— Я попробую изготовить модель земных недр, — скажет инженер из лаборатории сверхвысоких давлений. — Правда, модель будет крошечной. Нетрудно догадаться почему. На кончике иголки развивается давление в десять тысяч атмосфер. А ведь на иглу нажимают пальцем. Чем меньше площадь, тем больше давление. Я должен сжать маленький образец, и тогда он подвергнется воздействию огромной силы.
Поршеньки сжимают стерженек, и в нем происходят неожиданные и совершенно удивительные превращения.
Из желтого фосфора получается черный. Бумага делается прозрачной, как стерло. Через сталь, как сквозь фильтр, проходит вода. Хрупкий мрамор становится пластичным. Твердое железо — мягким и тягучим.
Это не фокусы, не физические парадоксы. Мы воспользовались мощным средством перестройки вещества, которое, кстати, чуть ли не все состоит из пустоты. Давление уменьшило промежутки между частицами, между молекулами и атомами. И, как губка, из которой выжали воду, хотя это сравнение грубое, кусочек поддался, уступил сжимающей силе…
Инженер покажет нам прелюбопытный экспонат. Эти невзрачные камешки, которые решительно ничем не привлекают, — искусственные алмазы. На стекле они оставляют царапину — след! Ведь только алмаз и может сделать такое. В природной лаборатории с помощью нагрева и сжатия создается самое твердое вещество на Земле.
…Алмазные россыпи… Сколько историй связано с этими камнями! Они украшали сокровищницы королей, они переходили из рук в руки, нередко оставляя за собой кровавые следы…
У самых крупных камней есть даже свои имена: Шах, Орлов, Куллинан. А недавно найденный в Якутии камень получил имя Валентины Терешковой.
В наши дни алмаз ценится по-иному. Конечно, драгоценный камень быть драгоценным не перестал. Однако и маленькие безымянные камешки обрели цену — да еще какую! В них нуждается техника.
Дитя недр — алмаз помогает проникать в недра. Алмазные буровые коронки вгрызаются в самые твердые породы, прокладывая путь нефти к поверхности Земли.
Алмаз сверлит и режет металл, гранит и мрамор, помогает править инструмент в шлифовальных кругах.
Но не только для этого нужен алмаз. У него недавно обнаружили интересное свойство. Красивый кристалл, родившийся где-то в земных глубинах, оказался не просто великолепным украшением, но и полупроводником — да еще каким! /Миниатюрные алмазные детали радиоприборов выдерживают сотни и даже тысячу с лишним градусов тепла.
Рекордсмен теплостойкости — алмаз, кроме того, идеально чист. Чистота же непременное условие для полупроводника: лишь один посторонний атом на миллион, не больше! И приходится затевать сложнейшую процедуру очистки. Этого не требует алмаз.
Поиски алмазов трудны, потому что Земля бережно хранит и тщательно прячет ею созданные богатства. Поиски пошли потом и другим путем — путем соревнования с природой.
Как ни старались, впрочем, химики, долго успеха добиться не могли. Задача оказалась вроде пресловутого золота алхимиков. Призрак удачи исчезал, лишь только остывала лабораторная печь.
Крохотные крупинки разрушали большие надежды. Не мудрено — ведь сначала работу вели вслепую. Пока никто не знал тайны рождения алмазов настоящих, никто не мог уверенно делать искусственные. Их история — это история непрерывных заблуждений.
Французскому химику А. Муассану как-то почудилось, будто он напал на верный след. Но алмазы Муассана — фальшивка. Так показала проверка, которую устроили позднее. Нельзя, конечно, обвинить ученого в том, что он нарочно обманул мир. Он ошибочно посчитал алмазами полученные им какие-то твердые кристаллы. Когда его опыты повторили, ничего не вышло…
Однако неудачи не обескуражили других. Опыты продолжались.
Муассан действовал одной лишь температурой. Давление у него было невелико. Попытались пойти обратным путем: действовать одним лишь сжатием. В ход пошли мощные гидравлические прессы. В ход пошли… выстрелы, ибо при выстреле развивается огромное давление. Может быть, стреляя в графит, удастся получить алмазы?
Нет, и это не помогло. Графит не поддавался по отдельности ни температуре, ни давлению. Правда, удавалось получать прозрачные твердые минералы, но то не было искомым.
К каким только ухищрениям не прибегали! Графит сжимали, нагревали и охлаждали. Думали: из расплава возникнут долгожданные кристаллы, которыми можно будет резать стекло. Опять не то! И так было не раз: сообщение об удаче, сенсация, а потом жестокое разочарование.
Ближе всех к истине подобрался английский физик П. Бриджмен. Он установил рекорд сверхвысоких давлений — 425 тысяч атмосфер, кстати сказать, долго никем не превзойденный.
Бриджмен оперировал десятками тысяч атмосфер и несколькими тысячами градусов. Оставалось сделать всего один, небольшой шаг — и цель была бы достигнута. Но беда в том, что не знания руководили поисками. Приходилось идти ощупью, ибо никто не мог сказать, в каких же условиях рождаются алмазы в природе.
Лишь счастливый случай мог натолкнуть на такое сочетание температуры и давления, которое дало бы нужный результат. И, наконец, в 1955 году, через шестьдесят пять лет после того, как Муассан вынул из своей печи нечто, показавшееся ему алмазом, появился на свет «настоящий» искусственный алмаз, созданный человеческими руками.
Пусть он неказист и не идет ни в какое сравнение с блестящими именитыми своими собратьями. Техника получила то, что ждала. А мы получили уверенность, что находимся на верном пути — пути разгадки тайн происходящего в земных недрах.
Теперь искания, сомнения, ложные удачи и первый успех позади. Алмазы стали таким же продуктом, каким для техники является любое другое вещество. Разница только в том, что их производят пока еще мало. Но ведь есть же искусственные элементы, мировая добыча которых всего граммы в год!
Дело не в количестве, а в качестве. Создав алмаз, человек одержал победу в соревновании с природой. Он даже превзошел ее: вслед за алмазом было получено еще более твердое вещество — боразон. Тут уж природе пришлось уступить: столь твердого вещества она создать не смогла.
Возможно, что мы и найдем в недрах какое-либо подобие боразона. Быть может, есть вещества и тверже его.
Мы встали на путь, конец которого трудно предугадать. Давление и температура стали волшебным орудием, которое превращает одни вещества в другие — все более твердые.
Граненый алмаз — бриллиант — дробит на цветные брызги свет. Его игрой можно любоваться без конца. Но бесформенный, иногда оплавленный алмазный кристалл — о чем он может рассказать? Оказывается, о многом, и притом особенно интересном для нас, исследователей земных глубин.
Попробуем прикинуть, где должна находиться родина алмазов. Теория говорит: графит станет алмазом при давлении не меньше пятидесяти тысяч атмосфер и температуре не меньше тысячи градусов.
Отправимся в глубь земной коры. Пройдем двадцать, сорок, семьдесят километров. Давления явно не хватит. Даже у самой «подошвы» твердой оболочки всего примерно двадцать пять тысяч атмосфер. Значит, не в коре рождаются эти драгоценные камни.
Опустимся глубже. Давление будет расти, пока наконец не достигнет нужных пятидесяти тысяч. Глубина — сто километров. Это и есть горнило, в котором зарождаются алмазы.
Но, прежде чем попасть на поверхность, новорожденному предстоит пройти стокилометровый путь. Как же выбирается он из своей колыбели сквозь плотную толщу пород?
У него, как и у других минералов, только один выход — подняться вместе с лавой. Хорошо было бы, если бы вулканы «плевались» алмазами. Увы, так не бывает. Еще никто не находил драгоценностей в лаве, хотя и вулканов достаточно на земном шаре, и извержений хватает. А ведь лава пришла именно оттуда, с тех самых заветных глубин. Почему же не принесла она с собой алмазы?
Да потому, что она двигалась слишком медленно, и они либо растворились, либо с ними произошла обратная метаморфоза — медленно переходя от сверхвысоких давлений к высоким, они превратились снова в обыкновенный графит или, скорее, просто сгорели.
Совершенно иное происходит, когда вещество недр выбрасывается к поверхности грандиозным взрывом. При огромных давлениях и температурах рождаются тогда целые алмазные месторождения. Взрыв прокладывает дорогу сквозь толщу пород, и масса всевозможных минералов зеленоватого или голубоватого цвета заполняет длинные трубы, похожие на жерла вулканов. В этой массе вкраплены обломки алмазных кристаллов, причем часто довольно крупные и порой даже гиганты, которые потом прославятся на весь мир.
Впервые нашли алмазные трубки в Африке. Их стали называть кимберлитовыми — по имени южноафриканского города Кимберлей. Поиски повели в Сибирь — сначала на бумаге: якутские алмазы были предсказаны теорией и найдены затем геологами.
Вместе с алмазами к поверхности выносятся из глубин и кусочки вещества неведомой нам пока мантии.
В кристалле атомы расположены на вполне определенных местах. Просвечивая рентгеном кристалл, мы можем определить, каков остов, решетка кристаллической постройки, и какие в ней есть вкрапления, хотя бы и самые мелкие.
Кусочки зеленого оливина (помните оливиновый пояс инженера Гарина?), красного граната, зеленого пироксита — вот что попадается в кимберлите. Как решить, что захвачено ими именно из мантии?
Вопрос этот не простой, и удалось пока установить, что это вещество — ему и название дали особое: эклогит — с очень больших глубин. В двух крупнейших алмазоносных районах мира, южноафриканском и якутском, находили эклогиты со множеством кристалликов алмазов.
— Считают, — говорит академик В. С. Соболев, — что эклогиты входят в состав мантии. Еще до появления сверхглубоких скважин природа подарила нам кусочек загадочного глубинного вещества.
Итак, правы те, кто думает, что сверхвысокие давления в верхней мантии до неузнаваемости перестраивают вещество. И все же остается еще много неясного, Без бурения тайн мантии не раскрыть.
Мантия оказывается сложным орешком. Снова и снова приходится повторить: только лабораторные модели и сверхглубокое бурение откроют нам ее истинное лицо.