Михаил Васильев - Металлы и человек
Уран… Его добывали в мизерных количествах и использовали для производства высококачественных красок. Но вот открылась могучая сила, скрытая в ядрах его атомов. И сегодня с этим металлом связаны и надежды и опасения человечества, ибо он одинаково могуч и в труде и в убийстве.
И надо общими усилиями всех народов уготовить ему мирную судьбу труженика и работяги, а не убийцы. Надо, чтобы он стал металлом энергетики, а не атомной войны.
Новые и новые металлы…
Что из того, что не все из них дали или дают свое имя эпохам человеческой истории, что вклад иных не так уж велик?
Почти все из них уже служат человеку. И, кто знает, может быть, не алюминию и магнию, не титану и цирконию, не урану и германию, а еще каким-нибудь из самых скромных металлов выпадет на долю больше всего открыть человечеству!
Металлы… Это не только блестящие кристаллы с тем или иным набором свойств. Это труд ученых, в пламени горнов и незримых разрядах электролизных ванн впервые получавших эти металлы. Это труд людей, стоящих у доменных и медеплавильных печей, работающих в рудных забоях и цехах обогатительных фабрик. Это труд и тех, кто превращает слитки металла в умные вещи, служащие нам дома, на улице, на работе. Судьба скольких людей связана с судьбой металла!
По современным представлениям, в веществе Вселенной на миллион атомов кремния приходится атомов:
водорода 40.000.000.000
гелия 1.000.000.000
углерода 10.000.000
кислорода 8.000.000
алюминия 3.000.000
магния 1.000.000
кремния 1.000.000
железа 950.000
меди, лития, свинца, бериллия 100
ртути 0,05
золота 0,02
Таким образом, основную подавляющую массу вещества Вселенной составляют водород и гелий.
Вместе с тем астрофизикам известны звезды, в химическом составе которых содержится значительно больше, чем в среднем во Вселенной, или лития, или бария, или титана, или циркония и т. д.
Но металл — еще больше. Металл — это судьбы народов, стран, континентов. Коренные жители Америки, знавшие только камень и бронзу, что они могли противопоставить закованным в железную броню завоевателям? Африканцы узнали железо раньше европейцев, но они не продвинулись по пути покорения его дальше примитивного горна. И века томится Черный материк под чугунной пятой колонизаторов. Первая мировая война, охватившая весь земной шар, стоившая жизни многим миллионам людей, вспыхнула, в основном, из-за железных руд Лотарингии. Кому владеть ими, капиталистам Германии или банкирам Франции? — вот какой вопрос решался железом и кровью на фронтах сражений.
Металл — это основа народного хозяйства и нашей страны. «Прежде всего надо сказать о развитии черной и цветной металлургии», — начал конкретный разговор о цифрах семилетнего плана по отдельным отраслям Никита Сергеевич Хрущев. Металл — это тракторы и комбайны на полях нашей страны, а это сегодня первооснова и хлеба и мяса. Металл — это буровые вышки нефтепромыслов, это паровые и гидравлические турбины, это провода высоковольтных линий, а значит, это энергия нашей страны. Металл — это тепловоз и бесконечные нити рельсов под ним, это стремительный самолет и космическая ракета, заглянувшая за Луну. Это тонкая схема телевизионного приемника и смелый пролет прыгнувшего через пропасть моста, неутомимый механизм ваших наручных часов и могучий блюминг. И, наконец, металл — это оружие. Это безопасность наших границ, это гарантия мира на Земле.
Из всего бесконечного разнообразия вопросов, связанных с металлом, здесь мы будем говорить о том, как человек добывает металлы, как использует их для своих нужд, о том, как он покорил металлы и властвует над ними. Ибо это книга о технике.
II. ИЗ ЩЕДРЫХ НЕДР ПЛАНЕТЫ
Бурые овальные камни, похожие на застывшие пузыри грязной пены. Гидрогетит — одна из руд железа…
Темно-серая, с фиолетовым отливом тяжелая глыба, поблескивающая на свежем изломе металлическим блеском. Галенит — руда свинца…
Красные, словно покрытые запекшейся кровью, осколки горной породы. Киноварь — руда ртути…
Желтые, похожие на серу прожилки в граните. Продукты окисления уранинита — руды урана…
Темно-зеленые, словно пушистые, камни. Малахит — медная руда…
Зеленые, голубые, цвета морской воды прозрачные кристаллы, сросшиеся у основания в зернистую бело-зеленую массу. Это аквамарин, одна из разновидностей берилла — единственной руды бериллия…
Руды металлов. Драгоценные клады Земли.
Они, пожалуй, еще разнообразнее, чем сами металлы. В погоне за ними человек поднялся к вершинам гор и прорубил в глубины Земли километровой глубины шахты. Он построил города в пустынях и тропических джунглях только потому, что в этих местах природа схоронила один из своих кладов. Да разве недра Земли — единственный источник, из которого берет металлы человек? Нет, хотя и главный, но не единственный. Он ловит их в горячей воде гейзеров и вырабатывает из водорослей, получает из морской воды и достает с океанского дна. Он бы и из воздуха брал их, если бы в воздухе были металлы. И с каким трудом иногда даются человеку металлы!
Да, природа не приготовила людям чистых металлов, хорошо подобранных сплавов. Булки никогда не росли на деревьях. Своей острой мыслью провидит человек в каменных глыбах гор и под покровами цветущих трав, в россыпях быстрых рек и на дне морском эти скрытые сокровищницы. Трудом своих рук он вскрывает каменистые недра и входит в кладовые природы. Но нередко долгим и сложным бывает путь от рудника или карьера до металла. И даже не до металла, а только до того концентрата руды, из которой будет потом выплавлен металл.
Луч рождается из пламени, металл — из руды. Нельзя, говоря о металле, забыть о руде.
Рождение руд
…Началось все с разогревания земного шара, образовавшегося, по гипотезе О. Ю. Шмидта, из газово-пылевого облака. Ведь в составе его пород были радиоактивные вещества — уран, радий, торий. Выделяемая ими энергия в недрах планеты превращалась в тепловую. Там, где радиоактивных элементов было особенно много, образовывались подземные озера расплавленных горных пород. Тепловые расширения, перемещения отдельных участков и пластов в недрах Земли вызывали изменения и ее поверхности. На ней вставали горы (от них и следов не осталось сегодня), образовывались впадины, извергались вулканы, возникали, гибли, смещались гигантские континенты. Это была бурная молодость планеты. Ведь в ее недрах было значительно больше радиоактивных веществ, чем сегодня. По подсчетам академика В. Г. Хлопина, даже 2–2,5 млрд. лет назад общее количество радиоактивных веществ в составе нашей планеты в три-четыре раза превосходило сегодняшнее.
Магма подземных озер содержит в себе все химические элементы, из которых состоит земная кора. Правда, состав магмы в разных местах различен. Мы говорим о ее среднем составе. Из этих-то очагов магмы и родились многие руды металлов.
…Извержение вулкана. Черная туча паров, дыма и пепла закрыла небо. Огненное зарево пылает над вершиной горы. Непрерывный грохот содрогает воздух. Дрожит под ногами почва. И вдруг огненный поток изливается из жерла вулкана. Он сбегает по склону, сжигая все живое. Это лава.
На ней стремительно образуется твердая корка. Но поток не иссякает. Твердая корка взламывается, ее куски поглощаются массой лавы. Так происходит ее неоднократное перемешивание, прежде чем она не застынет окончательно темно-серым или черным потоком.
Да, в лаве содержатся все те металлы, в которых так нуждается человек. Но ведь точно так же все эти элементы содержатся и в граните и в базальте… Непрерывное перемешивание и быстрое охлаждение лавы, изверженной вулканами, мешает содержащимся в ней металлам перегруппироваться и выделиться. Поэтому такие лавы редко бывают источниками рудных месторождений.
Но магме подземных озер не всегда удавалось прорваться на поверхность земной коры. Очень часто ее прорыв останавливался на половине и ее гигантское внедрение, не сумевшее прорваться наружу, начинало застывать внутри земной коры, в окружении твердых холодных пород. Такие застывания магмы длятся столетиями и тысячелетиями. И вот из них-то и образовалась большая часть рудных месторождений.
Из жидкого расплава выделяются при его охлаждении сернистые соединения железа, никеля и меди. Они тяжелее оставшейся жидкой массы и поэтому медленно оседают на дно. Из них-то и образовались многие из известных сегодня залежей никелевых и медных руд.
Родная планета Земля богата нужными человеку элементами, в том числе и металлами. Так, в среднем по весу земная кора содержит:
кислорода 49,1 %
кремния 26,0 %
алюминия 7,5 %
