Ферсман

Опираясь на учение Б. Б. Полынова о геохимии ландшафта, его последователями уже созданы целые карты природных ландшафтов Европейской части СССР, на которых отмечены их геохимические особенности. Одна из таких карт разработана Отделом геохимии Института геологических наук Академии наук СССР, под руководством А. И. Перельмана, при участии профессора А. А. Саукова. Она наглядно демонстрирует эффективность метода выделения геохимических ландшафтов для решения ряда практических вопросов. «… ландшафт — это единое целое, все составные части которого (почвы, растительность, животный мир, поверхностные и подземные воды и др.) тесно между собой связаны и взаимно обусловлены. Но из этого следует, что должны существовать какие-то свойства., характеризующие ландшафт именно как целое, свойства, не сводящиеся к свойствам отдельных его частей — почв, растительности и т. д. Иначе говоря, ландшафт — это не простая сумма растительности, горных пород, рельефа, вод и т. д., а продукт их взаимодействия, представляющий собой новое качество, обладающее рядом признаков, не свойственных отдельным его составляющим.

Понятно, что для характеристики ландшафта как целого должны существовать какие-то качественные и количественные показатели. Ряд таких показателей позволяет установить геохимическое изучение ландшафта: некоторые из них были намечены в трудах А. Е. Ферсмана, Б. Б. Полынова и других исследователей»[98].

В одном ряду с физико-химическим анализом фронт советской геохимии поддерживала кристаллография, еще со времен Федорова незаметно переходящая в кристаллохимию. Значение этих передовых рубежей геохимии подчеркивается тем простым фактом, что весь мир заполнен веществом, построенным по строгим законам кристаллов. Изучая эти законы, кристаллография еще в исследованиях Е. С. Федорова вскрыла связь между структурой (строением) кристаллов и их внешней формой. А исследования советских ученых — прямых продолжателей работ Федорова — Алексея Васильевича Шубникова и Николая Васильевича Белова подвели науку к получению точного ответа на важнейший вопрос о природе «сродства» одних и «вражды» других химических элементов в природных соединениях.

Академик H. В. Белов сосредоточил свое внимание на изучении (с тех же позиций структурной кристаллохимии) главной арены, на которой разыгрываются (все минералогические события в земной коре. Этой ареной являются силикаты. Из химического соединения элементов кремния и кислорода, составляющих в сочетании с окислами металлов основу силикатов, построено большинство горных пород. Силикаты составляют химическую основу искристых драгоценных камней, пестрых яшм, абразивов, глины, полевых шпатов. Из них изготовляют различные сорта фарфора и фаянса, создают бетон, строят плотины и заводы, дороги и мосты. В исследованиях Белова, также и во всех других направлениях «химизация геологии», теоретические завоевания, в данном случае в расшифровке природы силикатов, оказывались одновременно полезными и для развития современных методов поисков полезных ископаемых и для использования минералов в различных областях техники.

Только кристаллографические исследования, вооруженные рентгеновскими лучами и руководимые оригинальным представлением Белова о характере плотнейшей упаковки ионов разного радиуса в кристаллической конструкции, позволили расшифровать химическую структуру силикатов. Силикат, упорнее других любых веществ сопротивляющийся растворению без разложения, не давался в руки химику, который исследует структуру химических соединений чаще всего в растворах. Эти свойства силикатов обусловлены тем, что составляющие силикаты элементы способны соединяться в цепочки или даже целые «скатерти», сотканные из атомов кремния и кислорода, простирающиеся от одной грани отдельного кристалла до противоположного. Таково, например, строение слюды и подобных ей пластинчатых силикатов вроде талыка.

Для техники особенно важно уменье управлять кристаллизацией силикатов. Расшифровка кристаллической структуры этих соединений позволила объяснить принцип действия «минерализаторов» — добавок, вводимых в силикатные расплавы. В результате достигнутого с их помощью разъединения, «разрыва», уменьшения размеров кремнекислородных цепочек возрастает способность расплавов к кристаллизации.

С новой стороны подошел к выяснению физического существа сложных процессов возникновения минералов из атомов физико-химик, член-корреспондент Академии наук СССР Анатолий Федорович Капустинский. Его заинтересовало в природных процессах проявление своеобразного «соперничества» металлов между собой за обладание кислородом и серой. С этим «соперничеством» мы сталкиваемся не только в недрах земного шара, но используем его в металлургии. Очевидно, что большим сродством будет обладать тот металл, который будет активнее забирать серу или же, соответственно, кислород от менее жадных металлов[99].

При «соперничестве» и борьбе за металл серы и кислорода будет образовываться то соединение, которое является прочным, более устойчивым. В ряде остроумно поставленных исследований А. Ф. Капустинский сумел точно измерить эти силы сродства. Его работы показали, почему железо встречается в природе преимущественно в виде окисленных руд, сульфиды же встречаются в связи с железом в виде исключений. И, наоборот, почему медь дает руды по преимуществу сульфидные и лишь сравнительно редко оксидные, а серебро может давать только сульфиды, и принципиально немыслимо найти хоть какие-нибудь оксидные минералы серебра.

От общего энергетического анализа химических элементов А. Ф. Капустинский в работах, проводимых им вначале совместно с Ферсманом, а затем получившими самостоятельное развитие, перешел к количественному решению этой задачи. Каждый заряженный химический элемент наделен определенным запасом энергии, которую он выделяет, когда образует химическое соединение с другими атомами; и чем большее количество этой энергии он выделяет, тем устойчивее бывает само соединение, тем вероятнее его накопление в данных природных условиях. Но, изучая энергетику процессов образования минералов, А. Ф. Капустинский одновременно получил возможность оценивать восстановляемость тех или других руд, столь важную для правильного построения металлургических процессов.

Мы имеем здесь дело со своеобразным «обращением» геохимии от технологии к природе. Эти работы подкрепляют убеждение Ферсмана, Белянкина, Бар? дина и других передовых ученых в том, что между природными геохимическими процессами и процессами технологическими, между природой и технологией не должно существовать разрыва. Наука перебрасывает между этими процессами мост, по которому, как говорил об этом еще Менделеев и как говорил за ним Ферсман, движение происходит в обе стороны. Геохимики изучают в своих исследованиях не только сами атомы и их свойства, но и законы их перемещений, законы их совместного нахождения, законы их рассеяния, то-есть процесса, обратного накоплению, а именно — накопление или концентрация элементов давно лежит в основе горного дела и образования рудных месторождений.

Для дальнейшего развития геохимии особо важное значение имеет эта, открытая советскими учеными, возможность оценивать энергии геохимических процессов по энергиям ионов, образующих кристаллы.

«Вся современная органическая химия, — писал по поводу работ этого цикла А. Е. Ферсман, — и особенно красочная химия создавала путем синтеза новью соединения на основании известной теоретической схемы. Сейчас б области неорганической химии мы переживаем такой же момент, и ныне можно предсказать те минеральные соединения, которые кристаллохимически будут устойчивы… Больше того, можно заранее предсказать, какими они будут обладать свойствами и, еще больше, — можно задаться определенными свойствами и для них подыскать соответственно новые устойчивые соединения, сначала на бумаге, а потом получить их и экспериментально. Таким образом, этим путем не только дается логическое объяснение природным процессам, не только природные процессы анализируются на основании закона строения атома, но дается новая руководящая мысль, которая позволяет вести синтез неорганических соединений, синтез чисто технологический так же, как органики вели его до сих пор исключительно в области органической химии. Отсюда путем анализа электрических свойств атома мы получаем необычайно интересную методику в отношении целого ряда технологических процессов, и, несомненно, что технология сейчас должна решать свои задачи на основании учета внутренних структур и внутренних законов вещества, — на основании геохимического и кристаллохимического его анализа»[100].

98

А. И. Перельман, «Природа», № 4, 1954.

99

Говоря строгим научным языком физико-химии, здесь сравнивается максимальная работа изотермического равновесия процесса образования сульфида или окисла, так как именно они представляют собой работу сил химического сродства, поскольку они соответствуют убыли свободной энергии реагентов.

100

А. Е. Ферсман, Институт имени М. В. Ломоносова, изд-во Академии наук, 1932, стр. 12.