Страница 5 из 21
— Это что, анекдот? — спросила Наташа.
— Отнюдь! Это выдержка из долгосрочного прогноза, который я имел честь достать в Москве перед походом. Совпадение, как видите, блистательное!
Алеша сердито засопел:
— Я еще не видел организации, которая бы столь бессовестно и столь постоянно вводила в заблуждение миллионы граждан. Неужели нельзя научиться точно предсказывать погоду. Хотя бы с помощью этих самых радиоактивных изотопов.
— Ты зря горячишься! — возразил я. — Предсказание погоды — дело исключительно сложное, и ошибки и случайности здесь неизбежны. А что касается изотопов, то здесь ты угодил в самую точку. Можно с их помощью определять погоду. Пока, к сожалению, не на завтрашний день, а ту, которая была миллионы и сотни миллионов лет назад.
— Толя, ты, часом, не угорел ночью? — участливо спросила Майка.
— Начальник говорит истину! — торжественно воскликнул Илья. — Есть такая наука — палеоклиматология! Изучение климата древности. В ней большую роль играет изотоп кислорода O18. Это его самый тяжелый изотоп. Впрочем, Анатолий, рассказывай. «Продолжим наши игры», как говорил Остап Бендер.
— Наверное, всем известно, — заговорил я, — что многие десятки миллионов лет назад на месте, где теперь находится Московская область, плескалось море. И жили в этом море особые моллюски — белемниты, раковины которых сохранились до наших дней в виде так называемых чертовых пальцев. Но пока маленькое отступление.
В науке существует процесс, носящий название изотопного обмена. Суть его в том, что распределение изотопов одного и того же элемента между разными химическими соединениями может изменяться.
Объяснение явления просто: химические свойства изотопов элемента бесконечно близки, но не тождественны. Есть некоторые отличия, они и проявляются в изотопном обмене.
Вот пример.
В нашем распоряжении вода, но не обычная, а составленная из двух атомов водорода и одного атома так называемого «тяжелого» кислорода, то есть его изотопа с атомным весом 18. Формула такой воды запишется, как H2O18.
Будем пропускать через эту воду обычный молекулярный кислород O216. Получится система, состоящая из воды и растворенного в воде кислорода:
O216 + H2O18.
Оказывается, что в этом случае произойдет изотопный обмен: атомы О16 будут замещать атомы О18 в молекуле воды.
А вот как запишется реакция:
O216 + 2H2O18↔O218 + 2H2O16.
Расчеты показывают, что эта обратимая реакция лучше идет слева направо, или, как говорят химики, равновесие реакции сдвинуто вправо. Иными словами, О16 охотнее входит в состав воды, чем остается в виде молекулярного кислорода.
Можно подсчитать величину отношения:
(О16/О18) воды к (О16/О18) молекулярного кислорода.
При 25 °C оно равно 1,041, а при 100 °C составит 1,005. Эта величина называется постоянной равновесия и зависит от температуры.
Эта зависимость лежит в основе так называемого геологического термометра. Но как с помощью такого термометра определять температуру?
Есть другая реакция изотопного обмена:
CaCO316 + 3H2O18↔CaCO318 + 3H2O16.
Она подчиняется тем же закономерностям, что и предыдущая.
Теперь маленький экскурс в область геологии.
CaCO3, карбонат кальция, — это известняк, относящийся к так называемым осадочным породам. Они являются отложениями древних морей. Раковины низших организмов — также известняк. Обломки таких раковин часто попадаются при исследовании отложений. Когда-то организмы, которым принадлежали раковины, жили в морях. Они использовали в качестве «строительного материала» именно CaCO3, содержащийся в морской воде. И чем выше была температура воды, тем больше O18 входило в их состав.
Достаточно определить изотопный состав кислорода в отложениях известняка, в различных их слоях, чтобы установить температуру «рождения» и «роста» раковин. Значит, мы имеем реальную возможность судить о температурах в невообразимо далеком прошлом.
Точность метода потрясающая: плюс-минус полградуса!
Так какая же температура была в районе нынешней Московской области сто пятьдесят миллионов лет назад?
На этот вопрос отвечают белемниты.
В учебнике геологии можно прочесть: «Белемниты известны с триасового периода, достигли расцвета в юрский и меловой периоды, к началу третичного периода вымерли».
В учебнике найдется и другая справка: триасовый период закончился 180 миллионов лет назад, юрский — примерно 130, меловой — 60 миллионов; далее начался третичный.
Значит, нас должны интересовать юрские белемниты, которые особенно процветали 150 миллионов лет назад.
Применение «геологического термометра» показало, что в «юности» эти моллюски жили в более теплой воде, чем «на склоне лет», что они пережили четыре «зимы» и три «лета» и вымерли «зимой». Под «летом» и «зимой» понимаются периоды потепления и похолодания климата. «Термометр» отметил максимальные сезонные изменения температуры на протяжении периода. Они оказались равными примерно шести градусам. Средняя температура в период существования исследованного образца белемнита составляла — +17,6°.
Такая температура была 150 миллионов лет назад!
— Есть о чем задуматься прогнозистам современности! — сказал Илья. — Впрочем, ведь и в современную метеорологию проберутся радиоизотопы. Например, можно будет следить за перемещением воздушных масс, если их «пометить» специальным радиоактивным изотопом.
— Пока нам от этого не легче, — сказал Олег. — Между прочим, не пора ли вставать? Илья, который час?
— Десять минут девятого!
— А по моим без двадцати десять! — заявила Наташа.
— Кому прикажете верить?
— Стоят мои часы! — сказал Илья. — Забыл завести за вчерашними разговорами. Хорошо хоть в группе есть вторые, а то пришлось бы определять время по наитию.
— Куда как удобны электрические стенные часы! — высказался Алеша. — И заводить не надо.
— И наручные часы, которые годами не останавливаются, теперь уже не проблема, — сказал я.
— А где же источник тока? Какой-нибудь сверхаккумулятор?
— Отнюдь. — Илья начинал растапливать печку. — Источник более простой. Атомная батарейка — слышали?
— Я об этом где-то читал, — ответил Сергей. — Насколько помню, принцип действия таков: берется пластинка с радиоактивным изотопом, к ней вплотную прижаты стержни из полупроводниковых материалов. Под действием излучения такая батарейка дает ток.
— Что-то мне не совсем понятен принцип, — сказала Наташа.
— А чего тут не понимать? — удивился Илья. — Олег просто не договорил до конца. Дело вот в чем: два соседних полупроводника образуют термопару. Знаете, что такое термопара?
— Насколько я помню, если спаять концами два различных металла и нагреть спай, то возникает электрический ток, — смущаясь, проговорила Майка.
— Вот-вот! — обрадовался Илья. — Люблю, когда филологи смыслят в технике. Далее вы, наверное, знаете, что при радиоактивном распаде выделяется тепло. Это тепло нагревает внутренние концы стержней, внешние же имеют комнатную температуру. Благодаря разнице в температуре возникает термоэлектричество. В Америке создана такая установка. Размером она не больше поллитровой кружки, весит всего пять килограммов, а дает столько же энергии, сколько мощная батарея из самых лучших современных аккумуляторов, весящая 700 килограммов. В ней применяются радиоактивные изотопы стронций 90 или полоний 210.