Ферсман

XV. НА КРЫЛЬЯХ ТЕОРИИ

Когда вы читаете эти строки, поезда непрерывно вывозят из Заполярья кировский апатит и развозят его повсюду: на Украину с ее подсолнечниками и свеклой, что не могут жить без фосфора, в солнечный Крым с его табачными плантациями, в знойный Узбекистан с его белыми полями длинноволокнистого советского хлопка…

А вблизи Узбекистана уже открыта своя собственная, новая, ближняя, подземная кладовая фосфорных удобрений. К этому также приложил свои знания и энергию Ферсман. Южные республики берут из нее фосфориты — залог высоких урожаев технических культур.

Жизнь идет дальше… Ведь хибиногорская стройка — это только одна из 1 500 великих новостроек первой пятилетки, это только новая звездочка на карте необозримого Советского Союза, на которую картографы не успевают наносить новые города, железнодорожные магистрали и судоходные каналы.

Встали на очередь новые проблемы Мончетундр, которым посвящен длинный ряд работ Ферсмана. Богатства Мончегорска бесчисленны. Пусть историю борьбы за них, хотя бы беглым лучом, осветят нам живые воспоминания.

…Экспедиция из двух человек: Ферсмана и его обычной спутницы по Хибинам — Нины[78]. «Мы прекрасно подходили друг к другу по закону противоположностей, — шутил Ферсман. — Поэтому, взаимно нейтрализуясь, образовывали, очевидно, прочное и устойчивое химическое соединение, если выражаться химическим языком». Путь в тихую Мончегубу в грозу на карбасе, раскачиваемом почти морскими волнами. Приветливый костер саами Архипова. Маленькая избушка с закопченным котелком. Сети на шестах и рыба… На следующий день вверх по реке до Нюд-озера, по мнению Ферсмана, «красивейшего из наших полярных озер», величаво улегшегося среди лесистых берегов. А потом долгая пора похода в тундру; бурные и трудно переходимые реки, бурливые, выматывающие вое силы; коварно мягкий седой мох, затягивающий ноги. Болота. Мошкара. И снова мошкара, и снова болота… Вокруг шеи окровавленные полотенца. Ноги тонут в хлюпающей жиже. И ослепительно палящее солнце над головой…

Утомленный дневным переходом, Ферсман в изнеможении садился на мох и, задыхаясь в своем накомарнике, говорил Нине:

— Так запомните же, Нина: сюда я больше ни ногой! К чорту!.. Лучше все пески Кара-Кумов, где испаряешься, как стакан с кипящей водой, но где хоть нет комаров и этих болот.

И снова азарт втайне предвиденных находок, колеблющиеся цифры анализов, собственные сомнения…

«Я просто пришел тогда к С. М. Кирову, — этот рассказ Ферсман в своих воспоминаниях влагает в уста третьего лица, условного рассказчика, но свидетельства современников позволяют вернуть этот рассказ действительному его герою, — рассказал откровенно обо всем, и он отдал приказ начать разведки. Крепко запали в душу его слова: «Нет такой земли, которая в умелых руках при Советской власти не могла бы быть повернута на благо человечества».

И здесь, так же как в Хибинах, задышали моторы буровых станков. В тишине заповедных лесов, где еще ходили дикие олени и лоси, стали прокладывать дороги, рубить лес, взрывать камни, строить землянки и дома… Первые точки, намеченные для добычи, не оправдали надежд, но появились новые находки, сопровождавшиеся иными огорчениями. Казавшиеся богатейшими линзы руд скоро выклинивались, и забои повсюду врезались в пустую породу.

«Сколько новых буровых, сколько надежд и разочарований, сколько грандиозных, но бедных запасов, сколько геологических и технологических трудностей, — писал Ферсман, — сколько упрямых идей, сколько фантазий и увлечений, а медлить было нельзя! Надо было строить заново фабрики, города, железные дороги, надо было верить, что богатая руда будет найдена. И снова делились мы своими заботами и своей верой в окончательную победу с С. М. Кировым; и снова его спокойное, деловое слово подбадривало нас, охлаждало пыл чрезмерной фантазии, внушало волю…»

И еще раз все сомнения остаются в прошлом. «Сняты и отброшены все те, кто мешал, путал карты, сдерживал, срывал развитие рудников и города. Новые люди, молодое поколение — не без ошибок, но полное искренней любви к делу, — сумело сломать это старое, и новый, самый молодой город Советского Союза вырастает там, где на курьих ножках стоял сарайчик старого саами Архипова, где нетронутой белела целина сплошного ягельного мха…»

Дома стоят в сосновом и еловом лесу. Выйдя за порог, можно сразу же начать собирать грибы. На улицах-дорогах столбы с надписями, каких нет, вероятно, ни в одном городе мира: «Запрещается курить, разжигать костры, стрелять из ружей с пыжами из войлока и пакли…»

Время уплотнено до предела.

В академической типографии уже верстается очередной номер «Докладов Академии наук» серии 1931 года, где появится принадлежащая Ферсману статья «Периодический закон количества элементов»— так в работах геохимиков все с новых и новых сторон открываются богатства гениального творения великого русского химика Д. И. Менделеева. Периодическая система элементов связала проблему строения атомного ядра и проблему количества атомов каждого элемента в мироздании. На десятках работ самого Ферсмана можно проследить, как постепенно все более усложнялась казавшаяся вначале очень элементарной проблема выяснения относительного количества отдельных химических элементов, из которых построен весь доступный нашему исследованию мир. Повседневный опыт достаточно убедительно поназывает нам, как велико различие в распространенности тех или иных элементов, как часто встречаются нам в природе атомы железа, кальция или натрия, как редки сравнительно атомы золота или платины, не говоря уже о других сверхредких элементах природы, как, например, галлий, германий или индий.

В 1931 году Ферсман спешил сообщить всему научному миру подведенный им итог полувековой работы ученых: геохимия уточнила новую константу мира. Этой константой является число, определяющее относительное количество какого-либо элемента в космосе. И оно не является случайным, оно зависит от устойчивости атомной постройки, от ее способности противостоять всем испытаниям на сложных путях космической истории. Тот поразительный факт, что количество одних атомов почти в миллионы миллиардов раз больше, чем других, определяется строением атома, энергетической устойчивостью его ядра, большей или меньшей способностью к радиоактивному распаду. А общий вывод о сходстве физико-химического состава небесных тел и Земли — еще одно доказательство в пользу принципа марксистского философского материализма о материальном единстве мира[79].

В многочисленных трудах Ферсмана и в знаменитой его многотомной обобщающей работе «Геохимия»[80] было также глубоко вскрыто значение бессмертного творения менделеевского гения как путеводной звезды еще для одного и, быть может, наиболее практически существенного в наши дни направления геохимических исследований. Мы имеем в виду применение методов геохимии к поискам и добыванию редких и рассеянных элементов.

Вот несколько штрихов из «послужного списка» лития — металла, которого почти никто не только не держал в руках, но даже и не видел, хотя его в земной коре в 10 тысяч раз больше, чем золота, — лития, придающего алюминиево-цинковому сплаву свойства стали, увеличивающего срок службы кадмиевых аккумуляторов, изменяющего в огромных пределах при столь же ничтожных добавках коэффициент преломления оптических стекол.

Ниобий! Так долго он считался «лишенным практического значения», а на поверку оказался незаменимой добавкой к хромоникелевым сталям, облегчая их сварку, придавая им пластичность при низких температурах.

Тантал! Тугоплавкий и кислотоупорный, не истирающийся, в фильерах для протягивания нитей искусственного шелка, незаменимый материал для изготовления нитей радиоламп.

Бериллий! Создающий сплавы исключительной электропроводности, жаропрочности, словно самой природой предназначенный для изготовления контактных пружин электрических приборов.

Рубидий, цезий, легко поддающиеся действию световых лучей. Эти элементы отвечают на основные требования конструкторов искусственных электрических «фотоглаз»: обладают наибольшей чувствительностью к свету, наименьшей затратой энергии на отрыв электрона из внешней оболочки. Они работают в звуковом (кино и в телевизорах, в «следящих системах» приборов-автоматов.

Нелегка добыча этих и многих других нужнейших и в то же время редчайших металлов. Больше или меньше их в природе, но почти все они рассеяны в недрах земли. Самый малоопытный геолог с первого взгляда определит минералы, содержащие железо, медь, свинец, далее вольфрам и молибден, но минералы, содержащие цезий, индий, рений и другие, нелегко определяются даже опытным геологом. А когда они обнаружены, они с трудом поддаются извлечению.

В тонне вольфрамовой руды, например, содержится не более 20 граммов галлия. Содержание ниобия или тантала в земной коре составляет тысячные доли процента. Лития в земной коре в 120 раз больше, чем свинца, но особенность его атомов такова, что он с легкостью внедряется в силикатные породы, откуда его невероятно трудно добыть. Вместе с чаем, кофе или табачным дымом мы глотаем бесконечно слабый раствор рубидия и цезия, соединения которых избирательно поглощаются свеклой, листвой чайного куста, табаком. Только пользуясь методами геохимии, можно проследить пути, по которым происходит рассеяние редких элементов, обнаружить их ловкие увертки, позволяющие им проникать в те минералы, где они способны замещать сходные по размерам атомы[81].

Знание законов этого замещения позволяет находить редкие элементы, открывает способы их добывания. Если элементы неразлучно проходят сложный путь различных химических превращений в расплавах и растворах земных недр, тем труднее найти химические способы, которые могли бы разделить этих, столь похожих друг на друга, «близнецов». Вот еще одна область, в которой сплетаются задачи и трудности геохимии и новой химической технологии…

Эти положения требуют пояснений, и мы тут же — в работах Ферсмана — их находим.

Мы представляем себе каждый кристалл состоящем из атомов, расположенных в пространстве по строго определенным геометрическим законам, так называемым «законам решетки». Каждая физическая кристаллическая решетка определяется свойствами атомов и равновесием между силами их электрических и магнитных полей. Это и создает ту устойчивость, которую исследователи считают особенно характерной для кристаллов. Понятно, что раз кристалл строится как равновесная система, то узлы всей системы должны быть в равновесии друг с другом. Если бы мы попытались извлечь из нее одну такую опору, мы нарушили бы равновесие и могли бы его восстановить только в том случае, если бы вместо прежней «точки» поставили новую, которая справилась бы со своими задачами и установила такое же или сходное с прежним равновесие.

Эти простые рассуждения (Ферсман был на них величайшим мастером, и целые поколения писателей и ученых будут учиться его искусству популярного изложения самых сложных положений науки) объясняют нам, при каких условиях атомы могут замещать друг друга в решетке. Естественно, что, если атом «В» похож на атом «А» по своим свойствам, то, вынув первый, мы легко поместим на его место второй. Несколько упрощая, можно сказать, что из этого положения, которое, кстати сказать, экспериментально проверял в своих юношеских работах Д. И. Менделеев, вытекает очень многое в теории геохимии со всеми серьезнейшими выводами практического характера.

Но вот дальнейшие соображения, приводимые здесь, опираются уже на завоевания науки, которые принадлежат послеменделеевской поре ее развития. Мы сможем поставить вместо атома «А» химически сходный с ним атом «В» в решетку минерала только в том случае, если атом «В» обладает размерами, близкими к размерам атома «А». Если атом «В» значительно больше, чем тот «кирпичик» «А», который мы вынули, то заменить нам его не удастся. На языке современной физики мы сейчас говорим, что эту замену можно произвести только в том случае, если близки радиусы ионов[82] этих двух веществ, а также сходны их влияния на общее электростатическое поле.

В начале нашего века основной величиной характеристики атомов в менделеевской таблице был атомный вес. Современная физика наиболее важной характеристикой атома считает атомный номер, выражающий электрический заряд его ядра. Кристаллохимия, а за ней и геохимия, добавила к этому третью величину — атомный радиус, под которым понимается радиус воображаемого вокруг атома шара — сферы действия его электрического поля[83]. Этот радиус является реальной своеобразной «запретной зоной», окружающей каждый атом и каждый ион, за пределы которой не могут проникать другие атомы. Поскольку каждый атом и каждый ион являются обладателем такой «запретной зоны», то в первом * приближении можно сказать, что другие атомы не могут подойти к нему ближе этого расстояния. Оказалось, что эта величина подчиняется всем закономерностям периодической системы: величина радиуса одинаково построенных ионов возрастает с увеличением атомного номера и уменьшается с увеличением заряда (валентности) иона и т. д.

Этому новому числу, дополняющему характеристику элементов менделеевской таблицы — радиусу ионов, Ферсман недаром придавал такое большое значение: радиус иона является для нас первым ориентиром в изучении законов совместного нахождения отдельных химических элементов в земной коре. Им же определяется и множество других свойств кристаллического вещества: энергия кристалла, механическая прочность, термическая устойчивость и т. д.

В работах Ферсмана мы находим интересные примеры истолкования этих закономерностей.

В природных геохимических процессах, например при разделении вещества магмы в процессе ре постепенного остывания и затвердения, при разнообразных перемещениях химических элементов, их ионы и атомы неизбежно сортируются по своим размерам. Кристаллические решетки главных минералов, образующих горные породы, принимают одни ионы и не принимают других в зависимости от величины их заряда (валентности) и иных свойств. Сходные ионы могут замещать друг друга, образовывать совместные твердые растворы, обладающие общим типом химического строения.

Предположим, предметом исследования геохимика является кристаллическая решетка, в которую входит двухвалентный ион железа с радиусом 0,83 ангстрема[84]. Понятно, что цинк, радиус иона которого немногим больше чем 0,83 ангстрема, прекрасно уложится в эту решетку, сможет в ней заместить ион железа, войти в тот же кристалл и создать столь же равновесную постройку. Труднее будет с магнием, радиус иона которого 0,78 ангстрема, но и он тоже войдет в эту же решетку.

Но атомам этих металлов свойствен одинаковый заряд и возможность их совместного нахождения не так уж поразительна.

Однако существует совсем чуждый им металл, ничего общего не имеющий с ними по химическим свойствам, — литий. Обладая сходным радиусом иона — 0,78 ангстрема, он тоже обладает способностью замещать двухвалентное железо.

Подобным путем объяснился целый ряд важнейших явлений, многие из которых минералоги знали и раньше, встречаясь с ними на практике, но останавливались перед ними в недоумении, как перед неразрешимой загадкой. Они знали, например, литиевые слюды в рудных жилах, знали, что они всегда железистые, даже добывали этот минерал (он называется цинвальдит) для извлечения лития, но не могли объяснить, почему именно в рудных месторождениях образуется цинвальдит, а не другое литиевое соединение.

Таким образом, сама кристаллическая постройка определяет собой характер тех элементов, которые она может в себя включать. Если речь идет об элементах, которые с достаточной степенью приближения обладают сходным радиусом иона с другими более важными, более распространенными элементами, то геохимик уверенно предсказывает: они не будут образовывать самостоятельных ячеек, а должны как бы обезличиться. И действительно, таковы, например, скандий и галлий — элементы, знаменитые тем, что открытие их явилось первым торжеством предсказаний Менделеева, основанных на Периодической системе химических элементов. Этим же объясняется и то, что к моменту составления Менделеевым первого варианта своей таблицы эти элементы не были известны. По радиусу ионов они близки: первый — к атомам магния, второй — к атомам алюминия. Поэтому совершенно понятно, что они всегда будут встречаться только в качестве небольших примесей к атомам магния и алюминия И нельзя себе представить таких условий, которые заставили бы их в природе соединиться вместе и образовать решетку собственного минерала. Большие месторождения галлия, повидимому, невозможны, ибо это обезличенный элемент. У него нет тех черт, которые являются обязательной характеристикой элемента, способного к концентрации в земной коре. Так геохимики объясняют, почему во времена Менделеева, когда этот элемент был впервые открыт Лекоком де Буабодраном, это открытие могло совершиться при весьма несовершенной в то время технике отделения сходных элементов, как это и предсказал Менделеев, только с помощью спектрального анализа.

Еще более интересный пример, подчеркивающий значение законов решетки для рассеяния и концентрации элементов, представляет геохимия радиоактивных элементов. Здесь картина осложняется тем, что эти элементы обладают существенной особенностью на протяжении определенного промежутка времени распадаться, то-есть превращаться в новые элементы, с другими химическими свойствами. Кристаллическая решетка, включающая в себя, скажем, атомы урана, при распаде этих атомов должна как-то восполниться. Но место распавшегося атома урана может быть занято только атомом, близким к нему по свойствам. Для этого совсем не подходит атом радия, образующийся в результате распада урана. Его атом не может встать в кристаллическую решетку на место урана. Именно поэтому в первичных минералах атомы радия, в отличие от атомов урана, не входят в кристаллическую решетку, а находятся вне ее — в микроскопических трещинках и пустошах, так называемых капиллярах, в воде, заполняющей эти капилляры, и оседают на их стенках.

Весьма различны и условия перемещения урана и радия в земной коре. Уран может перемещаться — мигрировать, как говорят геохимики, — только при разрушении кристаллической решетки, скажем, при растворении минерала, а радий может быть извлечен из породы без всякого нарушения целостности кристаллической решетки минерала. Например, он может быть выщелочен из тех капилляров, где он «прячется». Таким образом, миграцию урана определяют в основном законы растворимости, миграцию радия — законы адсорбции и диффузии.

Тонкий геохимический анализ дает в руки геохимика путеводную нить в поисках этих столь важных для современной техники элементов.

В ранних своих статьях, посвященных роли авиации в современной географии и геологии, начало которым положила его статья в «Правде» (апрель 1927 года), Ферсман обобщил свои собственные впечатления. Его радовала невиданная быстрота накопления наблюдений во время полета. Полеты давали ученому ощущение мгновенного расширения поля обзора: с высотой приобреталось как бы новое зрение.

Во время первого своего большого перелета Берлин — Москва в июле 1927 года Ферсман с огромным интересом наблюдал на всем протяжении от Ковно (Каунаса) до Витебска типичный ландшафт отступивших ледников, целую сеть озер без стока. Он явственно видел — не умозаключал, а просто видел собственными глазами! — следы ледниковых потоков, вынесших песчаные косы, на которых темными полосами вытянулись хвойные леса. Далее, к Смоленску и Москве, наблюдались террасы — тот своеобразный элемент поверхности Земли, который столь тесно связан со всей ее геологической историей последнего времени. Эти террасы по Двине и Днестру резко бросались в глаза. На них темнели стены Смоленского кремля.

Но еще более интересны были наблюдения с самолета над течением рек и речек наших равнин, которые столь прихотливо извиваются в Средней России, образуя извилины — меандры — и составляя систему стариц. С самолета можно прочитать всю их прошлую историю, которую рассказывают не только сами извилины, а и цвет их растительности. Она меняется в зависимости от старости и заиленности речного ложа и представляет взору наблюдателя всю гамму цветов от старого, уже затянувшегося русла до только что отделенной старицы.

«Ни на какой карте этих мелочей нельзя найти… а здесь они присутствуют в таком изобилии и такой громадной распространенности, — описывал Ферсман свои впечатления в ежемесячнике Ленинградского университета, — что нельзя не обратить внимания наших молодых геологов на эти явления микроблуждания рек и пожелать им с аэроплана изучать законы движения рек, речек и больших ручейков».

А смена почвенных ландшафтов! С самолета она вырисовывается нагляднее, чем в витринах кропотливо собранных образцов Почвенного музея.

В жизни ученого редко бывает так, что отдельные темы его научных работ, отдельные мысли, которые подчас неожиданно всплывают в его высказываниях и статьях, жили обособленной жизнью от главных его интересов. Если эта связь не ощущается явно, то при более глубоком знакомстве с его деятельностью она неизбежно обнаружится. Так, ферсмановское увлечение авиацией при ближайшем рассмотрении оказывается тесно связанным с практической направленностью его геохимических идей.

То же самое ощущение — огромного расширения кругозора геолога — сообщал Ферсману геохимический подход к изучению земных недр.

На специальную сессию Академии наук, обсуждавшую задачи научной помощи новостройкам Сибири, Ферсман прилетел из Кузнецка, где закладывались тогда основы всей Урало-Кузнецкой проблемы. Он весь находился под впечатлением нового строительства гигантов индустрии, их небывалых масштабов и темпов. Необычным было и его выступление на сессии. Он говорил:

— Когда в течение нескольких минут на трехмоторном самолете поднимаешься над землей на тысячеметровую высоту и перед тобой проходит вся грандиозная картина Южного и Среднего Урала, тогда начинаешь понимать, как трудна работа партии геологов, брошенной в эти громадные пространства на поверхности лесов и озер, расстилающихся вокруг на необъятных просторах Союза, и еще резче начинаешь понимать то громадное значение, которое должен иметь прогноз теоретической мысли, которая одна позволяет под этой поверхностью отыскать лежащие там богатства, проникнуть под ее покров «какими-то другими глазами, чем глаза простого геолога, глазами новых научных методов — методов геофизики и молодой геохимии…

Нам нельзя тратить время на то, чтобы двигаться ощупью! Это убеждение Ферсмана с новой стороны объясняет ту настойчивость, с которой он боролся за распространение передовых идей геохимии — науки, рожденной в нашей стране и откристаллизовавшейся под влиянием запросов социалистической индустрии.

Наука — теория — позволяет взлетать, опираясь на воздух фактов, как замечательно сказал через несколько лет гениальный русский физиолог И. П. Павлов, с этой высоты открываются новые просторы познания.

Ферсман рассказывал товарищам по науке, как его огорчает все еще «бесконечная слабость наших геохимических знаний». Но как ни малы достижения геохимии, они позволят ему все же на примере Сибири раскрыть направления, в которых геохимия может помочь геологической работе.

Разноцветная геологическая карта, представляющая собой для непосвященного странное нагромождение красных, коричневых, синих и зеленых пятен и полос, непонятных литерных обозначений и цифр, является важнейшим орудием геолога. Глядя на геологическую карту района, в котором он никогда раньше не бывал, геолог может рассказать, где здесь находятся равнины, каковы здесь горы, скалисты они или пологи. Он может описать ширину речных долин и характер течения рек. А если увидит на карте некоторые дополнительные условные знаки, сумеет объяснить, какие горные породы слагают ту или иную часть района. Всмотревшись в карту, внимательный геолог расскажет, что было на месте района в прошлом, нарисует границы гор и суши минувших эпох, сообщит о глубине моря и высоте суши и скажет, когда возник горный хребет, пересекающий район.

Каждая подобная карта заключает в себе огромный труд геологических партий, пядь за пядью исследующих разрезы или обнажения, где под современными наносами видны подстилающие их древние горные породы, отыскивающих остатки ископаемых животных и растений, чтобы определить возраст развитых в районе пород. Геолог попытается определить и их состав — это наиболее трудоемкая, длительная и в то же время наиболее важная часть работы. Надо во что бы то ни стало ускорить, облегчить именно эту, столь важную, заключительную часть научного труда. А может быть, именно с нее можно начинать? Может быть, можно путем геохимических предсказаний предугадать, где и что надо искать?

Ферсман говорил об этом в обычном своем живом, образном стиле: «Надо проникнуть рентгеновским лучом под покровы лесов, болот и степей и открыть новые точки — новые месторождения, на которых сможет спокойно строиться мощь нашей индустриальной базы».

Этим «рентгеновским лучом» и должен явиться широкий геохимический прогноз.

В фундаментальных научных трудах Ферсмана и прежде всего в той же его многотомной «Геохимии» мы можем познакомиться с тем, как ученый подходил к решению поставленной им большой задачи. Геолог-поисковик должен, по мнению Ферсмана, заранее знать, где что можно найти[85].

Из разнообразных природных процессов постоянного перемещения атомов Ферсман особенно глубоко исследовал одно явление, представляющее большой интерес, — явление постепенного охлаждения расплавленной массы, или застывающей в глубинах Земли, или вырывающейся на поверхность. Действительно, большая часть минералообразовательных процессов, протекающих в твердой земной коре, связана именно с этой характерной реакцией постепенного охлаждения расплавленных очагов.

Одни такие очаги состоят из гранитных, другие — из тяжелых базальтовых магм. Химически они довольно отличны. «Но мы знаем, — говорил по этому поводу Ферсман, — что природа и здесь идет в сторону более простого единообразного решения и что среди всех охлаждающихся очагов земной поверхности 95 процентов по весу и приблизительно столько же или немногим меньше по числу занятых ими атомов принадлежат к гранитным магмам. Гранитные магмы — кислые магмы — в сущности, определяют в значительной степени судьбы миграции химических элементов на земной поверхности, и не будет ошибкой, если мы скажем, что больше чем 80 процентов всех природных минералов связаны как раз с явлениями охлаждающейся гранитной магмы».

Вот эта-то охлаждающаяся гранитная магма и дает начало самым разнообразным сочетаниям природных химических элементов. Законы распределения в пространстве и времени атомов, связанных с охлаждающейся магмой, определяют, в частности, и распространение главнейших металлов.

Ферсман вновь и вновь возвращался к этим процессам, исследовал их и пытался указать те основные следствия геохимического характера, которые отсюда вытекают. Вот как он их себе рисовал.

Когда расплавленная масса охлаждается под покровом какой-либо окружающей или вмещающей ее породы, то она делится на две части. Часть расплава сохраняет известное количество летучих соединений; эта часть называется пегматитовым остатком или просто пегматитом. Другая часть расплава объединяет значительное количество летучих соединений, которые выделяются из магмы, проникают в окружающую породу, поднимаются кверху, постепенно охлаждаются и дают начало целому ряду отдельных струй растворов и газов. Нижняя, более тяжелая часть тесней связана с основной массой расплава; верхняя часть носит летучий характер — вернее, богата легко испаряющимися веществами. Совершенно ясно, что если какой-либо элемент или какое-либо вещество обладает большей летучестью, то-есть большей упругостью пара, то при том давлении, которое господствует в изучаемом очаге, оно будет раньше и больше других стремиться кверху — выйти из расплава. Если же, наоборот, упругость пара данного элемента невелика, он будет оставаться в расплаве. Значит, упругость паров — одно из наиболее характерных свойств, определяющих характер перемещения молекул при охлаждении выделяющихся из магмы веществ. Итак, в зависимости от величины давления (внешнее давление мешает выделению этого вещества) и сочетания давления и температуры определяется характер распределения элементов вокруг охлаждающихся очагов.

Множество исследований позволило с большой степенью точности обозначить распределение температур вокруг каждого очага расплава и распределение давлений, которые создаются для данного участка земной коры. Зная же эти две величины и присоединяя к ним третью — величину упругости пара химического соединения и данного элемента, исследователь приходит к довольно определенной и ясной картине. Оказывается, что химические элементы вокруг каждого охлаждающегося очага располагаются закономерно, и условия их распространения легко понять, зная основные геохимические законы.

Таким образом, с геохимической точки зрения, материалы, на которых зиждется промышленность, и в первую очередь черные, цветные, легкие и редкие металлы, — все это закономерно связано с охлаждением расплавленных масс, которые в разное время поднимались из глубин и, как бы ореолом, окружали себя скоплениями отдельных полезных ископаемых.

Ферсман составил теоретическую таблицу таких «ореолов» полезных веществ, которые осаждаются раньше всего при высоких температурах. Затем следуют вещества, отлагающиеся в более холодной части очага, и, наконец, такие металлы, которые встречаются лишь на расстоянии многих километров от этих расплавленных очагов. Такая таблица определяет распределение веществ не только по глубине очага, но вместе с тем от его центра к периферии. Она намечает для определенных металлов как бы полосы, пояса, кольца.

Предположим, что мы столкнулись с таким случаем, когда горная порода подобного очага размыта до самых «корней». Тогда все, что было наверху, все, что оказалось снесенным и размытым, должно в этой области отсутствовать.

При таком подходе геохимическая разгадка геологической истории местности приобретает большую целеустремленность. Методы геохимии позволяют выявить характер очагов, наметить, где сохранились наружные части пород и где сейчас остались одни только их «корни». Если эта работа сделана умело и правильно, она позволит геохимику с большим вероятием предсказать распределение различных металлов в определенном районе Союза.

Если схему очага месторождения полезных ископаемых рассматривать как бы сверху, изучаемый расплав, или массив, представится или в виде кружка (при этом геохимические концентры получаются в виде концентрических кругов), или в виде целого ряда горных хребтов, которые протягиваются вдоль линии горообразования. Концентры, то-есть сосредоточения полезных ископаемых, при этом также вытягиваются вдоль этой линии. Получаются громадные геохимические пояса, где элементы сливаются в определенные сочетания и где в зависимости от характера вторжений магмы, так называемых интрузий, отдельные месторождения связаны между собой определенными геохимическими законами.

При современном громадном масштабе горных выработок, когда отдельные месторождения разрабатываются на глубине тысячи метров, изучение особенностей химизма рудных тел в связи с глубиной их залегания приобретает особое значение.

Но история отдельно взятого очага образования металлоносных, скажем, пород — это лишь пример. Процессы распространения химических элементов и образования минералов чрезвычайно разнообразны. Испытатель природы материалист не остановится в растерянности перед этим разнообразием. Он будет искать сходства между различными на первый взгляд явлениями природы и, соединяя воедино сходные черты, получит общее представление о связи этих явлений между собой.

Во всем строе этих мыслей ярко проявлялись принципы диалектического мышления, которыми все более глубоко овладевал ученый.

Если мы вспомним юношеские работы Ферсмана, его первые увлечения идеями Вернадского, мы, несомненно, уловим в этих геохимических построениях Ферсмана давно знакомый мотив. Но как эта научная мелодия — если позволительно так назвать строгую линию теоретической мысли — окрепла, возмужала, как широко и свободно зазвучала она сейчас!

Ферсман продолжал стремиться к тому, чтобы рассматривать минералы не сами по себе, вне зависимости от той природной обстановки, в которой они встречаются, а вместе и в связи с этой обстановкой. Служение новой — социалистической — эпохе позволило ему колоссально расширить область своих наблюдений, дало ему в руки огромный материал, позволяющий подметить закономерности возникновения и распространения минералов в чрезвычайно широком диапазоне природных условий.

Геологическая история, климат, современное движение в земной коре, такие силы природы, как солнце, вода и ветер, в сочетании создают, по представлениям Ферсмана, определенные геохимические системы, геохимические провинции и циклы.

К геохимическим системам Ферсман относил щиты — как более устойчивые древние геологические образования.

Геохимические пояса — это области разрушений и сдвигов, окаймляющих более устойчивые щиты; здесь перемещение элементов происходит наиболее интенсивно[86].

Геохимические поля связаны преимущественно с более поздними накоплениями, с перемещением химических масс.

Геохимическими зонами Ферсман называл климатические зоны, расположенные в разных широтах, со всем многообразием химической жизни их почвенного покрова и биосферы. Тот пример, который мы только что называли, должен быть отнесен к геохимическим концентрам — зональному распределению химических образований вокруг остывающих массивов, связанных с постепенным понижением температуры по глубине и в сторону от очага.

Существовали геологические явления, связанные с определенным замкнутым повторением одних и тех же процессов, — рассматривая их, Ферсман вводил понятие геохимического цикла[87].

Под геохимической провинцией он понимал геохимически однородные области, характеризующиеся определенными «сообществами» химических элементов.

Он мыслил также геохимическими эпохами — периодами специфических накоплений или отдельных элементов, или целых сборищ элементов.

Пересечение отдельных самостоятельных геохимических систем, их наложение друг на друга приводит совсем к особому накоплению и сочетанию элементов и, в частности, к особому накоплению полезных веществ. Такое пересечение, или наложение, геохимически закономерных систем Ферсман называл геохимическими узлами. Геохимические узловые точки, по его мнению, намечали собой вместе с тем пункты наибольшей концентрации различных элементов и поэтому практически предопределяли основные районы концентрации минерального сырья.

«Я вижу, — вдохновенно говорил Ферсман, и, действительно, обостренное химическим подходом научное зрение геолога открывало ему невидимые ранее просторы познания, — в темных тяжелых расплавах глубин сверкают тяжелые металлы, как исчадие мрака и тяжести, — платина, железо, медь, хром, никель. Я вижу, как из глубин гранитов поднимаются расплавы закутанных в сплошной туман паров и газов жилы пегматитов, в которых растут прекрасные прозрачные самоцветы берилла и топаза. Я вижу, как наподобие ветвистого дерева поднимаются к солнцу горячие растворы — это дыхание Земли, а сверкающие металлы — золото, медь и цинк, свинец и серебро — уже блестят кристаллами своих соединений на их стенках.

Я вижу, как великие законы физики и химии управляют этими грандиозными процессами прошлого, как сливаются значки одного цвета и одной формы в закономерную полосу пятен и струй, как беспорядок хаоса превращается на моих глазах в величайшие законы гармонии.

Вся менделеевская таблица элементов, покорная законам атома, ложится закономерно в целые пояса, а они тянутся между щитами, создавая великую ось нашей страны — уралиды. Они, как пучок колосьев, расходятся из Центральной Азии, огибая гирляндами и дугами великий Сибирский щит, они врываются и ломают все, что им попадается на дороге, прокладывая по степям Украины еще непознанный рудный пояс, который тянется на запад до берегов Атлантического океана в Англии, а на востоке обрывается где-то в песках Кара-Кумов».

Чрезвычайной сессии Академии наук 1931 года Ферсман представил один из наиболее широких своих прогнозов, основанных на этих его геохимических воззрениях. Он подробно обрисовал очертания одного из интереснейших геохимических поясов — Монголо-Охотского[88]. Наиболее южные точки этого пояса были, как отмечал Ферсман, обнаружены Монгольской экспедицией Академии наук на востоке от Улан-Батора. Подобные же месторождения были обнаружены и далее на восток, вплоть до Забайкалья. Наконец северное крыло пояса, к северу от Амура, можно протянуть еще на 600 километров — на всем своем протяжении оно обещает богатые месторождения различных руд и драгоценных камней. Если в целом просмотреть весь пояс, то можно увидеть, что, будучи слабо выгнут к югу, он тянется на протяжении не менее 1 800 километров при 250 километрах ширины. Резкой чертой проходит в нем линия зональных рудных образований. По отношению к гранитным очагам эта зональность характеризуется диаграммами Ферсмана.

Смелые обобщения Ферсмана, справедливые в своей основе, оправдались не во всех деталях. Многие из них потребовали впоследствии значительного изменения и фактических уточнений; но нужно вспомнить, что по этому поводу говорил замечательный петрограф Ф. Ю. Левинсон-Лессинг: «Ни одна рабочая гипотеза, ни одна научная теория не возникает без участия известной доли воображения, не является лишь логическим выводом из фактического материала».

Мы рассказываем о творчестве ученого, по смелости полета сравнимом лишь с фантазией поэта, — так мало еще было у него опорных точек и так смело вздымались на них конструкции мостов, перекидываемых, по вещему слову Менделеева, в область неведомого. Но в то же время эти геохимические картины, эти «теоретические прогнозы» — не произвольные догадки, по наитию возникающие в голове ученого. Мы уже подчеркивали, что это результат обобщения множества непрерывно накапливаемых наукой фактов.

Выступая на одном из международных конгрессов[89], Ферсман рассказывал о размахе экспедиционной деятельности Академии наук и между прочим упомянул о тысячах отрядов, работающих ежегодно во всех уголках Советской страны в поисках подземных богатств.

В перерыве к нему протиснулся представитель крупного телеграфного агентства и почтительно попросил уточнить одну странную цифру. Академик, вероятно, обмолвился, — нет, представитель агентства просил извинить его за бестактность, это, разумеется, он сам ослышался. Ему показалось, что была названа пятизначная цифра геологических отрядов, работающих в СССР. Нельзя ли уточнить, о каком действительном количестве экспедиций в данном случае идет речь. Ферсман, смеясь, подтвердил, что речь идет именно о двенадцати тысячах отрядов исследователей, изучающих недра великой страны. Пристыженный корреспондент растворился в толпе.

Именно эта рассеянная по лицу советской земли огромная армия разведчиков пятилеток своим упорным, кропотливым трудом подготовила те взлеты теоретической мысли, которая ей же должна была осветить пути дальнейшей работы по закладке основы нового индустриального строительства.

Ферсман очень ясно понимал необходимость гармоничного слияния этих двух сторон научного процесса: широкого обобщения собираемого наукой фактического материала и широчайшей же проверки на опыте рождающейся теории.

В ярком докладе Ферсмана на чрезвычайной сессии Академии наук 1931 года и во многих других его общественных выступлениях можно вычитать прямой вызов геохимика носителям отсталых, чисто описательных, «палеозойских», как их называл Ферсман, методов геологического анализа. Он восставал против лености мысли, против метафизичности мышления отдельных представителей геологической науки, против непонимания или нежелания оценить выгоды и преимущества, заключенные в широком использовании диалектического принципа, который лежит в основе «дружбы наук». Он восставал против искусственного, нарочитого обособления ревнивых знатоков отдельных маленьких проблем в траншейках своей углубленной специализации. Эта специализация — совершенно необходимая крепостная опора широчайшего фронта в современной науке, но она должна сочетаться с широким пониманием природы как единого целого. В этом коренное отличие диалектики от метафизики. Надо всегда стремиться «постижению теснейшей и неразрывной связи между явлениями, предметами, процессами, которые человеческое познание отражает неточно и неполно, лишь постепенно приближаясь к познанию наиболее сложных всеобщих ее форм — к открытию законов природы.

«А вы, — восклицал Ферсман, обращаясь к геологам старой школы и говоря об основе основ геологического знания, геологической карте, — что читаете вы в пестром ковре ее затейливого рисунка и красок? Видите ли вы только сухую историю осадков морей, последовательно покрывавших друг друга в длинной истории земной коры? Научились ли вы языку тех великих законов, которые управляли путями атомов, когда в сложных путях электрических сил одни атомы накапливались в глубинах, а другие окружали их ореолами так, как гирлянды каменных волн окружают наши щиты, как роятся электронные облака вокруг маленьких электрических ядер наших атомов? Поняли ли вы, что не случайно, а покорно великим законам физики и химии, рождались ваши значки металлов, руды и солей, что не в беспорядке мирового хаоса, а в величайшей гармонии разбросаны эти пестрые точки, согласно законам новой науки — геохимии: ей принадлежит будущее! Из законов этой науки родятся новая география, новые пути экономики, новые узлы промышленности, новые источники и богатства техники и культуры».

Это были уже слова, родившиеся в борьбе за новые взгляды — борьбе последовательной и планомерной, в которой Ферсман уже точно знал распределение и назначение сил. Он шел вперед и знал, у кого искать поддержки тому новому, в которое так пламенно верил.

«Я определенно верю тому, что только широкий научный прогноз позволит нам достигнуть разрешения великих сырьевых проблем нашей страны».

Это первая часть задачи.

Ферсман продолжал: «Но только путем глубочайшей пропаганды этих идей исследования, путем привлечения интересов широких масс… Я верю, что только в этом случае сочетания отвлеченных законов науки и широкого подхода масс перед нами вырисуется картина будущего освоения тех огромных, необъятных пространств, которые стоят еще перед моими глазами, — пространств, которые нужно еще победить, чтобы строить социализм».

Этому девизу передовой науки — работать для народа в союзе с народом — Ферсман следовал уже неукоснительно.

«Изучайте свою страну!» — призывал он в сборнике, подготовленном Академией наук к X съезду комсомола.

«Я получаю сотни и сотни писем, — писал ученый, — от комсомольцев, учителей, учеников, краеведов, туристов, исследователей, юннатов… Они делятся со мной своими вопросами, сомнениями, надеждами… Нет для меня более ярких и хороших минут, как ежедневно, в конце своей почты, спокойно прочитать эти яркие письма. Но в этих же письмах я вычитываю сотни вопросов и сомнений: что делать дальше? Как изучать природу и камни? Как собирать коллекции? Как сделаться разведчиком-минералогом? Что прочесть? Как устроиться в экспедицию? Где достать паяльную трубку? Я пытаюсь аккуратно отвечать на эти письма, хотя это не всегда легко. Но вместе с тем я вижу, что мои ответы лишь случайно и кустарно решают эту большую задачу — направить эту тягу молодежи и особенно комсомола к изучению родной страны. А комсомол не может не увлекаться теми грандиозными проблемами, которые перед нами ставит жизнь и наука нашей социалистической промышленности и сельского хозяйства. И это чудесное, полное глубочайших загадок и тайн, находится часто не в далеких, экзотических заморских странах и не в отдаленных, манящих к себе окраинах нашей страны, а среди нас — под нашими ногами».

«Я глубоко убежден, — продолжал Ферсман, — что на каждом клочке земли вдумчивый молодой ученый может сделать блестящую работу… Наблюдения природы в сочетании с опытом и теоретическими знаниями научат его превращать бесполезную природу в могучие производительные силы Советского Союза».

Это не было декларацией.

Именно для жадной к знаниям, смело идущей к творчеству советской молодежи Ферсман написал «Занимательную минералогию» и от всей души радовался потоку откликов, который она вызвала. Он готовил к печати книгу «Химия Земли», вышедшую уже после его смерти под названием «Занимательная геохимия».

А в 1936 году вышла его замечательная книга «Цвета минералов», которая может быть поставлена в один ряд только с такими жемчужинами популяризации науки, как «Жизнь растений» К. А. Тимирязева или «Глаз и солнце» С. И. Вавилова.

Мы перелистываем страницы этой сравнительно малоизвестной книги Ферсмана, и в ней снова проступают перед нами живые черты неспокойного и страстного исследователя, «Цвета минералов» вовлекают нас в круг заманчивых приключений человеческой мысли, и эта скромная книжка стоит того, чтобы рассказать, — как она создавалась. Это позволит в какой-то мере проникнуть в лабораторию исследователя. В эту лабораторию есть и другой ход — через узкоспециальные труды, комплексные геохимические анализы отдельных месторождений и, наоборот, исследования, посвященные размещению в недрах земной коры каких-либо определенных элементов. Но этот путь весьма затруднен для широкого читателя. Оставим его поэтому для специальных научных исследований, тем более, что «Цвета минералов» позволят нам кинуть прощальный взгляд на события, рассказанные в первых главах этой правдивой повести.

В книге «Цвета минералов» Ферсман вернулся к мечтам своих детских лет о соединении поэзии и науки. Но если справедливо изречение, что ничто не ново под луной, то при этом никогда не надо забывать и о том, что, второй раз вступая в одну и ту же реку, мы вступаем уже в другую реку…