И все-таки, как бы ни важны были для нас искусственные алмазы — технические либо иные, — не менее, если не более, важно другое.
Создать искусственный алмаз — значит повторить то, что происходило на огромных глубинах.
Пусть все действие разыгрывается в крошечной камере, а лишь маленький цилиндрический стерженек подвергается испытаниям чудовищным давлением и нагревом. Все равно — перед нами модель Плутонии. Она поможет нам подготовиться к настоящему путешествию туда.
Зная, как ведут себя различные металлы, попав между двух огней — давлением и температурой, конструктор сможет выбрать наилучший материал для подземохода. Зная, как ведут себя, попав в такое горнило, минералы, он сможет представить себе, с чем же придется встретиться его подземному кораблю. И, наконец, ученые смогут, пользуясь такой моделью, проверить свои предположения и расчеты, которые они пока только и могут делать, когда говорят о строении Земли на больших глубинах.
Алмаз — не единственный искусственный минерал. Мы привыкли к синтетическим материалам, капрону и нейлону, лавсану и поролону и множеству других, к искусственным шелку, шерсти, коже, меху. Но камень… Казалось бы, он-то уж, по крайней мере, подлинное произведение природы!
Очень дороги и редки изумруды, рубины и сапфиры. После алмазов — это самые драгоценные камни на земле. И так же, как алмазы, они нужны технике: ими, например, режут металлы, и каменный резец служит намного дольше, чем режущий инструмент из твердого сплава.
Но вот беда — эти природные ценности не только редки. Они еще и очень малы: доли грамма и самое большее, один-два грамма — уже предел, уже рекорд.
В лабораториях научились выращивать красные кристаллы рубинов, оранжевые, сиреневые и синие сапфиры, зеленые изумруды, многоликий — днем зеленый, вечером красный — александрит. Лабораторные рекорды исчисляются десятками и даже сотнями граммов.
Еще один лабораторный минерал — стиповерит. Похожий на него камень найден в одном из метеоритных кратеров. Он, видимо, образовался при ударе метеорита о Землю.
А гранит? Гранит, который украшает наши города? Им облицованы здания, из него сделаны постаменты памятников, лестницы и ограды набережных, парков, скверов…
И этот гранит, столь искусно созданный природой, теперь получен лабораторным путем! Самое простое сырье — песок, глина и вода. Давление — две тысячи атмосфер, температура — семьсот градусов. Синтетический гранит готов. Получен и искусственный кварц, причем кварц особенный.
Дело не в том, что он родился в лаборатории. Дело в том, как он рождался. Почти полтораста тысяч атмосфер, почти две тысячи градусов — вот что понадобилось для создания кварца-два.
Кварц-один, обычный, плотность 2,6. Кварц-два, искусственный, плотность 4,35. И кварц, и не кварц в то же время… Советские ученые С. Стишов и Ю. Рябинин справедливо считают, что перед нами кусочек мантии или, во всяком случае, вещества, очень близкого к ней. Уже сейчас можно сказать: модель загадочного вещества, его близкое подобие, наконец, сделано человеческими руками.
Огромные трудности приходится преодолевать, чтобы добиться высокого сжатия. А то, что с трудом делает инженер, легко вытворяет природа. Лишь на короткое время мощной струей направленного взрыва можно добиться десятков миллионов атмосфер. Недра же земли всегда сжаты, да вдобавок нагреты.
Насколько нагреты, точно не знает никто. Скорее всего тысячи градусов господствуют в центре земли. Вместе они — нагрев и давление, быть может, делают обычное необычным. Ядро и не твердое и не жидкое. А какое же оно — сказать пока нельзя.
Внутренность Земли заслуживает того, чтобы продолжить о ней разговор. Вопрос, который нас ожидает:
как появились руды и нефть? —
вопрос важный и для науки и для повседневной практики.
А потому, прежде всего, маленькая справка о том, что нам встречалось уже не раз, — о слове «магма». Вот так бы и хотелось коротко сказать: магма — это… Но ничего не получится. Слово небольшое, содержание сложное.
Известные, широко распространенные и редкие элементы. Металлы и их соединения. Расплав, но не просто горячая жидкость, а нагазированная и сжатая давлением в толще пород.
Вот что такое магма — «начинка» земного шара. О ней приходится говорить потому, что она является родоначальницей руд. Есть множество месторождений, которые так и называют магматогенными, буквально — рожденные магмой. Именно этот раскаленный подземный расплав и поставляет, в конце концов, нам железные, титановые, хромистые, платиновые, золотые, серебряные и многие, многие другие руды.
Надо сказать, кстати, что вообще-то рудные скопления — исключение, а не правило для земли. Элементы, металлы рассеяны в коре всюду. Но лишь местами они собираются. И вот тогда имеет смысл их добывать, лишь тогда создается возможность разрабатывать месторождение.
Уран — это элемент, ставший одним из важнейших в наш атомный век. В породах его лишь четыре десятитысячных процента. Однако земной шар велик. И из этих ничтожных долей процента складываются такие огромные запасы, которые во много миллионов раз больше, чем в разведанных залежах урана.
Быть может, со временем мы научимся добывать рассеянные элементы коры. Об этом поговорим после. Пока же нас интересуют месторождения и, поскольку речь идет о глубинах, то прежде всего, рожденные магмой.
Итак, начнем «танцевать от печки», то бишь от магмы.
Нагазированная, насыщенная металлами, она находится под большим давлением лежащих над ней пород. Давление заставляет ее искать выход, по трещинам проникать к поверхности земли. И через жерла вулканов она прокладывает себе дорогу, выливается потоками лавы. Вулканы выбрасывают и пепел. Возникают целые пояса вулканогенных, рожденных вулканами пород.
Но так добирается до поверхности лишь очень немного магмы. Гораздо большая ее часть не может пробраться сквозь толщу пород, заполняет все ходы и трещины и застывает по дороге. Однако магма — смесь и то, что ее составляет, при остывании по-разному выпадает из раствора.
Может случиться так, что наверх поднимутся, как бы всплывут легкие породы. Внизу же останутся тяжелые. Иначе говоря, возникнут месторождения металлических руд.
А может произойти и иное — если в магме много газов и водяных паров. Тогда они мешают выпадать осадкам, растворяют металлы, и давление проталкивает не успевший затвердеть раствор по трещинам вверх. Все это происходит на трех-четырехкилометровой глубине.
Бывает и так, что газам удастся просочиться в соседние породы. Если там попадется им известняк, то появятся в результате минералы, содержащие известь и, конечно, металлы.
Впрочем, так расползаются далеко не все магматические газы. В основном они находят все же выход к поверхности через трещины и поры. Охлаждаясь по пути, пары становятся минеральными водами, а потом из них в осадок выпадают металлические руды.
Не раз и не два внедрялась магма в земную кору. Не всегда происходило это равномерно: бывали в истории Земли такие времена, когда особенно много рождалось минералов, а бывало, что наступало затишье. Да и магма не всюду одинакова. У нее разный состав.
Но, несмотря на такое разнообразие, все-таки существовал какой-то порядок. Руды рождались там, где наиболее активна и подвижна кора, где возникали горы, появлялись трещины, складки, разрывы пластов. Понятно, почему крупные рудные пояса мы находим везде на земном шаре в горах. Но ведь находят руды и на равнинах. Откуда взялись они?
Тут дело происходило по-другому. Кора медленно колебалась, поднималась, опускалась, снова поднималась. Море сменяло сушу, суша — море. Недаром же находят остатки рыб и морских животных там, где море сейчас — за тридевять земель. Глубинные породы иногда оказывались на поверхности, там разрушались, разлагались — словом, менялись. А реки уносили обломки с собой. И в устьях рек накапливались минеральные россыпи, в океанах и морях — толщи осадков.
Итак, и на поверхности и в глубине возникали различными и сложными путями залежи того, что теперь называют полезными ископаемыми. Пути эти не всегда заканчивались после того, как застывала магма или выпадал из раствора осадок, либо складывались россыпи и осадочные породы.
На протяжении миллионолетий менялись и сами новорожденные минералы. Опускалась кора, и они снова попадали на глубину, где давление и температура переделывают их. Известняк становился мрамором, глины — сланцами, граниты — гнейсами.
Откуда берется первоисточник — расплавленная магма?
Высказывалось мнение, что местами — там, где в коре есть гнезда радиоактивных элементов, все поблизости плавилось или даже испарялось. Из образовавшихся очагов расплав по трещинам и порам устремлялся вверх, где дальше с ним происходили различные превращения. В конце концов и рождались горные породы, в которых запасены ценные руды.
Можно спросить: а почему гнезда, а почему очаги? Да если было бы не так, если бы радиоэлементы рассеялись в коре повсюду, то тепла хватило бы на то, чтобы расплавить всю внутреннюю начинку Земли, — отвечает советский ученый В. Белоусов. Но все же только радиоактивными «печками» рождение руд полностью объяснить нельзя, и вопрос остается открытым.
Коснувшись богатств глубин, мы неизбежно натолкнемся на загадку, над которой ломают головы не одно столетие и не могут разгадать ее до сих пор.
«Сие дар живой природы», — сказал когда-то Михаил Васильевич Ломоносов о нефти.
Он, конечно, не мог знать всех тонкостей, и его слова лишь общая догадка: нефть получается из органического, живого вещества.
В самом деле, остатки погибших организмов отлагались в течение миллионов лет. Их много накопилось в осадочных породах. И почти всегда им сопутствует нефть. Возможно, бактерии превратили эти остатки в черную маслянистую горючую жидкость. Да и вдобавок удается искусственно получить нефтепродукты из остатков осадочных пород, из угля и сланцев, органическое происхождение которых не вызывает сомнений.