Страница:
Существуют два основных представления о возникновении и развитии каменных глетчеров. Одни ученые считают, что они образуются, когда обломки горных пород с прилегающих крутых скальных склонов засыпают небольшие деградирующие ледники. Ледник оказывается погребенным под
ними. Наземный лед превращается в подземный. Лед, как известно, пластичное вещество, и он способен под на. грузкой менять свою форму, течь.
Другие ученые полагают, что каменные глетчеры могут формироваться без участия ледника, что они возникают из грубообломочных осыпей которые со временем насыщаются льдом и поэтому становятся подвижными начинают течь подобно леднику. Насыщение льдом скоплений обломочного материала возможно в условиях вечной мерзлоты. Вода, попадающая весной и летом в пустоты между обломками горных пород, замерзает в холодное время года, а в теплый период лед не успевает полностью растаять и от года к году накапливается. Осыпь или обвал превращается в ледокаменное тело, которое начинает передвигаться, течь. Активные каменные глетчеры движутся со скоростью от нескольких сантиметров до нескольких метров в год.
Возможно, что каменные глетчеры возникают и за счет погребения глетчерного льда, и за счет насыщения льдом. В природе, как известно, очень часто наблюдается конвергенция: разные причины порождают одинаковое следствие. Окончательно вопрос происхождения каменных глетчеров будет решен только тогда, когда накопится достаточно большой фактический материал об их внутреннем строении.
Ученым удалось несколько раз заглянуть внутрь каменных глетчеров Заилийского Алатау. Помогли селевые потоки, которые изредка подрезают фронтальные или боковые уступы каменных глетчеров. Тогда на какое-то время открывается его внутреннее строение. Удалось рассмотреть, что лед заполняет пустоты между обломками горных пород, что местами встречаются линзы и клинообразные скопления относительно чистого льда. Исследование структур круп' ных ледяных включений показало, что этот лед не остатки былого леднику
OH имеет вторичное происхождение, возник за счет многолетнего промерзания грубообломочных толщ осыпей, обвальных масс или моренных накоплений.
Конечно, эти наблюдения не исключают того, что возможно и другое формирование каменных глетчеров - захоронение языков обычных ледников. Может быть, такие разновидности каменных глетчеров удастся еще обнаружить.
Каменные глетчеры интересны и тем, что это надежные и долговременные кладовые больших масс подземного льда. Только в горах Казахстана и Средней Азии запасы льда (пресной воды) в каменных глетчерах составляют многие кубические километры.
ЧТО ТАМ, В ТУЧАХ НАД ВУЛКАНАМИ?
Могучий, низкий рокот растекался по окрестностям, из жерла внезапно проснувшейся огнедышащей горы взлетали ввысь и тяжело шлепались о землю куски раскаленной лавы. В туче пепла, обнимавшей небо, сверкали синие молнии, облако раскаленных газов ложилось на город, сжигая все живое...
Со времени гибели Помпеи память человечества хранит немало таких трагедий. И кажется невероятным выдвинутое уже в наши дни предположение ° том, что именно в страшных пеплово"азовых тучах над вулканами рождаются простейшие органические соедине^ - прародители жизни на Земле. "в весы всяческих "за" и "против" Ученые Института биохимии имени
А. Н. Баха АН СССР решили положить результаты эксперимента.
Принцип работы установки довольно прост - "вулканическая" газовая смесь поступает в реактор с пеплом снизу вверх. Пепел вскипает, и в этом бурлящем слое при температуре около 500 градусов начинаются химические реакции. К тому же между платиновыми электродами непрерывно пропускаются электрические разряды - своего рода подобие молний, сверкающих в тучах над вулканами. В результате ученые получают аминокислоты, пуриновые и пирамидиновые основания - "кирпичики" жизни. А из них можно построить более сложные органические соединения; белки и нуклеиновые кислоты. Но для этого нужно опуститься из облачных высей в глубь Земли.
Оказывается, наиболее благоприятным местом для небиологического синтеза сложной органики ученые считают не поверхность, планеты и даже не жерла вулканов, а глубины литосферы, земной коры.
Некоторые исследователи считают, что миллиарды лет назад ультрафиолетовое излучение Солнца было в сотни тысяч раз сильнее, чем предполагалось раньше. Значит, уже тогда на Земле мог существовать кислород, образующийся под воздействием радиации из воды и углекислого газа. Какой уж тут синтез органики - в атмосфере идут сильные окислительные процессы, да и радиация губительно действует на живое. Появилось сомнение в корректности прежних модельных экспериментов, которые проводились в бескислородных условиях.
И все же ни кислород, ни радиация не могли помешать синтезу органики в пеплово-газовых тучах над вулканом. Они действовали бы только на их периферии, не оказывая существенного влияния внутри. Конечно, "кирпичики" жизни могли через некоторое время рассыпаться, останься они в атмосфере или на поверхности планеты. Но,
сачиваясь с дождями на землю, они становились неуязвимыми для радиации и кислорода. К тому же органические соединения могут образовываться и непосредственно на больших глубинах - не исключено, что при участии минеральных катализаторов там образуются сложные биополимеры.
Для моделирования этих процессов в институте создали новую установку, воспроизводящую условия, аналогичные существующим в земных недрах. На ней получены пептидоподобные соединения - вещества, обладающие некоторыми свойствами белков.
Моделирование позволяет предположить, что в литосфере действительно могут образовываться биополимеры. Более того, не исключено, что такой процесс идет на планете постоянно - даже в наши дни. Условия там благоприятные - отсутствие кислорода, высокие давления и температуры, миграция водных растворов, наличие катализаторов.
Сейчас известны микроорганизмы, которые живут при температуре 250 градусов и давлении 265 атмосфер. Вполне возможно, что подобные существа образуются в глубинах Земли очень давно. За геологические эпохи эти организмы могли достичь определенной сложности. Не исключено, что первичная живая материя появилась именно в литосфере, а может быть, ее простейшие формы существуют там и на современном этапе эволюции.
ВДОХНУВ жизнь
В науке существует немало спорящих друг с другом гипотез о зарождении и эволюции жизни на Земле.
Но все они сходятся в одном: чтобы из неживой материи возникли сложные органические соединения, а затем и простейшие организмы, нужна была энергия в достаточных количествах. Кто был ее поставщиком? Солнце? Космические излучения? Вулканы? "Нет _ считают ученые.- Вдохнуть в неживую материю жизнь могли лишь... ядерные реакторы".
В результате совместных исследований югославские и мексиканские ученые пришли к выводу, что 2-3 миллиарда лет назад на Земле протекали ядерные реакции, подобные тем, что сегодня работают в реакторах атомных электростанций. В частности, один из таких природных "реакторов" находился в Африке на территории нынешнего Габона. Изучив соотношение изотопов урана-235 и урана-238 в породах, исследователи установили, что первого здесь значительно меньше, чем положено. А это свидетельствует о том, что он "сгорел" в ходе цепной реакции. И "реактор" постепенно перестал действовать. Но 3 миллиарда лет назад его тепло и жесткое гаммаизлучение вполне могли подтолкнуть эволюцию.
ЧИСЛА И ГЕОЛОГИЯ
Еще в школе мы привыкли с уважением относиться к числам. И это понятно: числа - важнейшее математическое понятие, без него невозможно что-либо количественно описать или исследовать. Было время, когда число вообще принимали за основу всего существующего. Пифагорейцы в ДРев' ней Греции считали, что и космос это число, и все вещи - числа, и ДУша
человеческая - число... И сегодня, когда новейшие математические выводы используются в исследованиях конкретных объектов, порою оказывается, что их арифметически-геометрическая структура играет не последнюю роль.
Вот, скажем, четные и нечетные числа. Какая между ними может быть принципиальная разница? Вроде бы никакой. Между тем если расположить в ряд все химические элементы в порядке возрастания их атомных номеров, то окажется, что элементы с четными порядковыми номерами слагают 87 процентов массы земной коры, а с нечетными-только 13 процентов...
Еще более удивительная закономерность проявляется, если выстроить "по рангу" ряд рудных месторождений, то есть в порядке убывания в них запасов полезного ископаемого, будь то ртуть, медь, алюминий или другой металл. Оказывается, произведение запасов месторождения на его номер в ранговом ряду - величина постоянная для данного ряда. Но ведь тогда, зная закон убывания, можно по известным залежам руды предположить о существовании еще не открытых? Этой научной проблемой занялись ученые Всесоюзного научно-исследовательского геологического института имени А. П. Карпинского. Проведя математический анализ, они, в частности, установили, что по наиболее крупному месторождению региона (геологической провинции) можно судить обо всех месторождениях в его пределах и даже обо всех ресурсах данного вида сырья в изучаемом районе. Причем если уже известные запасы провинции заметно превышают прогнозируемые на основе полученных уравнений, то геологи могут смело приниматься за поиски более крупного месторождения - оно обязательно должно быть в этом районе.
Почему же природа так "математизировала" процесс накопления полезных ископаемых, в частности металлических руд? Ответа пока нет.
ЗАГАДКИ "ЖИВОГО СЕРЕБРА"
Писатель-фантаст Иван Антонович Ефремов был выдающимся геологом участником многих экспедиций, работавших в Сибири, в Средней Азии, на Алтае. В одной из его алтайских экспедиций было открыто месторождение ртутной руды.
В рассказе "Озеро Горных Духов" И. Ефремов научно обоснованно описал, как над месторождениями ртути возникали "духи". Они появлялись, когда солнечные лучи освещали озеро и его берега, сложенные ртутной рудой киноварью. Ведь ртуть - летучее вещество, она быстро испаряется при повышении температуры. "Призраки" - сгущающиеся пары ртути. Ни один другой металл не испаряется так легко в лучах солнца.
Серебристо-белая, блестящая ртуть - единственный из всех металлов, который плавится не в калильном жару, а на довольно сильном морозе почти при минус 39 градусов Цельсия. При обычной (как мы говорим, комнатной) температуре ртуть существует в жидкой фазе. М. В. Ломоносов вместе с другим российским академиком И. А. Брандтом впервые получил в один из очень морозных дней декабря 1759 года твердую, кристаллическую ртуть. Ломоносов исследовал ее и обнаружил, что по механическим свойствам она удивительно похожа на свинец (так же хорошо куется).
На внешнее сходство ртути с серебром обратили внимание еще средневековые алхимики, назвавшие ее "живым серебром" за необычайную подвижность. Они же нарекли ее за это)
свойство "меркурием". Еще одно название ртути - "мать металлов". Она удостоилась его за странную способность создавать почти со всеми металлами своеобразные растворы-сплавы - амальгамы. Даже в золоте находили ртуть. Алхимики думали, что все металлы произошли из ртути. И хотя их попытки получить из ртути золото не увенчались успехом, им мы во многом обязаны пониманием различных физических и химических свойств ртути.
Загадки "меркурия" продолжают волновать ученых и по сей день. Это закономерности распространения ртути на Земле среди других химических элементов. Много "белых пятен" в геохимии ртути, о которой почти полвека назад родоначальник советской геохимии академик А. Е. Ферсман сказал, что она "полна загадок"...
Дело в том, что месторождения, об одном из которых рассказал И. Ефремов, сосредоточивают в себе лишь две сотые процента всей ртути, содержащейся в земной коре. Вся остальная ртуть рассеяна по планете в малых количествах. Где ее только нет! Даже во всех живых организмах она обязательно присутствует, поскольку ртутьодин из необходимых для поддержания жизненных процессов микроэлементов. Это очень малая доза всего миллионная доля процента (в больших количествах ртуть вредна). Ртуть широко используется в различных отраслях промышленности (электронике, металлургии, электрохимии), в сельском хозяйстве, медицине. Издавна применяется как краска самый распространенный из 32 встречающихся в природе минералов ртути - киноварь.
Вслед за А. Ферсманом изучением законов распространения ртути в нач*ви стране занимался член-корреспондент АН СССР А. А. Сауков. Вместе ^о своими учениками и последователями он открыл неизвестную прежде закономерность.
Оказалось, что вокруг месторождений многих металлов (не только ртутных руд) образуются ореолы повышенной "ртутности", в которых этого металла содержится в 10-110 раз больше, чем повсюду на Земле. При этом возрастание содержания ртути в породах ощущается за несколько сотен метров, а то и за километр до залежи той или иной металлической руды.
Конечно, это очень малые концентрации, и только сверхточная аппаратура способна определить присутствие ничтожных примесей вещества, "опознать" немногие атомы ртути среди миллионов чужеродных.
Металлы как бы притягивают ртуть, и она таким образом служит индикатором их месторождений, может сигнализировать о приближении к ним. Речь идет в первую очередь о рудах свинца, цинка, сурьмы, олова, золота. Многие другие руды (не только металлов) тоже являются концентраторами ртути. Причем даже такие, как нефть и газ. Значит, ореолы ртути вокруг различных минеральных залежей геологи могут рассматривать как существенную помощь при поисковых работах. Ко многим методам разведки полезных ископаемых добавился новый ртутометрический.
ВИБРОПРОСВЕЧИВАНИЕ ЗЕМЛИ
Для изучения глубоких недр Земли сейсмологи используют волны от землетрясений и взрывов. Но землетрясения происходят внезапно, и положение очага заранее неизвестно. Взрыв же изменяет структуру пород, и
66
ные опыты идут уже в иных условиях, а это затрудняет изучение.
Если же возбуждать сейсмические волны вибрационными источниками, которые посылают в Землю сигналы нужной продолжительности и формы, то появляется возможность вести регулярные систематические исследования строения земных недр и происходящих там процессов - без разрушения горных пород.
Метод вибропросвечивания Земли еще очень молод- он возник только в семидесятых годах нашего столетия. Еще отрабатывается и сам метод, и совершенствуются сейсмические виброисточники, однако уже сейчас получены интересные результаты, показывающие большие его возможности.
С одной стороны, это детальное изучение структуры больших и малых участков земной коры. Сеть станций в зависимости от расстояния между источниками колебаний и приемными пунктами может построить разрез блоков коры размером от 20-50 километров до 200-300 метров. Интересно, что виброисточники могут при этом снимать "картину" недр слоями с различной глубины, то есть действуют как медицинский томограф. Это позволяет довольно четко представлять себе расположение различных неоднородностей структуры недр, что облегчает поиск месторождений.
С другой стороны, сейсмические вибраторы - это мощные инструменты для изучения свойств горных пород, их поведения и деформаций, особенно в канун землетрясений. А это открывает новые перспективы для прогноза "подземных бурь".
ЕЩЕ ОДИН КЛОНДАЙК?
Не так давно на севере Финляндии вспыхнула "золотая лихорадка" - в небольшой речушке нашли блестки драгоценного металла. Однако старатели быстро остыли - на квадратном километре здесь удавалось намывать не более двух граммов золотых песчинок. Между тем куда больше золота можно добывать с той же площади - и не в глухомани, а в центре Европы. Это взялся доказать "старатель" с дипломом профессора Штутгартского университета О. Табасаран. Правда, свои поиски он начал с других редких металлов - серебра, ртути и кадмия. Для этого не надо было снаряжать экспедицию, стоило взять статистические справочники.
Электронные часы, портативные приемники и магнитофоны, автоматические фотокамеры и другая бытовая техника выпускаются огромными сериями. Все это снабжается "пуговками" или "пальчиками" - поработав с год, миниатюрные батарейки летят в мусоропровод. В ФРГ, например, за год свалки поглощают 40 миллионов "пуговиц" и 400 миллионов "пальчиков" таким образом теряется около 50 тонн ртути, 40 тонн кадмия и несколько тонн серебра. К этим металлам надо еще прибавить цинк, медь, олово, никель, литий - по сути дела, свалки превращаются в богатые рудники.
О. Табасаран разработал методы утилизации металлов из старых батареек - по его технологии уже получено около 400 килограммов кадмия и ртути. Начало скромное, но, как считают специалисты, особенно экологи,
обещающее - ведь эти металлы ядовиты. И не исключено, что есть смысл организовать сбор старых батареек, как, например, сдают сейчас макулатуру - выгода тут двойная.
А откуда на свалках золото? Оно попадает туда вместе со старыми ЭВМ, измерительными приборами, узлами АТС - ведь золотом покрывают контакты. Устарела машина - вместе с ней металл идет на свалку. А в одной тонне старых печатных плат около килограмма золота - в кубометре природных руд его значительно меньше.
Фирма "Энгельгардт" первой начала собирать в промышленных районах старые компьютеры и приборы. Когда скопилось более ста тонн таких трофеев, начались технологические эксперименты по извлечению золота.
Сначала компьютеры и приборы разбирают, удаляют проволоку, вынимают платы. На следующем этапе "золотоносную руду" измельчают и нагревают в печи, где сгорают полимеры и краски. Спеченную массу вновь дробят и подвергают магнитной сепарации, чтобы убрать железо. Затем окислившиеся цветные и драгоценные металлы разделяют с помощью ряда химических и термических процессов. Полученное сырье пригодно для гальваники, а после дополнительной обработки золото может пойти в кругооборот - на контакты новых ЭВМ.
Этот опыт - первая, но отнюдь не единственная ласточка. Аналогичные установки и предприятия создаются в Бельгии, Испании, Франции. Недавно французские специалисты с гордостью объявили о том, что получили первые 400 граммов золота из компьютерного лома.
Большой комбинат по переработке старых ЭВМ и приборов начал действовать в конце минувшего года в городе Галле. Применяемая в ГДР технология - кстати, она запатентована - имеет немалые преимущества. Здесь добывают из электронного лома не только драгоценные металлы, но
лезо, медь, свинец, цинк, олово-для этого обрабатывается буквально каждый проводок, каждая спайка.
Станут ли свалки новым Клондайком, покажет время, но уже первые опыты свидетельствуют: выбрасываемые в утиль ЭВМ, батарейки, приборы могут быть верным источником достаточно дефицитного сырья.
ГЛИНЫ И НЕФТЬ СУТЬ ВЕЩИ НЕСОВМЕСТНЫЕ?
Летом 1968 года в Западной Сибири, в районе Салым, произошло событие необычайное, оно не могло остаться незамеченным даже на фоне насыщенной неожиданностями жизни геологовнефтяников. И дело было не в том, что скважина под номером 12-Р дала фонтан нефти с рекордным дебитом, а в том, что нефть эта шла из глинистых (!) пород толщи, носящей название Баженовская свита...
В "классических" месторождениях нефть и газ содержатся в так называемых обломочных породах - песчаных, гравийных и тому подобных. Правда, в последние десятилетия запас "классических" нефтегазовых месторождений изрядно истощился. На помощь пришли залежи нефти и газа в карбонатных породах - известняках и доломитах. Поры, пустоты, трещины и каверны в этих породах также дают возможность нефти и газу скапливаться.
Но глина! Она всегда считалась надежным флюидоупором. Нефтегазовые залежи не уходят вниз, в глубины земли, или вверх, к земной поверхности, а, надежно запечатанные, ожидают прихода человека именно
68
даря тому, что их покрывают и подстилают глинистые горизонты.
Вот и глинистая Баженовская свита, залегающая на глубине около трех километров, рассматривалась лишь как своего рода помощница, обеспечивающая сохранность нефтегазовых залежей, которые в шестидесятых годах геологи искали в песчаных породах, лежащих и ниже этой свиты, и выше ее. Баженовская свита считалась помощницей весьма надежной. Ведь она распространена на значительной части западносибирской территории, на площади более миллиона квадратных километров. И мощность, то есть толщина свиты, обычно весьма основательная - несколько десятков метров.
Правда, кое о каких примечательных особенностях Баженовской свиты геологи знали еще до того, как была пробурена скважина 12-Р. Известно было, в частности, что глинистые породы этой толщи высокобитуминозны, Другими словами, в них содержится много органического вещества. И образование горных пород свиты большинство ученых представляет себе в основном почти одинаково. В юрский период, то есть примерно сто двадцать миллионов лет назад, на территории нынешней Западной Сибири находилось море. В то время климат здесь был теплый. В море во множестве обитали и растительные организмы. Но периодически наступали моменты их массовой гибели. Возможно, это происходило из-за вторжений холодной воды из соседнего Арктического бассейна. Погибшие организмы обогащали органическим веществом накапливавшийся на дне моря ил. В ходе геологической истории, по мере накопления многих сотен метров осадков, под воздействием высокого давления и температуры ил превратился в глинистую породу.
Минералогические исследования показали, что баженовские породы состоят из глинистых минералов, органического вещества, который придает им темную окраску, из кремнезема и
бонатов. Кроме того, в небольшом количестве имеется пирит и обломочный материал алеврит, то есть песчинки очень мелких размеров.
"СВОЯ" НЕФТЬ ИЛИ "ЧУЖАЯ"?
Высокое содержание органического вещества в породах Баженовской свиты еще задолго до бурения скважины 12-Р наводило многих геологов на мысль о том, что свита относится к числу так называемых нефтематеринских. Другими словами, принадлежит к горным породам - природным генераторам нефти. Но предшествующий опыт геологов-нефтяников всего мира свидетельствовал, казалось бы, о том, что нефть, будучи жидким, а потому весьма подвижным веществом, никогда не остается на месте своего образования. Ей, по всем канонам, следовало бы устремиться в вышележащие или нижележащие толщи.
Все это прекрасно знали геологи, работавшие на так называемой Салымской площади, где была пробурена скважина 12-Р. Поэтому сначала они решили, что работы произведены технологически недостаточно "стерильно". То есть при испытании скважины Баженовская свита плохо изолировалась от соседних нефтепродуктивных пластов. Однако результаты многих последующих испытаний опровергли эти предположения. Нефть шла, несомненно, из самой Баженовской свиты. Но в свите много прослоек песчаных пород. Может быть, нефтеносны именно они? Нет, керн, поднимаемый с "подозрительных" участков, не подтвердил и этого мнения.
Сейчас, когда в Западной Сибири пробурено большое число поисковых и разведочных скважин, нет сомнений, что в Баженовской свите, именно в ней самой, содержится нефть. На многих площадях зафиксирована промышленная нефтегазоносность. Тем не менее среди геологов, нефтяников, ученых нет единства в представлении о
роде этой нефти. Одни продолжают считать, что нефть проникла в толщу Баженовской свиты из нижележащих горизонтов по тектоническим разломам. Другие же считают, что нефть эта автохтонна, то есть она "своя, местная", образовавшаяся из органического вещества самой свиты.
Они считают, что нефтеносность в Баженовской свите "контролируется" температурой. Иными словами, нефтяные залежи в пределах свиты находятся в тех зонах, где температура не ниже 95 градусов. Значение температуры как главнейшего фактора нефтеобразования признается геологами давно. На Салыме исследователи установили точно: относительное содержание углеводородов возрастает в органическом веществе Баженовской свиты по мере увеличения температуры в пласте. Самое большое содержание углеводородов и промышленные залежи нефти приурочены к наиболее горячим зонам с температурой свыше 125- 130 градусов.
В глинистых толщах, распространенных в недрах по всему земному шару, нефть содержится нередко, но в таких небольших количествах, что не только не имеет промышленного значения, а и извлекается-то из горных пород часто лишь лабораторными методами. Баженовская свита - первый случай, когда геологи натолкнулись на глинистые породы, в которых нефть и генерировалась, и, возможно, целиком осталась на месте своего образования. То, что нефть найдена вместе со своим материнским органическим веществом, подтверждает, по мнению некоторых ученых, "органическую" концепцию происхождения нефти, которой придерживается большинство геологов. И более уязвимой, соответственно, становится позиция "неорганистов". Вполне возможно, что дальнейшие исследования Баженовской свиты дадут еще много интересных сведений для совершенствования теории нефтеобразовачия.
ГУБКА С НЕФТЬЮ
Если придерживаться формальной логики, то следует ожидать, что эксплуатационники должны приступить к работе только после того, как геологи закончат разведку месторождения. В действительности, как говорится, возможны варианты. В таких новых и сложных случаях, как Салымское месторождение, нефтяники подключаются к работе раньше. На Салыме их особенно беспокоит одно обстоятельство. В момент вскрытия скважинами нефтяных залежей давление в них высокое. Но как только начинают отбирать нефть, оно падает чересчур быстро по сравнению с тем, как это бывает обычно в "классических" месторождениях. Казалось, что эксплуатационников на Салымском месторождении подстерегает неприятный сюрприз и им очень скоро после начала эксплуатации придется принимать какие-то "насильственные меры воздействия" на нефтяные залежи, заставляя их отдавать свою нефть. Для того чтобы заранее все проверить и выяснить, как долго будет длиться естественное фонтанирование, решено было начать пробную эксплуатацию. Сегодня ответ известен: несколько скважин беспрерывно дают нефть в течение десяти лет. Справедливости ради нужно сказать, что дают нефть далеко не все скважины. Поэтому беспокойство эксплуатационников до конца не рассеялось.
ними. Наземный лед превращается в подземный. Лед, как известно, пластичное вещество, и он способен под на. грузкой менять свою форму, течь.
Другие ученые полагают, что каменные глетчеры могут формироваться без участия ледника, что они возникают из грубообломочных осыпей которые со временем насыщаются льдом и поэтому становятся подвижными начинают течь подобно леднику. Насыщение льдом скоплений обломочного материала возможно в условиях вечной мерзлоты. Вода, попадающая весной и летом в пустоты между обломками горных пород, замерзает в холодное время года, а в теплый период лед не успевает полностью растаять и от года к году накапливается. Осыпь или обвал превращается в ледокаменное тело, которое начинает передвигаться, течь. Активные каменные глетчеры движутся со скоростью от нескольких сантиметров до нескольких метров в год.
Возможно, что каменные глетчеры возникают и за счет погребения глетчерного льда, и за счет насыщения льдом. В природе, как известно, очень часто наблюдается конвергенция: разные причины порождают одинаковое следствие. Окончательно вопрос происхождения каменных глетчеров будет решен только тогда, когда накопится достаточно большой фактический материал об их внутреннем строении.
Ученым удалось несколько раз заглянуть внутрь каменных глетчеров Заилийского Алатау. Помогли селевые потоки, которые изредка подрезают фронтальные или боковые уступы каменных глетчеров. Тогда на какое-то время открывается его внутреннее строение. Удалось рассмотреть, что лед заполняет пустоты между обломками горных пород, что местами встречаются линзы и клинообразные скопления относительно чистого льда. Исследование структур круп' ных ледяных включений показало, что этот лед не остатки былого леднику
OH имеет вторичное происхождение, возник за счет многолетнего промерзания грубообломочных толщ осыпей, обвальных масс или моренных накоплений.
Конечно, эти наблюдения не исключают того, что возможно и другое формирование каменных глетчеров - захоронение языков обычных ледников. Может быть, такие разновидности каменных глетчеров удастся еще обнаружить.
Каменные глетчеры интересны и тем, что это надежные и долговременные кладовые больших масс подземного льда. Только в горах Казахстана и Средней Азии запасы льда (пресной воды) в каменных глетчерах составляют многие кубические километры.
ЧТО ТАМ, В ТУЧАХ НАД ВУЛКАНАМИ?
Могучий, низкий рокот растекался по окрестностям, из жерла внезапно проснувшейся огнедышащей горы взлетали ввысь и тяжело шлепались о землю куски раскаленной лавы. В туче пепла, обнимавшей небо, сверкали синие молнии, облако раскаленных газов ложилось на город, сжигая все живое...
Со времени гибели Помпеи память человечества хранит немало таких трагедий. И кажется невероятным выдвинутое уже в наши дни предположение ° том, что именно в страшных пеплово"азовых тучах над вулканами рождаются простейшие органические соедине^ - прародители жизни на Земле. "в весы всяческих "за" и "против" Ученые Института биохимии имени
А. Н. Баха АН СССР решили положить результаты эксперимента.
Принцип работы установки довольно прост - "вулканическая" газовая смесь поступает в реактор с пеплом снизу вверх. Пепел вскипает, и в этом бурлящем слое при температуре около 500 градусов начинаются химические реакции. К тому же между платиновыми электродами непрерывно пропускаются электрические разряды - своего рода подобие молний, сверкающих в тучах над вулканами. В результате ученые получают аминокислоты, пуриновые и пирамидиновые основания - "кирпичики" жизни. А из них можно построить более сложные органические соединения; белки и нуклеиновые кислоты. Но для этого нужно опуститься из облачных высей в глубь Земли.
Оказывается, наиболее благоприятным местом для небиологического синтеза сложной органики ученые считают не поверхность, планеты и даже не жерла вулканов, а глубины литосферы, земной коры.
Некоторые исследователи считают, что миллиарды лет назад ультрафиолетовое излучение Солнца было в сотни тысяч раз сильнее, чем предполагалось раньше. Значит, уже тогда на Земле мог существовать кислород, образующийся под воздействием радиации из воды и углекислого газа. Какой уж тут синтез органики - в атмосфере идут сильные окислительные процессы, да и радиация губительно действует на живое. Появилось сомнение в корректности прежних модельных экспериментов, которые проводились в бескислородных условиях.
И все же ни кислород, ни радиация не могли помешать синтезу органики в пеплово-газовых тучах над вулканом. Они действовали бы только на их периферии, не оказывая существенного влияния внутри. Конечно, "кирпичики" жизни могли через некоторое время рассыпаться, останься они в атмосфере или на поверхности планеты. Но,
сачиваясь с дождями на землю, они становились неуязвимыми для радиации и кислорода. К тому же органические соединения могут образовываться и непосредственно на больших глубинах - не исключено, что при участии минеральных катализаторов там образуются сложные биополимеры.
Для моделирования этих процессов в институте создали новую установку, воспроизводящую условия, аналогичные существующим в земных недрах. На ней получены пептидоподобные соединения - вещества, обладающие некоторыми свойствами белков.
Моделирование позволяет предположить, что в литосфере действительно могут образовываться биополимеры. Более того, не исключено, что такой процесс идет на планете постоянно - даже в наши дни. Условия там благоприятные - отсутствие кислорода, высокие давления и температуры, миграция водных растворов, наличие катализаторов.
Сейчас известны микроорганизмы, которые живут при температуре 250 градусов и давлении 265 атмосфер. Вполне возможно, что подобные существа образуются в глубинах Земли очень давно. За геологические эпохи эти организмы могли достичь определенной сложности. Не исключено, что первичная живая материя появилась именно в литосфере, а может быть, ее простейшие формы существуют там и на современном этапе эволюции.
ВДОХНУВ жизнь
В науке существует немало спорящих друг с другом гипотез о зарождении и эволюции жизни на Земле.
Но все они сходятся в одном: чтобы из неживой материи возникли сложные органические соединения, а затем и простейшие организмы, нужна была энергия в достаточных количествах. Кто был ее поставщиком? Солнце? Космические излучения? Вулканы? "Нет _ считают ученые.- Вдохнуть в неживую материю жизнь могли лишь... ядерные реакторы".
В результате совместных исследований югославские и мексиканские ученые пришли к выводу, что 2-3 миллиарда лет назад на Земле протекали ядерные реакции, подобные тем, что сегодня работают в реакторах атомных электростанций. В частности, один из таких природных "реакторов" находился в Африке на территории нынешнего Габона. Изучив соотношение изотопов урана-235 и урана-238 в породах, исследователи установили, что первого здесь значительно меньше, чем положено. А это свидетельствует о том, что он "сгорел" в ходе цепной реакции. И "реактор" постепенно перестал действовать. Но 3 миллиарда лет назад его тепло и жесткое гаммаизлучение вполне могли подтолкнуть эволюцию.
ЧИСЛА И ГЕОЛОГИЯ
Еще в школе мы привыкли с уважением относиться к числам. И это понятно: числа - важнейшее математическое понятие, без него невозможно что-либо количественно описать или исследовать. Было время, когда число вообще принимали за основу всего существующего. Пифагорейцы в ДРев' ней Греции считали, что и космос это число, и все вещи - числа, и ДУша
человеческая - число... И сегодня, когда новейшие математические выводы используются в исследованиях конкретных объектов, порою оказывается, что их арифметически-геометрическая структура играет не последнюю роль.
Вот, скажем, четные и нечетные числа. Какая между ними может быть принципиальная разница? Вроде бы никакой. Между тем если расположить в ряд все химические элементы в порядке возрастания их атомных номеров, то окажется, что элементы с четными порядковыми номерами слагают 87 процентов массы земной коры, а с нечетными-только 13 процентов...
Еще более удивительная закономерность проявляется, если выстроить "по рангу" ряд рудных месторождений, то есть в порядке убывания в них запасов полезного ископаемого, будь то ртуть, медь, алюминий или другой металл. Оказывается, произведение запасов месторождения на его номер в ранговом ряду - величина постоянная для данного ряда. Но ведь тогда, зная закон убывания, можно по известным залежам руды предположить о существовании еще не открытых? Этой научной проблемой занялись ученые Всесоюзного научно-исследовательского геологического института имени А. П. Карпинского. Проведя математический анализ, они, в частности, установили, что по наиболее крупному месторождению региона (геологической провинции) можно судить обо всех месторождениях в его пределах и даже обо всех ресурсах данного вида сырья в изучаемом районе. Причем если уже известные запасы провинции заметно превышают прогнозируемые на основе полученных уравнений, то геологи могут смело приниматься за поиски более крупного месторождения - оно обязательно должно быть в этом районе.
Почему же природа так "математизировала" процесс накопления полезных ископаемых, в частности металлических руд? Ответа пока нет.
ЗАГАДКИ "ЖИВОГО СЕРЕБРА"
Писатель-фантаст Иван Антонович Ефремов был выдающимся геологом участником многих экспедиций, работавших в Сибири, в Средней Азии, на Алтае. В одной из его алтайских экспедиций было открыто месторождение ртутной руды.
В рассказе "Озеро Горных Духов" И. Ефремов научно обоснованно описал, как над месторождениями ртути возникали "духи". Они появлялись, когда солнечные лучи освещали озеро и его берега, сложенные ртутной рудой киноварью. Ведь ртуть - летучее вещество, она быстро испаряется при повышении температуры. "Призраки" - сгущающиеся пары ртути. Ни один другой металл не испаряется так легко в лучах солнца.
Серебристо-белая, блестящая ртуть - единственный из всех металлов, который плавится не в калильном жару, а на довольно сильном морозе почти при минус 39 градусов Цельсия. При обычной (как мы говорим, комнатной) температуре ртуть существует в жидкой фазе. М. В. Ломоносов вместе с другим российским академиком И. А. Брандтом впервые получил в один из очень морозных дней декабря 1759 года твердую, кристаллическую ртуть. Ломоносов исследовал ее и обнаружил, что по механическим свойствам она удивительно похожа на свинец (так же хорошо куется).
На внешнее сходство ртути с серебром обратили внимание еще средневековые алхимики, назвавшие ее "живым серебром" за необычайную подвижность. Они же нарекли ее за это)
свойство "меркурием". Еще одно название ртути - "мать металлов". Она удостоилась его за странную способность создавать почти со всеми металлами своеобразные растворы-сплавы - амальгамы. Даже в золоте находили ртуть. Алхимики думали, что все металлы произошли из ртути. И хотя их попытки получить из ртути золото не увенчались успехом, им мы во многом обязаны пониманием различных физических и химических свойств ртути.
Загадки "меркурия" продолжают волновать ученых и по сей день. Это закономерности распространения ртути на Земле среди других химических элементов. Много "белых пятен" в геохимии ртути, о которой почти полвека назад родоначальник советской геохимии академик А. Е. Ферсман сказал, что она "полна загадок"...
Дело в том, что месторождения, об одном из которых рассказал И. Ефремов, сосредоточивают в себе лишь две сотые процента всей ртути, содержащейся в земной коре. Вся остальная ртуть рассеяна по планете в малых количествах. Где ее только нет! Даже во всех живых организмах она обязательно присутствует, поскольку ртутьодин из необходимых для поддержания жизненных процессов микроэлементов. Это очень малая доза всего миллионная доля процента (в больших количествах ртуть вредна). Ртуть широко используется в различных отраслях промышленности (электронике, металлургии, электрохимии), в сельском хозяйстве, медицине. Издавна применяется как краска самый распространенный из 32 встречающихся в природе минералов ртути - киноварь.
Вслед за А. Ферсманом изучением законов распространения ртути в нач*ви стране занимался член-корреспондент АН СССР А. А. Сауков. Вместе ^о своими учениками и последователями он открыл неизвестную прежде закономерность.
Оказалось, что вокруг месторождений многих металлов (не только ртутных руд) образуются ореолы повышенной "ртутности", в которых этого металла содержится в 10-110 раз больше, чем повсюду на Земле. При этом возрастание содержания ртути в породах ощущается за несколько сотен метров, а то и за километр до залежи той или иной металлической руды.
Конечно, это очень малые концентрации, и только сверхточная аппаратура способна определить присутствие ничтожных примесей вещества, "опознать" немногие атомы ртути среди миллионов чужеродных.
Металлы как бы притягивают ртуть, и она таким образом служит индикатором их месторождений, может сигнализировать о приближении к ним. Речь идет в первую очередь о рудах свинца, цинка, сурьмы, олова, золота. Многие другие руды (не только металлов) тоже являются концентраторами ртути. Причем даже такие, как нефть и газ. Значит, ореолы ртути вокруг различных минеральных залежей геологи могут рассматривать как существенную помощь при поисковых работах. Ко многим методам разведки полезных ископаемых добавился новый ртутометрический.
ВИБРОПРОСВЕЧИВАНИЕ ЗЕМЛИ
Для изучения глубоких недр Земли сейсмологи используют волны от землетрясений и взрывов. Но землетрясения происходят внезапно, и положение очага заранее неизвестно. Взрыв же изменяет структуру пород, и
66
ные опыты идут уже в иных условиях, а это затрудняет изучение.
Если же возбуждать сейсмические волны вибрационными источниками, которые посылают в Землю сигналы нужной продолжительности и формы, то появляется возможность вести регулярные систематические исследования строения земных недр и происходящих там процессов - без разрушения горных пород.
Метод вибропросвечивания Земли еще очень молод- он возник только в семидесятых годах нашего столетия. Еще отрабатывается и сам метод, и совершенствуются сейсмические виброисточники, однако уже сейчас получены интересные результаты, показывающие большие его возможности.
С одной стороны, это детальное изучение структуры больших и малых участков земной коры. Сеть станций в зависимости от расстояния между источниками колебаний и приемными пунктами может построить разрез блоков коры размером от 20-50 километров до 200-300 метров. Интересно, что виброисточники могут при этом снимать "картину" недр слоями с различной глубины, то есть действуют как медицинский томограф. Это позволяет довольно четко представлять себе расположение различных неоднородностей структуры недр, что облегчает поиск месторождений.
С другой стороны, сейсмические вибраторы - это мощные инструменты для изучения свойств горных пород, их поведения и деформаций, особенно в канун землетрясений. А это открывает новые перспективы для прогноза "подземных бурь".
ЕЩЕ ОДИН КЛОНДАЙК?
Не так давно на севере Финляндии вспыхнула "золотая лихорадка" - в небольшой речушке нашли блестки драгоценного металла. Однако старатели быстро остыли - на квадратном километре здесь удавалось намывать не более двух граммов золотых песчинок. Между тем куда больше золота можно добывать с той же площади - и не в глухомани, а в центре Европы. Это взялся доказать "старатель" с дипломом профессора Штутгартского университета О. Табасаран. Правда, свои поиски он начал с других редких металлов - серебра, ртути и кадмия. Для этого не надо было снаряжать экспедицию, стоило взять статистические справочники.
Электронные часы, портативные приемники и магнитофоны, автоматические фотокамеры и другая бытовая техника выпускаются огромными сериями. Все это снабжается "пуговками" или "пальчиками" - поработав с год, миниатюрные батарейки летят в мусоропровод. В ФРГ, например, за год свалки поглощают 40 миллионов "пуговиц" и 400 миллионов "пальчиков" таким образом теряется около 50 тонн ртути, 40 тонн кадмия и несколько тонн серебра. К этим металлам надо еще прибавить цинк, медь, олово, никель, литий - по сути дела, свалки превращаются в богатые рудники.
О. Табасаран разработал методы утилизации металлов из старых батареек - по его технологии уже получено около 400 килограммов кадмия и ртути. Начало скромное, но, как считают специалисты, особенно экологи,
обещающее - ведь эти металлы ядовиты. И не исключено, что есть смысл организовать сбор старых батареек, как, например, сдают сейчас макулатуру - выгода тут двойная.
А откуда на свалках золото? Оно попадает туда вместе со старыми ЭВМ, измерительными приборами, узлами АТС - ведь золотом покрывают контакты. Устарела машина - вместе с ней металл идет на свалку. А в одной тонне старых печатных плат около килограмма золота - в кубометре природных руд его значительно меньше.
Фирма "Энгельгардт" первой начала собирать в промышленных районах старые компьютеры и приборы. Когда скопилось более ста тонн таких трофеев, начались технологические эксперименты по извлечению золота.
Сначала компьютеры и приборы разбирают, удаляют проволоку, вынимают платы. На следующем этапе "золотоносную руду" измельчают и нагревают в печи, где сгорают полимеры и краски. Спеченную массу вновь дробят и подвергают магнитной сепарации, чтобы убрать железо. Затем окислившиеся цветные и драгоценные металлы разделяют с помощью ряда химических и термических процессов. Полученное сырье пригодно для гальваники, а после дополнительной обработки золото может пойти в кругооборот - на контакты новых ЭВМ.
Этот опыт - первая, но отнюдь не единственная ласточка. Аналогичные установки и предприятия создаются в Бельгии, Испании, Франции. Недавно французские специалисты с гордостью объявили о том, что получили первые 400 граммов золота из компьютерного лома.
Большой комбинат по переработке старых ЭВМ и приборов начал действовать в конце минувшего года в городе Галле. Применяемая в ГДР технология - кстати, она запатентована - имеет немалые преимущества. Здесь добывают из электронного лома не только драгоценные металлы, но
лезо, медь, свинец, цинк, олово-для этого обрабатывается буквально каждый проводок, каждая спайка.
Станут ли свалки новым Клондайком, покажет время, но уже первые опыты свидетельствуют: выбрасываемые в утиль ЭВМ, батарейки, приборы могут быть верным источником достаточно дефицитного сырья.
ГЛИНЫ И НЕФТЬ СУТЬ ВЕЩИ НЕСОВМЕСТНЫЕ?
Летом 1968 года в Западной Сибири, в районе Салым, произошло событие необычайное, оно не могло остаться незамеченным даже на фоне насыщенной неожиданностями жизни геологовнефтяников. И дело было не в том, что скважина под номером 12-Р дала фонтан нефти с рекордным дебитом, а в том, что нефть эта шла из глинистых (!) пород толщи, носящей название Баженовская свита...
В "классических" месторождениях нефть и газ содержатся в так называемых обломочных породах - песчаных, гравийных и тому подобных. Правда, в последние десятилетия запас "классических" нефтегазовых месторождений изрядно истощился. На помощь пришли залежи нефти и газа в карбонатных породах - известняках и доломитах. Поры, пустоты, трещины и каверны в этих породах также дают возможность нефти и газу скапливаться.
Но глина! Она всегда считалась надежным флюидоупором. Нефтегазовые залежи не уходят вниз, в глубины земли, или вверх, к земной поверхности, а, надежно запечатанные, ожидают прихода человека именно
68
даря тому, что их покрывают и подстилают глинистые горизонты.
Вот и глинистая Баженовская свита, залегающая на глубине около трех километров, рассматривалась лишь как своего рода помощница, обеспечивающая сохранность нефтегазовых залежей, которые в шестидесятых годах геологи искали в песчаных породах, лежащих и ниже этой свиты, и выше ее. Баженовская свита считалась помощницей весьма надежной. Ведь она распространена на значительной части западносибирской территории, на площади более миллиона квадратных километров. И мощность, то есть толщина свиты, обычно весьма основательная - несколько десятков метров.
Правда, кое о каких примечательных особенностях Баженовской свиты геологи знали еще до того, как была пробурена скважина 12-Р. Известно было, в частности, что глинистые породы этой толщи высокобитуминозны, Другими словами, в них содержится много органического вещества. И образование горных пород свиты большинство ученых представляет себе в основном почти одинаково. В юрский период, то есть примерно сто двадцать миллионов лет назад, на территории нынешней Западной Сибири находилось море. В то время климат здесь был теплый. В море во множестве обитали и растительные организмы. Но периодически наступали моменты их массовой гибели. Возможно, это происходило из-за вторжений холодной воды из соседнего Арктического бассейна. Погибшие организмы обогащали органическим веществом накапливавшийся на дне моря ил. В ходе геологической истории, по мере накопления многих сотен метров осадков, под воздействием высокого давления и температуры ил превратился в глинистую породу.
Минералогические исследования показали, что баженовские породы состоят из глинистых минералов, органического вещества, который придает им темную окраску, из кремнезема и
бонатов. Кроме того, в небольшом количестве имеется пирит и обломочный материал алеврит, то есть песчинки очень мелких размеров.
"СВОЯ" НЕФТЬ ИЛИ "ЧУЖАЯ"?
Высокое содержание органического вещества в породах Баженовской свиты еще задолго до бурения скважины 12-Р наводило многих геологов на мысль о том, что свита относится к числу так называемых нефтематеринских. Другими словами, принадлежит к горным породам - природным генераторам нефти. Но предшествующий опыт геологов-нефтяников всего мира свидетельствовал, казалось бы, о том, что нефть, будучи жидким, а потому весьма подвижным веществом, никогда не остается на месте своего образования. Ей, по всем канонам, следовало бы устремиться в вышележащие или нижележащие толщи.
Все это прекрасно знали геологи, работавшие на так называемой Салымской площади, где была пробурена скважина 12-Р. Поэтому сначала они решили, что работы произведены технологически недостаточно "стерильно". То есть при испытании скважины Баженовская свита плохо изолировалась от соседних нефтепродуктивных пластов. Однако результаты многих последующих испытаний опровергли эти предположения. Нефть шла, несомненно, из самой Баженовской свиты. Но в свите много прослоек песчаных пород. Может быть, нефтеносны именно они? Нет, керн, поднимаемый с "подозрительных" участков, не подтвердил и этого мнения.
Сейчас, когда в Западной Сибири пробурено большое число поисковых и разведочных скважин, нет сомнений, что в Баженовской свите, именно в ней самой, содержится нефть. На многих площадях зафиксирована промышленная нефтегазоносность. Тем не менее среди геологов, нефтяников, ученых нет единства в представлении о
роде этой нефти. Одни продолжают считать, что нефть проникла в толщу Баженовской свиты из нижележащих горизонтов по тектоническим разломам. Другие же считают, что нефть эта автохтонна, то есть она "своя, местная", образовавшаяся из органического вещества самой свиты.
Они считают, что нефтеносность в Баженовской свите "контролируется" температурой. Иными словами, нефтяные залежи в пределах свиты находятся в тех зонах, где температура не ниже 95 градусов. Значение температуры как главнейшего фактора нефтеобразования признается геологами давно. На Салыме исследователи установили точно: относительное содержание углеводородов возрастает в органическом веществе Баженовской свиты по мере увеличения температуры в пласте. Самое большое содержание углеводородов и промышленные залежи нефти приурочены к наиболее горячим зонам с температурой свыше 125- 130 градусов.
В глинистых толщах, распространенных в недрах по всему земному шару, нефть содержится нередко, но в таких небольших количествах, что не только не имеет промышленного значения, а и извлекается-то из горных пород часто лишь лабораторными методами. Баженовская свита - первый случай, когда геологи натолкнулись на глинистые породы, в которых нефть и генерировалась, и, возможно, целиком осталась на месте своего образования. То, что нефть найдена вместе со своим материнским органическим веществом, подтверждает, по мнению некоторых ученых, "органическую" концепцию происхождения нефти, которой придерживается большинство геологов. И более уязвимой, соответственно, становится позиция "неорганистов". Вполне возможно, что дальнейшие исследования Баженовской свиты дадут еще много интересных сведений для совершенствования теории нефтеобразовачия.
ГУБКА С НЕФТЬЮ
Если придерживаться формальной логики, то следует ожидать, что эксплуатационники должны приступить к работе только после того, как геологи закончат разведку месторождения. В действительности, как говорится, возможны варианты. В таких новых и сложных случаях, как Салымское месторождение, нефтяники подключаются к работе раньше. На Салыме их особенно беспокоит одно обстоятельство. В момент вскрытия скважинами нефтяных залежей давление в них высокое. Но как только начинают отбирать нефть, оно падает чересчур быстро по сравнению с тем, как это бывает обычно в "классических" месторождениях. Казалось, что эксплуатационников на Салымском месторождении подстерегает неприятный сюрприз и им очень скоро после начала эксплуатации придется принимать какие-то "насильственные меры воздействия" на нефтяные залежи, заставляя их отдавать свою нефть. Для того чтобы заранее все проверить и выяснить, как долго будет длиться естественное фонтанирование, решено было начать пробную эксплуатацию. Сегодня ответ известен: несколько скважин беспрерывно дают нефть в течение десяти лет. Справедливости ради нужно сказать, что дают нефть далеко не все скважины. Поэтому беспокойство эксплуатационников до конца не рассеялось.