— Но если ядро Земли — железное, то это значит, что в среднем на нашей планете гораздо больше железа, чем в коре? — спросил быстро считающий Андрей.
— Верно, в общем составе Земли в восьмёрке самых распространенных элементов лидирует именно железо — 38 % от общей массы планеты. На втором месте кислород — 27 %.
— То есть железо и кислород составляют две трети веса Земли? — уточнил педантичный Андрей.
— Да, а если добавить сюда кремний, то получится самая распространенная тройка элементов, которые дают 80 % от состава планеты.
— Ты сказала, что расплавленное золото утонуло вместе с железом и застряло в этом самом ядре, — сказала, хитро сощурившись, Галатея. — Но ведь золотоискатели находят золото на поверхности! Кроме алмазной лихорадки, были ещё и золотые — например в Калифорнии и на Аляске! Я читала про них в книгах.
— Верно. В настоящее время золота в земной коре в тысячу раз больше, чем тогда, когда юная земная кора только всплыла из магмы и застыла. Оказывается, золотой запас Земли пополняется падением небольших астероидов и метеоритов.
— То есть золото на земной поверхности — это космический металл второго поколения?
— Да. Первый золотой запас возник в космосе при взрыве сверхновых или при соударении нейтронных звёзд. Он долетел до юной Земли, утонул в магме и собрался в центре планеты. А когда твёрдая земная кора сформировалась, то мелкие астероиды уже не могли её пробить и распыляли своё вещество по поверхности Земли. Это золото не утонуло в магме, и часть его досталась людям. К 2015 году на Земле добыто 186 тысяч тонн золота, которое хранится в сейфах банков, украшает пальцы, руки и шеи модников и модниц, а также используется в электронных приборах, потому что золото — прекрасный нержавеющий проводник.
— А к какому виду пород надо отнести космическое вещество, выпадающее на Землю? — спросил Андрей, — Оно не осадочное, не магматическое, не метаморфическое.
— Да, это хороший вопрос, — задумалась Дзинтара, — Было бы логично отнести космическое вещество к новому сорту пород — первичным. В геологии немало непонятного и непознанного. Мы ещё учимся тому, чтобы уверенно находить в толще земли полезные ископаемые: золото, алмазы, никель и уголь, газ и нефть.
— А нефть — это что такое? — спросила Галатея. — Тоже минерал?
— Да, это минерал, который возникает в толще осадочных пород, как уголь и газ. Растения, зоопланктон и водоросли, умирая, давали огромное количество органического материала. Если он в процессе геологической эволюции попадал в глубину, где в течение десятков, а то и сотен миллионов лет подвергался нагреву в условиях отсутствия кислорода, то образовывался газ, который горит в кухонных плитах, а также нефть, из которой сейчас делается бензин.
— Значит, мы ездим на жидкости, которая выделилась из трупов и гнили? — скривилась Галатея. — И даже еду готовим на газе из этого… — она не нашла подходящего слова.
— Да, — сказала Дзинтара. — Если тебя смущает гниль с возрастом в сто миллионов лет, могу напомнить, что фрукты, которые ты поглощаешь по утрам, выросли на удобрениях, которые были навозом совсем недавно.
— Ты хочешь испортить мой аппетит? — фыркнула Галатея.
— Я уверена, что твоему здоровому аппетиту ничего не грозит, — усмехнулась Дзинтара. — Твои природные инстинкты верно оценят прекрасную грушу, которую тебе дают на завтрак, и победят рассуждения незрелого разума о том, откуда возникли молекулы этой груши.
— А какой минерал на Земле самый… — Галатея задумалась, — загадочный. Ну… непонятно, откуда взявшийся? Золото?
— Нет, происхождение золота понять гораздо легче, чем происхождение такого минерала, как вода.
— Вода — это тоже минерал? — удивилась девочка.
— Да, и если тебя смущает то, что она — жидкость, вспомни о ледяных горах, айсбергах и ледниках.
— И о снежинках… — добавил Андрей.
— Верно — это прекрасные примеры кристаллов. Лёд — это такой же минерал, как и кварц, только температура его плавления заметно ниже. Он имеет несколько разновидностей, отличающихся кристаллическим строением или отсутствием такового. Во льду и в воде много неизученного, но главная проблема, которую не могут решить учёные — откуда взялась вода на Земле. На Венере воды практически нет, а на Марсе её мало. Почему на Земле так много воды, и откуда она взялась? Попала ли она на Землю с первыми астероидами и уцелела во всех превращениях пород и минералов? Или она была принесена на Землю позже — кометами? Каждая из этих гипотез имеет своих сторонников и противников. Так что вода — это самый загадочный минерал Земли.
Твёрдая часть Земли, собранная из сотен минералов, сложным образом взаимодействует с океанами воды и с воздушной оболочкой, которая окружает нашу планету. Всё вместе — это целый клубок загадок и нерешённых проблем. Как меняется климат? Какова роль человеческой цивилизации в этих изменениях? Какова динамика уровня океана, и что ждёт океанические течения при изменениях климата? Не поменяет ли своё течение Гольфстрим, отапливающий Европу? Мы не можем предсказывать землетрясения и цунами, ураганы и смерчи. Мы даже не можем уверенно предсказывать погоду на несколько дней вперёд, не говоря уж о том, чтобы управлять ею. Науки о Земле — это огромный фронт, на котором работает целая армия учёных, но загадок там по-прежнему более чем достаточно. Земля — наш дом, мы должны понимать и беречь его.
Сказка о графене и пользе твёрдого тела
Дзинтара начала новую историю так:
— Что одному — мусор, то другому — чистое золото. Жизнь нередко подтверждает эту истину, и сегодня я расскажу о Нобелевской премии, в буквальном смысле вытащенной из мусорной корзины.
Эта история началась, когда молодой экспериментатор Андрей Гейм, закончив Московский физико-технический институт в 1982 году и получив степень кандидата физико-математических наук в 1987 году, поехал в 1990-м в Англию на стажировку. Потом он поработал в Дании, и в 1994 году осел в голландском университете, в лаборатории, где был установлен мощный сверхпроводящий магнит. К сожалению, проект, которым занимался Гейм, не требовал столь сильного магнита — и он чувствовал себя неловко из-за того, что не использует такой интересный прибор. Поэтому он, недолго думая, а может быть, наоборот, после долгих раздумий, взял и налил внутрь включённого магнита воду.
— Налил воду? — удивилась Галатея.
— Да. Как признал сам Гейм: «Наливать воду в чей-либо прибор, очевидно, не есть правильный научный подход… До этого никто и не пытался проделать такую глупую вещь, хотя похожее оборудование имелось в различных местах по всему миру».
— Но почему он решился на «такую глупую вещь»? — поинтересовался Андрей.
— Это очень интересный вопрос. Часто учёный пробует что-то сделать, исходя из неясных соображений, интуиции или просто любопытства. И он должен иметь достаточную свободу и возможность следовать своей интуиции и любопытству — в этом суть научных исследований. Андрей Гейм, налив воду в мощный магнит, обнаружил, что вода не пролилась на пол, а повисла в середине зазора магнита. Это было потрясающее зрелище — шарики воды, парящие в невесомости на Земле, а не на орбитальной станции. Вода является так называемым диамагнетиком, она практически не взаимодействуете магнитным полем, и лишь приборами можно зарегистрировать слабое отталкивание диамагнетика от магнита. Человек — тоже диамагнетик, но дети часто играют с магнитами и никогда не замечают их воздействия на человеческий организм.
— Свидетельствую! — важно сказала Галатея. — Я совершенно не притягиваюсь к магнитам. И не отталкиваюсь от них.
— Ситуация меняется, когда берётся очень мощное магнитное поле. Тогда даже слабый эффект диамагнетизма становится настолько существенным, что компенсирует земную силу тяжести. Многие голландские коллеги Гейма, даже те, кто работал с сильными магнитными полями всю жизнь, были ошеломлены зрелищем парящей в магните воды, а некоторые упрямо предполагали здесь какой-то розыгрыш. Андрей Гейм, зная, что живые организмы тоже диамагнетики, заставил парить в магните живую лягушку — и фотография левитирующей лягушки стала всемирно известной. За эту работу Гейм получил в 2000 году Шнобелевскую премию — шуточную премию, которую выдают за самые бесполезные научные результаты. В 2001 году Гейм, отличавшийся чувством юмора, опубликовал в солидном физическом журнале статью о возможностях использования эффекта магнитной левитации — и соавтором статьи взял своего хомяка Тишку, замаскировав в списке авторов его звериную сущность в виде инициалов. Гейм утверждал, что хомяк внёс непосредственный вклад в эксперимент.
— Видимо, он и хомяка заставил летать внутри магнита! — неодобрительно сказала Галатея, очень любившая всяких зверьков.
— У меня тоже есть идея о возможности использования эффекта «летающей лягушки Гейма»! — сказал Андрей. — Можно построить на таком принципе противоперегрузочное магнитное кресло для космонавтов или лётчиков. Обычное кресло толкает пилота в спину, причиняя ему боль при высоких перегрузках. Если сильное магнитное поле будет ускорять не только поверхность тела пилота, а весь объём его диамагнитного тела, то уровень переносимых перегрузок станет гораздо выше. Можно будет запускать космические пилотируемые корабли с большим ускорением с помощью лунной катапульты.
— Неплохая идея! — удивлённо посмотрела на сына Дзинтара. — Я рада, что ты серьёзно отнесся к таким несерьёзным экспериментам. Это правильный подход.
Галатея ревниво покосилась на брата, который расцвёл довольной улыбкой.
— Гейм полюбил ставить всякие интересные и необычные опыты, которые он стал называть «эксперименты по пятничным вечерам». Он говорил: «Новые ошибки лучше старого занудства». В 1999 году в лабораторию Гейма прибыл Константин Новосёлов, уроженец уральского города Нижний Тагил и тоже выпускник Московского физтеха. Они стали работать вместе. В 2001 году Гейм переехал в Манчестерский университет, потому что его жене Ирине, тоже физику, предложили там работу. Константин тоже переселился в Манчестер, где их усилиями быстро был создан Манчестерский центр мезонауки и нанотехнологий. Осенью 2002 года в лабораторию прибыл аспирант Да Цзян, которому Гейм поручил создать настолько тонкую плёнку графита, насколько это вообще возможно. Дело в том, что Гейм давно интересовался вопросом: как влияет внешнее электрическое поле на проводимость разных веществ? Это влияние было значительно для полупроводников, что широко использовалось в электронике, но для других веществ эффект внешнего электрического поля был малозаметен. Учёному захотелось исследовать это влияние на примере графита, электронные свойства которого были мало изучены. Аспирант приступил к полировке графитовой пластины, но та крохотная пластинка, которую ему удалось выточить из целого куска графита, была слишком толстой для использования в эксперименте. Гейм ворчал о горе, которую приходилось шлифовать до песчинки.