Страница:
Мы привычно говорим: горные породы, горное дело, горняк. Но эти термины не совсем точные. Они сохранились с тех пор, когда искали и добывали минералы исключительно в горах, где каменные слои подняты из глубин, прорезаны долинами и ущельями, обнажены в обрывах и на крутых горных склонах. Со временем крупные разработки месторождений полезных ископаемых стали вестись и на равнинах, в слоях, залегающих горизонтально.
Существуют районы, где горы были в геологическом прошлом, а затем эрозия срезала их вровень с земной поверхностью так, что под маломощными речными, озерными или эоловыми наносами залегают именно горные породы остатки древних возвышенностей. Здесь горы как бы "спрятаны" под землей. Так и на Мурзинке.
Пегматитовые жилы, отпрепарированные водой и ветром, на Эльбе или в Ильмецах выходят на земную поверхность. Пегматиты Мурзинки не столь доступны. Однако, несмотря па это, по словам Ферсмана, "трудно во всем мире назвать другой уголок земного шара, где бы было сосредоточено большее количество ценнейших самоцветов, чем в знаменитой Мурзинке".
К началу нашего века горные работы в этом районе Урала пришли в полный упадок. Ученые чрезвычайно редко посещали эти места. На старых копях добыв, самоцветы небольшие группы кустарей. Немного осталось старых горщиков, знающих и любящих камень, умеющих по едва уловимым приметам каким-то особым чутьем угадывать прихотливые изгибы жил и определять, где встретятся самоцветы. Работа в глубоких шурфах была рискованной и трудной, а заработок невелик.
Ферсман с большим уважением относился к опытным горщикам, приглядывался к их приемам поисков и добычи самоцветов. У него и самого был острый, цепкий глаз человека, с детства увлеченного камнями, и вдобавок хорошие минералогические знания. Очень скоро горщики стали относиться к нему с уважением и доверием.
Там, где горщик видел только прекрасные камни, овеянные легендами, поверьями и сказками, для ученого открывалась геологическая жизнь Земли. В его воображении вставали картины далекого прошлого так отчетливо, будто он сам был их свидетелем, словно мысль волшебной силой переносила через миллионолетия прошлого, делая видимым то, что недоступно глазу или давным давно миновало.
Вот как представлял себе Ферсман происхождение пегматитовых жил Мурзинки.
Сначала он восстанавливал общую картину образования Уральского хребта, когда на восточной окраине Восточно-Европейской платформы могучие подземные силы воздымали и сминали в складки пласты горных пород. Камепные слои разламывались. Снизу внедрялись в осадочную толщу магматические массы. Они проникали в трещины, изливались на земную поверхность, вторгались между слоями. Расплавленная магма пропитывала древние осадки, растворяла минералы, перекристаллизовывала и преображала горные породы.
Миллионы лет земная кора на Урале оставалась подвижной, неспокойной (конечно, только по нашим обыденным масштабам времени, живи мы в то время, видели бы самые обычные горные гряды, подобные нынешним Альпам, Кавказу, Гималаям).
На восточном склоне Урала нередки были магматические очаги. Из них формировались гранитные массивы. Они вовлекались в движения земной коры, испытывали на себе повышенные температуры и давления глубоких педр, взаимодействовали с другими породами, превращаясь в гранитогнейсы, имеющие ясно выраженное слоистое строение.
Позже образовались мощные массы гранитов, обогащенные сравнительно редкими химическими элементами. С историей этих грапитов и связано происхождение самоцветов и металлов Мурзинки.
"Подобно тому как молоко, отстаиваясь, собирает на своей поверхности все более жирные составные части его, так и гранитная магма еще в жидком состоянии разделилась... на химически разнородные слои. Более основные [Относительно обедненные кремниевой кислотой.], богатые магнием и железом минералы выкристаллизовывались раньше и опускались вниз, оставалась более кислая, то есть более богатая кремнекислотой (кварцем), расплавленная масса. В пей накапливались пары летучих соединений, к пей стягивались ничтожные количества рассеянных во всей магме редких элементов, ее пропитывали значительные массы перегретого пара" [Ферсман А. Е. Путешествия за камнем].
С поверхности гранитная масса начинала твердеть. Эта "скорлупа" рвалась, покрывалась трещинами... Сюда проникали пары воды и летучих соединений. Они медленно застывали, образуя пегматитовые жилы. Как ветви дерева, расходились трещины в стороны от гранитного очага, прорезали в разных направлениях поверхностные части гранитного массива, врывались в каменную оболочку окружающих пород. Твердели эти жилы сначала по стенкам, соприкасаясь с более холодными породами. Кристаллизация медленно распространялась к середине, все более суживая свободное пространство жилы. Ритмично, периодически застывали кристаллы полевого шпата и кварца, чередуясь и образуя как бы причудливые восточные письмена (письменный гранит, пегматит).
Часто процесс продолжался и позже, когда между стенками жилы оставались пустоты - занорыши. В них накапливались и кристаллизовались элементы, которые насыщали расплав в виде перегретых паров или в ничтожных количествах были рассеяны в магме.
"По стенкам пустот и трещип вырастают красивые кристаллы дымчатого кварца и полевого шпата, пары борного ангидрида скопляются в иголочках турмалина, то черного, как уголь, то... красных и зеленых тонов, летучие соединения фтора образуют голубоватые, прозрачные, как вода, кристаллы топазов... Своим образованием они обязаны четырем главнейшим и наиболее важным элементам этих жил - фтору, бору, бериллию и литию...".
К этим четырем элементам присоединяются атомы других металлов, образующих мельчайшие кристаллики. Они попадают в жилу из глубин, из внутренних очагов гранитной магмы. Поднимаясь и пробивая себе дорогу, магма захватывает обломки пород, встреченных по пути, расплавляет и растворяет их в себе... Если встречаются известняки, турмалины приобретают красную окраску, связанную с высоким содержанием кальция, если прорезаются змеевики или другие обогащенные магнием породы, образуются своеобразные полевые шпаты, а турмалины делаются бурыми.
Так описывает Ферсман образование пегматитовых жил и самоцветов Мурзинки. Эти красочные картинки подземной жизни горных пород и минералов приведены здесь вовсе не потому, что совершенно бесспорны и верпы. Пересказана точка зрения Ферсмана. Имеются и другие гипотезы, в частностях, а то и в самом главном не совпадающие с вариантом, предложенным Ферсманом.
В естествознании редко бывает иначе. Об этом следует помнить каждому, кто интересуется пауками о Земле и жизни. На всякую более или менее сложную проблему имеется несколько точек зрения. И тут нет ничего удивительного. Даже кристалл или тем более высшее животное выглядит совсем иначе, если мы взглянем на них сбоку, сверху или снизу. Какая из этих точек зрения вернее? Сказать нельзя. Однако для подобных объектов нетрудно выработать обобщенную картину.
Обобщить сложнейшие и запутаннейшие сведения о формировании, скажем, пегматитов совсем не так просто.
Можно высказать несколько вариантов, каждый из которых будет в чем-то убедителен, а в чем-то сомнителен. Ведь речь идет о невидимых глазу недрах и о невообразимых далях миллионолетий.
Например, происхождепие большинства грапитов сейчас обычно связывают с переплавлением и преобразованием осадочных толщ, а пе с расчленением глубинных "первичных" магм, как предполагали в начале нашего века. Поэтому меня как геолога изложенные выше описания генезиса пегматитов не вполне удовлетворяют. Приведены они только для того, чтобы продемонстрировать яркий образец геологического мышления - сплав научных выводов и художественных образов.
КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ
Почвы требуют от их исследователя беспрестанных экскурсов в область самых разнообразных специальностей.
В. В. Докучаев
В судьбе Ферсмана, в его научном творчестве большую роль сыграли исследования формирования и разрушения минералов в самой изменчивой, динамичной приповерхностпой зоне Земли.
Что такое выветривание? Чаще всего отвечают: это совокупность явлений химического и физического разрушения в поверхностной зоне земной коры. Такое представление о процессе выветривания существует с давних пор. Оно укоренилось в географии еще тогда, когда преобладало мнение об инертности земной коры. В действительности ситуация значительно сложнее.
Интересно проследить, как описывал зону выветривания Ферсман. Для него кора выветривания - не инертное тело, а сложный мир непрерывных превращений и сложных реакций: "Здесь... простые химические соединения замещаются малоустойчивыми системами изменчивого состава. Здесь пе применима общая систематика минералогов и трудно применимы обычные мерки общей химии. Жизнь во всем разнообразии ее проявлений, газы с их подвижностью, тончайшие измельченные частицы вещества - вот что характеризует этот сложный мир".
В коре выветривания идет не только разрушение, разложение горных пород и минералов, но и созидание, синтез новых устойчивых и неустойчивых химических соединений. Они обычно более сложные и более насыщенные энергией, чем исходные вещества, рожденные в земных недрах.
Вот, например, реакция разложения полевого шпата (ортоклаза) и синтеза каолина:
KAlSi3O8 + CO2 + H20 = Al4[Si4O10] (ОH)8+К2СОз+SiO2
Или схема образования малахита и гипса:
2СuSO4+2СаСОз+5Н20=Сu2(ОН)2[СОз]+2CaSO4*2H2O+C02
А вот так примерно в коре выветривания идут превращения рудных минералов:
FeS2 + CuSO4 + Н20=Cu2S + CuS + FeSO4 + H2SO4.
Следовательно, земная поверхность - это область особенно активных химических процессов, постоянных изменений и превращений минералов, синтеза очень сложных соединений в результате взаимодействия твердых масс, природных вод и растворов, газов, живых организмов, коллоидов.
Ферсман высказал несколько очепь плодотворных идеи, которые можно было бы назвать геохимическими законами коры выветривания. Вот их суть.
На поверхности Земли постоянно меняются термодинамические условия из-за чередования холодных и теплых, засушливых и влажных периодов. В результате чрезвычайно изменчивы скорости и направления химических реакций. Иначе говоря, для коры выветривания характерны геохимические ритмы. (Между прочим, это обстоятельство используется для искусственного выпаривания из рассолов поваренной соли или вымораживания мирабилита, сульфата патрия.)
Существует широтная геохимическая зональность, отражающая прежде всего климатические особенности географических зон. Так, при выветривании в тропических странах формируются красноцвстные породы, обогащенные окисями железа (латериты), аналогично образуются некоторые месторождения бокситов, ценной руды для получения алюминия.
Достаточно отчетливо выявляется вертикальная геохимическая зональность коры выветривания. Правда, Ферсман в 1914 году охарактеризовал ее в значительной степени условно, неопределенно и отчасти нелогично (до уровня подземных вод - "зона особенно интенсивного разрушения", ниже, до глубины пе более 10 м - зопа "поверхностного выветривания", где обычны малоустойчивые соединения изменчивого состава, далее, до глубины 400 м "мир разрушения", а на поверхности Земли господство коллоидов). Но важна правильность подхода, сама идея вертикальной зональности коры выветривания.
Изумителен диапазон научного творчества молодого ученого: труды, охватывающие три научные области - минералогию, кристаллографию и геохимию, сочетание лабораторных, полевых и теоретических исследований, интерес к процессам глубинным (эндогенным) и поверхностным (экзогенным), умеьие тщательно добывать и собирать факты, обобщать их, разрабатывать оригинальные гипотезы и теории, выдвигать новые перспективные проблемы.
И еще одно ценное качество Ферсмана как ученого: способность сочетать глобальный подход (изучение особенностей и взаимодействия геосфер) с детальным анализом отдельных минералов или минеральных групп. В сущности приведенные выше геохимические законы коры выветривания были высказаны в научно-популярной статье. Ученый не считал их достаточно хорошо обоснованными для соответствующей специальной работы. А к выводам этим он пришел не умозрительным путем, не в результате абстрак^ тных размышлений, а после детальпсйшего анализа одной Ио групп минералов - магнезиальных силикатов.
В 1913 году увидела свет вторая монография Ферсмана - "Исследования в области магнезиальных силикатов".
Первая - "Алмаз" - была посвящена крепчайшему и прекрасному минералу, рожденному в глубинах земной коры.
Во второй, словно по нарочитому противопоставлению, речь шла о минералах нетвердых, землистых, неказистых, рождаемых у земной поверхности, в коре выветривания.
О минералах коры выветривания было известно немного. По традиции минералоги проявляли интерес к "первичным", не измененным выветриванием кристаллам. Еще существенней были объективные причины: по составу и структуре минералы коры выветривания чрезвычайно сложны, а кристаллы образуют очень маленькие. По ряду признаков они сходны между собой, образуют единые скопления и разделяются в лаборатории с большими трудностями.
Ферсман использовал все доступные в то время средства для разделения этих минералов. Наиболее удобным оказался отбор визуальный, под бинокулярной лупой и микроскопом. Кроме того, он использовал практически весь доступный литературный материал на эту тему и с удивлением обнаружил, что еще в трудах ученых XVIII века был описан палыгорскит.
Минералы коры выветривания были подробно охарактеризованы пе только по химическим и физическим свойствам, но и по происхождению. Oil высказал предположение о молекулярной структуре палыгорскита (позже с помощью рентгеноструктурных анализов выяснилось, что эта гипотеза Ферсмана неверна в деталях).
Кора выветривания в сущности совсем не похожа па какую-то заскорузлую, инертную оболочку, скорлупу. Называть ее корой можно, только отдавая дань традиции и памятуя об активной химической жизни этой зоны. Сходство ее с живыми организмами в том, что здесь накапливается энергия в процессах синтеза целого ряда сложных молекул. И еще одна черта, на которую ученые обращали мало внимания. В зоне выветривания многие минералы пе имеют устойчивого химического состава.
Ферсман отметил, что под влиянием выветривания в земной коре постоянно существуют соединения переменного состава. Они образуют как бы цепочки от одних устойчивых форм к другим. Это не какие-то эфемерные создания, играющие в зоне выветривания третьестепенную роль.
Напротив, они очень характерны для нее. Здесь наблюдается, если так можно сказать, устойчивая неустойчивость или, если воспользоваться термином В. И. Вернадского, динамическое равновесие.
Правда, Ферсман не анализировал исследованное им явление с общетеоретических позиций. Он ограничился не яенее важным для науки сбором и обобщением фактов.
Если в своих популярных работах он давал выход потребности домысливать, выдвигать гипотезы, то в специальных трудах, рассчитанных на профессиональных минералогов и химиков, старался поменьше фантазировать.
Итак, к тридцати годам Александр Евгеньевич вполне сложился как оригинальный и вдумчивый естествоиспытатель. Казалось бы, ему остается и впредь развивать достигнутые успехи, продолжать начатые исследования. Какие еще качества ученого требуется ему приобретать? Как будто бы он, если воспользоваться аналогией с минералами коры выветривания, минуя ряд неустойчивых форм, пришел, наконец, в наиболее устойчивое и совершенное состояние.
Однако в жизни людей многое зависит от внешних условий, от событий не только частной, но и общественной жизни, от взаимоотношений не только личностей, но и государств, социальных групп, классов. Постоянная изменчивость окружающего мира не дает нам оставаться неизменными, как бы замкнутыми в футляре "личной жизни".
И в этом можно усмотреть проявление динамического, неустойчивого равновесия, столь характерного для всего живого...
Новый этап научного творчества Ферсмана начался в период первой мировой войны.
КЕПС
Из наблюдения устанавливать теорию, через теорию исправлять наблюдение...
М. В. Ломоносов
В июле 1914 года Германия объявила войну России.
Война охватила всю Европу. Немецкие части оккупировали Бельгию, вторглись во Францию, подходили к Парижу.
Русские войска, не добившись успеха в Восточной Пруссии, одержали ряд крупнейших побед па юго-западе, заняли Львов, продвигались вперед в районе Карпат.
Австро-венгерская армия отступала.
Чем дольше шли военные действия, тем яснее выявлялись недостатки экономики России. Сказывалась зависимость страпы от ряда государств, в том числе и Германии, в поставке оборудования и минерального сырья.
Сейчас, когда наша страна полностью обеспечена собственными минеральными ресурсами и в немалом количестве поставляет некоторые виды сырья за рубеж, трудно представить, что в начале века на огромной территории России не велась добыча серы, сурьмы, алюминия, бария, бора... Дальнейшее перечисление было бы слишком длинным.
Война не только прервала сложившиеся экономические свяни между государствами. Она требовала в огромных количествах стратегическое сырье, необходимое для взрывчатых и отравляющих веществ, для военной техники и фортификационных сооружений. Россия стала задыхаться от нехватки некоторых видов природного сырья.
В полной мере сознавал это Вернадский. Он выступил в Академии паук, предложив безотлагательно начать самое активное изучение естественных производительных сил Российскои империи: "Обладая огромными природными источниками сил, Россия находилась в такой экономической зависимости от Германии, которая далеко выходила за пределы неизбежного и желательного экономического снабжения и экономического обмена с соседней культурной нацией. Война раскрыла глаза русскому обществу па размеры и характер этой зависимости, на ее проникновение во весь обиход нашей жизни. Едва ли можно сомневаться, что прежний порядок жизни не может сохраниться после войны и должна начаться энергическая и последовательная борьба за улучшение нашего экономического положения... Внимание общества но было в достаточной степени обращено на окружающую нас природу, которая является источником производительных сил в стране" [Вернадский В. И. Избранный сочинения. М., 1954, т. 1.].
Вернадский стал главным инициатором организации при Академии наук постоянной Комиссии по изучению естественных производительных сил России (сокращенно КЕПС). Она была создана в 1915 г. Председателем комиссии избрали В. И. Вернадского, научным секретарем - А. Е. Ферсмана.
До этого времени Ферсмана интересовали минералы почти исключительно с научной и эстетической точки зрения. Он исследовал форму кристаллов, превращения минералов и многое другое, относящееся к прекрасному миру природного камня. Практическое приложение этих знаппй его не занимало вовсе. Вообще, какой-либо практицизм был чужд щедрой, открытой, бескорыстной натуре Ферсмаса. Возможно, это обстоятельство сказывалось и па его слабом интересе к использованию теоретических достижений для социальпых и государственных целей. Он не исповедовал принцип "науки для науки", но предоставлял другим заниматься не увлекающими его практическими мероприятиями.
Ферсман возглавил Комиссию сырья и химических минералов при Комитете военно-технической помощи. Комиссия изучала потребность промышленности в минеральных ресурсах, учитывала требования, которые предъявляет к природному сырью техника, промышленность, выясняла особенности месторождений полезных ископаемых, оценивала их перспективность.
Конечно, и прежде доводилось Ферсману знакомиться с практикой горного дела, с изучением месторождений металлов и самоцветов. Но только теперь оп во всей полноте узнавал неразрывную, кровную связь экономики страны с природными богатствами, промышленности - с минеральным сырьем.
Изучение мира камня было вызвано насущными нуждами человека. И наука, взмыв с этого основания в теоретические выси, вновь и вновь вынуждена возвращаться к практике как бы влекомая непреодолимой силой притяжения. И не удивительно: наука не существует сама по себе, вне общества, государства, техники, промышленности.
Наука - не только поиски истины. Мысль ученого, проникая в тайны природы, открывает путь промышленности и технике для освоения природных богатств...
Все это с особой силой ощутил, осознал Ферсман во время работы в КЕПС. Не потому, что он не знал этого раньше. Знал, но не придавал значения. Ему вполне доставало и одной науки. Теперь вышло иначе. Знание - это еще не действие. Только в действии оно раскрывается в реальных формах, изменяя лик Земли и воздействуя на людей и общество.
Обстоятельства принудили Ферсмана всерьез заняться практическим приложением научных знаний. Он увлекся, загорелся новыми задачами.
"Инвентаризация" природных богатств России была вовсе не кабинетным делом. Из-за экономических тягот военного времени, бездарности чиновников и прогнившего государственного аппарата материальное обеспечение работы КЕПС было плохое. И все-таки Комиссия организовывала экспедиции в разные районы страны для изучения естественных ресурсов (не только геологических, но и географических, биологических - комплексно).
Теперь Ферсман постоянно был в разъездах. В Петергофском уезде осматривал месторождение минеральной краски. На восточной оконечности Крыма, в районе керченских грязевых вулканов, изучал возможность использования бора, который содержится в изливающихся массах.
В Боровичах, под Петроградом, детально исследовал угольные пласты. В далеком Забайкалье совершал нелегкие и опасные маршруты в поисках алюминиевого сырья (Селенгинская Даурия), пегматитовых жил (Борщовочный кряж) и молибденовых рудопроявлений. На Среднем Урале изучал Журавлинское месторождение бокситов, а на Рудном Алтае обследовал свинцово-цинковые рудники.
Работает он не только в тылу. По собственной инициативе едет на Западный фронт. Составляет карты строительных и маскировочных материалов для военно-ипженерных целей. В письме Вернадскому признается: "Пока еще странствовал мало, но в боевую жизнь окунулся вовсю, и надо сознаться, что здесь лучше, чем в вашем петроградском тылу" [Александр Евгеньевич Ферсман. Жизнь и деятельность. М, 1965, с. 414.].
Приложение человеческих знаний к военному делу получило название "военной геологии". Ею Ферсман занимался одним из первых и больше других в нашей стране.
Работа в КЕПС была для неге сначала какоы социальным заказом и вызывалась государственной необходимостью. Очень скоро он так увлекся ею (равнодушно работать он вообще не мог), что занятия практической минералогией и геохимией стали для него необходимостью. Они настолько изменили его взгляды на теоретическую науку, что он пришел к выводу: "Я определенно не сочувствую сейчас какой-либо чисто научной отвлеченной работе, но сочувствую тому строительству, которое касается более или менее отдаленного будущего, и считаю положение слишком серьезным, чтобы думать о чем-либо другом, чем о задачах момента".
Он писал об этом Вернадскому под впечатлением своей первой поездки на Западный фронт. Слова его явно направлены против той части речи Вернадского, посвященной изучению природных ресурсов России, где говорилось о требованиях будущего переустройства уклада жизни и реорганизации экономики.
И в этом - одно из проявлений постоянного (на всю жизнь), жадного интереса Ферсмана к насущным проблемам, к настоящему, к жизни современной. У Вернадского меры времени были иными: он всегда соотносил современность с прошлым и будущим, осмысливал текущие события в их протяженности, истоках и продолжении.
Было бы неверно думать, будто Ферсман под влиянием момента уподобился "деятелю", не желающему глубоко задумываться над сутью происходящего. Склонность к теоретическим построениям но оставляет его и в самый разгар практической деятельности. В журнале "Природа" появляются его статьи, анализирующие войну с геохимических позиций, как одно из проявлений геологической деятельности человека: "Война, промышленность и сырье", "Наука и война", "Война как геологический фактор"...
В то время в стране, измотанной затянувшейся войной и тяжелой разрухой, теряющей веру в прежние идеалы, а более всего в царское самодержавие, раздираемой противоречиями и яростными стычками враждующих партии и группировок, назревала революция.
Несмотря на свою огромную практическую общегосударственную работу, Ферсман был далек от политической жизни. В свои студенческие годы, во время революции 1905 года, он участвовал в демонстрациях и сходках, но вместе с тем истинное удовлетворение находил в лаборатории, проводя химические опыты, и в Минералогическом музее, изучая камни. А теперь он полностью отдавал свои силы КЕПС. Ни о чем другом ему просто некогда было размышлять. Организм его не выдерживал огромных нагрузок. Ферсман все чаще болел, а летом 1917 года вынужден был отправиться на отдых и лечение в Крым.
Существуют районы, где горы были в геологическом прошлом, а затем эрозия срезала их вровень с земной поверхностью так, что под маломощными речными, озерными или эоловыми наносами залегают именно горные породы остатки древних возвышенностей. Здесь горы как бы "спрятаны" под землей. Так и на Мурзинке.
Пегматитовые жилы, отпрепарированные водой и ветром, на Эльбе или в Ильмецах выходят на земную поверхность. Пегматиты Мурзинки не столь доступны. Однако, несмотря па это, по словам Ферсмана, "трудно во всем мире назвать другой уголок земного шара, где бы было сосредоточено большее количество ценнейших самоцветов, чем в знаменитой Мурзинке".
К началу нашего века горные работы в этом районе Урала пришли в полный упадок. Ученые чрезвычайно редко посещали эти места. На старых копях добыв, самоцветы небольшие группы кустарей. Немного осталось старых горщиков, знающих и любящих камень, умеющих по едва уловимым приметам каким-то особым чутьем угадывать прихотливые изгибы жил и определять, где встретятся самоцветы. Работа в глубоких шурфах была рискованной и трудной, а заработок невелик.
Ферсман с большим уважением относился к опытным горщикам, приглядывался к их приемам поисков и добычи самоцветов. У него и самого был острый, цепкий глаз человека, с детства увлеченного камнями, и вдобавок хорошие минералогические знания. Очень скоро горщики стали относиться к нему с уважением и доверием.
Там, где горщик видел только прекрасные камни, овеянные легендами, поверьями и сказками, для ученого открывалась геологическая жизнь Земли. В его воображении вставали картины далекого прошлого так отчетливо, будто он сам был их свидетелем, словно мысль волшебной силой переносила через миллионолетия прошлого, делая видимым то, что недоступно глазу или давным давно миновало.
Вот как представлял себе Ферсман происхождение пегматитовых жил Мурзинки.
Сначала он восстанавливал общую картину образования Уральского хребта, когда на восточной окраине Восточно-Европейской платформы могучие подземные силы воздымали и сминали в складки пласты горных пород. Камепные слои разламывались. Снизу внедрялись в осадочную толщу магматические массы. Они проникали в трещины, изливались на земную поверхность, вторгались между слоями. Расплавленная магма пропитывала древние осадки, растворяла минералы, перекристаллизовывала и преображала горные породы.
Миллионы лет земная кора на Урале оставалась подвижной, неспокойной (конечно, только по нашим обыденным масштабам времени, живи мы в то время, видели бы самые обычные горные гряды, подобные нынешним Альпам, Кавказу, Гималаям).
На восточном склоне Урала нередки были магматические очаги. Из них формировались гранитные массивы. Они вовлекались в движения земной коры, испытывали на себе повышенные температуры и давления глубоких педр, взаимодействовали с другими породами, превращаясь в гранитогнейсы, имеющие ясно выраженное слоистое строение.
Позже образовались мощные массы гранитов, обогащенные сравнительно редкими химическими элементами. С историей этих грапитов и связано происхождение самоцветов и металлов Мурзинки.
"Подобно тому как молоко, отстаиваясь, собирает на своей поверхности все более жирные составные части его, так и гранитная магма еще в жидком состоянии разделилась... на химически разнородные слои. Более основные [Относительно обедненные кремниевой кислотой.], богатые магнием и железом минералы выкристаллизовывались раньше и опускались вниз, оставалась более кислая, то есть более богатая кремнекислотой (кварцем), расплавленная масса. В пей накапливались пары летучих соединений, к пей стягивались ничтожные количества рассеянных во всей магме редких элементов, ее пропитывали значительные массы перегретого пара" [Ферсман А. Е. Путешествия за камнем].
С поверхности гранитная масса начинала твердеть. Эта "скорлупа" рвалась, покрывалась трещинами... Сюда проникали пары воды и летучих соединений. Они медленно застывали, образуя пегматитовые жилы. Как ветви дерева, расходились трещины в стороны от гранитного очага, прорезали в разных направлениях поверхностные части гранитного массива, врывались в каменную оболочку окружающих пород. Твердели эти жилы сначала по стенкам, соприкасаясь с более холодными породами. Кристаллизация медленно распространялась к середине, все более суживая свободное пространство жилы. Ритмично, периодически застывали кристаллы полевого шпата и кварца, чередуясь и образуя как бы причудливые восточные письмена (письменный гранит, пегматит).
Часто процесс продолжался и позже, когда между стенками жилы оставались пустоты - занорыши. В них накапливались и кристаллизовались элементы, которые насыщали расплав в виде перегретых паров или в ничтожных количествах были рассеяны в магме.
"По стенкам пустот и трещип вырастают красивые кристаллы дымчатого кварца и полевого шпата, пары борного ангидрида скопляются в иголочках турмалина, то черного, как уголь, то... красных и зеленых тонов, летучие соединения фтора образуют голубоватые, прозрачные, как вода, кристаллы топазов... Своим образованием они обязаны четырем главнейшим и наиболее важным элементам этих жил - фтору, бору, бериллию и литию...".
К этим четырем элементам присоединяются атомы других металлов, образующих мельчайшие кристаллики. Они попадают в жилу из глубин, из внутренних очагов гранитной магмы. Поднимаясь и пробивая себе дорогу, магма захватывает обломки пород, встреченных по пути, расплавляет и растворяет их в себе... Если встречаются известняки, турмалины приобретают красную окраску, связанную с высоким содержанием кальция, если прорезаются змеевики или другие обогащенные магнием породы, образуются своеобразные полевые шпаты, а турмалины делаются бурыми.
Так описывает Ферсман образование пегматитовых жил и самоцветов Мурзинки. Эти красочные картинки подземной жизни горных пород и минералов приведены здесь вовсе не потому, что совершенно бесспорны и верпы. Пересказана точка зрения Ферсмана. Имеются и другие гипотезы, в частностях, а то и в самом главном не совпадающие с вариантом, предложенным Ферсманом.
В естествознании редко бывает иначе. Об этом следует помнить каждому, кто интересуется пауками о Земле и жизни. На всякую более или менее сложную проблему имеется несколько точек зрения. И тут нет ничего удивительного. Даже кристалл или тем более высшее животное выглядит совсем иначе, если мы взглянем на них сбоку, сверху или снизу. Какая из этих точек зрения вернее? Сказать нельзя. Однако для подобных объектов нетрудно выработать обобщенную картину.
Обобщить сложнейшие и запутаннейшие сведения о формировании, скажем, пегматитов совсем не так просто.
Можно высказать несколько вариантов, каждый из которых будет в чем-то убедителен, а в чем-то сомнителен. Ведь речь идет о невидимых глазу недрах и о невообразимых далях миллионолетий.
Например, происхождепие большинства грапитов сейчас обычно связывают с переплавлением и преобразованием осадочных толщ, а пе с расчленением глубинных "первичных" магм, как предполагали в начале нашего века. Поэтому меня как геолога изложенные выше описания генезиса пегматитов не вполне удовлетворяют. Приведены они только для того, чтобы продемонстрировать яркий образец геологического мышления - сплав научных выводов и художественных образов.
КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ
Почвы требуют от их исследователя беспрестанных экскурсов в область самых разнообразных специальностей.
В. В. Докучаев
В судьбе Ферсмана, в его научном творчестве большую роль сыграли исследования формирования и разрушения минералов в самой изменчивой, динамичной приповерхностпой зоне Земли.
Что такое выветривание? Чаще всего отвечают: это совокупность явлений химического и физического разрушения в поверхностной зоне земной коры. Такое представление о процессе выветривания существует с давних пор. Оно укоренилось в географии еще тогда, когда преобладало мнение об инертности земной коры. В действительности ситуация значительно сложнее.
Интересно проследить, как описывал зону выветривания Ферсман. Для него кора выветривания - не инертное тело, а сложный мир непрерывных превращений и сложных реакций: "Здесь... простые химические соединения замещаются малоустойчивыми системами изменчивого состава. Здесь пе применима общая систематика минералогов и трудно применимы обычные мерки общей химии. Жизнь во всем разнообразии ее проявлений, газы с их подвижностью, тончайшие измельченные частицы вещества - вот что характеризует этот сложный мир".
В коре выветривания идет не только разрушение, разложение горных пород и минералов, но и созидание, синтез новых устойчивых и неустойчивых химических соединений. Они обычно более сложные и более насыщенные энергией, чем исходные вещества, рожденные в земных недрах.
Вот, например, реакция разложения полевого шпата (ортоклаза) и синтеза каолина:
KAlSi3O8 + CO2 + H20 = Al4[Si4O10] (ОH)8+К2СОз+SiO2
Или схема образования малахита и гипса:
2СuSO4+2СаСОз+5Н20=Сu2(ОН)2[СОз]+2CaSO4*2H2O+C02
А вот так примерно в коре выветривания идут превращения рудных минералов:
FeS2 + CuSO4 + Н20=Cu2S + CuS + FeSO4 + H2SO4.
Следовательно, земная поверхность - это область особенно активных химических процессов, постоянных изменений и превращений минералов, синтеза очень сложных соединений в результате взаимодействия твердых масс, природных вод и растворов, газов, живых организмов, коллоидов.
Ферсман высказал несколько очепь плодотворных идеи, которые можно было бы назвать геохимическими законами коры выветривания. Вот их суть.
На поверхности Земли постоянно меняются термодинамические условия из-за чередования холодных и теплых, засушливых и влажных периодов. В результате чрезвычайно изменчивы скорости и направления химических реакций. Иначе говоря, для коры выветривания характерны геохимические ритмы. (Между прочим, это обстоятельство используется для искусственного выпаривания из рассолов поваренной соли или вымораживания мирабилита, сульфата патрия.)
Существует широтная геохимическая зональность, отражающая прежде всего климатические особенности географических зон. Так, при выветривании в тропических странах формируются красноцвстные породы, обогащенные окисями железа (латериты), аналогично образуются некоторые месторождения бокситов, ценной руды для получения алюминия.
Достаточно отчетливо выявляется вертикальная геохимическая зональность коры выветривания. Правда, Ферсман в 1914 году охарактеризовал ее в значительной степени условно, неопределенно и отчасти нелогично (до уровня подземных вод - "зона особенно интенсивного разрушения", ниже, до глубины пе более 10 м - зопа "поверхностного выветривания", где обычны малоустойчивые соединения изменчивого состава, далее, до глубины 400 м "мир разрушения", а на поверхности Земли господство коллоидов). Но важна правильность подхода, сама идея вертикальной зональности коры выветривания.
Изумителен диапазон научного творчества молодого ученого: труды, охватывающие три научные области - минералогию, кристаллографию и геохимию, сочетание лабораторных, полевых и теоретических исследований, интерес к процессам глубинным (эндогенным) и поверхностным (экзогенным), умеьие тщательно добывать и собирать факты, обобщать их, разрабатывать оригинальные гипотезы и теории, выдвигать новые перспективные проблемы.
И еще одно ценное качество Ферсмана как ученого: способность сочетать глобальный подход (изучение особенностей и взаимодействия геосфер) с детальным анализом отдельных минералов или минеральных групп. В сущности приведенные выше геохимические законы коры выветривания были высказаны в научно-популярной статье. Ученый не считал их достаточно хорошо обоснованными для соответствующей специальной работы. А к выводам этим он пришел не умозрительным путем, не в результате абстрак^ тных размышлений, а после детальпсйшего анализа одной Ио групп минералов - магнезиальных силикатов.
В 1913 году увидела свет вторая монография Ферсмана - "Исследования в области магнезиальных силикатов".
Первая - "Алмаз" - была посвящена крепчайшему и прекрасному минералу, рожденному в глубинах земной коры.
Во второй, словно по нарочитому противопоставлению, речь шла о минералах нетвердых, землистых, неказистых, рождаемых у земной поверхности, в коре выветривания.
О минералах коры выветривания было известно немного. По традиции минералоги проявляли интерес к "первичным", не измененным выветриванием кристаллам. Еще существенней были объективные причины: по составу и структуре минералы коры выветривания чрезвычайно сложны, а кристаллы образуют очень маленькие. По ряду признаков они сходны между собой, образуют единые скопления и разделяются в лаборатории с большими трудностями.
Ферсман использовал все доступные в то время средства для разделения этих минералов. Наиболее удобным оказался отбор визуальный, под бинокулярной лупой и микроскопом. Кроме того, он использовал практически весь доступный литературный материал на эту тему и с удивлением обнаружил, что еще в трудах ученых XVIII века был описан палыгорскит.
Минералы коры выветривания были подробно охарактеризованы пе только по химическим и физическим свойствам, но и по происхождению. Oil высказал предположение о молекулярной структуре палыгорскита (позже с помощью рентгеноструктурных анализов выяснилось, что эта гипотеза Ферсмана неверна в деталях).
Кора выветривания в сущности совсем не похожа па какую-то заскорузлую, инертную оболочку, скорлупу. Называть ее корой можно, только отдавая дань традиции и памятуя об активной химической жизни этой зоны. Сходство ее с живыми организмами в том, что здесь накапливается энергия в процессах синтеза целого ряда сложных молекул. И еще одна черта, на которую ученые обращали мало внимания. В зоне выветривания многие минералы пе имеют устойчивого химического состава.
Ферсман отметил, что под влиянием выветривания в земной коре постоянно существуют соединения переменного состава. Они образуют как бы цепочки от одних устойчивых форм к другим. Это не какие-то эфемерные создания, играющие в зоне выветривания третьестепенную роль.
Напротив, они очень характерны для нее. Здесь наблюдается, если так можно сказать, устойчивая неустойчивость или, если воспользоваться термином В. И. Вернадского, динамическое равновесие.
Правда, Ферсман не анализировал исследованное им явление с общетеоретических позиций. Он ограничился не яенее важным для науки сбором и обобщением фактов.
Если в своих популярных работах он давал выход потребности домысливать, выдвигать гипотезы, то в специальных трудах, рассчитанных на профессиональных минералогов и химиков, старался поменьше фантазировать.
Итак, к тридцати годам Александр Евгеньевич вполне сложился как оригинальный и вдумчивый естествоиспытатель. Казалось бы, ему остается и впредь развивать достигнутые успехи, продолжать начатые исследования. Какие еще качества ученого требуется ему приобретать? Как будто бы он, если воспользоваться аналогией с минералами коры выветривания, минуя ряд неустойчивых форм, пришел, наконец, в наиболее устойчивое и совершенное состояние.
Однако в жизни людей многое зависит от внешних условий, от событий не только частной, но и общественной жизни, от взаимоотношений не только личностей, но и государств, социальных групп, классов. Постоянная изменчивость окружающего мира не дает нам оставаться неизменными, как бы замкнутыми в футляре "личной жизни".
И в этом можно усмотреть проявление динамического, неустойчивого равновесия, столь характерного для всего живого...
Новый этап научного творчества Ферсмана начался в период первой мировой войны.
КЕПС
Из наблюдения устанавливать теорию, через теорию исправлять наблюдение...
М. В. Ломоносов
В июле 1914 года Германия объявила войну России.
Война охватила всю Европу. Немецкие части оккупировали Бельгию, вторглись во Францию, подходили к Парижу.
Русские войска, не добившись успеха в Восточной Пруссии, одержали ряд крупнейших побед па юго-западе, заняли Львов, продвигались вперед в районе Карпат.
Австро-венгерская армия отступала.
Чем дольше шли военные действия, тем яснее выявлялись недостатки экономики России. Сказывалась зависимость страпы от ряда государств, в том числе и Германии, в поставке оборудования и минерального сырья.
Сейчас, когда наша страна полностью обеспечена собственными минеральными ресурсами и в немалом количестве поставляет некоторые виды сырья за рубеж, трудно представить, что в начале века на огромной территории России не велась добыча серы, сурьмы, алюминия, бария, бора... Дальнейшее перечисление было бы слишком длинным.
Война не только прервала сложившиеся экономические свяни между государствами. Она требовала в огромных количествах стратегическое сырье, необходимое для взрывчатых и отравляющих веществ, для военной техники и фортификационных сооружений. Россия стала задыхаться от нехватки некоторых видов природного сырья.
В полной мере сознавал это Вернадский. Он выступил в Академии паук, предложив безотлагательно начать самое активное изучение естественных производительных сил Российскои империи: "Обладая огромными природными источниками сил, Россия находилась в такой экономической зависимости от Германии, которая далеко выходила за пределы неизбежного и желательного экономического снабжения и экономического обмена с соседней культурной нацией. Война раскрыла глаза русскому обществу па размеры и характер этой зависимости, на ее проникновение во весь обиход нашей жизни. Едва ли можно сомневаться, что прежний порядок жизни не может сохраниться после войны и должна начаться энергическая и последовательная борьба за улучшение нашего экономического положения... Внимание общества но было в достаточной степени обращено на окружающую нас природу, которая является источником производительных сил в стране" [Вернадский В. И. Избранный сочинения. М., 1954, т. 1.].
Вернадский стал главным инициатором организации при Академии наук постоянной Комиссии по изучению естественных производительных сил России (сокращенно КЕПС). Она была создана в 1915 г. Председателем комиссии избрали В. И. Вернадского, научным секретарем - А. Е. Ферсмана.
До этого времени Ферсмана интересовали минералы почти исключительно с научной и эстетической точки зрения. Он исследовал форму кристаллов, превращения минералов и многое другое, относящееся к прекрасному миру природного камня. Практическое приложение этих знаппй его не занимало вовсе. Вообще, какой-либо практицизм был чужд щедрой, открытой, бескорыстной натуре Ферсмаса. Возможно, это обстоятельство сказывалось и па его слабом интересе к использованию теоретических достижений для социальпых и государственных целей. Он не исповедовал принцип "науки для науки", но предоставлял другим заниматься не увлекающими его практическими мероприятиями.
Ферсман возглавил Комиссию сырья и химических минералов при Комитете военно-технической помощи. Комиссия изучала потребность промышленности в минеральных ресурсах, учитывала требования, которые предъявляет к природному сырью техника, промышленность, выясняла особенности месторождений полезных ископаемых, оценивала их перспективность.
Конечно, и прежде доводилось Ферсману знакомиться с практикой горного дела, с изучением месторождений металлов и самоцветов. Но только теперь оп во всей полноте узнавал неразрывную, кровную связь экономики страны с природными богатствами, промышленности - с минеральным сырьем.
Изучение мира камня было вызвано насущными нуждами человека. И наука, взмыв с этого основания в теоретические выси, вновь и вновь вынуждена возвращаться к практике как бы влекомая непреодолимой силой притяжения. И не удивительно: наука не существует сама по себе, вне общества, государства, техники, промышленности.
Наука - не только поиски истины. Мысль ученого, проникая в тайны природы, открывает путь промышленности и технике для освоения природных богатств...
Все это с особой силой ощутил, осознал Ферсман во время работы в КЕПС. Не потому, что он не знал этого раньше. Знал, но не придавал значения. Ему вполне доставало и одной науки. Теперь вышло иначе. Знание - это еще не действие. Только в действии оно раскрывается в реальных формах, изменяя лик Земли и воздействуя на людей и общество.
Обстоятельства принудили Ферсмана всерьез заняться практическим приложением научных знаний. Он увлекся, загорелся новыми задачами.
"Инвентаризация" природных богатств России была вовсе не кабинетным делом. Из-за экономических тягот военного времени, бездарности чиновников и прогнившего государственного аппарата материальное обеспечение работы КЕПС было плохое. И все-таки Комиссия организовывала экспедиции в разные районы страны для изучения естественных ресурсов (не только геологических, но и географических, биологических - комплексно).
Теперь Ферсман постоянно был в разъездах. В Петергофском уезде осматривал месторождение минеральной краски. На восточной оконечности Крыма, в районе керченских грязевых вулканов, изучал возможность использования бора, который содержится в изливающихся массах.
В Боровичах, под Петроградом, детально исследовал угольные пласты. В далеком Забайкалье совершал нелегкие и опасные маршруты в поисках алюминиевого сырья (Селенгинская Даурия), пегматитовых жил (Борщовочный кряж) и молибденовых рудопроявлений. На Среднем Урале изучал Журавлинское месторождение бокситов, а на Рудном Алтае обследовал свинцово-цинковые рудники.
Работает он не только в тылу. По собственной инициативе едет на Западный фронт. Составляет карты строительных и маскировочных материалов для военно-ипженерных целей. В письме Вернадскому признается: "Пока еще странствовал мало, но в боевую жизнь окунулся вовсю, и надо сознаться, что здесь лучше, чем в вашем петроградском тылу" [Александр Евгеньевич Ферсман. Жизнь и деятельность. М, 1965, с. 414.].
Приложение человеческих знаний к военному делу получило название "военной геологии". Ею Ферсман занимался одним из первых и больше других в нашей стране.
Работа в КЕПС была для неге сначала какоы социальным заказом и вызывалась государственной необходимостью. Очень скоро он так увлекся ею (равнодушно работать он вообще не мог), что занятия практической минералогией и геохимией стали для него необходимостью. Они настолько изменили его взгляды на теоретическую науку, что он пришел к выводу: "Я определенно не сочувствую сейчас какой-либо чисто научной отвлеченной работе, но сочувствую тому строительству, которое касается более или менее отдаленного будущего, и считаю положение слишком серьезным, чтобы думать о чем-либо другом, чем о задачах момента".
Он писал об этом Вернадскому под впечатлением своей первой поездки на Западный фронт. Слова его явно направлены против той части речи Вернадского, посвященной изучению природных ресурсов России, где говорилось о требованиях будущего переустройства уклада жизни и реорганизации экономики.
И в этом - одно из проявлений постоянного (на всю жизнь), жадного интереса Ферсмана к насущным проблемам, к настоящему, к жизни современной. У Вернадского меры времени были иными: он всегда соотносил современность с прошлым и будущим, осмысливал текущие события в их протяженности, истоках и продолжении.
Было бы неверно думать, будто Ферсман под влиянием момента уподобился "деятелю", не желающему глубоко задумываться над сутью происходящего. Склонность к теоретическим построениям но оставляет его и в самый разгар практической деятельности. В журнале "Природа" появляются его статьи, анализирующие войну с геохимических позиций, как одно из проявлений геологической деятельности человека: "Война, промышленность и сырье", "Наука и война", "Война как геологический фактор"...
В то время в стране, измотанной затянувшейся войной и тяжелой разрухой, теряющей веру в прежние идеалы, а более всего в царское самодержавие, раздираемой противоречиями и яростными стычками враждующих партии и группировок, назревала революция.
Несмотря на свою огромную практическую общегосударственную работу, Ферсман был далек от политической жизни. В свои студенческие годы, во время революции 1905 года, он участвовал в демонстрациях и сходках, но вместе с тем истинное удовлетворение находил в лаборатории, проводя химические опыты, и в Минералогическом музее, изучая камни. А теперь он полностью отдавал свои силы КЕПС. Ни о чем другом ему просто некогда было размышлять. Организм его не выдерживал огромных нагрузок. Ферсман все чаще болел, а летом 1917 года вынужден был отправиться на отдых и лечение в Крым.