Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего - Роберт Хейзен
Несмотря на свое скептическое отношение к плутонизму, Холл нашел впечатляющее экспериментальное разрешение этого конфликта. Проверив гипотезу своего друга с помощью ряда необыкновенно оригинальных экспериментов, Холл стал пионером исследований глубинного углерода. Он откровенно признавался в одной из публикаций: «После трех лет почти ежедневной войны с доктором Геттоном по поводу его теории идеи доктора начали мне казаться все менее и менее противоречивыми»{26}. В серии экспериментов Холл нагревал до высоких температур базальт и гранит, чтобы посмотреть, как они себя поведут. Рассыпятся ли, подобно известняку, и тогда будет опровергнуто их вулканическое происхождение? Как и прогнозировал Геттон, породы сначала расплавились в раскаленную докрасна лаву, а затем остыли до исходного состояния, что является основным свойством любой породы предположительно вулканического происхождения.
В последующих опытах в 1798 г., через год после смерти Геттона, Холл серьезно усовершенствовал свой эксперимент — применил к нагретым образцам давление. Для этого он забил отпиленные ружейные стволы известняком и глиной, заварил их и поместил в горячую печь. Расширение газов, высвобожденных теплом, создало высокие внутренние давления — гораздо, гораздо выше тех, что на поверхности Земли. Многие эксперименты Холла не удались из-за того, что сварной шов был негерметичным или металл расплющивался, а один опыт, в котором реагенты оказались недостаточно высушены, закончился катастрофическим взрывом. «Печь разорвало на части, — писал Холл. — Доктор Кеннеди, который присутствовал при этом… едва остался жив»{27}.
Но некоторые из заваренных Холлом стволов с известняком выдержали всё, и он доказал, что известняк под давлением может нагреваться до высоких температур, даже выше точки плавления, не распадаясь с образованием извести. Холл представил свой инновационный труд «Отчет о серии экспериментов, показывающих, как эффекты сжатия изменяют действие тепла» на собрании Эдинбургского королевского общества (президентом которого он станет семь лет спустя) в 1805 г. Джеймс Холл не только подтвердил идеи Геттона, но и положил начало эпохе исследований высокого давления — направления, которое процветает по сей день, проливая свет на глубинный углеродный цикл Земли.
Редчайшие минералы Земли
Известняки, состоящие из весьма распространенной минеральной разновидности карбоната кальция — кальцита, — это крупнейшее хранилище углерода в земной коре. Но кальцит лишь один из нескольких сотен зарегистрированных углеродсодержащих минералов. Если мы действительно желаем разобраться с земным углеродом, нам нужно переместить фокус внимания с обычных минералов вроде кальцита на более экзотические минеральные виды, каждый из которых обладает уникальным сочетанием химического состава и кристаллической структуры. Мы должны приглядеться к некоторым самым редким кристаллам на Земле.
Если вы хотите узнать секреты природы, вам потребуется максимально овладеть информацией. Каждому ученому знакомы периоды одержимости, когда целыми днями раздумываешь над графиками и разбираешься в таблицах, заполняя ум страницами подробностей. Это своего рода временное безумие — размышлять над анализами, пока ешь, пока притворяешься, что беседуешь с коллегами и родственниками; засыпать, думая о числах, и просыпаться, думая о числах. Если вам повезет, если вам откроются скрытые закономерности, если ваш мозг установит правильные взаимосвязи, тогда вы сможете увидеть что-то новое — что-то, чего никто раньше не видел.
Признаюсь, я знавал такие времена. Летом 2015 г. я был поглощен осмыслением особенностей всех известных минеральных видов, которых более 5000. Я погрузился в их сложную химию и замысловатые кристаллические структуры, их свойства и способы образования, разнообразие проявлений и минеральные ассоциации. На много дней я изолировался от насущных забот. Коллеги сердились за оставшиеся неотвеченными письма. Семья все больше отдалялась от меня в ответ на мою невнимательность, мою глухоту.
Пять тысяч видов — это много, но их вполне возможно изучить за неделю, если не отвлекаться. За неделю вам удастся «прочувствовать» масштаб и богатство минерального царства. Что поражает меня больше всего, так это насколько же мало количество тех минералов, которые распространены повсеместно, — 99,9% объема земной коры представлено менее чем 500 видами.
Минералогия углерода отнюдь не ограничивается алмазом и графитом. Геологи насчитывают более 400 углеродсодержащих минералов, каждый из которых представляет собой уникальную комбинацию углерода с другими химическими элементами, а каждая такая комбинация уникальна особым геометрическим расположением атомов в регулярно повторяющейся кристаллической структуре. Некоторые из этих видов можно в изобилии найти на всех континентах: вездесущий кальцит в известняковых утесах и школьном меле, арагонит коралловых рифов и раковин моллюсков, формирующий горы доломит и практичный магнезит — магниевая руда. Углерод также содержится в прекрасных ювелирно-поделочных цветных камнях, находящихся по «шкале желания» на одну ступень ниже рубинов и изумрудов, — нежно-розовый родохрозит, насыщенно-зеленый малахит и темно-синий азурит, мой любимый минерал.
Но на каждый распространенный углеродный минерал приходится десяток малоизвестных видов — минералов, о которых большинство людей, включая и большинство минералогов, никогда не слышали. Есть множество необычайно редких, микроскопических кристаллов, которые были найдены лишь в одном или паре мест в мире. Например, крошечные кристаллы пурпурного абелсонита были извлечены только из образцов керна горючих сланцев возрастом 50 млн лет в районе Грин-Ривер (штаты Колорадо и Юта). Чудесный небесно-голубой хуангодойит найден лишь на серебряном руднике Санта-Роса в чилийской провинции Икике. Кристаллы прекрасного изумрудно-зеленого уиджимулталита (попытайтесь быстро сказать это слово три раза подряд!) были обнаружены исключительно на руднике Маунт-Эдвардс в Уиджимулте, Западная Австралия. А все известные запасы хрутфонтейнита Земли, открытого в виде микроскопических зерен на руднике Комбат в Намибии, поместятся в наперсток, да еще и место останется.
Почему столь многие минеральные виды редки? Почему бы атомам не найти несколько десятков оптимальных компоновок и не придерживаться их? Мы с моими коллегами никогда не задумывались об этом. Поэтому так важно иметь умных, любознательных, пылких и обладающих широким кругозором друзей, которые не являются экспертами в вашей области. Здесь как с углеродом: чем более разнообразные связи мы формируем, тем больше наш потенциал. Жизненно необходимо иметь коллег в других областях — коллег мыслящих, не боящихся задавать действительно оригинальные вопросы, которые эксперты в вашей области никогда и не подумают задать. Для меня таким другом и коллегой стал Джесси Аусубел.
Джесси называет себя промышленным экологом, изучает источники и потоки энергии в разных социумах. Он слывет весьма осведомленным специалистом с провокационными взглядами на энергетическую политику, но его профессорская позиция в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке дает ему возможности для гораздо более разнообразных и творческих интеллектуальных поисков.
