Страница:
Формально все это вполне достаточно для специальной научной работы. Однако Ферсман считал иначе. Публикация ценных фактических материалов сопровождалась теоретическими обобщениями. Уже в начале своей книги он высказывает идею тесной взаимосвязи кристаллографии, минералогии и некоторых других геологических наук, изучающих историю Земли:
"Кристалл неизбежно несет на себе следы предыдущих моментов своего существования, и по его форме, по скульптуре его граней, мелочам и деталям его поверхности мы можем читать его прошлое" [Ферсман А. Е. Кристаллография алмаза. Л., 1955, с. 15.].
В этих словах - объяснение удивительной работоспособности, настойчивости, упорства, которые проявлял Ферсман, наблюдая алмазы. Он расшифровывал фигуры граней, следы внешних воздействий па кристаллы так же, как Шерлок Холмс искал и разгадывал улики преступлений.
Труд ученого в этом смысле сходен с поиском детектива.
Слово "детектив" означает "раскрытие". А ведь ученый, собирая факты, стремился раскрыть тайны природы.
В монографии Ферсман подчеркивал и другую, эстетическую сторону своих наблюдений: "Описание кристалдцв - в своем роде самоцель, в том смысле, что наблюдатель и читатель могут познать таким образом богатство, красоту, многообразие и закономерность форм в природе" .
Но по существу вся кппга пронизана стремлением воплотить теоретические идеи в практические мероприятия, ото стремление - одна из наиболее характерных черт Ферсмана как ученого. В его научном творчестве теория и практика неразрывны.
Вот и кристаллографические исследования алмаза. От описаний и зарисовок Ферсман переходит к теоретическим обобщениям. По его (и Гольдшмидта) мнению, плоские грани свидетельствуют о последовательном росте кристаллов, а округлые - результат частичного растворения.
Следующий этап обобщений - переход к выяснению природной обстановки появления алмазов. Как известно, они встречаются в уходящих на значительные глубины жерлах, так называемых трубках, заполненных особой породой - кимберлитом. Это синяя плотная глинистая масса, в которую вкраплены обломки и глыбы различных пород, в частности ультраосновных, обедненных окисью кремния и характерных для значительных глубин. Считается, что алмазы могут рождаться только при очень высоких давлениях (60-80 тысяч атмосфер) и температурах порядка тысячи градусов.
В начале нашего века высказывалось предположение, будто алмазы принесены из глубинных очагов - со 100 и более километров. Или другая гипотеза: алмаз рождается из угля при внедрении раскаленной магмы в угольный пласт (в некоторых кимберлитах встречаются обломки глинистых сланцев, а знаменитая африканская трубка Кимберли прорезает угленосные отложения).
По идее Ферсмана, в кимберлптовых трубках шли сложные процессы кристаллизации алмаза. При подъеме магмы трубки порой закупоривались и в них повышалось давление, что способствовало росту кристаллов алмаза.
А когда "пробки" прорывались, давление понижалось и кристаллы частично растворялись.
Стремясь как можно детальнее восстановить вероятные условия рождения различных кристаллов алмаза, Ферсман не ограничивался этим. Знание присхождепия полезного ископаемого помогает рационально организовать его поиски и разведку, давать обоснованные геологические прогнозы. Но не менее заманчиво па основе теоретических знании воссоздать в лаборатории условия, позволяющие искусственно синтезировать редкие природные минералы.
Ферсман и Гольдшмидт подготовили программу экспериментов по лабораторному выращиванию алмазов. Они начали проводить первые опыты. Результаты опытов были обнадеживающие. Однако эксперименты не были доведены до конца в связи с окончанием командировки Александра Евгеньевича и возвращением его в Россию.
Высокий научный уровень первой монографии А. Е. Ферсмана не вызывает сомнений. Она была переиздана в 1955 году в серии "Классики естествознания".
Как отмечает известный советский геохимик А. И. Персльман, "основные положения классической монографии об алмазе сохранили свое значение и в наши дни".
Обратим внимание: монография названа классической.
И это понятно. Точные измерения, обобщенно огромного количества фактов, использование всех имеющихся по дат1- ному вопросу сведений, глубокие и оригинальные идеи - отличительные черты классического научного труда.
Но вот что интересно. Многие крупные ученые, едва ли не все биографы Ферсмана (в числе их и А. И. Перельман), относят его к ученым-романтикам. Не правда ли, противоречие очевидно? В самую романтическую пору жизни и деятельности, в молодые годы, ученый создает классическую работу. А в целом его творчество считают романтическим. Ссылаются, например, на такое признание ученого: "Тот, кто не занимался сбором минералов и поисками редких природных тел, не знает, что такое полевая работа минералога. Это скорее игра, азарт - открыть новое месторождение. Это дело удачи, топкого понимания, часто какого-то подсознательного нюха, часто дело увлечения" [Ферсман А. Е. Занимательная минералогия. М, - Л., 1933].
Впрочем, не будем забегать вперед. Вернемся к этому противоречию позже, когда получше познакомимся с творчеством Ферсмана. Только хотелось бы отметить одну оригинальную особенность изложения кристаллографии алмаза. В обычный научный текст местами врезаны отступления. Они напечатаны мелким шрифтом и начинаются с подзаголовка: "Аналогия". Например, описывается растворение кристалла алмаза. А затем: "Аналогия..."
И приведено сравнение этого процесса с размывом ручьем своего ложа: при круто падающем русле размыв идет по всему протяжению ручья, а при пологом лишь в верховьях, тогда как в нижнем течении преобладает накопление материала. Так и расплав, где рождаются алмазы, при слабой растворительной способности может на одних участках разрушать кристаллы алмаза, а на других - способствовать их росту.
Даже па одном и том же кристалле одна грань может иметь явные следы растворения, а другая - роста. За описанием этого явления вновь следует врезка: "Аналогия..." и приводится пример вихрей в реке, вызывающих сопряженно размыв и накопление осадков.
Подобные сравнения - прием литературный, привнесенный в научную монографию художественно мыслящим ученым. Предлагаемые аналогии лишены научной точности и строгости. Однако они создают в воображении читателя цельный образ явления.
Казалось бы, обстоятельнейшее исследование алмазов и, вдобавок, постоянные минералогические экскурсии не оставляли времени для других более или менее обстоятельных научных работ. И все-таки, как ни удивительно, молодой ученый написал еще полтора десятка статей, не относящихся к проблеме алмаза. Одна из них - "Материалы к минералогии о-ва Эльбы" - особенно значительна.
В этой статье верный ученик школы Вернадского не только дает детальные описания минералов Эльбы, но и стремится мысленно воссоздать условия их возникновения.
Он пишет о внедрении магматических масс, о перекристаллизации известняка в мрамор под действием повышенных температур, движениях по трещпнам горячих подземных рудоносных вод, откладывающих минералы. Позже последовало новое вторжение магмы несколько другого состава, а на ранее образовавшийся гранит стали активно воздействовать новые подземные растворы.
Все это было не просто изложение результатов полевых наблюдений и основанных на них гипотез, не просто мимолетный эпизод в его творческой биографии.
Если "Алмаз" как бы вершина его научных достижений па данном этапе, то статья, посвященная минералам Эльбы, - фундамент, первая ступень последующей замечательной серии работ о пегматитах.
ВПЕРВЫЕ В МИРЕ...
Внедрение идей физической химии в геологические дисциплины даст нам ту же живительную силу и смысл, которые дали идеи эволюции биологическим наукам.
И. Фост
В то время когда Ферсман занимался кристаллографией и минералогией в Германии, Франции, Италии, Московский университет становился мировым центром зарождающейся новой науки геохимии.
Истоки этой области знаний - в средневековых лабораториях алхимиков. А слово "геохимия" впервые было предложено швейцарским ученым X. Шенбейном.
В 1842 году он писал: "Мы должны иметь геохимию, которая ясно должна направить свое внимание на химическую природу масс, составляющих наш земной шар, и на их происхождение... Время, когда это совершится, кажется мне не столь далеким" [Ферсман А.Е. Избранные труды, М., 1959, т. V, с. 833.].
Последнее предположение оказалось слишком оптимистичным. Только спустя полвека американский ученый Ф. Кларк, обобщив многие тысячи химических анализов разнообразных горных пород и учтя распространенность последних, подсчитал атомарный состав земной коры. Так был заложен фундамент геохимии.
На этом фундаменте В. И. Вернадский построил величественное здание новой науки. Он использовал прежде всего достижения минералогии. Еще в конце прошлого века он начал разрабатывать учение о происхождении минералов, о совместном появлении минеральных ассоциаций (парагенезисе) генетическую минералогию. Затем он сделал следующий шаг: стал прослеживать судьбы и взаимные превращения химических соединений на Земле.
До Вернадского геологи изучали только твердые природные химические соединения, называя их минералами.
Лед минералоги изучали, а вода пх не интересовала, водяной пар тем более. Так было отчасти и потому, что исторически минералогия и кристаллография развивались совместно.
В генетической минералогии необходимо восстанавливать закономерности переходов газов в жидкости и твердые тела, растворения и охлаждения минеральных масс и т. д. Терялись принципиальные различия между твердым, жидким и газовым состоянием земного вещества, охваченного вечными круговоротами. Все химические элементы и соединения, устойчивые в определенной природной обстановке, Вернадский предложил считать минералами. Это был переход к изучению истории атомов Земли, к новой науке - геохимии.
Вернувшись на родину, Ферсман стал работать ассистентом при минералогическом кабинете Московского университета. В 1909 году Минералогическое общество наградило его золотой медалью им. Антонова (она присуждалась молодым ученым за минералогические работы).
В 1910 году Ферсман был избран профессором Народного университета им. Шанявского (общественного деятеля, завещавшего свое большое состояние на организацию учебного заведения). Ферсман читал в нем лекции по минералогии и кристаллографии, проводил минералогические экскурсии в окрестностях Москвы.
Значительным в его жизни стал 1912 год. Он впервые посетил Урал, начал работу как популяризатор науки, прочел первый в мире курс геохимии.
Объем курса был невелик: пять двухчасовых лекций.
В них определялся предмет геохимии и прослеживались его исторические корни, сообщались основные сведения о химических элементах, их распространенности в земной коре, взаимодействиях в природных условиях Земли, перемещениях и круговоротах (миграции), об устойчивых продуктах химических реакций - минералах, о химических особенностях главных зон нашей планеты - от центрального ядра до атмосферы, об истории отдельных олементов (в их числе и редких: радия, урана, ниобия и др.) в геологическом прошлом и настоящем. Геохимию он считал частью химии космоса.
О содержании этого курса лучше всего судить по статьям Ферсмана, опубликованным в журнале "Природа" в 1912-1914 годах. Дело в том, что на своих лекциях Ферсман никогда не читал написанный текст, а ярко и вдохновенно рассказывал слушателям, именно рассказывал с необычайной выразительностью. Записать его лекции целиком, дословно никто из учащихся не старался. А в своих популярных статьях он безусловно давал волю воображению, добивался литературной образности изложения.
Статьи эти написаны вдохновенно. Они прекрасно читаются и теперь, спустя семь десятилетий.
Ферсман пишет, что минералогия выходит из стен научных кабинетов и музеев к необъятной лаборатории Земли. Каждый камень изучается как свидетель длительных природных процессов, химической истории и современной жизни земной коры.
Минералы лишь временные, не вечные продукты химических земных реакций. Глубоко в недрах застывают очаги раскаленных магм. Из глубин на поверхность вырываются огромные объемы газовых струй, горячих вод и пара.
Вода и воздух постоянно разрушают горные породы. Одновременно идет перенос материала и накопление осадков.
Живые организмы активно включены в эти процессы.
И повсюду на земной поверхности и под землей безостановочно идет величественная, разнообразная и во многом непознанная работа природной физико-химической лаборатории.
Некогда биологам виды животных и растений представлялись неизменными. Теория биологической эволюции опровергла этот предрассудок. Были обнаружены законы превращения, изменений органического мира. Так и геохимия раскрывает тайны изменений, своеобразной жизни неорганического мира, где свои законы естественного отбора, превращений и смерти.
"Изучение истории существования и переходов элементов в земной коре вот одна из главных задач геохимии". Она изучает всю физико-хпмическую обстановку, где протекают земные реакции, количественное распространение и роль отдельных элементов, законы их совместного нахождения в природе.
Например, судьба хлора и фтора прослеживается геохимиками от глубин земной коры, где опи содержатся в минералах, возникших при застывании магмы. Однако значительная их часть прорывается в виде летучих соединений сквозь толщу пород, перекрывающих магматический очаг, по трещинам и полостям.
Большая часть фтора осаждается из горячих подземных источников, образуя в рудных жилах и трещинах скопления прекрасного минерала - флюорита. Небольшао количества фтора вырываются на поверхность вместе с другими газами в вулканических областях. Недолги странствия фтора по земной поверхности. В воде он поглощается живыми организмами и оседает, входя в состав раковин, костей.
Иная история у хлора. Его лсгкорастворимые соли очень подвижны. Накапливаясь в трещинах и пластах, хлористые соли легко вновь переходят в растворы и выносятся в океаны. Хлор - элемент-скиталец.
Ферсман описывает геологическую историю йода и брома, углерода и азота, радиоактивных элементов. Подчеркивает невыясненность некоторых проблем, так как "здание молодой геохимии только строится. Много вопросов поднято, немало дано па них ответов. Мне кажется, что часто правильно поставленный вопрос более мощно двигает науку вперед, чем сотня неудачно построенных и малообоснованных ответов" [Ферсман А. Е. Очерки цо минералогии и геохимии. М., 1959, с. 28.].
Интересных, перспективных вопросов в первых геохимических работах Ферсмана поставлено немало. К ним он будет возвращаться вновь и вновь до последних дней своей жизни. Но - такая уж особенность научного знания - со временем они расширяются, усложняются и поныне остаются исключительно актуальными и пе раскрытыми до конца. С необычайной прозорливостью Ферсману удалось выявить целый ряд фундаментальных проблем геохимии. Вот некоторые из них.
1. Влияние изменений температуры и давления па химическую жизнь Земли. Как следствие этих влиянии существование концентрических оболочек планеты (геосфер), каждая из которых имеет свою геологическую историю.
2. Сложнейшие геохимические процессы, протекающие на земной поверхности с участием мельчайших коллоидных частиц, имеющих большое значение "в экономии природы".
3. Превращения (метаморфизм) осадков, постепенно погружающихся на все более значительные глубины и шаг за шагом, поэтапно меняющих свой облик.
4. Великая геохимическая деятельность живых организмов и человека, особенно активная па земной поверхности.
Ферсман подчеркивает принципиальное термодинамическое различие между процессами живой и неживой природы. "Вся история земли говорит нам об упрощении природных соединений, о накоплении таких тел, внутренние запасы энергии которых были бы наименьшими.
В противоположность этому живая природа стремится накопить энергию и связать ее силы в сложных, громоздких молекулах органических веществ. Органический мир - дитя солнца, и живет он за счет солнца, превращая его лучи в формы живой материи" [Ферсман А. Е. Очерки по минералогии и геохимии. М., 1959, с. 82.].
Иначе говоря в неживой природе преобладает рассеивание энергии, упрощение структур, стремление к равновесию, покою. А жизнь - это накопление энергии, усложнение, обновление, неустойчивость и ее постоянное сохранение, устремленность к новым рубежам, к освоению новых пространств, веществ, интервалов времени.
И в той же области жизни (биосфере) могучим химическим деятелем выступает человек. Он все грандиознее развивает природные химические реакции и производит новые, доселе неведомые. Сжигание угля и нефти, накапливаемых в течение долгих геологических эпох, гигантские стройки, распашка почв, добыча и обработка горных пород - могучие факторы химических превращений.
"Наука и техника научили человека не только завладеть запасами мировых сил, но и сохранить и аккумулировать их в таких формах, которые дают возможность использовать их когда и где угодно... Тысячами способов аккумулирует человек запасы природных сил, вся деятельность его неустанно и упорно направлена на образование соединений с большим запасом энергии" '.
Особенно интересны, поучительны и актуальны заключительные слова Ферсмана в статье "Химическая жизнь земной коры", ничуть не поблекнувшие за прошедшие десятилетия: "Всюду один и тот же закон природы - глубокая связь каждого явления и каждой системы с окружающими условиями, постепенная замена одних равновесии другими, смерть как превращение в новые устойчивые формы и как зарождение нового, лучшего будущего. В этом заключается вся сущность и глубина законов природы, закона эволюции, борьбы за существование, естественного отбора, вся сложность химических превращений и физических процессов, наконец вся жизнь человека с ее постоянной борьбой и постоянными исканиями".
"ПРИРОДА"
Необходимо, чтобы составление популярной литературы составляло общественную обязанность каждого научного работника, которой он должен учиться и которая очень трудна [Природа, 1914, № 3, с. 304.].
А. Е. Ферсман
О значении основанного в 1912 г. общедоступного естественнонаучного журнала "Природа" в творчестве А. Е. Ферсмана можно судить по приведенным выше отрывкам из его первых популярных статей.
С годами у эмоционального молодого ученого как бы накапливался потенциал невысказанных образов, мыслей, фраз, которым по давней традиции не предоставляется место в специальных научных трудах.
Обычно считается, будто стиль научного исследования должен походить на сухой, бесстрастный протокол судебного заседания. Требуется, мол, только с предельной точностью изложить факты и вывести единственно верное, логически безупречное решение. Однако природа бесконечно сложнее любых наших представлений о ней. Ученый ие изрекает истины, а лишь приближается к ним. Научное творчество - это проявление личности, как и любое другое творчество.
Чтобы выработать новое знание, требуется полное напряжение сил. Надо в чем-то превосходить других ученых, занятых разработкой тех же проблем, обогатить науку новыми идеями, новыми фактами, методами исследовании, постановкой новых интересных проблем. Чтобы достичь этого, приходится либо рассчитывать на счастливое стечение обстоятельств, неожиданное озарение, либо развивать свои способности, трудиться, использовать различные пути для достижений нового, неведомого.
Один из таких путей предоставляет научная популяризация. Специалист, стремясь наиболее ярко, увлекательно, доступно рассказать о новых научных достижениях в своей области, вынужден отступить от привычного научного изложения. Он как бы смотрит на научные проблемы со стороны, с иной точки зрения. И эта новизна взгляда помогает ему по-новому осмысливать материал, испытывать новые чувства, приходить к новым мыслям. Пусть они не всегда очень убедительны и доказательны. В дальнейшем их можно проверить, исправить, разработать.
Вот почему, по моему мнению, увлекшись популяризацией науки в журнале "Природа", Ферсман не только обогащал читателей полезной, интересной информацией, но и обогащал себя как ученого. Вдобавок у него выявился незаурядный талант литератора.
Сила воображения нужна хорошему ученому не меньше, чем поэту. Мыслителю, вторгающемуся в неизвестное, требуется вообразить нечто такое, что не воображал еще до него никто. А популяризация, художественное осмысление научных проблем безусловно развивает воображение, тем более когда автору приходится совершать мысленные путешествия в толщи горных пород и в подземные раскаленные очаги магмы, достигать центра Земли, углубляться в мкллионолетия прошлого, прослеживать причудливые пути атомов...
За первые четыре года сотрудничества в "Природе"
Ферсман опубликовал в журнале около ста статей! Значит, популярные работы писал он с удовольствием. Это видно и по стилю статей. Так может писать только человек талантливый и вдохновенный.
НА УРАЛЕ
В каждом камне написана его история, надо только суметь ее прочитать.
А. Е. Ферсман
Летом 1912 года Ферсман работал на Южном Урале в районе Златоуста, Миасса, Челябинска. Об этих краях, как принято у геологов, Ферсман заранее собрал множество сведений. Не только о тамошних минералах и геологических условиях, но и об истории освоения и изучения природных богатств.
Он и прежде изучал уральские самоцветы в различных коллекциях и образцах. И все-таки встреча с минералами в природной обстановке, в копях на склонах невысоких Ильменских гор произвела на него огромное впечатление.
В особенности восхитили раскопы амазонита - зеленовато-голубой редкой разновидности широко распространенного полевого шпата - микроклина.
"И хотя мне приходилось видеть и раньше много месторождений цветных камней, - признавался Ферсман, - на солнечном юге, на острове Эльбе, в угрюмой Швеции, на Алтае, в Забайкалье, Монголии, Саянах, - но нигде меня не охватывало такое глубокое чувство восхищения перед богатством и красотой природы, как на этих амазонитовых копях. Глаз не мог оторваться от голубых отвалов прекрасного шпата, все вокруг было засыпано остроугольными обломками этого кампя, которые блестели на солнце...
Красоту этих копей составлял по только сам амазонит с его прекрасным сине-зелепым тоном, но и сочетание амазонита со светлым серовато-дымчатым кварцем, который как бы закономерно прорастает полевой шпат в определенных направлениях, создавая причудливый рисунок... Разнообразны и своеобразны эти рисунки, и невольно стараешься прочесть в них какие-то неведомые нам письмена природы.
Здесь впервые на отвалах Стрижевской копи у мепя зародилось желание раскрыть законы прорастания кварца и полевого шпата в пегматитах. Я стал присматриваться к этим росткам серого кварца, которые, как рыбки, прорезали голубые амазопиты, и искать законы их формы и срастания".
Многие часы проводил Ферсман в Ильменских лесах, переходя от копи к копи. Беседовал со старожилами, добытчиками камней - горщиками. Подолгу, порой до ночи, просиживал на отвалах, изучая кристаллы топаза, кварца, амазонита, слюды. Упорно разгадывал прекрасные и загадочные "письмена природы". Вспоминал аналогичные пегматитовые жилы Эльбы. Отмечал особенности уральских минералов. Напряженно продумывал возможные варианты образования таких минералов и их сочетаний.
Вновь и вновь он мысленно восстанавливал этапы кристаллизации полурасплавленных масс пегматитов, прорезавших гранитогнейсы. При температуре 800 °С начинался этот процесс. Постепенно температура понижалась и кристаллы полевого шпата достигали гигантских размеров.
Вместе с ними кристаллизовался дымчатый кварц.
Он заносил в дпсвник не только свои наблюдения и научные догадки. Появилась там и фантастическая картина далекого будущего, когда этот дремучий уголок преобразит человек: поднимутся красивые здания курорта, ПОВСЮДУ будут построены дороги, врежутся в скалы гор штольни, и не только добыча полезных ископаемых, но, главное, познание недр будет интересовать геологов. А затем знаменательная приписка: "Картина будущего - она нужна для науки, для торжества промышленности, культуры, прогресса, но нс потеряется ли красота Ильменских гор с их дикостью и вместе с тем привлекательвостью, красота того целого, в котором неотделимы и заброшенные копи с отвалами, в которых роется хитник, и скверные горные дороги.., и незатейливый костер с чайником на обломках голубого амазонита? В глубоком жизненном сочетании всего этого создается настоящее, и мне жалко хотя бы мысленно расстаться с ним, ибо в нем не только поэзия и красота нетронутой целины, но и великий стимул к работе, творчеству, овладению природой и ее тайнами".
А нам теперь в этих словах нетрудно усмотреть еще и предчувствие будущего Ильменского заповедника - первого в мире заповедника минералов. Но этому еще суждено случиться через восемь лет - и каких лет для страны! - уже при Советской власти.
И все-таки Ильменские горы при всей их красоте и щедрости подземных сокровищниц показались Ферсману, пожалуй, менее интересны, чем минеральные богатства внешне ничем не примечательной Мурзинки. Возможно, сказался и резкий контраст внешней географической и подземной обстановки: район Мурзинки равнинный и геоморфологически относится к Западно-Сибирской равнине, а геологически - к Уральской горной стране...
"Кристалл неизбежно несет на себе следы предыдущих моментов своего существования, и по его форме, по скульптуре его граней, мелочам и деталям его поверхности мы можем читать его прошлое" [Ферсман А. Е. Кристаллография алмаза. Л., 1955, с. 15.].
В этих словах - объяснение удивительной работоспособности, настойчивости, упорства, которые проявлял Ферсман, наблюдая алмазы. Он расшифровывал фигуры граней, следы внешних воздействий па кристаллы так же, как Шерлок Холмс искал и разгадывал улики преступлений.
Труд ученого в этом смысле сходен с поиском детектива.
Слово "детектив" означает "раскрытие". А ведь ученый, собирая факты, стремился раскрыть тайны природы.
В монографии Ферсман подчеркивал и другую, эстетическую сторону своих наблюдений: "Описание кристалдцв - в своем роде самоцель, в том смысле, что наблюдатель и читатель могут познать таким образом богатство, красоту, многообразие и закономерность форм в природе" .
Но по существу вся кппга пронизана стремлением воплотить теоретические идеи в практические мероприятия, ото стремление - одна из наиболее характерных черт Ферсмана как ученого. В его научном творчестве теория и практика неразрывны.
Вот и кристаллографические исследования алмаза. От описаний и зарисовок Ферсман переходит к теоретическим обобщениям. По его (и Гольдшмидта) мнению, плоские грани свидетельствуют о последовательном росте кристаллов, а округлые - результат частичного растворения.
Следующий этап обобщений - переход к выяснению природной обстановки появления алмазов. Как известно, они встречаются в уходящих на значительные глубины жерлах, так называемых трубках, заполненных особой породой - кимберлитом. Это синяя плотная глинистая масса, в которую вкраплены обломки и глыбы различных пород, в частности ультраосновных, обедненных окисью кремния и характерных для значительных глубин. Считается, что алмазы могут рождаться только при очень высоких давлениях (60-80 тысяч атмосфер) и температурах порядка тысячи градусов.
В начале нашего века высказывалось предположение, будто алмазы принесены из глубинных очагов - со 100 и более километров. Или другая гипотеза: алмаз рождается из угля при внедрении раскаленной магмы в угольный пласт (в некоторых кимберлитах встречаются обломки глинистых сланцев, а знаменитая африканская трубка Кимберли прорезает угленосные отложения).
По идее Ферсмана, в кимберлптовых трубках шли сложные процессы кристаллизации алмаза. При подъеме магмы трубки порой закупоривались и в них повышалось давление, что способствовало росту кристаллов алмаза.
А когда "пробки" прорывались, давление понижалось и кристаллы частично растворялись.
Стремясь как можно детальнее восстановить вероятные условия рождения различных кристаллов алмаза, Ферсман не ограничивался этим. Знание присхождепия полезного ископаемого помогает рационально организовать его поиски и разведку, давать обоснованные геологические прогнозы. Но не менее заманчиво па основе теоретических знании воссоздать в лаборатории условия, позволяющие искусственно синтезировать редкие природные минералы.
Ферсман и Гольдшмидт подготовили программу экспериментов по лабораторному выращиванию алмазов. Они начали проводить первые опыты. Результаты опытов были обнадеживающие. Однако эксперименты не были доведены до конца в связи с окончанием командировки Александра Евгеньевича и возвращением его в Россию.
Высокий научный уровень первой монографии А. Е. Ферсмана не вызывает сомнений. Она была переиздана в 1955 году в серии "Классики естествознания".
Как отмечает известный советский геохимик А. И. Персльман, "основные положения классической монографии об алмазе сохранили свое значение и в наши дни".
Обратим внимание: монография названа классической.
И это понятно. Точные измерения, обобщенно огромного количества фактов, использование всех имеющихся по дат1- ному вопросу сведений, глубокие и оригинальные идеи - отличительные черты классического научного труда.
Но вот что интересно. Многие крупные ученые, едва ли не все биографы Ферсмана (в числе их и А. И. Перельман), относят его к ученым-романтикам. Не правда ли, противоречие очевидно? В самую романтическую пору жизни и деятельности, в молодые годы, ученый создает классическую работу. А в целом его творчество считают романтическим. Ссылаются, например, на такое признание ученого: "Тот, кто не занимался сбором минералов и поисками редких природных тел, не знает, что такое полевая работа минералога. Это скорее игра, азарт - открыть новое месторождение. Это дело удачи, топкого понимания, часто какого-то подсознательного нюха, часто дело увлечения" [Ферсман А. Е. Занимательная минералогия. М, - Л., 1933].
Впрочем, не будем забегать вперед. Вернемся к этому противоречию позже, когда получше познакомимся с творчеством Ферсмана. Только хотелось бы отметить одну оригинальную особенность изложения кристаллографии алмаза. В обычный научный текст местами врезаны отступления. Они напечатаны мелким шрифтом и начинаются с подзаголовка: "Аналогия". Например, описывается растворение кристалла алмаза. А затем: "Аналогия..."
И приведено сравнение этого процесса с размывом ручьем своего ложа: при круто падающем русле размыв идет по всему протяжению ручья, а при пологом лишь в верховьях, тогда как в нижнем течении преобладает накопление материала. Так и расплав, где рождаются алмазы, при слабой растворительной способности может на одних участках разрушать кристаллы алмаза, а на других - способствовать их росту.
Даже па одном и том же кристалле одна грань может иметь явные следы растворения, а другая - роста. За описанием этого явления вновь следует врезка: "Аналогия..." и приводится пример вихрей в реке, вызывающих сопряженно размыв и накопление осадков.
Подобные сравнения - прием литературный, привнесенный в научную монографию художественно мыслящим ученым. Предлагаемые аналогии лишены научной точности и строгости. Однако они создают в воображении читателя цельный образ явления.
Казалось бы, обстоятельнейшее исследование алмазов и, вдобавок, постоянные минералогические экскурсии не оставляли времени для других более или менее обстоятельных научных работ. И все-таки, как ни удивительно, молодой ученый написал еще полтора десятка статей, не относящихся к проблеме алмаза. Одна из них - "Материалы к минералогии о-ва Эльбы" - особенно значительна.
В этой статье верный ученик школы Вернадского не только дает детальные описания минералов Эльбы, но и стремится мысленно воссоздать условия их возникновения.
Он пишет о внедрении магматических масс, о перекристаллизации известняка в мрамор под действием повышенных температур, движениях по трещпнам горячих подземных рудоносных вод, откладывающих минералы. Позже последовало новое вторжение магмы несколько другого состава, а на ранее образовавшийся гранит стали активно воздействовать новые подземные растворы.
Все это было не просто изложение результатов полевых наблюдений и основанных на них гипотез, не просто мимолетный эпизод в его творческой биографии.
Если "Алмаз" как бы вершина его научных достижений па данном этапе, то статья, посвященная минералам Эльбы, - фундамент, первая ступень последующей замечательной серии работ о пегматитах.
ВПЕРВЫЕ В МИРЕ...
Внедрение идей физической химии в геологические дисциплины даст нам ту же живительную силу и смысл, которые дали идеи эволюции биологическим наукам.
И. Фост
В то время когда Ферсман занимался кристаллографией и минералогией в Германии, Франции, Италии, Московский университет становился мировым центром зарождающейся новой науки геохимии.
Истоки этой области знаний - в средневековых лабораториях алхимиков. А слово "геохимия" впервые было предложено швейцарским ученым X. Шенбейном.
В 1842 году он писал: "Мы должны иметь геохимию, которая ясно должна направить свое внимание на химическую природу масс, составляющих наш земной шар, и на их происхождение... Время, когда это совершится, кажется мне не столь далеким" [Ферсман А.Е. Избранные труды, М., 1959, т. V, с. 833.].
Последнее предположение оказалось слишком оптимистичным. Только спустя полвека американский ученый Ф. Кларк, обобщив многие тысячи химических анализов разнообразных горных пород и учтя распространенность последних, подсчитал атомарный состав земной коры. Так был заложен фундамент геохимии.
На этом фундаменте В. И. Вернадский построил величественное здание новой науки. Он использовал прежде всего достижения минералогии. Еще в конце прошлого века он начал разрабатывать учение о происхождении минералов, о совместном появлении минеральных ассоциаций (парагенезисе) генетическую минералогию. Затем он сделал следующий шаг: стал прослеживать судьбы и взаимные превращения химических соединений на Земле.
До Вернадского геологи изучали только твердые природные химические соединения, называя их минералами.
Лед минералоги изучали, а вода пх не интересовала, водяной пар тем более. Так было отчасти и потому, что исторически минералогия и кристаллография развивались совместно.
В генетической минералогии необходимо восстанавливать закономерности переходов газов в жидкости и твердые тела, растворения и охлаждения минеральных масс и т. д. Терялись принципиальные различия между твердым, жидким и газовым состоянием земного вещества, охваченного вечными круговоротами. Все химические элементы и соединения, устойчивые в определенной природной обстановке, Вернадский предложил считать минералами. Это был переход к изучению истории атомов Земли, к новой науке - геохимии.
Вернувшись на родину, Ферсман стал работать ассистентом при минералогическом кабинете Московского университета. В 1909 году Минералогическое общество наградило его золотой медалью им. Антонова (она присуждалась молодым ученым за минералогические работы).
В 1910 году Ферсман был избран профессором Народного университета им. Шанявского (общественного деятеля, завещавшего свое большое состояние на организацию учебного заведения). Ферсман читал в нем лекции по минералогии и кристаллографии, проводил минералогические экскурсии в окрестностях Москвы.
Значительным в его жизни стал 1912 год. Он впервые посетил Урал, начал работу как популяризатор науки, прочел первый в мире курс геохимии.
Объем курса был невелик: пять двухчасовых лекций.
В них определялся предмет геохимии и прослеживались его исторические корни, сообщались основные сведения о химических элементах, их распространенности в земной коре, взаимодействиях в природных условиях Земли, перемещениях и круговоротах (миграции), об устойчивых продуктах химических реакций - минералах, о химических особенностях главных зон нашей планеты - от центрального ядра до атмосферы, об истории отдельных олементов (в их числе и редких: радия, урана, ниобия и др.) в геологическом прошлом и настоящем. Геохимию он считал частью химии космоса.
О содержании этого курса лучше всего судить по статьям Ферсмана, опубликованным в журнале "Природа" в 1912-1914 годах. Дело в том, что на своих лекциях Ферсман никогда не читал написанный текст, а ярко и вдохновенно рассказывал слушателям, именно рассказывал с необычайной выразительностью. Записать его лекции целиком, дословно никто из учащихся не старался. А в своих популярных статьях он безусловно давал волю воображению, добивался литературной образности изложения.
Статьи эти написаны вдохновенно. Они прекрасно читаются и теперь, спустя семь десятилетий.
Ферсман пишет, что минералогия выходит из стен научных кабинетов и музеев к необъятной лаборатории Земли. Каждый камень изучается как свидетель длительных природных процессов, химической истории и современной жизни земной коры.
Минералы лишь временные, не вечные продукты химических земных реакций. Глубоко в недрах застывают очаги раскаленных магм. Из глубин на поверхность вырываются огромные объемы газовых струй, горячих вод и пара.
Вода и воздух постоянно разрушают горные породы. Одновременно идет перенос материала и накопление осадков.
Живые организмы активно включены в эти процессы.
И повсюду на земной поверхности и под землей безостановочно идет величественная, разнообразная и во многом непознанная работа природной физико-химической лаборатории.
Некогда биологам виды животных и растений представлялись неизменными. Теория биологической эволюции опровергла этот предрассудок. Были обнаружены законы превращения, изменений органического мира. Так и геохимия раскрывает тайны изменений, своеобразной жизни неорганического мира, где свои законы естественного отбора, превращений и смерти.
"Изучение истории существования и переходов элементов в земной коре вот одна из главных задач геохимии". Она изучает всю физико-хпмическую обстановку, где протекают земные реакции, количественное распространение и роль отдельных элементов, законы их совместного нахождения в природе.
Например, судьба хлора и фтора прослеживается геохимиками от глубин земной коры, где опи содержатся в минералах, возникших при застывании магмы. Однако значительная их часть прорывается в виде летучих соединений сквозь толщу пород, перекрывающих магматический очаг, по трещинам и полостям.
Большая часть фтора осаждается из горячих подземных источников, образуя в рудных жилах и трещинах скопления прекрасного минерала - флюорита. Небольшао количества фтора вырываются на поверхность вместе с другими газами в вулканических областях. Недолги странствия фтора по земной поверхности. В воде он поглощается живыми организмами и оседает, входя в состав раковин, костей.
Иная история у хлора. Его лсгкорастворимые соли очень подвижны. Накапливаясь в трещинах и пластах, хлористые соли легко вновь переходят в растворы и выносятся в океаны. Хлор - элемент-скиталец.
Ферсман описывает геологическую историю йода и брома, углерода и азота, радиоактивных элементов. Подчеркивает невыясненность некоторых проблем, так как "здание молодой геохимии только строится. Много вопросов поднято, немало дано па них ответов. Мне кажется, что часто правильно поставленный вопрос более мощно двигает науку вперед, чем сотня неудачно построенных и малообоснованных ответов" [Ферсман А. Е. Очерки цо минералогии и геохимии. М., 1959, с. 28.].
Интересных, перспективных вопросов в первых геохимических работах Ферсмана поставлено немало. К ним он будет возвращаться вновь и вновь до последних дней своей жизни. Но - такая уж особенность научного знания - со временем они расширяются, усложняются и поныне остаются исключительно актуальными и пе раскрытыми до конца. С необычайной прозорливостью Ферсману удалось выявить целый ряд фундаментальных проблем геохимии. Вот некоторые из них.
1. Влияние изменений температуры и давления па химическую жизнь Земли. Как следствие этих влиянии существование концентрических оболочек планеты (геосфер), каждая из которых имеет свою геологическую историю.
2. Сложнейшие геохимические процессы, протекающие на земной поверхности с участием мельчайших коллоидных частиц, имеющих большое значение "в экономии природы".
3. Превращения (метаморфизм) осадков, постепенно погружающихся на все более значительные глубины и шаг за шагом, поэтапно меняющих свой облик.
4. Великая геохимическая деятельность живых организмов и человека, особенно активная па земной поверхности.
Ферсман подчеркивает принципиальное термодинамическое различие между процессами живой и неживой природы. "Вся история земли говорит нам об упрощении природных соединений, о накоплении таких тел, внутренние запасы энергии которых были бы наименьшими.
В противоположность этому живая природа стремится накопить энергию и связать ее силы в сложных, громоздких молекулах органических веществ. Органический мир - дитя солнца, и живет он за счет солнца, превращая его лучи в формы живой материи" [Ферсман А. Е. Очерки по минералогии и геохимии. М., 1959, с. 82.].
Иначе говоря в неживой природе преобладает рассеивание энергии, упрощение структур, стремление к равновесию, покою. А жизнь - это накопление энергии, усложнение, обновление, неустойчивость и ее постоянное сохранение, устремленность к новым рубежам, к освоению новых пространств, веществ, интервалов времени.
И в той же области жизни (биосфере) могучим химическим деятелем выступает человек. Он все грандиознее развивает природные химические реакции и производит новые, доселе неведомые. Сжигание угля и нефти, накапливаемых в течение долгих геологических эпох, гигантские стройки, распашка почв, добыча и обработка горных пород - могучие факторы химических превращений.
"Наука и техника научили человека не только завладеть запасами мировых сил, но и сохранить и аккумулировать их в таких формах, которые дают возможность использовать их когда и где угодно... Тысячами способов аккумулирует человек запасы природных сил, вся деятельность его неустанно и упорно направлена на образование соединений с большим запасом энергии" '.
Особенно интересны, поучительны и актуальны заключительные слова Ферсмана в статье "Химическая жизнь земной коры", ничуть не поблекнувшие за прошедшие десятилетия: "Всюду один и тот же закон природы - глубокая связь каждого явления и каждой системы с окружающими условиями, постепенная замена одних равновесии другими, смерть как превращение в новые устойчивые формы и как зарождение нового, лучшего будущего. В этом заключается вся сущность и глубина законов природы, закона эволюции, борьбы за существование, естественного отбора, вся сложность химических превращений и физических процессов, наконец вся жизнь человека с ее постоянной борьбой и постоянными исканиями".
"ПРИРОДА"
Необходимо, чтобы составление популярной литературы составляло общественную обязанность каждого научного работника, которой он должен учиться и которая очень трудна [Природа, 1914, № 3, с. 304.].
А. Е. Ферсман
О значении основанного в 1912 г. общедоступного естественнонаучного журнала "Природа" в творчестве А. Е. Ферсмана можно судить по приведенным выше отрывкам из его первых популярных статей.
С годами у эмоционального молодого ученого как бы накапливался потенциал невысказанных образов, мыслей, фраз, которым по давней традиции не предоставляется место в специальных научных трудах.
Обычно считается, будто стиль научного исследования должен походить на сухой, бесстрастный протокол судебного заседания. Требуется, мол, только с предельной точностью изложить факты и вывести единственно верное, логически безупречное решение. Однако природа бесконечно сложнее любых наших представлений о ней. Ученый ие изрекает истины, а лишь приближается к ним. Научное творчество - это проявление личности, как и любое другое творчество.
Чтобы выработать новое знание, требуется полное напряжение сил. Надо в чем-то превосходить других ученых, занятых разработкой тех же проблем, обогатить науку новыми идеями, новыми фактами, методами исследовании, постановкой новых интересных проблем. Чтобы достичь этого, приходится либо рассчитывать на счастливое стечение обстоятельств, неожиданное озарение, либо развивать свои способности, трудиться, использовать различные пути для достижений нового, неведомого.
Один из таких путей предоставляет научная популяризация. Специалист, стремясь наиболее ярко, увлекательно, доступно рассказать о новых научных достижениях в своей области, вынужден отступить от привычного научного изложения. Он как бы смотрит на научные проблемы со стороны, с иной точки зрения. И эта новизна взгляда помогает ему по-новому осмысливать материал, испытывать новые чувства, приходить к новым мыслям. Пусть они не всегда очень убедительны и доказательны. В дальнейшем их можно проверить, исправить, разработать.
Вот почему, по моему мнению, увлекшись популяризацией науки в журнале "Природа", Ферсман не только обогащал читателей полезной, интересной информацией, но и обогащал себя как ученого. Вдобавок у него выявился незаурядный талант литератора.
Сила воображения нужна хорошему ученому не меньше, чем поэту. Мыслителю, вторгающемуся в неизвестное, требуется вообразить нечто такое, что не воображал еще до него никто. А популяризация, художественное осмысление научных проблем безусловно развивает воображение, тем более когда автору приходится совершать мысленные путешествия в толщи горных пород и в подземные раскаленные очаги магмы, достигать центра Земли, углубляться в мкллионолетия прошлого, прослеживать причудливые пути атомов...
За первые четыре года сотрудничества в "Природе"
Ферсман опубликовал в журнале около ста статей! Значит, популярные работы писал он с удовольствием. Это видно и по стилю статей. Так может писать только человек талантливый и вдохновенный.
НА УРАЛЕ
В каждом камне написана его история, надо только суметь ее прочитать.
А. Е. Ферсман
Летом 1912 года Ферсман работал на Южном Урале в районе Златоуста, Миасса, Челябинска. Об этих краях, как принято у геологов, Ферсман заранее собрал множество сведений. Не только о тамошних минералах и геологических условиях, но и об истории освоения и изучения природных богатств.
Он и прежде изучал уральские самоцветы в различных коллекциях и образцах. И все-таки встреча с минералами в природной обстановке, в копях на склонах невысоких Ильменских гор произвела на него огромное впечатление.
В особенности восхитили раскопы амазонита - зеленовато-голубой редкой разновидности широко распространенного полевого шпата - микроклина.
"И хотя мне приходилось видеть и раньше много месторождений цветных камней, - признавался Ферсман, - на солнечном юге, на острове Эльбе, в угрюмой Швеции, на Алтае, в Забайкалье, Монголии, Саянах, - но нигде меня не охватывало такое глубокое чувство восхищения перед богатством и красотой природы, как на этих амазонитовых копях. Глаз не мог оторваться от голубых отвалов прекрасного шпата, все вокруг было засыпано остроугольными обломками этого кампя, которые блестели на солнце...
Красоту этих копей составлял по только сам амазонит с его прекрасным сине-зелепым тоном, но и сочетание амазонита со светлым серовато-дымчатым кварцем, который как бы закономерно прорастает полевой шпат в определенных направлениях, создавая причудливый рисунок... Разнообразны и своеобразны эти рисунки, и невольно стараешься прочесть в них какие-то неведомые нам письмена природы.
Здесь впервые на отвалах Стрижевской копи у мепя зародилось желание раскрыть законы прорастания кварца и полевого шпата в пегматитах. Я стал присматриваться к этим росткам серого кварца, которые, как рыбки, прорезали голубые амазопиты, и искать законы их формы и срастания".
Многие часы проводил Ферсман в Ильменских лесах, переходя от копи к копи. Беседовал со старожилами, добытчиками камней - горщиками. Подолгу, порой до ночи, просиживал на отвалах, изучая кристаллы топаза, кварца, амазонита, слюды. Упорно разгадывал прекрасные и загадочные "письмена природы". Вспоминал аналогичные пегматитовые жилы Эльбы. Отмечал особенности уральских минералов. Напряженно продумывал возможные варианты образования таких минералов и их сочетаний.
Вновь и вновь он мысленно восстанавливал этапы кристаллизации полурасплавленных масс пегматитов, прорезавших гранитогнейсы. При температуре 800 °С начинался этот процесс. Постепенно температура понижалась и кристаллы полевого шпата достигали гигантских размеров.
Вместе с ними кристаллизовался дымчатый кварц.
Он заносил в дпсвник не только свои наблюдения и научные догадки. Появилась там и фантастическая картина далекого будущего, когда этот дремучий уголок преобразит человек: поднимутся красивые здания курорта, ПОВСЮДУ будут построены дороги, врежутся в скалы гор штольни, и не только добыча полезных ископаемых, но, главное, познание недр будет интересовать геологов. А затем знаменательная приписка: "Картина будущего - она нужна для науки, для торжества промышленности, культуры, прогресса, но нс потеряется ли красота Ильменских гор с их дикостью и вместе с тем привлекательвостью, красота того целого, в котором неотделимы и заброшенные копи с отвалами, в которых роется хитник, и скверные горные дороги.., и незатейливый костер с чайником на обломках голубого амазонита? В глубоком жизненном сочетании всего этого создается настоящее, и мне жалко хотя бы мысленно расстаться с ним, ибо в нем не только поэзия и красота нетронутой целины, но и великий стимул к работе, творчеству, овладению природой и ее тайнами".
А нам теперь в этих словах нетрудно усмотреть еще и предчувствие будущего Ильменского заповедника - первого в мире заповедника минералов. Но этому еще суждено случиться через восемь лет - и каких лет для страны! - уже при Советской власти.
И все-таки Ильменские горы при всей их красоте и щедрости подземных сокровищниц показались Ферсману, пожалуй, менее интересны, чем минеральные богатства внешне ничем не примечательной Мурзинки. Возможно, сказался и резкий контраст внешней географической и подземной обстановки: район Мурзинки равнинный и геоморфологически относится к Западно-Сибирской равнине, а геологически - к Уральской горной стране...