Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

получения кислорода надо прибегать к сложным, дорогим установкам, переводить воздух сначала в жидкое состояние, чтобы затем выделить отдельные газы. И вот на этом пути у нас в Советском Союзе сделаны блестящие открытия.

В Институте физических проблем Академии наук СССР построены новые, замечательные машины, которые позволяют очень тщательно разделять громадные количества воздуха на составные части.

А нам рисуются уже маленькие машинки, установленные в каждой комнате. Включим электрический ток — завертится трубодетандер; откроем кран, на котором будет стоять надпись: «Кислород», — и вместо воздуха из него потечет синеватая жидкость, охлажденная до минус 200°.

Откроем другой кран — из него по капелькам будет вытекать жидкий благородный газ криптон или ксенон, а где-то на дне, как зола в печках, будет накапливаться твердая угольная кислота, которая затем будет поступать под особый пресс и давать нам тот твердый сухой лед, который вы все видели у наших продавцов мороженого и который будет охлаждать наши помещения в жаркие дни.

Может быть, в этой картине я немного забежал вперед. Еще нет таких портативных машинок, которые можно было бы приключить к нашему штепселю, но я уверен, что недалеко то время, когда мы сможем использовать окружающие нас богатства воздуха для наших нужд, и грандиозная химическая промышленность будет построена на неисчислимых запасах азота и кислорода — двух элементов, выдающихся по своему значению в жизни Земли.

Я мог бы сейчас закончить мой рассказ, но думаю, что он еще далеко не полон.

Я ничего не сказал об использовании угольной кислоты воздуха и о возможности использования всех газов, образующихся при сгорании угля, дров, обжига известняков.

Ученые уже подсчитывают те грандиозные количества угольной кислоты, которые выбрасываются в воздух промышленностью как отходы. Они предполагают использовать ее для изготовления сухого льда, они хотят извлечь из нашей атмосферы те три сотых процента угольной кислоты, которые в ней содержатся.

А физики идут еще гораздо дальше: они говорят, что наш воздух состоит не только из десяти газов, о которых мы выше говорили, воздух содержит огромное количество газов еще более редких, еще более рассеянных в миллионных, в миллиардных долях процента, — газов радиоактивных.

Речь идет об эманации радия и о различных летучих газах, продуктах распада легких металлов. Эти газы живут недолго в нашей атмосфере: жизнь одних измеряется днями, других — секундами, третьих — миллионными долями секунды. Воздух насыщен этими продуктами распада мировых атомных ядер. Космические лучи вызывают на каждом шагу разрушение атомов и появление неустойчивых газов, которые должны снова исчезнуть и перейти в более устойчивые формы твердого вещества.

В воздушном океане непрерывно происходят химические реакции. Сложнейшие процессы происходят между рассеянными атомами вещества, и еще мало понятны нам те постоянные и сложные перемещения, те электрические разряды, которые идут в этом воздушном океане вокруг нас.

Разгадать их — значит сделать еще один шаг по пути подчинения природы нашим потребностям.

Атомы в воде

Воды источников рек, морей, океанов и подземные пластовые воды все вместе образуют неразрывную водную оболочку Земли, или гидросферу. Над огромными просторами океанов непрерывно происходит испарение воды под влиянием тепла Солнца.

В атмосфере вода конденсируется и падает на землю в виде дождя, снега и града. Она размывает почвы, выщелачивает их, разрушает породы, растворяет массу разнообразных веществ и сносит все это опять в моря и океаны.

Таким образом, вода много миллионов раз совершает свой круговорот: океан → атмосфера → земля → океан. И каждый раз она извлекает из твердых пород Земли все новые и новые количества растворяющихся в воде веществ.

Подсчитано, что ежегодно все реки мира сносят с поверхности Земли в океан около трех миллиардов тонн растворенных ими веществ.

Иначе говоря, воды разрушают и сносят со всей Земли за 25 тысяч лет слой пород толщиной около одного метра.

Работа, совершаемая водой на Земле, грандиозна.

Вода, химическая формула которой Н2O, — одно из самых распространенных веществ на Земле.

Объем воды Мирового океана составляет 1,37 миллиарда кубических километров!

Значение воды в истории Земли, а следовательно, и в геохимии огромно.

Вот почему в свое время в геологических науках существовала гипотеза о происхождении всех горных пород на Земле из водной среды.

Сторонники этой гипотезы — нептунисты, названные по имени мифологического бога морей Нептуна, — спорили с плутонистами, доказывавшими, в свою очередь, происхождение всех пород на Земле из расплавленных масс, излившихся на поверхность из глубин подземного царства бога Плутона.

Сейчас мы знаем, что обе эти силы — вода и вулканы — участвовали в образовании пород Земли.

В природе практически нет воды, которая не содержала бы каких-то примесей или растворенных в ней веществ или солей.

В природе, иными словами, нет дистиллированной воды. Даже дождевая вода содержит углекислоту, следы азотной кислоты, йода, хлора и других соединений.

Кристаллы снега

Получить химически чистую воду очень трудно, если не сказать — невозможно. Газы воздуха, стенки сосуда, в котором находится вода, хотя и в малых количествах, но растворяются в воде.

Например, миллиардные доли серебра переходят в раствор воды, содержащейся в серебряном сосуде. Серебро чайной ложки в ничтожном количестве переходит в воду. Химик почти не может заметить этих следов. Но некоторые низшие организмы, например водоросли, настолько чувствительны к следам серебра и к некоторым другим атомам в воде, что погибают от них.

Природная вода, протекая по чрезвычайно разнообразным породам Земли: пескам, глинам, известнякам, гранитам и так далее, извлекает, конечно, из них разнообразные соединения. Некоторые ученые говорили, что если знать, по какому ложу течет река, — можно сказать, какого состава будет ее вода.

Но, несмотря на то, что в природе, как мы уже знаем, широко распространены алюмосиликаты, воды, как правило, не содержат больших количеств алюминия и кремния. Если эти металлы и присутствуют, то главным образом в виде мути, в виде механической взвеси. С другой стороны, все воды рек и морей всегда содержат щелочи — натрий, калий, а также магний, кальций и другие элементы. В чем же дело?

Оказывается, что химический состав растворенных в водах солей чрезвычайно зависит от степени растворимости тех или иных солей в воде. Наиболее растворимые соединения являются самыми обычными составными частями природных вод. Как мы уже говорили, главную массу солевого остатка природной воды постоянно составляют атомы натрия, калия, кальция, магния, хлора, брома и некоторых других элементов.

Насыщенные солями воды — рассолы — опять-таки содержат именно эти хорошо растворимые соединения атомов, вымытых из пород.

Океан, таким образом, является