ним расстилается безмерный океан неведомого.

Для Вернадского было несколько иначе. Он рано научился признавать неведомое, но одновременно все более убеждался в существовании «созвучья полного в природе» и все глубже проникал мыслью в скрытые соответствия природных явлений.

Первые шаги в этом направлении он сделал во время учебы в университете, слушая блестящие лекции Менделеева: «Сколько в это время рождалось мыслей и заключений, нередко шедших совсем не туда, куда вела логическая мысль лектора, действовавшего на нас всей своей личностью и своим ярким красочным обликом». Менделеев «подчеркивал значение естественных природных процессов — земных и космических: химический элемент являлся в них не абстрактным, выделенным из Космоса объектом, а представлялся облеченным плотью и кровью составной, не выделяемой частью единого целого — планеты и Космоса».

Так вспоминал Вернадский о своих первых (1880–1881) неясных переживаниях и впечатлениях, которым позже суждено было оформиться и воплотиться в форму научных геохимических исследований.

Позже, когда Вернадский стал профессором Московского университета (в 1894 году), он испытывал и период сомнений: «В последнее время у меня был целый ряд споров по вопросам миросозерцания… Старый вопрос о существовании окружающего нас мира может быть поставлен различным образом: 1) действительно ли существует что-нибудь вне меня и 2) та правильность, которая открывается в природных процессах, есть ли действительное доказательство цельности мира, Вселенной?»

Спустя еще более четверти века ученый, положительно отвечая на оба эти вопроса, перешел на новый уровень своего понимания реальности: «Механизм земной коры определяется свойствами атомов, его образующих; химический состав коры не случаен…

Этот механизм, по-видимому, не вечен. Деятельность человечества и, быть может, всего живого вещества производит на земной поверхности изменения, последствия которых во времени от нас ускользают. Радиоактивная материя разрушается при условиях, в которых мы не видим возможности воссоздания погибших атомов, Это представление, подобно всякому человеческому представлению, служит лишь слабым отблеском необъятного величия Космоса, всюду и всегда являющегося нам как Порядок Природы, а не как творение хаотического случая».

Этими словами заканчиваются его «Очерки геохимии».

Данный текст является ознакомительным фрагментом.