Страница 13 из 16
Крохотный пузырек гелия – это все, что получилось из килограмма урана за год. Весит этот пузырек всего лишь одну пятидесятимиллионную долю грамма. Вот как медленно превращается уран в гелий: из каждой тонны урана ежегодно образуется всего лишь две сотых миллиграмма гелия!
Нет ничего удивительного в том, что химики до Содди не смогли заметить превращения урана в гелий. Содди заметил гелий только потому, что он его искал.
Но если уран превращается в гелий так медленно, то почему же в минералах, содержащих уран, находят иногда большое количество гелия?
Ответ ясен: потому, что эти минералы лежат в земной коре очень давно – миллионы, а то и сотни миллионов лет.
Гелий, найденный Рамзаем в клевеите, – это гелий, возникший из урана. А гелий, который извлекают из торианита, – это гелий, возникший из тория и из урана (в торианите есть и торий, и уран).
Сколько же лет пролежали в земле клевеит, торианит, фергусонит, монацит, прежде чем попали в руки человека?
Геологи не могли ответить на этот вопрос.
За них ответили физики после того, как узнали тайну рождения гелия.
Физика узнает возраст Земли
Английский физик Стретт[24] взял кусок минерала гематита. Минерал был добыт из пластов земной коры, хорошо исследованных геологами. По окаменелым остаткам животных и растений геологи давно изучили эпоху, в которую возникли эти пласты.
В Европе тогда было жарко, как теперь в тропиках. Всю Европу покрывали леса, но не такие леса, какие бывают в тропических странах в наше время, а совсем другие. Вместо лиственных деревьев в них возвышались гигантские хвощи и папоротники. В лесах было множество скорпионов, пауков и всяческих насекомых, но нельзя было бы отыскать ни одной птицы, ни одного млекопитающего. А о человеке и говорить нечего: на всем земном шаре тогда еще не было ни одного человека.
Так выглядела Земля в каменноугольную эпоху
Эту далекую эпоху геологи прозвали каменноугольной.
У них не было сомнений в том, что каменноугольная эпоха была очень давно. Но как давно? Сто тысяч лет тому назад, или миллиард лет тому назад, или триллион лет тому назад? На это геологи не могли дать ответа. Ведь людей в каменноугольную эпоху не было – значит, некому было отмечать время.
Столетия и тысячелетия шли, никем не считанные. Как же сосчитать их теперь, когда они уже давно прошли?
Стретт сумел их сосчитать. Для него это была простая арифметическая задача.
Взяв кусок гематита, выкопанный из пластов, которые возникли в каменноугольную эпоху, он исследовал его состав. Оказалось, что на каждый грамм урана в гематите приходится около двадцати кубических сантиметров гелия. А мы знаем, что в каждом грамме урана рождается в год одна десятимиллионная доля кубического сантиметра гелия. Весь этот гелий полностью должен был остаться в гематите, потому что в гематите нет трещинок и пор, по которым гелий мог бы пробраться наружу. Сколько же нужно было лет, чтобы гелия накопилось двадцать кубических сантиметров, если каждый год накопляется одна десятимиллионная часть кубического сантиметра?
Ясно, что двести миллионов лет.
Следовательно, каменноугольная эпоха была двести миллионов лет тому назад.
Стретт измерил количество гелия не только в гематите, но и в разных других минералах, оставшихся от всевозможных геологических эпох. И каждое такое измерение открывало ему новую дату истории Земли.
Он вычислил, что юрская эпоха – так называется та эпоха, когда млекопитающих еще не было[25], а по воздуху летали крылатые ящеры и зубастые птицы, – была сто миллионов лет тому назад, а самая древняя эпоха – архейская, когда на Земле еще совсем не существовало животных, – была около миллиарда лет тому назад.
Миллионы и миллиарды лет гематит, уранинит, клевеит, торианит, фергусонит, монацит копили в себе гелий.
Измерив количество гелия, ученые установили хронологию Земли.
Минералы, содержащие уран и торий, стали хронометрами, по которым физики и геологи отсчитали не секунды, не минуты и не часы, а тысячелетия и миллионы лет.
Гелий на войне
Осенью 1914 года в Северной Франции шли ожесточенные бои. Французы, англичане и бельгийцы медленно отступали под напором германских армий.
Однажды на рассвете английские сторожевые самолеты заметили в небе германский цеппелин[26], который плыл прямо на них, очевидно, направляясь к Парижу. О появлении цеппелина летчики немедленно донесли в штаб, и английская зенитная артиллерия встретила неприятельский воздушный корабль зажигательными снарядами.
Зажигательные снаряды – это самое верное средство истребления дирижаблей. Как только такой снаряд попадает в оболочку дирижабля, водород, которым наполнена оболочка, мгновенно вспыхивает – и дирижабль сгорает, как солома. Из ста двадцати трех цеппелинов, построенных в Германии во время мировой войны, сорок погибло от зажигательных снарядов.
Но на этот раз цеппелин не сгорел. Снаряд пробил прорезиненную ткань оболочки, и раненый дирижабль, медленно истекая газом, поплыл обратно.
Англичане недоумевали. Водород – горючий газ, водород воспламеняется от малейшей искры. Что же произошло? Отчего водород не вспыхнул? Военные специалисты долго обсуждали удивительное происшествие, но никто не мог догадаться, в чем дело.
Загадка оставалась загадкой.
Наконец британское адмиралтейство получило письмо от химика Ричарда Трелфолла, которому удалось найти решение этой головоломки.
«Я полагаю, – писал Трелфолл, – что немцы изобрели какой-то способ добывать в большом количестве гелий и на этот раз наполнили оболочку своего цеппелина не водородом, как обычно, а гелием. Гелий – очень легкий газ, всего лишь в два раза тяжелее водорода. Значит, дирижабль, наполненный гелием, мало чем уступит в подъемной силе дирижаблю, наполненному водородом[27]. А в других отношениях гелий имеет огромные преимущества перед водородом. Ведь водород охотно присоединяет к себе кислород, потому-то он и воспламеняется так легко. Гелий же не соединяется ни с чем. Невозможно заставить его соединиться с кислородом – на то он и ленивый газ. Если немецкий цеппелин в самом деле был наполнен гелием, то нет ничего удивительного в том, что зажигательные снаряды не причинили ему большого вреда».
Доводы Трелфолла звучали убедительно. Но у всех, кто прочел его письмо, оставалось одно сомнение. Гелий – очень редкий газ, а на цеппелин требуется его не меньше чем пять-шесть тысяч кубических метров. Откуда же немецкие инженеры достали его так много? Может быть, они извлекли гелий из минералов, как когда-то извлек его Рамзай? Но минералы, содержащие гелий, недешевы. Неужели же немцы раздобыли десятки тысяч тонн монацита или торианита? Да в Германии и нет таких минералов. Монацитовый песок им пришлось бы ввозить из Бразилии, торианит с Цейлона, а время военное. Не нагружать же броненосцы бразильским песком!
Правда, существует другой источник гелия – воздух. Воздух, разумеется, есть и в Германии, его не надо привозить из чужих краев. Но зато в воздухе гелия очень мало. Холодильная машина системы Линде может в течение одного часа превратить несколько сот кубических метров воздуха в жидкость. Из этого жидкого воздуха можно извлечь два-три литра гелия. Два-три литра гелия в час, сколько же это составит в год? Не очень много: кубометров двадцать – двадцать пять. Чтобы наполнить небольшой цеппелин, холодильная машина Линде должна была бы работать несколько сот лет без перерыва. Можно, конечно, построить несколько сот холодильных машин и заставить их работать всего только год. Но и это не очень выгодно. Ведь машины дорого стоят; недешево обойдется и топливо, которое нужно затратить, чтобы приводить в движение насосы, качающие в машину воздух. Добыча гелия для одного цеппелина обошлась бы в огромную сумму денег. Вряд ли во время войны, когда на счету каждая копейка, немцы могли решиться на такой большой расход.
24
Роберт Стретт – старший сын уже известного нам Джона Уильяма Рэлея – после смерти отца унаследовал его дворянский титул и стал именоваться четвертым бароном Рэлеем (первым был его прадед).
25
Согласно новым представлениям ученых, тогда уже жили древние млекопитающие – далекие-далекие предки современных.
26
Цеппелин, или дирижабль, – летательный аппарат легче воздуха с корпусом, наполненным легким газом.
27
Многие читатели, вероятно, сочтут это рассуждение неправильным. Может ли быть, что подъемная сила гелия всего на несколько процентов меньше подъемной силы водорода? Ведь гелий тяжелее водорода в два раза!
Но проделаем математический расчет.
Известно, что водород в четырнадцать с половиной раз легче воздуха. Предположим, что мы наполнили оболочку дирижабля водородом такого же давления и такой же температуры, как окружающий воздух. Примем вес этого количества водорода за единицу. Это значит, что тяжесть тянет водород к земле с силой, равной 1. А окружающий воздух, по закону Архимеда, будет выталкивать тот же самый водород вверх с силой, равной 14,5 (весу вытесненного воздуха). Останется в результате подъемная сила 14,5 – 1 = 13,5.
Если же наполнить эту оболочку не водородом, а гелием, то вес его будет равен не 1, а 2. А сила, с которой окружающий воздух стремится вытолкнуть дирижабль вверх, по-прежнему равна 14,5. Значит, подъемная сила будет равна 14,5 – 2 = 12,5, то есть на 1 меньше, чем 13,5. А единица составляет всего только 8 % от 13,5. Поэтому и подъемная сила гелия как раз на 8 % меньше подъемной силы водорода. – Прим. автора