Глазами геолога

Многие уверены, что геологи постоянно путешествуют. В действительности, полевые работы (то есть экспедиции) занимают едва ли половину рабочего времени геологов. Представители некоторых геологических специальностей могут и вовсе быть домоседами.

В любой экспедиции опытный исследователь встречает много нового, интересного и неожиданного. Из маршрутов он приносит образцы горных пород, о которых трудно, а то и невозможно судить на глазок. Да и как знать, может быть, то, что кажется новым и неожиданным, прежде уже кто-нибудь обнаружил и изучил.

Поэтому геологу приходится не только путешествовать, но и хорошенько изучать и обдумывать результаты полевых работ. Это называется «камералить», заниматься камеральными работами. От слова «камера», по-латински означающего «комната». То есть геологи занимаются «комнатными» работами.

Вот и мы с вами, совершив путешествие в глубь времен и к центру Земли, попытаемся осмыслить полученные факты, займемся камеральными работами.

Если астроном открыл новую планету, значит, это факт. Если ботаник нашел и описал растение, это тоже факт. Если по правилам математики выведена новая формула, это факт.

Факт всегда можно подтвердить, проверить. С ним приходится соглашаться.

Но груда кирпичей — не дом. И факты — еще не наука, а лишь «строительный материал» для нее.

Если бы Дмитрий Иванович Менделеев только собрал сведения обо всех известных в его пору химических элементах, это было бы, конечно, ценно для науки, но еще не было бы открытием. Когда же он выстроил элементы в определенном порядке и обнаружил ряд замечательных закономерностей, в согласии с которыми изменяются их свойства, и смог даже, пользуясь периодической системой, верно описать неизвестные еще элементы, то это было открытием. Открытием, которое легло в основу современной химии.

Стало быть, наука — это сооружение, которое строится из фактов с таким расчетом, чтобы новые факты не нарушали его стройности.

Все это относится и к геологии. В экспедициях добываются факты, в лабораториях они уточняются, а при камеральных работах приводятся в стройный порядок с учетом всего известного ранее.

Во время экспедиций обнаруживается так много новых фактов о строении и жизни Земли, а экспедиций так много, что привести в порядок полученные сведения чрезвычайно трудно.

Возьмем, к примеру, физику. Ньютон вывел свои законы, пользуясь сравнительно немногими данными о движении планет и взаимодействии тел. Эйнштейн уточнил законы Ньютона с помощью, по сути дела, одного нового факта — о неизменности скорости света.

А в геологии новых фактов — тысячи.

Когда речь идет о том, что можно увидеть, услышать, потрогать руками, исследовать в лаборатории или представить в виде строгой формулы, геологи довольно быстро приходят к согласию. Но, путешествуя в глубины Земли или в дали прошлого, многое надо воображать, допридумывать и спорить.

Загадки геологической истории

Палеонтологи с изумительным искусством по немногим остаткам восстанавливают облик исчезнувших животных. Поэтому, двигаясь в прошлое, мы имеем возможность увидеть причудливых жителей прежних эпох почти так же отчетливо, как современных — в зоопарке. Но это вовсе не избавляет нас от множества вопросов.

Почему растения и животные, некогда заполнявшие всю Землю, вдруг исчезли?

Почему некоторые виды живых существ почти совершенно не меняются за десятки и даже сотни миллионов лет? Такие, как водоросли, медузы, кораллы, скорпионы. И в то же время у других организмов изменения бывают иногда такими стремительными, что просто диву даешься. Человек, например, за один миллион лет переступил огромную ступень, отделяющую нас от обезьяны. Почему?

Удивляет развитие мозга. Этот сложнейший орган зародился около полумиллиарда лет назад. Вначале он усложнялся очень медленно, но со временем все быстрее и быстрее, словно горный обвал, стремящийся в пропасть. Почему так происходило? Ведь водоросли и многие другие простые существа за тот же срок не обогатились мозгом. А жили, несмотря на это, неплохо.

Вообще простые существа (микробы, к примеру) очень приспособлены к земной жизни. А вот сложные куда более нежны и могут погибнуть даже при небольших изменениях климата. Почему же тогда почти всегда из простых возникали сложные и редко — наоборот?

Мы знаем: лицо нашей планеты подвижно. Вулканы дымят там, где прежде расстилались тихие лагуны. Вечная мерзлота сковывает земли, на которых некогда цвели пальмы. Какие силы вызывают эти движения и смену климатов?

А почему образовалась земная кора? Мантия Земли? Внутреннее ядро? Откуда берется магма? Что раскаляет недра планеты?

И живые существа, и поверхность Земли изменяются чаще всего скачками. Слои горных пород откладываются попеременно. И в каждом крупном слое обычно можно найти остатки организмов, которые ни в нижних слоях, ни в верхних не встречаются.

Чем вызваны эти скачки?

Я нарочно нагромоздил гору вопросов, чтобы вы почувствовали, как трудно приходится геологам и как много открытий предстоит им совершить.

Как самому сделать Землю

В заключение нашей первой камералки, для того чтобы получше запомнить азбуку геологической науки, перейдем к практическим занятиям. Попытаемся собственными силами сотворить Землю.

На первый взгляд такое предприятие требует бесчисленного множества различных материалов — твердых, жидких, газообразных. Однако в действительности дело обстоит много проще. Главное — иметь три элементарные частицы: протон, нейтрон и электрон. Согласно современным воззрениям, именно они слагают вещество нашей планеты. Протоны заряжены положительно. Нейтроны похожи на них, но не имеют никакого заряда: они нейтральны. Каждый электрон в тысячу восемьсот раз легче протона и имеет одинаковый с ним по величине, но обратный по знаку заряд.

Прежде всего возьмем один протон. У него один положительный заряд: он притягивает к себе один отрицательный электрон. И получается атом водорода.

Гелий получается, если слепить вместе два протона и два нейтрона. Они слагают ядро, имеющее двойной положительный заряд (по числу протонов). Оно притягивает два электрона.

Таким способом можно получить все химические элементы таблицы Менделеева. Количество протонов (равное количеству электронов) показывает порядковый номер элемента.

У каждого атома — свой характер. Ядра некоторых элементов легко распадаются — такие элементы называются радиоактивными. У других ядра прочные, но зато некоторые электроны очень легко срываются со своих оболочек. Лишившись электронов, атомы становятся заряженными положительно. А если атом присоединяет чужие электроны, то он заряжается отрицательно.

Положительные и отрицательные атомы слипаются между собой, как магнитики. Они образуют молекулу.

Пласт горной породы — страница каменной летописи Земли.

Некоторые атомы не желают отдавать свои электроны и не присоединяют чужие. Они редко образуют молекулы с другими атомами. Один из таких элементов так и называется — аргон, то есть лентяй.

Выходит, что каждый полученный элемент, благодаря своим личным свойствам, может быть жадным захватчиком электронов или добрым дарителем своих электронных богатств. Стоит только наштамповать атомы разных элементов, они начнут объединяться, или разбегаться, или одиноко блуждать, не ввязываясь в химические реакции.

Через некоторое время каждый атом найдет свое место. Образуются более или менее устойчивые и однородные химические соединения, которые называются минералами.

Минералов очень много. Они бывают и газообразными, и жидкими, и твердыми, в зависимости от действия температуры и давления. Вот, скажем, вода. На уровне моря под давлением воздуха она становится льдом при температуре ноль градусов (по шкале Цельсия), а переходит в пар при ста градусах. При уменьшении давления (например, на вершине горы) она переходит в пар при 90 или 80 градусах по Цельсию. А под большим давлением она может оставаться жидкой, даже раскалившись до 200 градусов. Примерно то же самое происходит и с другими минералами. Только у каждого из них своя температура плавления или испарения.