В ЦАРСТВЕ МИНЕРАЛОВ


Бесконечно разнообразие минералов — химических веществ, созданных в великой лаборатории природы. Минералы — это и сверкающие своими гранями кристаллы кварца, и бурая жидкость — нефть, и газ метан, вскипающий пузырьками из глубины болот. Большая часть минералов — твердые тела.

Хотя человек пользуется минералами с незапамятных времен, в современном своем виде минералогия возникла сравнительно недавно. По мере открытия новых и новых минералов все ощутимее становилась потребность навести порядок в обширном хозяйстве минералогов, произвести перепись «населения» страны камней, составить подробную анкету на каждого «жителя» этой страны, расклассифицировать минералы. Без решения этих задач нечего было и думать о превращении минералогии в подлинно научную дисциплину.

Становлению нового периода в науке о минералах многим помогли труды академика Василия Михайловича Севергина (1765— 1826). Имя его занимает почетное место в истории науки XVIII и XIX веков.

Секергин был смелым новатором, человеком передовых взглядов. Вслед за Ломоносовым он развивал в своих трудах атомистику, резко выступал претив теории флогистона.

Ученый ломоносовского склада, Севергин явился достойным продолжателем дела великого отца русской науки. Научные интересы Севергина были широки и многообразны. Его увлекали и физика, и медицина, и сельское хозяйство. Но две науки — химия и особенно минералогия — занимали главное место в творчестве ученого. К минералогии относятся его наиболее крупные научные победы.

Патриот-ученый горячо ратовал за широкое использование природных богатств России. «Пространное Государство Российское столь изобилует различными природными произведениями, — провозглашал он, — что требует токмо поощрения и рук трудолюбивых для дрставления их в достаточном количестве в замену иностранным». Он призывал бороться за применение достижений науки в промышленности. «Успехи ремесел и заводов, — писал ученый, — в необходимой находятся связи с успехами наук».

Продолжая дело Ломоносова, Севергин боролся за широкое распространение научных знаний. Он трудился в Академии наук, Вольном экономическом обществе, в министерстве народного просвещения и состоял почетным членом основанного в 1817 году Минералогического общества. Помимо лекций для студентов, которые он читал в Медикохирургической академии и Горном корпусе, Севергин часто выступал с популярными лекциями по минералогии и химии. Севергиным было написано бесчисленное количество статей и заметок. Много сил отдавал он научно-популярному «Технологическому журналу».

Принимая участие в геологических изысканиях, во время поездок по России Севергин сделал ряд интересных минералогических находок и дал их подробное описание.

Однако, несмотря на их большую ценность, эти работы Севергина отступают все же на задний план в сравнении с капитальными исследованиями, в которых он дает обобщение накопленных знаний о минералах. Первый из этих трудов, дающих Севергину право быть названным одним из основоположников науки о минералах, — «Первые основания минералогии или Естественной Истории ископаемых тел», вышел в свет в 1798 году.

Все минералы и сам предмет минералогии были классифицированы Севергиным по глубоко продуманной системе. Некоторые из подразделов, введенных Севергиным, и посейчас сохранились в науке, например обособление минералогической химии и минералогического землеописа-

Титульный лист книги В. Севергина. '

о п ы тъ

МИНЕРАЛОГ ИНЕС КАГО

9ЕМЛЕОПИСАН1Я '

РОСС1ЙСКАГО ГОСУДАРСТВА

ШЬ Л*ух9 хяетлхЬ

САНКТП В ТЕ РБУРГЪ НО?*»**

ния. В книге были подробно описаны качества каждого минерала, его «цвет, связь, наружный вид, поверхность, наружный блеск, внутренний блеск, излом, вид обломков, вид отдельных кусков, прозрачность, черта, маркость, твердость, степень хрупкости, плотность, гибкость, прилипание к языку, звонкость, оседание, хладность, тяжесть, запах, вкус». Целый ряд терминов, эпитетов, названий для описания минералов были придуманы самим Севергиным, некоторые из них сохранились до нашего времени. Например, слова «окисление», «кремнезем», «сернокислая соль» впервые были произнесены Севергиным.

Своими «Основаниями» он начал работу 'по созданию качественноописательной минералогии, дающей словесный портрет минералов, в отличие от возникшей позднее точной описательной минералогии, характеризующей минералы цифровыми данными.

Замечательно, что Севергин обращал внимание не только на внешние признаки. В качестве характеристики минералов он указывает на их магнитные свойства, упругость, химический состав. Лучшим способом определения минеральных тел он считал тот, который основан на химических признаках.

В своих «Основаниях» Севергин не ограничивался только описанием ранее известных минералов. Из его книги о многих минералах узнали впервые. Особое внимание патриот-ученый уделил в своем труде описанию русских минералов и месторождений полезных ископаемых.

Энциклопедией минералогических знаний можно назвать книгу Севергина. Много глубоких мыслей содержится в ней. Ученый определенно говорит, например, о том, что некоторые минералы встречаются совместно. Это явление, существование которого угадывал еще Ломоносов, а Севергин именовал «смежность», называется теперь в научной ли? тературе парагенезисом. Исследованием явлений парагенезиса занимается ныне целая научная дисциплина. Знать, с какими минералами соседствует тот или иной минерал, — это значит располагать путеводной нитью в поисках этого минерала.

Замечательное открытие Севергина явилось крупным вкладом в науку.

В 1807 году Севергин выступил с новой работой. «Словарь минералогический» Севергина — это два толстых фолианта. Огромный труд выполнил ученый, обобщив результаты минералогических изысканий, сделанных в далеком прошлом и осуществленных в годы, прошедшие со дня выхода его «Оснований».

В своем словаре Севергин с увлечением излагает теорию внутреннего строения кристаллов. Вслед за Ломоносовым он говорит, что они построены из мельчайших частиц, расположенных в каждом кристалле закономерным образом.

В «Словарь» Севергина приходится то и дело заглядывать и современным минералогам.

В 1809 году Севергин выпустил новое замечательное сочинение, написанное им как бы во исполнение заветов Ломоносова: «Опыт минералогического землеописания Российского Государства» — грандиозный свод сведений о минералах России.

Заботясь о разведчиках недр, Севергин выпустил в 1816 году небольшой справочник — «Новая система минералов, основанная на

наружных отличительных признаках». В каких только уголках страны не побывала эта книжечка! Кто из искателей минералов и руд не брал ее с собой!

Русская наука гордится именем академика Севергина, проложившего дорогу будущим исследователям минералогических богатств России. Ближайшими последователями его явились русские минералоги середины XIX века Н. И. Кокшаров и П. В. Еремеев.

Академик Николай Иванович Кокшаров (1818—1892) был одним из ученых, положивших начало математически точному описанию минералов.

По мере увеличения числа известных минералов становились все очевиднее ограниченные возможности старой качественно-описательной минералогии, с ее длинными словесными характеристиками минералов. Приходилось придумывать сложнейшие и все же мало что говорящие эпитеты. К. А. Тимирязев вспоминал, что один из тогдашних профессоров минералогии определял цвет какого-то минерала как «серо-сизопобежалый», а еще какой-то минерал характеризовал так: «цвета пера крыла голубя».

Кокшаров взглянул на минералы глазами кристаллографа, изучающего геометрию кристаллических веществ. Характеризуя минералы, Кокшаров принял главной отличительной чертой геометрические формы кристаллов, составляющих минералы. Описывая кристалл, Кокшаров тщательно измерял углы, образуемые его гранями. Найденные им величины давали как бы цифровой портрет минерала.

Великое множество кристаллов прошло через руки Кокшарова. Дать науке точнейшие данные, точнейшие величины, на основании которых возможно будет вывести в будущем наиболее существенные законы кристаллографии, — вот к чему стремился Кокшаров.

Точность найденных им чисел изумительна. Академик В. И. Вернадский писал: «Кокшаров работал всю жизнь с помощью старинных приборов (однокружных гониометров), которые господствовали в науке в первой половине XIX столетия, но с помощью их достигал поразительных результатов. Его числа стоят так же прочно, как они стояли при его жизни, они не превзойдены новыми исследователями. Кокшаров достигал этого результата не только исключительной опытностью в работе с малосовершенными аппаратами, но и выбором для измерения хорошо образованных кристаллов, которые он выбирал из многих сотен неделимых данного минерала».

В другом месте В. И. Вернадский пишет: «Можно сказать, что

только благодаря Кокшарову мы имеем точное познание геометрической формы главных групп минералов...»

Во все русские и иностранные руководства и справочники по минералогии вошли числа Кокшарова. Любопытно свидетельство американского минералога Д. Дэна. Готовя свою книгу «Система минералов», вышедшую в конце XIX века, он поручил проверить все углы для всех кристаллов.

Оказалось, что в вычислениях многих кристаллографов имелись ошибки, но вычисления Кокшарова, как убедился Дэн, все сплошь одинаково верны.

Для русской науки деятельность Н. И. Кокшарова имела особенно важное значение.

Главный труд жизни ученого — его 11-томные «Материалы для минералогии России» явились еще более полным, чем книги Севергина, осуществлением мечты Михаила Васильевича Ломоносова о «Российской минералогии».

Мысль дать полное описание русских минералов зародилась у Кокшарова, когда он был еще студентом Горного кадетского корпуса. Готовясь к осуществлению своего замысла, Кокшаров с увлечением пополнял коллекцию минералов, которую он начал собирать еще в детстве, живя на Урале, где отец его служил горным инженером.

Закончив образование, Н. И. Кокшаров принял участие во многих геологических экспедициях. Он побывал во всех уголках Урала, в Вологодской и Архангельской губерниях, на Валдайских горах и в окрестностях озера Ильмень. И всюду он страстно, упоенно искал минералы. Много новых минералов нашел Кокшаров. Немало ценных экспонатов добыл он для своей коллекции и у охотников за камнями — «горщиков», и у старателей, и у инженеров рудников.

Доктор Н. А. Белоголовый, хо-Виды кристаллов (рисунки из книги роший знакомый Н. И. Кокшарова, Н. Кокшарова). вспоминал, что этого обычно не

сколько флегматичного человека охватывало подлинное волнение и беспокойство, когда он видел в чьей-нибудь коллекции заманчивый экземпляр кристалла. Огромную коллекцию минералов, содержащихся в недрах русской земли, собрал ученый.

С 1846 года Кокшаров обосновался в Петербурге, занявшись преподавательской деятельностью в Горном институте и военных учебных заведениях, а впоследствии в Петербургском университете. Уже первые статьи Кокшарова о русских минералах привлекли к нему внимание ученых. В Петербурге он начал работу над своим главным трудом.

Первый том «Материалов для минералогии России» вышел в 1853 году. Глубина исследований автора, точность даваемых им описаний кристаллов, поразительное разнообразие и богатство чудесных русских минералов, с которыми познакомил читателей Кокшаров,—все это принесло заслуженный успех книге. Имя его сразу же приобрело широкую известность на родине и за границей.

Появлялись все новые тома «Материалов». Немецкий ученый

Р. Прендль, говоря об этом труде, восклицал: «Ни одно государство в мире не может похвалиться подобным собранием монографий по отечественным минералам!»

В том же направлении, что и Кокшаров, работал его младший современник Павел Владимирович Еремеев (1830— 1896) —один из виднейших представителей русской минералогии.

Жизненный путь Еремеева тесно переплетался с жизнью Кокшарова. Еремеев работал в Горном институте. В Минералогическом обществе при Кокшарове Еремеев был секретарем, а после смерти Кокшарова стал директором общества.

Многочисленные труды Еремеева, отличающиеся огромным богатством фактического материала, оставили заметный след в минералогии.

Отличительной чертой Еремеева как ученого было то, что он никогда не гнался за открытием всевозможных минералогических «редкостей», особенно правильных кристаллических образований.

Он брал для своих исследований минералы такими, какими они чаще всего встречаются в природе, — кристаллы с уродливыми, несовершенными гранями, сросшиеся между собой. Ученый всегда стремился быть ближе к действительности, к жизни, к геологической практике.

Много труда вложил Еремеев в исследование одного из тончайших минералогических явлений — псевдоморфизма.

Псевдоморфозы — это как бы минералогические оборотни. Случается, что минерал, кристаллизуясь, принимает внешнее обличье другого минерала, совершенно не схожего с ним по химическому составу.

Вот как это получается. Когда к кристаллу, скрытому в толще породы, начинает просачиваться жидкость, способная его растворить, на месте кристалла через некоторое время образуется пустота. Если в эту пустотку проникает раствор другого минерала, то выпадающий из раствора кристалл будет вынужден принять очертания формочки, в которой ему пришлось расти. Нередко бывает, что растворение и кристаллизация идут одновременно. Атомы одного кристалла вымываются, а на месте их появляются атомы кристалла, содержащегося в растворе.

Исследованиями таких образований Еремеев заслужил славу крупнейшего авторитета в вопросе о псевдоморфизме. Еремеев провел и исследования парагенезиса — явления смежного местонахождения минералов.

Сила Еремеева и Кокшарова как исследователей была в тщательном изучении минералов, в систематизации фактического материала. Они завершали создание системы минералов — фундамента минералогии, и в этом их заслуга. Они подготавливали условия для больших творческих дерзаний, для предсказанного Кокшаровым открытия «существенных законов кристаллографии».

И эти открытия были сделаны.

Крупнейший вклад в кристаллографию • внес современник Кокшарова и Еремеева, человек со специальностью, далекой от этой науки, — профессор-артиллерист А. В. Гадолин.

Минералогией Гадолин занялся как любитель, однако настолько успешно, что стал основоположником нового направления в этой 4ауке, автором фундаментального закона.

Прекрасный математик, Гадолин и на кристаллы взглянул глазами математика.

В кристаллических веществах атомы располагаются в определенном порядке.

во о

Многообразие форм кристаллов кажется безграничным. Каких только не встречается кристаллов: разнообразные четырех-, шести-, двенадцатигранники...

Где же общее, главное? Что сразу же бросается в глаза: все кристаллы построены симметрично. Га-долин задался целью найти, сколько типов симметрии могут иметь кристаллы. Математически проанализировав эту проблему, он доказал, что все формы кристаллов должны уложиться в установленные им 32 типа симметрии. Только 32 класса кристаллических многогранников могут существовать в природе — таков итог знаменитого труда Гадолина «Вывод всех кристаллографических систем и их подразделений из одного общего начала», опубликованного в 1867 году.

Ко времени выхода этого труда все известные кристаллы укладывались в 20 классов, из числа предсказанных Гадолиным. По мере открытия новых минералов величие труда Гадолина вырисовывалось все отчетливее. Им был открыт один из глубочайших законов природы.

В 1893 году, спустя четверть века, академик В. И. Вернадский писал: «С тех пор наблюдались еще некоторые новые формы, и все кристаллы распадаются на 24 — 28 групп, которые все совпадают с 32 группами, вычисленными Гадолиным».

К нашим дням минералоги нашли представителей всех 32 классов, предсказанных Гадолиным. Законы Гадолина не знают исключения —1 все известные кристаллические вещества подчиняются им.

Увлечение кристаллографией способствовало плодотворной работе Гадолина по прямой специальности. Эти занятия натолкнули Гадолина на изучение сил сцепления, а открытые здесь закономерности, в свою очередь, были использованы при расчетах сопротивления стенок орудий, при угочнении внутренних напряжений, возникающих в них.

Работы Гадолина, оцененные не сразу, положили начало высшему этапу в развитии кристаллографии, периоду глубокого проникновения во внутреннее строение кристаллов.

Блистательным продолжением направления, намеченного Гадолиным, было творчество гениального русского ученого Евграфа Степановича Федорова (1853—1919).

Гадолин установил законы, которым подчиняются геометрические очертания кристаллов. Федоров пошел дальше. Основываясь на идее, что геометрическое строение кристаллов определяется расположением атомов в кристаллической решетке, ученый задался целью выяснить, как именно могут располагаться атомы.

Проникнуть в тайну строения кристаллов с помощью опыта в те времена средств у науки не было. Но Федорова это не останавливало.

Евграф Степанович Федоров.

Призвав на помощь математику, ученый с помощью геометрического анализа доказал, что в природе может существовать только 230 типов кристаллических решеток. Он дал в своих работах чертежи, показывающие архитектуру кристаллов каждого из 230 типов!

Федоровские работы о структуре кристаллов — замечательный образец творческого дерзания, изумительное по глубине проникновение в глубь микромира. Этой теорией Федоров намного опередил свое время. Будущее принесло величайшее торжество идеям Федорова.

После открытия в 1912 году явления дифракции рентгеновских лучей на кристаллах у ученых появилось средство на опыте снимать «чертежи» с кристаллической решетки. Был создан рентгеноструктурный анализ.

Исследования кристаллов с помощью рентгеновских лучей показали правоту русского ученого. Атомы в кристаллах располагаются именно так, как предсказала его теория.

Глубину научного прозрения Федорова можно сравнить с научным предвидением другого русского ученого — гениального Менделеева.

Теория Федорова лежит в основе кристаллографии. Но применение ее не исчерпывается только областью кристаллографии. Теория Федорова нужна и физикам, и химикам, и металлургам — всем, кому приходится иметь дело со строением вещества. Ведь мир кристаллических веществ огромен и многообразен. Хотя с понятием кристалл и связывают часто представление о правильном многограннике, на самом деле кристаллические вещества могут и не иметь правильной внешней формы. Главное, что характерно для такого вещества, порядок в расположении его атомов, существование в нем кристаллической решетки.

Любой металл состоит из мельчайших зерен, имеющих кристаллическое строение. Из кристалликов состоит лед, сахар, большинство камней, красные кровяные шарики, даже каучук, кажущийся таким бесформенным, имеет кристаллическое строение.

Уже из этого краткого перечня видно, как безгранично широк круг применения закона Федорова. Однако закон Федорова о строении кристаллов — только часть богатейшего наследия ученого. Он является изобретателем так называемого двухкружного (теодолитного) гониометра — нового прибора для измерения углов, образуемых гранями кристаллов. Созданием этого гониометра Федоров совершил подлинный переворот в технике кристаллографических измерений. Прибор, дающий возможность измерять кристаллы, быстро и притом необычайно точно сразу же вытеснил старые однокружные гониометры, которыми пользовались во времена Кокшарова и Еремеева.

Во все, к чему обращался ученый, он вносил свое, новое. Ум Федорова находил неожиданные и лучшие решения уже, казалось бы, навсегда решенных проблем. На новую основу поставил Федоров исследование оптических свойств кристаллов.

Изучение того, как кристалл преломляет и поляризует свет, давно стало непременным звеном кристаллографических исследований. Дело это было чрезвычайно кропотливым, медленным, утомительным. Чтобы изучить кристалл, ученым приходилось приготовлять множество тончайших пластинок — шлифов, распиливая его в разных направлениях, а затем тщательным образом шлифуя и полируя срезы. После этого каждый шлиф исследовался с помощью так называемого поляризацион

Федоровский гониометр.

ного микроскопа. Приготовление серии шлифов ив одного кристалла отнимало массу времени и труда, но чтобы всесторонне исследовать кристалл, ученые шли на это.

По-иному взглянул на дело Федоров. Неужели нужно корпеть над выпиливанием набора шлифов? «Нет», — ответил он.

Решение, найденное им, поразительно и кажется простым до очевидности.

То, что дают исследования множества шлифов, рассматриваемых каждый в одном направлении, может быть достигнуто исследованием всего-навсего одного шлифа, но испытываемого в различных направлениях. Эта идея воплощена в сконструированном Федоровым столике — приставке к поляризационному микроскопу. Наклоняя установленный под микроскопом столик, исследователь рассматривает шлиф в разнообразных направлениях и быстро получает всесторонние и подробнейшие данные об оптических свойствах кристалла: Раньше же на исследование тратились - дни, а измерения получались все же не такими точными/Изобретением оптического столика Федоров преобразил технику ' кристаллографических измерений.

Оценивая свой метод, Федоров писал: «Новый метод характеризуется как особенной простотой теории, так и несравненным сокращением труда в применении его на практике. Автор питает полную увереннбсть, что каждый, кто поработает этим приемом, не пожелает возвратиться к более сложным и несовершенным».

Он был прав. Оптический метод Федорова вытеснил прежний мно-гошлифный способ. В каждой лаборатории, занимающейся изучением минералов, имеются сейчас федоровские столики и двухкружные гониометры его системы.

В последние годы жизни Федоров разработал замечательный метод кристаллохимического анализа, позволяющий по внешнему виду кристалла узнать его химический состав. Достаточно было теперь иметь всего-навсего один крошечный кристаллик, который к тому же при этом виде анализа не уничтожался. Измерениями устанавливался тип кристалла, а по таблице определяли, какому химическому соединению соответствует этот тип.

Метод, разработанный Федоровым, продолжает сохранять свое значение при определении кристаллов и в наше время, несмотря на то, что теперь имеются и другие способы анализа.

Из оставленного Федоровым огромного научного наследства наука еще долго будет черпать плодотворные идеи, оригинальные методы исследования. Ученый был одним из передовых людей своего времени, человеком высоких убеждений.

В юности Федоров работал в подпольных революционных организациях. Будучи профессором, он выступал в защиту революционного студенчества, смело поднимал свой голос против произвола самодержавия. Борясь за достоинство передовой русской науки, ученый не раз вступал в бой с представителями официальной казенной науки. За свои действия он подвергался гонениям.

Радостно встретил Е. С. Федоров Великую Октябрьскую социалистическую революцию. Ученый с жаром начал трудиться для молодой Советской республики. Он задумывал планы своих новых, наследований. Но им не дано было осуществиться: в 1919 году Федоров скончался.

Труды Гадолина и Федорова завоевали русской кристаллографии всемирную славу.

Идеи Федорова находят развитие в трудах советских минералогов.

Федоровская школа становится все многочисленней, завоевывает все больший и больший авторитет. Характерная черта этой школы — постоянное стремление рассматривать вопросы минералогии с позиций математики, применять при исследовании минералов строгие математические методы. На счету этих ученых немало достижений в области так называемой полевой минералогии; ими были проведены важные экспедиции.

Направление, начертанное трудами Федорова, — одна из главней ших линий развития современной минералогии.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховитинов В. 1957