Занимательная минералогия Ферсман Александр
Мы не знаем другого минерала, более разнообразного по своей окраске. Все тона, кроме чисто синего, встречаются в яшме и, переплетаясь, образуют причудливые узоры. Обычные цвета яшмы — красный и зеленый, но к ним присоединяются черный, желтый, бурый, оранжевый, серо-фиолетовый, голубовато-зеленый и другие. Окраска — это основная декоративная черта непрозрачного камня, и лишь в некоторых разновидностях, которые слегка просвечивают, создается та глубина, благодаря которой получается мягкий, бархатистый тон. Некоторые яшмы однородно окрашены, и, например, калканские образцы Южного Урала сплошь стального, серого цвета. В других нас поражает пестрое смешение различных цветов, образующих прихотливый рисунок. То цвета располагаются ровными полосками, образуя красивые ленточные яшмы, у которых тёмно-красные полоски чередуются с густо- или ярко-зелеными. То окраска беспорядочна, образуя волнистые, струйчатые, пятнистые, порфировые, брекчиевидные сорта. Однако чаще сочетания окрасок так разнообразны и сложны, и яшма образует такой пестрый ковер, что в ней рисуются узоры каких-то своеобразных картин.
Эти прекрасные фантастические узоры мы видим на яшме замечательного русского месторождения в окрестностях города Орска. Вот бушующее море, покрытое серовато-зеленою пеною: на горизонте сквозь черные тучи пробивается огненная полоска заходящего солнца, — надо только врезать в это бурное небо трепещущую чайку, чтобы достигнуть полной иллюзии бури на море. Какой-то хаос красных тонов: кто-то бешено мчится среди дыма и огня, и черная сказочная фигура резкими контурами выделяется среди кошмарного хаоса. Или мирный осенний ландшафт: голые деревья, чистый первый снег, кое-где еще остатки зеленой травки; вот листья деревьев, — они упали на поверхность воды и тихо качаются на волнах заснувшего пруда… Таких картин не перечесть, и опытный камнерезный мастер-художник читает на камне эти таинственные рисунки и, осторожно врезая иногда веточку, иногда полоску неба, — усиливает и выявляет прекрасные узоры природы…
Осенью 1935 года мы решили объехать главнейшие месторождения яшм Южного Урала. На двух автомашинах вместе с нашими музейными работниками посетили мы Орск, Кушкульду и Калкан. Вот как описывает минералог В. И. Крыжановский это замечательное путешествие по Уралу:
«Мы выезжаем за Орь, мимо большого конного завода на гору Полковник. Вскоре начинаются полосы яшм с выходами каких-то изверженных пород, далее первые разработки с подготовленной к отправке яшмой. От одного склада мы переходим к другому, восторгаемся красотой рисунка, радуемся, что сами, наконец, видим это замечательное месторождение, строим догадки о причинах окраски и не можем понять, каким образом произошло то, что яшмы почти не изучены, даже не учтены и не описаны их месторождения, нет анализов, шлифов. Совершенно несомненно, что их изучение должно быть поставлено в полном объеме, ибо уральская яшма не только интересный минерал и горная порода, но это первоклассный поделочный камень, известный положительно всему миру, — материал, роль которого еще впереди, так как только сейчас начинает развертываться строительство нашей богатеющей Родины. Одна Москва потребует для своих дворцов, музеев, библиотек огромное количество высокохудожественного и прочного поделочного и декоративного камня.
Во время осмотра, когда мы, увлеченные каким-то куском яшмы, склонились к груде камней, мы услыхали оклик и увидели невысокого человека в спецовке, который стремительно двигался на нас с угрожающим видом. Я вышел к нему навстречу с намерением принять первый словесный удар, но, когда мы встретились, оказалось, что перед нами стоит наш старый уральский приятель, завзятый искатель камней, знаток и любитель этого дела, Т. П. Семенин. Его гневное, суровое лицо постепенно проясняется; он широко и приветливо улыбается и приветствует старых знакомых, столь неожиданно появившихся в его владениях на территории добычных работ треста „Русские самоцветы“. Он ведет нас на базу, где сложена и рассортирована главная масса добытой яшмы. Здесь поистине есть что смотреть. Крупнейшие, по нескольку центнеров, куски изумительного тона и рисунка — специально заготовленные для экспортных изделий, материал для шкатулок, брошек и разных других поделок. Несмотря на радушное и очень соблазнительное предложение остаться пить чай на „орской яшме“ и провести здесь еще утро, мы должны ехать в Орск. Уже при луне мы возвращаемся в город.
…А через несколько дней — дальше в пути по золотому тракту. Наши машины начинают прижиматься к Уралу. Мы снова в яшмовой полосе и острым взором ловим выходы пород, останавливаясь у каждого интересующего нас места. Около деревни Наурузовой начинают попадаться полосатые яшмы, а наша первая задача сегодняшнего дня — увидать знаменитую „кушкульдинскую“ яшму, в которой буровато-красные полосы перемежаются с серовато-зелеными. Яшма исключительной красоты. Из нее в Государственном Эрмитаже, в Ленинграде, сделаны вазы и колонны у одного из каминов. В деревне Наурузовой, где мы останавливаем машины, никто из местных башкир не знает слова „кушкульда“ — ни старики „аксакалы“, ни даже местный учитель, в семье которого мы пили чай — уже после того, как месторождение этой яшмы нашли почти в пределах деревни. Между тем сохранились указания, что 100–150 лет тому назад деревня Наурузова называлась Кушкульдой. Очевидно, это название совершенно утеряно и неизвестно современникам. Несостоятельной оказалась легенда, что в старые годы башкиры, нашедшие эту полосатую яшму, чтобы скрыть ее от глаз „неверных“, построили на ее выходах мечеть. Селенье Наурузова расположилось у подножья горы. Крутой подъем ее сплошь усеян красно-зеленой яшмой. Мы находим старинные ломки и замечательные обнажения с изогнутыми слоями широкополосатой яшмы, которые академик А. Е. Ферсман фотографирует.
Осмотрев подробно разработки, мы выехали далее на север и остановились на берегу озера Калкан. Уже издалека мы увидали его зеркальные воды, белую мельницу на берегу и высокие горы Калкан-тау. Было время, когда около озера Калкан велись многочисленные горные работы. Добывались магнезит и хромистый железняк. Эти работы перешли в Халилово, где магнезита больше и хромит богаче. Но среди старых коллекционеров озеро Калкан было очень хорошо известно. Нам хотелось также посмотреть месторождение серой калканской яшмы.
Более ста лет тому назад гранильные фабрики Петергофа (Петродворца) и Екатеринбурга (Свердловска) начали делать из этой яшмы вазы. Материал был по качеству особо привлекателен и допускал выделку тонких деталей. Несравненные по красоте и ценности произведения камнерезного искусства оставили нам мастера прошлой эпохи.
В последнее время техника требовала от камнеобрабатывающей промышленности химических ступок, валиков для обработки кожи и т. д., и вместо импортного агата мы смогли использовать калканскую яшму за однородность ее материала, за его вязкость и достаточную сопротивляемость на истирание и давление.
Мы провели на берегу озера чудесный, незабываемый вечер. Полная луна заливала светом горы, лес отражался в водах озера. Было тепло и тихо. А завтра возвращение в Миасс. Заботы об упаковке минералов, об отъезде в Москву; снова дела и люди. Круг будет завершен. А сегодня еще хочется насладиться. Трудно оторваться от окружающей светлой красоты.
На следующее утро долго ищем яшму и только с помощью одной мещерячки, которая после некоторых колебаний согласилась сесть с нами в автомобиль, в густом лесу находим выработки. Громадные глыбы яшмы, вероятно добытые еще во времена крепостного права, уже поросшие лишаями, лежат на борту старинной выемки. В настоящее время нет реальной возможности вывезти эти многотонные куски и еще неясно, что из них делать.
Пусть полежат, до них дойдет очередь! Мы любуемся приятным, спокойным серым тоном, однородностью камня, нежным, едва заметным рисунком, наблюдаем явления контакта этой яшмы со змеевиками и еще лишний раз видим, как мало изучено и как разнообразно то, что мы называем общим именем яшма».
Каждый камень в витрине драгоценностей рассказывает свою историю, и не хватило бы целой книги, чтобы обо всем рассказать. Но если когда-либо в музее вы остановитесь у витрины с драгоценностями, вспомните то, что писалось на этих страницах, и среди безделушек и игрушек прошлого поищите следы отдаленных веков, тех глубочайших явлений природы, о которых я говорил. С этим отошедшим навсегда прошлым не забывайте и о будущем драгоценного камня. Не в щедром богатстве роскоши и красок, не в увлечении редкостью видим мы огромное будущее твердого, неразрушимого, нестираемого, вечного камня. Недаром на хороших часах мы в лупу нередко читаем маленькую надпись: пятнадцать рубинов; это значит, что маленькие оси часов вертятся на еще меньших рубиновых подставочках, которых не побеждает время, ибо они сами его неизменно и упорно отмеряют.
В технике будущего, в самых ответственных частях машин камень, камень драгоценный, неразрушаемый, займет новое место, и тем искупит он горе и слезы, преступления и тщеславие, которыми полна его история в прошлом, но которые, к счастью, не вернутся больше.
Ныне в технике твердый камень играет большую роль. Еще в годы первой мировой войны борьба шла не только на полях сражении, но и упорная борьба велась за овладение и использование твердого камня, необходимого для всех точных приборов в авиации, артиллерии и мореплавании.
В заключение главы о самоцветах привожу выдержку из газет начала 1937 года:
Чудесная карта страны социализма«В старинном корпусе Свердловской гранильной фабрики низко склонились над станками ветераны гранильного дела, опытнейшие мастера. Они с увлечением работают над созданием чудесной карты.
Под искусными руками гранильщиков оживают, сверкая гранями, рубины, альмандины, аметисты, изумруды, топазы, аквамарины, золотистый и дымчатый горный хрусталь. Ложатся на столы выточенные из этих драгоценных камней сотни треугольников, квадратов, эллипсов, ромбов, прямоугольников. Территория СССР будет выложена на карте богатой оттенками яшмой, нежно-розовым родонитом и светло-зеленым амазонским шпатом. Карта займет около восемнадцати квадратных метров.
Одиннадцать больших рубиновых звезд по числу столиц Союза Советских Социалистических Республик[2] украсят карту. Аквамаринами будет обозначен Северный морской путь. Сотни камней дымчатого горного хрусталя покажут предприятия нефтяной промышленности. Темно-вишневые альмандиновые треугольники обозначат сеть советских электростанций. Яркими рубинами круглой формы будут отмечены на карте металлургические заводы, рубинами в форме эллипсов — заводы цветной металлургии, рубиновыми треугольниками — машиностроительные заводы, альмандиновыми ромбами — предприятия советской химии, альмандиновыми квадратами — угольные бассейны, нежно-голубыми топазами — бумажные фабрики и комбинаты, сотнями аметистов — текстильные фабрики, круглыми изумрудами — предприятия по обработке дерева, золотистым горным хрусталем — совхозы и т. д.
Тысячи камней будут сверкать на карте всеми цветами радуги. Старейшие мастера Воронов, Фролов, Боровских, Нехорошков, Китаев, Овчинников, Зверев, Ожгибесов вкладывают в гранение камней всё свое умение.
Огромная, тончайшая работа! Каждый рубин обтачивается на трех дисках и получает 57 граней. Сейчас уже готово 2500 камней. Осталось обточить еще около 1200 камней.
По окончании гранения камни будут переданы лучшим ювелирам и художникам Ленинграда для сборки карты. Чудесная карта страны социализма предназначается для павильонов СССР на Парижской выставке». (Май 1937 года.)
Во дворце-музее
Для минералогической экскурсии следовало бы отправиться в город Пушкин и посетить замечательный Царскосельский дворец, построенный в 1752–1756 годах знаменитым архитектором Растрелли, но во время Великой Отечественной войны 1941–1945 годов этот прекрасный памятник мировой культуры варварски разрушен и расхищен фашистами в период временной оккупации города Пушкина.
Я постараюсь наиболее подробно рассказать вам о его достопримечательностях.
Этот музей был одним из самых замечательных музеев в мире; а некогда это — тщеславная затея царей, за красотою которой, однако, были скрыты слезы и кровь, нищета и страдания угнетенного русского народа.
Красота соотношений камня, дерева, бронзы и шелка этого дворца прекрасно описана историком Яковкиным (1829 год). Приводим выдержки из его истории села Саарского, дающие характеристику внутреннего убранства дворца:
«…Во внутренности их явятся непостижимые события с неописанными сокровищами всей вселенной. — Искусная Италия украсила их самыми редкими мраморными произведениями резца своего, живописными и мозаическими картинами; восточная Индия и Америка устлали полы превосходными цветными деревами и блестящим серебровидным перламутром; Пруссия покрыла стены и вытянула карнизы и пилястры янтарем своим; Саксония, Китай, Япония — приготовили в чертоги обладателей российских свой фарфор драгоценный. Тибет и другие подвластные Ламе земли представили редких, странных своих металлических истуканов, разные богослужебные и домашние древние уборы, сосуды и другие вещи. Неистощимая в разнообразии богатств, неизмеримая в своем пространстве Сибирь наполнила сады своих самодержцев древами, а чертоги — естественными драгоценностями: златом и сребром, лазуревым камнем, разноцветными агатами и порфирами, многоразличных красивых цветов яшмами, мрамором и другими отличнейшими и изящнейшими ископаемого царства произведениями. Даже Северный океан и Каспийское море приносили свои дары в чертоги монархов всероссийских. — Богатые недра окрестностей Сарскосельских доныне доставляют неистощимое обилие потребностей для построения, укрепления, украшения Сарскосельских садов, аллей, шоссе, дорожек, больших дорог и самых зданий. Прежде Казенная, а потом Графская Славянка и Пудость безостановочно и преизбыточно доставляли для зданий Сарскосельских плиту, камень и известь…»
Но не будем останавливаться на отдельных достопримечательностях дворца музея, а перейдем прямо к Янтарной комнате.
Янтарная комната — это единственное в мире произведение из янтаря начала XVIII века.
Янтарная комната — настоящее чудо. Изумляешься не только ценности материала, искусной резьбе и изяществу форм, но и прекрасному то темному, то светлому, но всегда теплому тону янтаря, придающему всей комнате невыразимую красоту. Все стены зала сплошь облицованы мозаикой; неровными по форме и величине кусочками полированного янтаря почти однообразного желтовато-коричневого цвета. Резными рельефными рамами из янтаря стены разделены на поля, середину которых занимают четыре римских мозаичных пейзажа с аллегорическими изображениями четырех человеческих чувств. Эти мозаичные картины из цветных камней были вставлены при Елизавете в рельефные янтарные рамы. Какой массы труда потребовало создание этого единственного в своем роде произведения! Богатый фантастический стиль, примененный к декорации этой комнаты, еще увеличивает трудность решения задачи. Несмотря на все технические затруднения, непрочный, хрупкий материал янтаря отлично приспособлен к сложным формам орнамента.
Наряду с ним комнату украшают рамки и панно, барельефы, маленькие бюсты, резные фигуры, гербы, разные трофеи — всё из янтаря.
Теперь вспомним другую замечательную комнату дворца — Лионский зал.
Лионский зал, подобно Агатовой и Янтарной комнатам, — неподражаемое произведение искусства. Более поздние переделки, новая бронза, заменившая прекрасные произведения старых бронзовых мастерских, кричащие краски ярко-синих поделок нового времени, несомненно, ослабляют эффект первоначального замысла знаменитого архитектора Камерона.
Этот зал, подобно Янтарной комнате, облицован одним камнем — нежно-синим лазуритом, одним из самых замечательных цветных камней.
Лазурит был главным образом использован для облицовки нижних частей стен зала, для каминов и украшений рам, зеркал над каминами и наличников дверей. Простота линий, незагроможденность бронзой и мягкость контуров особенно привлекают в украшениях дверей, прекрасных по сочетанию красок различных сортов дерева. Нежно-синеватый лазурит с белыми и серыми пятнами, местами фиолетовой окраски, много включений слюдистых оторочек, кальцита и железного колчедана с ржавыми пятнышками вокруг — всё умело подобрано и продумано так, чтобы сгладить и уничтожить резкие переходы. Это и составляет красоту камня в этой старинной облицовке. Но именно эти самые включения, мягкость тона и неоднородность окраски позднее признавали недостатком русского камня, и он считался поэтому менее ценным. Присматриваясь к облицовке панелей и наличников дверей, нетрудно видеть, как мало было в руках мастера материала, как заботливо приходилось ему использовать каждый обломок. И это не удивительно! Облицовка Лазоревого зала переносит нас к тому времени, когда куски нашего камня ляпис-лазури были найдены на берегах реки Слюдянки около Байкала, в 1786 году. Генерал Соймонов доложил об этой находке Екатерине II, которая в это время интересовалась лазуритом и особым указом приказала покупать в Китае дорогой афганский камень. Как раз в 1787–1788 годах, когда в Царском Селе строились императорские ванны, в Петербург прибыла первая фура с камнями ляписа. Камни немедленно отшлифовали и употребили для облицовки комнаты. Тогда же Екатерина приказала отпустить три тысячи рублей для добычи лазурита. Уже в 1787 году из Иркутска отправили двадцать пудов минерала с серебряным караваном. Так сложились первые страницы истории открытия в России этого цветного камня. Мы идем дальше через залы Большого Екатерининского дворца в знаменитые Агатовые комнаты.
Агатовые комнаты — это отдельный павильон, состоящий из ряда зал. Наше внимание привлекают большой зал с колоннами и две комнаты, отделанные яшмой и агатом. Первая — прямоугольная, с круглым сводом, собственно яшмовая, а вторая — овальная, называемая аванзалом, — «агатовая». Большой зал в греческом стиле украшен колоннами из бельгийского серовато-розового мрамора. В нишах на постаментах мраморные статуи и вазы итальянской и русской работы; под первыми тумбы из шокшинского порфира, под вторыми — из красивого розового тивдийского мрамора. Камины и наличники окон и дверей из белого итальянского мрамора, с украшениями из древнего египетского порфира.
Обе комнаты отделаны исключительно русским камнем и потому особенно интересны. Они довольно сходны по стилю и формам, но первая покрыта по преимуществу темной ленточной яшмой с неровными сливающимися полосами зеленого, зеленовато-бурого и красно-бурого тона, а вторая отделана главным образом яшмой, называемой у нас на Урале «мясной агат». Особенно красивы двери обеих комнат; они выложены тремя сортами яшм зеленых и красно-бурых тонов, подобранных с таким тонким вкусом, что не остается впечатления пестроты. Красивые каменные вазы работы Екатеринбургской (Свердловской) и Колыванской гранильных фабрик, высоко поставленные на карнизах, дополняют общее впечатление исключительной красоты.
В каждом зале было много разного камня. Каждая ваза из порфира, стол, покрытый каменной доской, мраморный или порфировый камин, дверь, подоконник — всё нас, минералогов, наводит на воспоминания, и часами мог я водить своих слушателей по дивным залам Екатерининского дворца, рассказывая и раскрывая историю каждого камня, его добычу и длинный путь обработки на гранильных фабриках Урала и Алтая.
В большом городе
С детства я привык, что каждое географическое название что-то говорит моей минералогической душе. Когда называют Боровичи, я думаю о кристаллах свинцового блеска в углях этого города. Называют Милан — я вспоминаю его мраморный собор. Рассказывают о Париже — я весь переношусь в его знаменитые гипсовые ломки. А станция Березайка Октябрьской железной дороги говорит о великолепном известняке, который обжигают на известь.
Но особенно поучительны для нас странствования по нашим большим городам, где на каждом шагу минералога ждет целый «университет», где можно изучить самые трудные и сложные вопросы нашей науки.
Пойдемте, друзья, по улицам Ленинграда и Москвы и послушаем, что нам рассказывают камни.
На берегах нашей северной красавицы Невы, на широких просторах набережных мы любуемся ее синими водами, этим чистым жидким минералом нашей земли. Под ногами путиловская плита — силурийский известняк, осадок глубоких морей с загадочными образованиями углекислого кальция. Кубики мостовой — это обломки диабазов — вулканических лав, которые некогда в районе Онежского озера изливались из глубин в виде расплавленных покровов. Гранитный поколь зданий говорит о застывших в глубинах массах расплавленных пород. Розовые мраморные подоконники — осадки древних ятульских морей, обожженные дыханием вулканов. Но среди всех этих камней меня больше всего поражает один: из него сделаны колонны в Казанском соборе-музее, из него сложены замечательные портики Исаакиевского собора-музея, им выложены каменные берега красавицы Невы, — это замечательная порода рапакиви (по-фински — гнилой камень), гранит как бы с большими глазами полевого шпата. Я внимательно слушаю его историю, и она мне говорит о явлениях, которых мы не видим вокруг нас, но которые где-то медленно, может быть еще и сейчас, разыгрываются под нашими ногами в недоступных глубинах.
Когда-то, немного больше полутора тысяч миллионов лет тому назад, наш Север был одним из первых застывших твердых щитов на расплавленном океане нашей еще раскаленной планеты.[3] На его поверхности разыгрывались пустынные бури. Первые тропические дожди падали потоками на раскаленную землю. Снизу расплавленные массы вырывались к поверхности, переплавляя нагроможденные обломки и навеянные бурями пески, внедряясь в первые осадочные породы земли.
В эти времена из глубины внедрился и красный гранит, называемый рапакиви. В виде вязкой тягучей массы застывали его массивы: сначала в нем плавали глазки выкристаллизовавшихся полевых шпатов, — целыми потоками увлекались они, сплавлялись и снова обволакивались кристаллами, пока весь остальной расплав не застыл в общую массу. Горячие пары и газы далеко уносились из этих очагов, они внедрялись в древний щит и, застывая, накапливали особые богатства камня.
Так, на берегах Белого и Балтийского морей, всюду встречаем мы каменные жилы — следы этих горячих дыханий древних гранитов.
В огромных ломках Швеции и Норвегии добывают розовый полевой шпат, прозрачный, как стекло, кварц, блестящую розовую слюду, а в них какие-то черные неказистые камешки, очень тяжелые и непрозрачные. В этих черных камнях таится еще много минералогических диковинок: здесь и тяжелая урановая руда, дающая нам радий, и кристаллы черного турмалина, а среди них темно-зеленый апатит…
Я иду вдоль прекрасных набережных Невы. Белеют глаза полевых шпатов; под действием холодных и морских ветров Севера черные листочки слюды золотеют, превращаясь в пластинки «кошачьего золота»; выкрашиваются серые кварцы, ржавые железистые пятна смываются осенними водами, — заканчивается «коротенькая» история камня на тысячемиллионном году его жизни.
Мы можем совершить замечательную минералогическую экскурсию по городу Москве.
Мы будем любоваться белым московским известняком старых зданий «Белокаменной», вспоминая, что ему примерно триста пятьдесят миллионов лет и что отложился он в глубинах каменноугольного моря.
Можно целыми часами изучать природу гранитного цоколя гостиницы «Москва»: это — древние граниты с замечательными пегматитовыми жилами, которые кипели, бурлили и прорезали своим горячим дыханием остывавшие гранитные массивы.
Темная облицовка из лабрадорита со сверкающими синими глазкми украшает дома улицы Дзержинского. Вы подходите к историческому мавзолею на Красной площади. Замечательные сорта камня габбро, темного и светлого лабрадорита, шокшинского порфира и гранитов подобраны с таким искусством, что камень как бы одновременно выражает и величие, и скорбь советского народа о смерти великих вождей.
Дальше пойдем с вами под улицы Москвы, в широкие подземные коридоры метро и углубимся в тайны ее камня.
Мы не увидим здесь тех плывунов, песков или глин, в которые врезали с таким героизмом метростроевцы свои туннели, ни древних каменноугольных известняков, на которых построена Москва. Яркий электрический свет озаряет целую коллекцию мраморов, гранитов и известняков. На них можно изучить все строительные и декоративные камни нашей страны, начиная с северных окраин Карелии и кончая берегами Крыма.
Больше шестидесяти пяти тысяч квадратных метров мрамора и других облицовочных камней, стекол, шлаков, глазурованных кирпичей пошло на облицовку подземных вокзалов первой очереди метро. А ведь это только начало!
Мы спускаемся под землю у Библиотеки Ленина. Желтый пятнистый крымский мрамор украшает вход; далее — больше восьмигранные колонны из серого московского мрамора с жилками известкового шпата. Пластинки черного стекла обрамляют нижние карнизы, а на лестнице к платформе в красноватом крымском мраморе мы видим окаменелые улитки, ракушки — остатки жизни каких-то древних южных морей, покрывавших много десятков миллионов лет тому назад весь Крым и Кавказ.
Быстро мчится поезд метро; мы с трудом успеваем во время кратких остановок рассматривать мраморы. В Охотном ряду, на станциях имени Дзержинского и имени Кирова мы восторгаемся большими пластинами полосатого серого мрамора из Уфалея на Урале. Красные ворота нас встречают красным тагильским мрамором из Среднего Урала, а панель обрамляет всё тот же волынский Лабрадор с глазкми, сверкающими синими переливами. Снова крымские и кавказские мраморы в теплых тонах наших южных известняков, снова серые и белые мраморы холодного Урала, снова подмосковные серо-желтые известняки.
Мы забываем о громадных промежутках времени истории нашей Земли, медленно и постепенно превращавшейся из красной звезды в нашу маленькую Землю, ничтожный, затерянный мирок среди миллионов звезд, солнц и туманностей!
В минералогическом заповеднике
Вероятно, читатель слышал о заповедниках, в которых охраняют вымирающих животных или растения. Так охраняют в нашем Кавказском заповеднике зубра, в заповеднике Аскания-Нова — остатки целины ковыльной степи, в окрестностях Воронежа — остатки дубовых лесов и т. д. Но зачем же устраивать заповедник для камней? Оказывается, что и их надо охранять так же, как зубров и дубы. К сожалению, в этих случаях заповедник нередко приходит на помощь слишком поздно. Я помню замечательные, открытые в Крыму сталактитовые пещеры: чудные свешивающиеся сосульки, тонкие колонны, красивые занавеси, сверкающие каменные водопады.
Но как скоро ничего не осталось от этой красоты! Безжалостная рука туриста обломала все эти сталактиты и сталагмиты, чтобы «на память» привезти кусочек домой. Не меньше свирепствует он, когда дело касается какого-либо полезного ископаемого.
Не без горечи вспоминаю я единственные в мире натеки и кристаллы барита в знаменитой Большой баритовой пещере в Фергане, которые были безжалостно разрушены и использованы для хозяйственных целей.
Поэтому мы должны радоваться, когда заповедник во-время устроен, когда во-время положен конец хищениям богатств земли, которые растут и восстанавливаются много медленнее, чем зубры или ковыль. Поэтому их следует сохранять и охранять, чтобы по ним учиться и учить.
Такой заповедник устроен у нас на Южном Урале в знаменитых Ильменских горах, около станции Миасс.
Кто из любителей камня не слыхал об Ильменских горах? О них говорит любой учебник минералогии, перечисляя редчайшие минералы или отмечая красоту нежно-голубого амазонского камня. Кто из минералогов не мечтает посетить этот минералогический «рай», единственный на земле по богатству, разнообразию и своеобразию своих ископаемых недр?
С опасностью для жизни туда проникали казаки в конце XVIII века, подстерегаемые возмущенными башкирами или тревожимые набегами казахов. Под охраной Чебаркульской крепости искал здесь казак Прутов прекрасные самоцветы и слюду для окон. Но тревожно и трудно было налаживать здесь разработки и вести добычу этих камней. С не меньшими трудами проникали сюда отважные путешественники.
На смену тяжелым горным дорогам и большим трактам пришел великий Сибирский рельсовый путь. У самого подножия Ильменской горы, на берегу веселого Ильменского озера, приютилась небольшая станция Миасс. Она выстроена из красивого сероватого камня, напоминающего по внешнему виду гранит, но в действительности являющегося редкой горной породой, названной в честь Миасса — миаскитом. Крутой лесистый склон подымается сейчас же за станцией и за окружающим ее небольшим станционным поселком. Отдельной горной вершиной кажется отсюда (с юга) Ильменская гора. Но это только обман зрения, это лишь южный конец длинной цепи гор — целого, почти непрерывного хребта, далеко тянущегося на север и на протяжении ста километров сохраняющего свою своеобразную форму и особенности химического состава. На западе его окаймляет широкая и вольная долина реки Миасс с большими колхозами, редкими лесами, пашнями. На востоке — сначала слабо холмистый, покрытый лесом ландшафт с сверкающими озерами извилистой формы, а дальше на восток — необозримые степи Западной Сибири.
В три четверти часа можно подняться по крутому склону Ильменской горы на ее вершину, и с отдельных скалистых гребешков прекрасная, незабываемая картина расстилается во все стороны…
Но нас, минералогов, больше всего привлекает вид на восток — не в ту туманную даль беспредельной, безграничной Сибирской равнины, которая расстилается на востоке, нет, — а тут, внизу, у самого подножья восточных склонов Ильменского хребта, в мягкой, холмистой, покрытой лесом местности, сплошь пересеченной озерами. Большая поляна, кажется нам, отделяет склоны Ильменской горы от этих лесов, но это не поляна, а заболоченное озеро, сплошь заполненное торфом и ныне с успехом разрабатываемое. В самих лесах, пересеченных правильными лесосеками с правильными лысинами вырубленных полос, и таятся знаменитые копи драгоценных камней — топазов и аквамаринов Ильменских гор.
В двух километрах от станции нарядные домики — центр управления заповедником, его музей и библиотека, исходное место для научных и просветительных экскурсий, место научных работ по изучению богатств заповедника.
Через несколько лет такие домики будут построены в разных местах заповедника, для того, чтобы исследователи этого минералогического рая могли жить около самих копей, внимательно изучая запечатленные на них, но еще не разгаданные законы прошлого.
Почти две сотни копей приводятся сейчас в порядок, расчищаются от обломков взрывами, освобождаются от боковых пород. Каждую жилку бережно и внимательно просматривают на свету, красивые кристаллы аквамарина или топаза сохраняют нетронутыми. Каждая копь таит в себе неожиданные находки. Разнообразны богатства Ильменских гор, насчитывающие свыше сотни различных минеральных видов.
Много раз я посещал эти замечательные копи. Каждый раз я прежде всего ехал на копи Стрижева — топазовую, криолитовую и другие. Я никогда не видел ничего более прекрасного, хотя много месторождений цветных камней приходилось видеть раньше — и на солнечном юге острова Эльбы, и в жилах угрюмой Швеции, и на Алтае, в Забайкалье, Монголии, Саянах; нигде меня не охватывало такое чувство восхищения перед богатством и красотою природы, как на амазонитовых копях Ильменских гор. Глаз не мог оторваться от голубых отвалов синевато-зеленого амазонского шпата. Всё вокруг засыпано остроугольными осколками этого камня, блестит на солнце, отливает мельчайшими пертитовыми вростками, резко отличаясь от зелени листвы и травы. Я не мог скрыть своего восторга перед этим богатством и невольно вспоминал немного фантастический рассказ одного старого минералога о том, что целая каменоломня в Ильменских горах была заложена сплошь в одном кристалле амазонского шпата.
Красоту этих копей составляет не только самый амазонит прекрасного сине-зеленого тона, но его сочетание со светлым серовато-дымчатым кварцем, который прорастает его в определенных направлениях, образуя правильный красивый рисунок. Это — то мелкий узор древнееврейских письмен, то крупные серые иероглифы на зеленовато-голубом фоне. Разнообразны и своеобразны эти рисунки письменного гранита, и невольно стараешься в них прочесть какие-то неведомые нам письмена природы. Восторгались ими путешественники, исследователи конца XVIII века. Из них готовили красивые столешницы, которые и теперь украшают залы Эрмитажа. Эти камни привлекают и современных ученых, ищущих объяснения всех явлений природы.
Здесь, на отвалах этих копей, у меня зародилась идея разгадать эту загадку. Впервые я стал присматриваться к этим серым кварцам, прорезающим, подобно рыбкам, голубые амазониты, и искать законов образования их форм и срастания. Эти законы теперь открыты, одна из маленьких тайн природы разгадана, но сколько новых законов езакономерностей скрывают эти рыбки, эти таинственные иероглифы земли! Они говорят нам о том времени, когда изливались сквозь гранитогнейсы Косой горы мощные гранитные жилы-пегматиты и выкристаллизовывались из полурасплавленных масс скопления амазонского камня. При температуре около 800°C начинался этот процесс, и, медленно охлаждаясь, росли гигантские кристаллы полевого шпата. До 575°C правильный рисунок мелкого письменного гранита вырисовывался выпадавшим вместе с ним из расплава дымчатым кварцем, но ниже этой температуры беспорядочно тянулись его кристаллики — рыбки, и всё крупнее и крупнее вытягивались они, нарушая общую правильную картину и заканчиваясь в свободной полости жилы дымчатыми головками.
Так образовались эти жилы с топазами и другими минералами, и нет более верного признака найти хороший драгоценный камень, как следовать по жилке с амазонским камнем. Без него нет драгоценных камней, и долгим опытом местные горщики хорошо научились ценить этот камень как лучший признак для находки топаза. Знают они, что чем гуще цвет амазонита, тем больше надежд и больше счастья даст жилка.
Больше тридцати лет тому назад, навещая Ильмены, я писал в своем дневнике:
«Мне рисуется их будущее в немного фантастическом виде. Наверху Ильменской горы культурный курорт, в чудном сосновом лесу, вдали от пыли и тревог долин. Зубчатая подъемная машина ведет к вершине от станции железной дороги. Мощные выработки пегматитовых жил полевого шпата и элеолита дают огромный материал для крупной керамической промышленности, сосредоточенной в Чебаркуле и Миасском заводе. Внизу, на берегу озера, около лесного кордона, естественно-историческая станция — центр управления копями Ильменских гор, центр экспедиций, ученических и научных экскурсий, музей, лаборатория. В ряде копей большие разведки, планомерная добыча амазонского камня, ряд глубоких буровых скважин, прорезающих Косую гору и освещающих внутреннее строение и распространение жил.
Картина будущего — она нужна для науки, для торжества промышленности, культуры, прогресса; но не потеряется ли красота Ильменских гор с их дикостью и вместе с тем приветливостью, красота того целого, в котором неотделимы и заброшенные копи с отвалами, в которых роется хищник, и скверные горные дороги, и плетенки на дрожинах, и незатейливый костер с чайником на обломках голубого амазонита? В глубоком жизненном сочетании всего этого создается настоящее, и мне жалко хотя бы мысленно расстаться с ним, ибо в нем не только поэзия и красота нетронутой целины, но и великий стимул к работе, творчеству, овладению природой и ее тайнами».
Многое сейчас стало претворяться в жизнь. Фантазии прошлого сменяются делом настоящего. Заповедник сделался реальным фактом, и еще одно завоевание жизни пришло на смену былым юношеским мечтам.
Я вспоминаю памятный многим тяжелый двадцатый год. Еще идет борьба за власть Советов; транспорт, все средства передвижения разрушены, целые области оставлены разоренными после военной оккупации и свирепства белогвардейских банд. Горная промышленность в полном разрушении, и только что созданный Горный отдел ВСНХ с трудом пытается кое-что восстановить в хозяйстве Урала. Обращение Владимира Ильича Ленина призывает Академию наук взять на себя руководство и работу по изучению и развитию производительных сил отдельных областей, чтобы возможно скорее и без дальних перевозок дать необходимое сырье для возрождающейся промышленности. В эти годы титанической борьбы Владимир Ильич находит время, чтобы выслушать и обсудить, казалось бы, совершенно несвоевременный проект, представленный Горным отделом ВСНХ в Совет Народных Комиссаров РСФСР: создать на Южном Урале, около станции Миасс, первый в мире заповедник минеральных богатств. 14 мая 1920 года В. И. Ленин подписал замечательный документ, который в эпоху борьбы за сырье одновременно укреплял величайшую идею его охраны, который требовал разумного и полного использования производительных сил страны.
Так гений Владимира Ильича создал первый в мире Ильменский заповедник недр земли, носящий сейчас его имя.
Приходит тридцать четвертый год. Цветущей южной весной на машине, нашем вездеходе Горьковского завода («легковожке», по прозванию ребятишек Миасса), мы объезжаем новые промышленные центры Южного Урала. После нескольких часов езды на легковой машине мы из заповедника Ильича попадаем в Кыштым, который давал четвертую часть всей меди, добываемой в СССР. Через два-три часа мы переносимся в Златоуст с его новым советским блюмингом. Через семь часов мы у ворот никелевого комбината Уфалея, крупного источника ценнейшего металла, и те же семь-восемь часов отделяют нас от Магнитки, с ее годовой мощностью свыше трех миллионов тонн чугуна, то есть равной почти всей производительности черного металла царской России.
Из заповедника Ильича, через цветущие колхозные поля и новый чистенький совхоз, за три часа мы попадаем в Челябинск — строящийся, еще растущий город, город будущего. Растут перед нами и вокруг нас громады Тракторного завода, и среди цветов и зеленых лужаек этого замечательнейшего предприятия мира трудно поверить, что десятки тысяч мощных «сталинцев» рождаются здесь ежегодно в сложной системе станков, инструментов, конвейеров, печей.
Дальше идут всё новые и новые заводы: как в жерле вулканов, на заводе ферросплавов при температуре поверхности солнца (около трех-четырех тысяч градусов) получаются сложнейшие химические соединения, нужные для качественной стали. Искусственный драгоценный камень рубин, массами в несколько тонн весом, вынимается из печей могучими кранами, чтобы потом дать порошок наждака для абразивного завода, на треть покрывающего всю потребность нашей страны.
Дальше — здание Чегрэса, цинкового комбината, грандиозных Бакальских заводов, комбинат белых красок из черных титановых руд Гусинских месторождений. Тяжелая промышленность Челябинска и его области сделалась для всего Союза ценнейшим поставщиком тех металлов, сплавов, тракторов, машин, которые раньше в громадных количествах ввозились из-за границы…
Новый мировой центр промышленности пролетариата растет на месте старой купеческой Челябы, как новое могучее орудие, перестраивающее географическую карту нашей страны.
Осень 1934 года. Снова Ильменский заповедник Ильича. На открытом балконе старого деревянного дома — первая научная конференция Челябинской области. Крупнейшие специалисты, знатоки Южного Урала, его богатств, съехались сюда, чтобы обсудить достижения прошлых и проблемы будущих работ. На балконе — с боталом в руках вместо звонка — ведет председатель это необычайное заседание среди дивного соснового леса, среди цветущей природы Южного Урала.
«Мало, — говорят специалисты, — мы знаем наши богатства; нам мало, что на территории области выявлено больше половины всех железных руд Урала. Нам мало, что здесь открыто и готово для промышленности около четверти уральских запасов меди и цинка, половина запасов алюминия всего Союза, что нигде больше в Советском Союзе мы не знаем таких месторождений магнезита, талька и хромита, как на Южном Урале. Мало потому, что еще беспредельно и безгранично богатство Южного Урала, что еще десятки тысяч квадратных километров его цепей никогда не изучались геологами и геохимиками, что неведомые богатства скрыты под поверхностью полей и степей».
Геологи и геохимики в ярких красках рисовали замечательные геохимические законы распределения металлов, руд, минералов на территории почти в треть миллиона квадратных километров, обсуждая и намечая пути для поисков, бурения и разведок.
Мне представляется время, когда будет осуществлена великая идея Ленина — Сталина о создании второй угольной и металлургической базы на Востоке. Гигантскими масштабами и бурными темпами растет промышленность Урало-Кузбасса. Достроены последние домны второй очереди Магнитогорска; Бакальский завод соревнуется с ним своим замечательным по чистоте металлом. Челябинский угольный бассейн является новой химико-энергетической базой Урала. Сотни тысяч тонн жидкого топлива получаются из его бурых углей, а газификация снабжает своей энергией все установки Челябинска. Закончена коллективизация сельского хозяйства области. Автомобильные дороги пересекают весь край — в немногие часы можно достигнуть крайних точек грандиозной области почти в четверть миллиона квадратных километров. Насаждение лесов, создание водных бассейнов и водных артерий являются одной из задач местного населения. Бурно развивается местная промышленность, и ни один отход грандиозных фабрик и заводов не теряется, не пропадает, на деле доказывая исключительную ценность нового, комплексного подхода к сырью.
Так великий спинной хребет Советского Союза — Урал — сочетает мощь металла и камня с силой плодородия своих полей и культур.
Снова в Ильменском заповеднике Ильича, теперь всего в двух часах автомобильного пути от Челябинска. Собралась научная конференция, но уже не в старом деревянном доме, а в новой каменной горной станции — центральном, ведущем институте челябинской промышленности. В лесу, на крутом склоне к Ильменскому озеру, в центре мировых гигантов промышленности, выросло новое научное учреждение, тесно связанное во всей своей работе с местным краем, с развитием его производительных сил, его потребностями и задачами. Крупные исследовательские лаборатории обслуживают своей работой растущую новую область. В Ильменском Доме ученых собираются представители со всего Союза на конференции и съезды советских научных работников, чтобы в этой центральной точке всей нашей страны обсуждать и подготовлять большие научные проблемы социалистической стройки.
Стальной хребет Советского Союза — Урал — протягивается и к северу и к югу, смыкая и связывая Восток и Запад, Европу и Азию.
Глава вторая
Как построена мертвая природа
Что такое минерал?
В предыдущих очерках мы видели камень-минерал в самой разнообразной обстановке. Мы видели мертвую природу в сотнях различных видов, и всё же нам неясно было, что в этой разнообразной и сложной природе называть отдельным минералом. Оказывается, что наша наука насчитывает около трех тысяч разных минералов, но из них около полутора тысяч встречаются очень редко, и только от двухсот до трехсот являются теми основными видами камня, с которыми мы сталкиваемся вокруг нас. В этом отношении мир минералов как будто бы много проще мира животных и растений, где насчитываются сотни тысяч разных родов и видов, и каждый год увеличивается их число.
Мы уже видели с вами, что есть трудности в изучении нашего минерального царства и что один и тот же камень может быть различным по внешнему виду. В чем же дело? Оказывается, что минералы состоят из более мелких единиц, как бы из разнообразных кирпичиков. Мы насчитываем около ста сортов этих кирпичей, из которых построена вся окружающая нас природа. Наш знаменитый химик Д. И. Менделеев первый расположил эти кирпичи — химические элементы — в стройную таблицу, которая и получила название Менделеевской. К этим химическим элементам, например, относятся газы — кислород, азот, водород, металлы — натрий, магний, железо, ртуть, золото или такие вещества, как кремний, хлор, бром и другие. Различные сочетания этих элементов и в разных количествах дают нам то, что мы называем минералом; например, хлор и натрий дают нам поваренную соль, кислород в двойном количестве с кремнием дает кремнезем, или кварц, и т. д.[4]
Минерал — это природное соединение химических элементов, образовавшееся естественным путем, без вмешательства человека. Это своего рода здание, построенное из определенных кирпичиков в различных количествах, но не беспорядочная куча этих кирпичей, а именно постройка по определенным законам природы. Но мы хорошо можем понять, что из одних и тех же кирпичей, даже взятых в одном и том же количестве, можно построить разные здания. Так, один и тот же минерал может в природе встречаться в самых различных видах, хотя по существу он остается всё тем же химическим соединением.
Итак, из сочетаний различных химических элементов построено в земле три тысячи разных построек-минералов (кварц, соль, полевой шпат и т. д.), а эти постройки, накапливаясь, образуют то, что мы называем горной породой (например, гранит, известняк, базальт, песок и пр.).
Та наука, которая изучает минералы, называется минералогией; описывающая горные породы — петрографией, а изучающая самые кирпичики и их странствование по природе — геохимией…
Ничего нет в этом замечательного, скажет мне читатель, которому, быть может, наскучило читать мое изложение. Но я всё-таки хочу, чтобы читатель его прочел, хорошо запомнив, что чем больше мы будем знать и понимать природу, тем более занимательным и любопытным будет всё вокруг нас, тем скорее мы сумеем ее переделать.
Мир полон еще не открытых «тайн», и чем ученее и мудрее становится наука, чем шире ее завоевания, тем больше величайших загадок открывается вокруг, а каждая раскрытая «тайна» природы таит в себе начало нового, еще более трудного ребуса.
Минералогия Земли и небесных светил
Из каких минералов состоит вся наша Земля?
Прежде всего хочется думать, что из тех же минералов и горных пород, которые нас окружают и которые мы используем в нашей жизни. Наука, однако, дает нам совершенно другой ответ, и оказывается, что вся Земля в своих глубинах совсем не похожа на то, что мы видим непосредственно вокруг себя. Из нашего очерка вы увидите, что Земля по своему составу больше напоминает наше Солнце, чем знакомые нам и окружающие нас известняки, песчаники, глины и граниты.
Мы знаем, что на поверхности Земли, — там, где работает человек, — одних веществ больше, других меньше. Одни мы называем редкими и с трудом извлекаем их из земных недр для целей промышленности, других — сколько угодно под руками человека. Правда, такое различие зависит от того, что одни вещества очень сильно рассеяны в природе и не дают или редко дают большие скопления, другие, наоборот, часто образуют большие массы — месторождения.
Помимо этого, вещества действительно находятся в земной коре не в одинаковых количествах: на долю одних приходится почти половина земной коры, на долю других — только миллиардные доли. В 1889 году американский химик Кларк задумал вычислить средний состав земной оболочки. Оказывается, что из девяносто двух различных веществ, или, как их называют химики, химических элементов, только очень немногие вокруг нас находятся в большом количестве. Замечательно, что больше половины окружающей нас природы состоит из двух газов: кислорода и водорода. Только на третье место по объему мы можем поставить элемент кремний, который с кислородом образует минерал кварц. Но и кремния всего только 15 процентов, а такие важные, хорошо знакомые нам металлы, как кальций (в известняке), натрий (в морской воде и поваренной соли), железо, входят всего лишь в количестве от одного до двух процентов.
Замечательная картина вокруг нас; природа на девяносто девять процентов построена только из двенадцати веществ, и, соединяя различным образом эти вещества между собой, мы и получаем всё разнообразие и наших минералов и продуктов жизни!
Но так ли обстоит дело и с другими частями нашей Земли? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны с вами мысленно проделать длинный и сложный путь от поверхности Земли к ее центру — путь длинный, больше шести тысяч километров, путь очень своеобразный и фантастический.
Я вспоминаю, как в 1936 году в Чехословакии я спускался в глубочайшую в Европе шахту в глубины Земли. Мы летели вниз на площадке открытого электрического лифта со скоростью восьми-десяти метров в секунду; свистел ветер, скрипели продольные рельсы, воздух становился влажным и теплым. Через несколько минут мы были на дне шахты: в ушах звенело, сердце усиленно билось, температура вокруг была около 38° — влажная температура тропиков. Ведь мы были всего лишь на глубине тысячи трехсот метров, то есть проделали только одну пятитысячную часть нашего мысленного путешествия к центру Земли. В самой глубокой шахте, которую пробил человек, он смог спуститься только на два с половиной километра (золотой рудник в Африке). Вся деятельность человека, его работа и странствования, его жизнь связаны с маленькой, тоненькой пленкой коры нашей планеты.
Разрез через Землю и ее оболочки.
Однако человек старается выйти за пределы этого маленького мира. Он всеми способами пытается изобрести такие глаза, которые помогли бы ему проникнуть в неведомые глубины и понять то, что находится так близко, непосредственно под его ногами. Но пока он знает только одну пятитысячную часть этих глубин.
Правда, не непосредственно своими глазами, а своим инструментом человек проникает гораздо дальше в глубины Земли. В последние годы благодаря применению алмазного бурения с коронками, увенчанными твердыми кристаллами алмаза, удается проникнуть до глубины больше четырех с половиной километров и оттуда вытащить цилиндрики с породами и минералами, — но ведь и это всё ничтожно по сравнению с земным радиусом![5]
Природа приходит человеку на помощь. Глубокие области земли под влиянием геологических сил неожиданно поднимаются кверху; глубины океанов с их минеральными осадками превращаются в высочайшие горные хребты; по расколам и разломам Земли выливаются из глубин расплавленные лавы. Тонкими геологическими методами схватывает всё это ученый, и в свои кабинеты он может принести кусочки минералов и пород, которые образовались далеко за пределами его непосредственного наблюдения, иногда на глубинах пятнадцати-двадцати километров.
Но и это нас не очень устраивает: до центра Земли за этими пятнадцатью километрами всё-таки остается больше шести тысяч, то есть расстояние от Ленинграда до Читы в Забайкалье, а ведь шестнадцать километров по той же дороге — это только село Рыбацкое под городом Ленина.
Что же мы знаем о глубинах нашей Земли и о тех веществах, из которых она состоит?
Знаем мы довольно мало, но за последние годы кое-что новое в науке начинает нам раскрывать глаза. Мы сейчас знаем, что удельный вес Земли 5,52, что она в среднем в пять с половиною раз тяжелее воды; а между тем обычные камни нашей поверхности — известняки, песчаники, граниты — только в два-три раза тяжелее воды. Надо думать, что в глубинах содержатся гораздо более тяжелые вещества, чем вокруг нас. Далее, мы знаем, что в пределах пятнадцати-двадцати километров, о которых мы говорили, наблюдается некоторое изменение состава. Некоторых металлов — железа и магния — делается больше. Можно думать, что и дальше к центру Земли это будет продолжаться. Это еще не всё: наша Земля есть одно из небесных тел, и потому очень заманчиво сравнение ее с Солнцем, звездами и кометами. И, как ни странно, о составе многих из этих отдаленнейших тел мы знаем гораздо больше, чем о глубинах Земли. Даже частицы этих тел иногда к нам залетают в виде метеоритов, и мы по маленьким кускам этих «гостей» из неведомых миров кое-что начинаем понимать о веществе, из которого построен весь мир.
Замечательные сведения дала нам за последние годы наука о землетрясениях. Землетрясение — это колебание Земли, оно волнами передается во всех направлениях из тех точек, где оно возникло. Одни волны таких колебаний идут по самой поверхности Земли, другие пересекают Землю во всех направлениях. Когда возникает землетрясение, — например в Японии или, вернее говоря, где-то в глубинах под Японией, — тогда на каждую сейсмическую станцию, где установлены точные приборы, доходят две волны: одна идет вокруг Земли, другая через Землю. Оказалось, что эти волны, проходя через Землю, идут в ней с разной скоростью, на разных глубинах они встречают различные вещества. В наружных — скорее, в глубоких — медленнее, так как вещество там плотнее, тяжелее. Можно даже на основании изучения волн установить те глубины, на которых происходит изменение в составе Земли.
Мы можем начать наше путешествие в глубину, в область громадных давлений и больших, правда, нам еще неизвестных, температур. При нашем путешествии надо помнить, что только в небольших глубинах, от тридцати до ста километров, в самом начале путешествия, мы попадем в раскаленную, расплавленную массу; дальше с глубиной ее свойства перестанут нам напоминать жидкости, и мы будем в области твердого, хотя и сильно нагретого стекла.
Мы начинаем наше путешествие с поверхности, хорошо нам знакомой. Большие материки, на которых мы живем, как бы плавают на поясе окружающей всю Землю темной породы — базальта. В материках преобладают граниты, их удельный вес около 2,5; в них много кислорода и кремния. Это — самая поверхностная корка; под ней базальтовый пояс из более тяжелых пород. Железа в нем больше; он в три с половиной раза тяжелее воды, — и уже на глубинах тридцати километров вся эта масса благодаря обилию соединений радия, выделяющего тепло, находится в огненно-жидком состоянии.
Так продолжается дальше до тысячи двухсот километров: это каменный пояс Земли, и в самых больших его глубинах, ниже расплавленных очагов, мы встречаемся снова с тяжелыми породами — эклогитами, вероятно, по внешнему виду и строению напоминающими стекло. Глубокие взрывы вулканов иногда нам приносят кусочки этих пород, и в них, в знаменитых копях Южной Африки, мы находим кристаллики дорогого алмаза.
Ниже, между тысячею двумя стами и двумя тысячами девятью стами километров, идет рудный пояс; здесь накоплены руды железа, магнитный железняк, железный колчедан. К ним примешиваются руды металлов хрома, титана; много металлического железа, кислорода меньше; вся масса в пять-шесть раз тяжелее воды. Давление сверху так велико, что, несмотря на высокую температуру, всё находится в твердом состоянии.
Но за этими пределами двух тысяч километров мы входим в центральное ядро нашей Земли; оно раз в одиннадцать тяжелее воды и в полтора раза тяжелее стали. Здесь царствует железо, которому принадлежит больше 90 процентов; к нему примешивается металл никель, немного серы, фосфора и углерода.
Каков состав всей нашей Земли и какие вещества (элементы) играют в нем главную роль? Повидимому, мы сейчас можем это сказать и написать их подряд, сначала более важные, а потом менее важные: водород, гелий, железо, кислород, кремний, магний, никель, кальций, алюминий, сера, натрий, калий, кобальт, хром, титан, фосфор, углерод.
Как же образовалась наша Земля, почему же в ней около сорока процентов железа, и почему так распределились в ней вещества? Для нас было бы много выгоднее, если бы железных руд было больше на поверхности Земли и мы могли бы в нашем хозяйстве не заботиться о будущем и не бояться железного голода.
Десятки разных теорий пытаются объяснить эту задачу. Самое вероятное объяснение, что наша Земля образовалась из мелких космических обломков, которые собирались вместе; на них падали новые обломки, — всё это перемешивалось, расплавлялось, и при этом тяжелые вещества опускались в глубины, к центру, а легкие всплывали на поверхность, застывая в виде каменного пояса.
Это объяснение кажется убедительным: при изучении состава небесных тел мы встречаем те же вещества, что и на Земле. Правда, мы знаем минералогию небесных светил еще очень мало. Ученые лишь догадываются о тех породах и минералах, которые встречаются, скажем, на Луне, по падающим на Землю камням; знают минералы мелких космических тел, может быть комет, но всё это только отрывки знания.
Минералогия Луны, планет, комет и звезд — это еще огромная область будущего, и перед нами стоит задача узнать минералогию глубин Земли и сравнить между собой минералы вселенной…
Вы видите, что наше путешествие к центру Земли увлекло нас к далеким мирам неба, и мы — минералоги земной коры — не в полете фантазии, а в глубоком научном анализе пытаемся проникнуть нашими глазами во всю вселенную. Мы начинаем понемногу понимать весь мир, и нам сейчас кажется, что вся вселенная со всеми своими кометами, звездами, туманностями и планетами построена довольно однообразно. Одни и те же вещества составляют ее основу, двенадцать-пятнадцать химических элементов как бы оказываются главными, а среди них первое место занимают металлы — железо, кремний, магний — и газы — водород, кислород и гелий. Наша Земля лишь кусочек этой вселенной, и ее законы — законы всего мироздания.
Кристалл и его свойства
Чтобы понять, что такое кристалл, мало любоваться красивыми кристаллами кварца и топаза в Минералогическом музее, мало восхищаться зимой звездочками снега на темном фоне нашего рукава, мало наблюдать в сахарном песке сверкающие, как алмаз, маленькие кристаллы сахара, — надо самому растить кристаллы, изучать их жизнь.
Давайте займемся этим! Купим в аптеке двести граммов квасцов (простых, белых) и медного купороса, купим два плоских стеклянных стакана — кристаллизатора — и будем заниматься кристаллизацией. Растворим сначала в стакане простой горячей водой соль квасцов, но так, чтобы вода не могла всего растворить, а чтобы на дне еще оставалась соль. Потом охладим воду и заметим, что количество осадка немного увеличилось. Часа через два осторожно сольем наш раствор в кристаллизатор, поставим его на окно и покроем аккуратно бумажкой. То же самое проделаем и с медным купоросом и получим второй раствор — ярко-синий — в другом кристаллизаторе.
На следующее утро мы увидим, что на дне обоих стаканов выпал осадок маленьких кристалликов; одни очень маленькие, другие побольше. Осторожно сольем наши растворы в стаканы, а сами выберем щипчиками наиболее крупные и аккуратные кристаллики, пять-шесть штук, вытрем их мягкой промокательной бумагой. Теперь очистим от мелкого сверкающего осадка оба кристаллизатора, хорошенько вымоем их и вновь вольем в них наши растворы, а потом осторожно щипчиками положим на дно отобранные кристаллики так, чтобы они не касались друг друга. Мы могли бы сделать еще иначе: накануне опустить в раствор ниточку, которая покрылась бы кристалликами; мы могли бы оставить из них только один или два, а затем ниточку снова опустить в наш кристаллизатор так, как это изображено на рисунке.
Кристаллизатор с растущими кристаллами. Один из них подвешен на ниточке.
Через день утром, приподняв бумажку, мы увидим, что кристаллики немного выросли; мы осторожно их повернем на другой бок и снова оставим на день. Так день изо дня они будут расти и увеличиваться. Правда, иногда мы заметим, что вокруг них снова осели маленькие сверкающие кристаллики. Тогда надо почистить стакан, вынуть наших питомцев, всё хорошо промыть, вытереть и снова, налив всё тот же раствор, осторожно положить кристаллики. Так будут расти на наших глазах кристаллы, и мы можем каждый день следить за их ростом и на тысячу ладов менять эти опыты и изучать целый мир явлений кристаллизации.
Прежде всего мы подметим, что все кристаллы в одном и том же кристаллизаторе совершенно одинаковы, но вместе с тем кристаллы квасцов совсем не похожи на кристаллы медного купороса.
Природные кристаллы разных минералов: корунда, берилла, везувиана, граната, топаза, лейцита.
Мы можем сделать несколько опытов: положим кристаллы чистых белых квасцов в наш кристаллизатор с купоросом. Никакого толку из этого не выйдет: кристаллики или растворятся, или покроются в беспорядке мелкими синими блесточками. Но сделаем опыт иначе: купим в той же аптеке хромовых (красно-фиолетовых) квасцов и по всем правилам нашего искусства будем их кристаллизовать в отдельном кристаллизаторе. Потом опустим в него наши белые кристаллы квасцов, а красные квасцы поместим в белый раствор; получится интересная картина: красно-фиолетовые кристаллы будут продолжать расти и обрастать белым, а белые — наоборот. Можно даже получить полосатые (зонарно окрашенные) кристаллики, поочередно перемещая их.
Можно сделать еще так: прибавить к раствору белых квасцов буры и начать кристаллизацию; кристаллы наших квасцов будут расти, но они будут не совсем похожи на первые.
Мы подметим в них, кроме восьми сверкающих граней-плоскостей, еще шесть неправильных. Можно прибавлять другие примеси, и наши кристаллики будут каждый раз изменяться в своем внешнем облике.
Обломаем теперь уголок кристалла и положим его в раствор, — уголок скоро зарастет и сам кристалл себя вылечит.
Обломаем у него все углы, обточим ребра, окатаем наш кристаллик в шар и снова опустим в раствор, — медленно, но постепенно он зарастет, и в этом случае из него опять-таки вырастет большой кристалл.
Опытный кристаллограф на тысячу разных ладов может менять свои опыты, и каждый раз он будет убеждаться, что целый ряд законов, очень строгих и очень постоянных, управляет миром кристаллов.
На особых точных приборах, называемых гониометрами, он производит измерение таких кристаллов и очень скоро убеждается, что у них, например, величина углов весьма постоянна и что у кристалла квасцов угол его пирамидки, где бы и когда бы мы его ни измеряли, равен очень точно определенному числу градусов: 54 градуса 44 минуты и 8 секунд.
Кристаллограф готовит из кристаллов тонкие пластинки (шлифы) толщиною в сотые доли миллиметра и пропускает через них луч света. В большинстве кристаллов этот луч превращается в два луча с совершенно особыми свойствами. Кристаллограф видит замечательное разнообразие свойств и признаков: один и тот же кристалл в разных своих частях обладает разной твердостью; в одних направлениях он пропускает электричество, в других — нет.
Целый новый мир открывается перед исследователем кристаллов, и постепенно выясняется, что построенное по строгим законам вещество наполняет весь мир.
Ученый любуется не только большими розовыми кристаллами полевых шпатов в гранитах наших набережных — он видит их в микроскопе, когда изучает тонкие пластинки наших известняков или песчаников. Он их подмечает в еще более тонких приборах — рентгеновских аппаратах. В самой простой глине или в саже дымовых труб и почти во всех веществах законы образования кристаллов управляют веществом.
Мы должны изучать рост кристаллов. Кристаллизуйте разные соли, задумывайте разные опыты, залечивайте обломки, растите шарики, каждый день заботьтесь о ваших питомцах и проникайте в великие законы мира — законы кристалла.
Как построен мир из кристаллов и атомов
Мы видим мир в особом виде, и, как ни проницателен наш взор, он видит предметы лишь определенных величин.
То, что стоит за пределами чувствительности глаза, нам недоступно. Горы, леса, люди, звери, дома, камни, кристаллы, всё, что окружает нас, — всё это мы различаем нашими глазами. Но мы не можем рассмотреть, как построена каждая вещь или предмет, как из мельчайших клеточек построено живое вещество и как из еще более мелких кирпичиков построена вся природа.
Представим себе на минуту невозможное: наши глаза способны увеличивать всё в десятки миллиардов раз, а сами мы, подобно Гулливеру, остаемся такими же, какими мы являемся сейчас. Всё окружающее нас — горы, моря, города, деревья, камни, простор полей — всё исчезает, и мы попадаем в какой-то новый, странный мир.
Не знаю, бывал ли читатель когда-либо в еловом лесу, правильно посаженном грядками: вокруг большие деревья идут стройными рядами, и далеко-далеко уходит глаз между ними. Когда вы стоите в точке с кружком, как это изображено на рисунке, такие ряды тянутся направо и налево, вперед и назад. Когда вы отступаете на шаг назад (в место, обозначенное на рисунке крестиком), новые ряды открываются в других направлениях; весь лес перед вами рисуется в виде странной решетки.
То же испытали бы мы, если бы наши глаза стали увеличивать в миллиарды раз окружающий мир. Мира предметов больше бы не стало: всё нежданно перед нами заменилось бы такими же стройными и бесконечными решетками.
Длинные ряды тянулись бы не только вбок, как в лесу, а вверх и вниз, во все стороны. А сама решетка была бы образована не деревьями, а маленькими шариками, которые висели бы в воздухе на расстоянии нескольких метров или десятков сантиметров друг от друга, в строжайшем порядке.
Так иногда висят электрические лампочки в залах библиотек, аудиторий, клубов. Мы оказались бы в замечательно красивом лесу. В одной части леса, там, где случайно наш глаз упал бы на кусочек или щепотку порошка соли, мы увидели бы ровные и прямые ряды, так, как это показано на рисунке.
Кристаллическая решетка на плоскости.
Кристаллическое строение поваренной соли — хлористого натрия. Черные кружочки — атомы хлора; белые — атомы натрия.
Нас окружил бы еще более сложный и красивый переплет решеток, если бы мы смело вошли внутрь частицы известняка или же куска железа, меди.
Каждое вещество Земли отличалось бы особыми решетками, и в этом таинственном мире висящих в пространстве шариков мы больше ничего, кроме шариков, не различили бы.
Сами предметы и вещи измерялись бы тысячами километров. Толщина пальца превращалась бы в расстояние от Ленинграда до Урала, и даже спичка в наших глазах превращалась бы в дубину толщиной в триста двадцать пять километров — расстояние от Москвы до Бологое.
В новом мире ничего не было бы, кроме бесконечных рядов сеток, решеток, как бы отдельных петель, — всюду ничтожные по размерам шарики в мировом пространстве, загадочные «точки» вещества.
Мы должны пояснить эту картину читателю: эти сетки и решетки из шариков, расположенных по каким-то очень определенным законам геометрии, есть не что иное, как те прекрасные образования, которые мы называем кристаллами.
Почти весь мир кристалличен, и лишь немногие вещества состоят из хаоса этих же точек.
Те красивые кристаллы, которые растут в наших кристаллизаторах, или те, которые мы встречаем в горах, — не что иное, как внешнее проявление законов мельчайших сеточек. Теперь нам удалось изучить построение этих решеток и сеток того мира, о котором мы говорили. Но присмотримся более внимательно, заострим еще больше наш взор и усилим увеличение наших глаз еще в тысячу раз.
Расстояние между отдельными точками будет измеряться не метрами, а целыми километрами, и мы потеряем картину рядов, сеток. Теперь мы увидим шарики уже не в виде маленьких неразличимых точек, а в виде целого сложного мира. Вокруг нас будут вертеться мелкие тела, сложными путями окружающие центральное ядро. И внутри этого нового, необычайного мира мы сможем гулять подобно Гулливеру.
Какие-то силы будут направлять эти тельца, и они, перескакивая с одного пути на другой, будут излучать молнии света; целая система как бы солнц с планетами будет нас окружать. Мы совсем забыли привычный мир наших городов, домов, камней, животных, растений. Мы забыли стройные ряды решеток, сеток: мы оказались в самом атоме вещества и в среде его электронов.
А дальше что?
Можно ли еще увеличить силу наших глаз и, оставив мир атомов, попасть в еще какой-то новый мир? Вероятно, да, но в какой — мы еще не знаем.
Для него наши глаза должны еще усилить свое увеличение в десятки тысяч раз, а сам человек в этом случае оказался бы в мире самых мельчайших телец — нейтронов внутри самих атомных ядер и электронов, двигающихся подобно планетам вокруг солнца.
Весь мир построен из мельчайших атомов различных веществ. Весь мир представляет собою прекрасную гармоническую постройку, в которой шарики-атомы точно расположены в мировом пространстве по законам геометрии.
В мире царят кристалл и его твердые прямолинейные законы. Одни кристаллы большие — это целые сплошные массы, и в них входит такое большое количество и решеток и самих атомов, что нам надо было бы написать единицу по крайней мере с тридцатью пятью нулями, чтобы выразить их число.
Есть другие постройки, в которых обыкновенный глаз не может различить какой-либо правильности; есть вещества, частицы которых состоят из отдельных сотен или тысяч атомов: такова, например, сажа наших дымовых труб или растворы золота в воде.
Всё вокруг состоит из различных атомов, то сложных, то более простых: всего нам известно около ста типов этих атомов.
Но как различно построены какой-либо маленький и простенький атом водорода и, например, самый тяжелый атом — атом металла урана!
Триллионы триллионов этих атомов входят в состав каждого кубического сантиметра вещества, и всё-таки глаз ученого проник и разгадал эту тайну природы. Физик и кристаллограф — вот те победители, которые старую сказку о Гулливере превратили в действительность наших дней.
Глава третья
История камня
Как растут камни
Мы уже много говорили о том, что камни имеют свою собственную историю жизни, — правда, очень отличную от истории живых существ. Жизнь и история камня очень длинная: она измеряется иногда не тысячами, а миллионами и даже сотнями миллионов лет, и потому нам очень трудно подметить те изменения, которые тысячелетиями накапливаются в камне. Нам кажутся постоянными булыжник мостовой и камень среди пашен только потому, что мы не можем заметить, как постепенно под влиянием солнца и дождя, копыт лошадей и незаметных глазу мельчайших организмов и булыжник мостовой и валун на пашне превращаются во что-то новое.
Если бы мы умели изменять скорость времени и если бы мы могли, как в кинематографе, стремительно показать историю Земли на протяжении миллионов лет, то за несколько часов мы увидели бы, как выползают из глубин океанов горы и как они снова превращаются в низины; как образовавшийся из расплавленных масс минерал очень быстро рассыпается и превращается в глину; как в секунду миллиарды животных накопляют громадные толщи известняков, а человек в долю секунды уничтожает целые горы руд, превратив их в листовое железо и рельсы, в медную проволоку и машины. В этой бешеной скачке всё изменялось и превращалось бы с молниеносной быстротой. На наших бы глазах камень рос, уничтожался и заменялся другим, и, как в жизни живого вещества, всем этим управляли бы свои особенные законы, которые и призвана изучать минералогия.
Разрез через земную кору с отдельными зонами Земли.
Мы начнем изучение минеральной жизни Земли с недоступных исследованию глубин — с зоны «магмы», там, где температура немного выше 1500°C и где давление достигает десятка тысяч атмосфер.
Магма — это сложный взаимный раствор-расплав огромного количества веществ. Пока она кипит в недоступных глубинах, пропитанная парами воды и летучими газами, в ней идет своя внутренняя работа, и отдельные химические элементы соединяются в готовые (но еще жидкие) минералы. Но вот температура падает — под влиянием ли общего охлаждения, потому ли, что магма переходит в более холодные и более высокие зоны — и магма начинает застывать и выделять отдельные вещества. Одни соединения раньше переходят в твердое состояние, чем другие, они закристаллизовываются и плавают или падают на дно еще жидкой массы. К возникшим твердым частицам мало-помалу силами кристаллизации притягиваются всё новые и новые; твердое вещество собирается вместе, отделяясь от жидкой магмы.
Магма переходит в смесь кристаллов — в ту минеральную массу, которую мы называем кристаллической горной породой. Светлые граниты и сиениты, темные, тяжелые базальты — это затвердевшие волны и брызги некогда расплавленного океана. Сотни различных названий дает им наука петрография, пытаясь в их строении и химическом составе найти отпечаток их прошлого в неведомых глубинах Земли.
Разрез через массив гранита, с ветвями гранитных жил и выделением разных металлов и газов.
Состав твердой горной породы — это далеко не то, что состав самого расплавленного очага. Огромное количество летучих соединений пропитывает его расплавленную смесь, выделяется могучими струями, пронизывает ее покров; и долго курится и дымится ее очаг, пока смесь совсем не застынет и не превратится в твердую горную породу. Только ничтожная часть этих газов остается внутри затвердевшей массы, другая часть поднимается к земной поверхности в виде газовых струй.
Далеко не все эти летучие соединения успевают достигнуть земной поверхности. Огромная часть их осаждается еще в глубинах, пары воды сгущаются; по трещинам и жилам текут к поверхности Земли горячие источники, медленно охлаждаясь и постепенно выделяя из растворов минерал за минералом. Часть газов насыщает воды и в виде ключей или гейзеров вырывается на поверхность Земли, другая скоро находит себе другие пути и образует твердые соединения.
Пустота в горной породе, образовавшаяся во время остывания некоторых пород.
Горячие источники — ювенильные, молодые воды, по выражению знаменитого венского геолога Зюсса, — это не пути, которые связывают жизнь магм с жизнью земной поверхности. Число горячих источников очень велико. В одних Соединенных Штатах Америки известно не менее десяти тысяч, а в Чехословакии свыше тысячи, среди которых много целебных, например знаменитый горячий ключ в Карловых Варах. Из них образуются настоящие водные источники, которые приносят с собой из глубин чуждые поверхности вещества, и по стенкам трещин, по мельчайшим трещинам пород начинают осаждаться минералы, сернистые соединения тяжелых металлов. Так возникают из летучих соединений глубинных магм рудные месторождения, рождаются те скопления полезных ископаемых, которые так жадно разыскивает человек. На поверхности Земли вся эта масса воды, летучих соединений, паров газов, растворов, которые не были задержаны по дороге из глубин и не осели в форме разных минералов, — вся эта масса вливается в атмосферу и в океан, постепенно, в течение многих геологических периодов, приводя их к современному состоянию.
Так мало-помалу создавались наш воздух и наши океаны с их теперешним составом и свойствами — как результат всей долгой истории Земли.
Мы на поверхности.
Над нами океан атмосферы — сложной смеси паров, газов, земной и космической пыли. Дальше трех километров от земной поверхности почти совершенно не сказывается влияние превращений Земли. Там, за пределами серебристых облаков, начинаются зоны, более богатые водородом, а на самой границе, доступной нашим исследованиям, сверкают в спектрах северных сияний линии газа гелия. В нижних слоях атмосферы носятся частички, выброшенные вулканами, клубится пыль, поднятая ветрами и бурями пустынь, — здесь для нас открывается особый мир химической жизни.
Перед нами пруды и озера, болота и тундры с их постепенным накоплением гниющего органического вещества. В тине и иле, застилающих их дно, совершаются свои процессы: медленно стягивается железо в бобовые руды, происходит сложный распад сернистых органических соединений, образуя стяжения железного колчедана, не хватает кислорода. Беспрерывно теплится микроскопическая жизнь, вызывая и собирая всё новые и новые продукты. В морских бассейнах, на просторе вод океанов эти процессы еще грандиознее…
Но перейдем к твердой земле. Здесь царство могучих деятелей земной поверхности — угольной кислоты, кислорода и воды. Постепенно и неуклонно нагромождаются здесь песчинки кварца, угольная кислота завладевает металлами (кальцием и магнием), кремневые соединения глубин разрушаются и превращаются в глины. Ветер и солнце, вода и мороз помогают этому разрушению, унося ежегодно до пятидесяти тонн вещества с каждого квадратного километра земли.
Под покровом почвы глубоко тянется мир разрушения, и до пятисот метров в глубину идут процессы изменения, всё ослабевая в своей силе и заменяясь ниже новым миром образования камня.
Так рисуется нам неорганическая жизнь земной поверхности. Всюду вокруг нас идет напряженная химическая работа. Всюду старые тела перерабатываются в новые, осадки ложатся на осадки, накопляются минералы; разрушенный и выветрившийся минерал сменяется другим, незаметно на свободную поверхность ложатся новые и новые слои. Дно океана, илистые массы болота или каменистые русла рек, песчаные моря пустыни — всё должно исчезнуть или в потоках текучей воды, или в порывах ветра, или же сделаться достоянием глубины, покрывшись новым слоем камня. Так, постепенно, продукты разрушения Земли, ускользая от власти деятелей поверхности и закрываясь новыми осадками, переходят в чуждые им условия глубин. А в глубинах породы воскресают в совершенно новом виде. Там они соприкасаются с расплавленным океаном магмы, который проникает в них, то растворяя, то вновь выкристаллизовывая минералы.
Читать бесплатно другие книги:
