Рудольф Баландин - А Е Ферсман
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.
