В одной из деревень Южного Урала у молодого теленка заболела печень. Весь вид животного говорил о переносимых им страданиях. Через некоторое время, после общей анемии, теленок скончался. В чем дело? Почему нас – разведчиков земных недр – может заинтересовать этот случай?
Вскрытие и изучение теленка показали, что болезнь животного была связана с той пищей, которая произрастала на почве. А в составе этой почвы ученые отметили повышение количества меди на несколько тысячных долей процента против обычного.
В других районах тяжелые заболевания животных связаны с повышенным содержанием в почве многих других элементов. Так, слепота и болезнь роговицы глаз у животных может быть связана с повышением в почве микроэлемента никеля.
Не только животные, но и люди заболевают зобом в тех районах, где в воде, употребляемой в пищу, отмечен недостаток йода.
Значит, может быть установлена тесная связь между заболеваниями животных и людей и различными концентрациями химических элементов в почве или в воде в этом районе.
В первом случае повышение концентрации меди было связано с наличием в этом районе месторождения меди. Оно разрушается под воздействием почвенных и грунтовых вод и повышает концентрацию меди в почвах.
Разведчик недр должен подмечать все факты. Ничто не должно ускользнуть от его взора!
Густо раскинулась березовая роща по берегам одной из уральских рек. А немного дальше, вниз по реке, березняк сменился бором‑беломошником. Почему?
Оказывается, и здесь ощутима связь с недрами земли.
Первые же шурфы или буровые скважины дают материал для объяснения. Березняк раскинулся там, где залегают глины, суглинки, известняки. Бор‑беломошник растет в зоне развития покровных песков.
Исследователи Сахалина установили любопытную закономерность. Месторождения ископаемых углей располагаются только в зоне березовых лесов! Там же, где растут хвойные леса, ископаемых углей нет. Почему? Ответ прост. Ископаемые угли залегают среди толщи глинистых сланцев, дающих при разрушении покров глин. На глинистых почвах, как мы уже видели, предпочитают расти березы. Конечно, эта закономерность свойственна только определенному участку. Было бы неправильно переносить ее на все зоны нашей страны и искать ископаемые угли во всех березовых рощах. В Кизеловском районе, например, известны иные соотношения. Там каменные угли приурочены к толще, содержащей кварциты и кварцевые песчаники, дающие при разрушении пески; на этих песках предпочтительно растут сосновые леса. Эти примеры показывают, что в каждом районе могут быть свои приметы кладов Земли.
Сколько легенд записано о цветах, указывающих подземные богатства. Конечно, такие легенды наивны. Но современной наукой доказано, что есть цветы‑разведчики, показывающие нам путь к поискам ископаемых.
Еще М. Ломоносов писал в одном из своих трактатов: «Трава над жилами растущая бывает обыкновенно мельче и бледнее». Намного позднее академик А. П. Карпинский высказал мысль о возможности использования некоторых растений при геологоразведке.
В настоящее время, благодаря исследованиям советских и иностранных ученых, подтверждена правильность утверждений Ломоносова и Карпинского. Оказалось, что некоторые растения обладают способностью накапливать те или иные элементы, поглощая их из горных пород. Один из плесневых грибков (пенициллум) превращает золотоносные растворы в коллоиды. Такое золото не только усваивается грибком, но и выделяется в рудничной плесени.
Сгорая в горелке спектроскопа, нежный подснежник дает сигнал о том, что он вырос на почве, богатой кобальтом.
При поисках месторождений золота и серебра в Кливленде (США) вначале искали кусты жимолости. Оказалось, что жимолость действительно указывает путь для поисков скоплений этих металлов.
Есть растения, указывающие на месторождения олова, на скопления нефтяных битумов, на залежи бора, меди, цинка…
Так помогают геологам‑разведчикам цветы, деревья, травы. Нужно только уметь понимать их немой язык.
Покоренные изотопы
Серебряными блестками, как елочными украшениями, осыпаны некоторые камни Уральских гор. Особенно эффектен блеск таких горных пород при ярком солнечном свете. Скалы горят, переливаются всеми цветами радуги… Кажется, что обрел путь к сказочным богатствам. Стоит только протянуть руку – и вот они… Но подойдешь к такой скале, возьмешь камень в руки и видишь, что краски потускнели, очарование исчезло и перед тобой холодный, безжизненный сланец, усеянный чешуйками мелкой слюды.
Холодный, безжизненный… Как часто эти и подобные им эпитеты мы относим к любому камню, совершенно не подозревая сложной, скрытой от непосвященных жизни камня.
Жизнь камня – это бесконечная цепь непрерывно идущих изменений, это каскад многообразных и постоянных превращений одних элементов в другие. Разгадать многие из этих изменений помогло проникновение в тайны атома.
Вот и этот слюдистый сланец рассказывает нам о своей жизни. Он говорит о том, что сегодня он уже не тот, каким был вчера. В его атомной решетке прибавилось немного аргона. Того аргона‑сорок, который возникает на месте радиоактивного изотопа калия – калия‑сорок. Этот процесс протекает с равномерной скоростью: за 1,2 миллиарда лет половина запасов радиоактивного калия превращается в аргон‑сорок. Значит, по соотношению калия‑сорок и аргона‑сорок, оставшихся в слюде, легко можно рассчитать, сколько лет жил этот камень!
Жизнь! Точнее длительность жизни – вот тот вопрос, на который мы в первую очередь получаем ответ, изучая изотопный состав горных пород.
Однажды в Уральском филиале Академии наук СССР на столе старшего научного сотрудника горно‑геологического института А. С. Шура оказался необычный препарат. Это был глауконитовый песчаник с Полярного Урала. В образце отчетливо была видна окаменелая раковина морского животного. Перед этим палеонтологи точно определили, что такие окаменелости встречаются только в осадках, относимых к середине так называемого ордовикского периода палеозойской эры. Перед ученым была поставлена задача: «допросить с пристрастием» эту окаменелость и узнать, сколько лет назад она проживала в морском бассейне, расстилавшемся на месте современных Уральских гор.
Выбор этого образца был не случайным. Ученого заинтересовало присутствие в составе породы сложного минерала глауконита – водного алюмосиликата железа и магния. Дело в том, что в состав глауконита входит обычно от четырех до десяти процентов калия и его изотопов. Конечно, среди этих изотопов есть и калий‑сорок, вся жизнь которого – это постоянный переход в аргон‑сорок.
После изучения образца, содержащего окаменелость, оказалось, что время, когда это морское животное резвилось в морском бассейне, отделено от нас периодом в четыреста миллионов лет!
При определении возраста горных пород изучают изотопы не только калия. Устанавливают соотношения изотопов свинца и гелия, возникших при распаде урана; анализируют количество стронция, образовавшегося при распаде рубидия; подсчитывают количество радиоактивного углерода и многих, многих других элементов и их изотопов.
Исследование изотопов разнообразных элементов (и в первую очередь калия) позволило свердловскому ученому профессору Л. Н. Овчинникову и руководителю одной из лабораторий Башкирского филиала Академии наук СССР М. А. Гаррис выявить время формирования Уральских гор. Эти ученые использовали новейшие способы изучения изотопов, добытые современной наукой. Они сумели особым зрением, с помощью своеобразных «атомных счетчиков времени» – масспектрометров, заглянуть в глубины прошлого. И неясная пелена, окутывавшая серой дымкой загадки далекую историю Уральских гор, отступила!
Вот камень, поднятый буровиками с глубины почти в две тысячи метров. Веками он покоился там и, казалось, навсегда был захоронен. Но пришли геологи. Им надо было проверить – нет ли здесь промышленных залежей нефти и газа. И вот вынуты на поверхность первые куски горных пород. Все глубже и глубже в недра земли вгрызается буровая сталь…
Из деревни Ибрайкино, с так называемого подземного Татарского свода, из Второго Баку был доставлен любопытный образец, начавший свою биографию два миллиарда сто шестьдесят пять миллионов лет назад. Это пока самый древний образец из Предуралья. А потом на геологов Урала обрушилась целая лавина новых сведений. По реке Салде, ниже села Медведево, найден обломок, возраст которого – два миллиарда двести сорок пять миллионов лет. Где‑то здесь, недалеко, размывались морем эти древние горные породы. Гора Шигир и гора Слюдяная оказались «близнецами»: возраст слагающих их горных пород – около одного миллиарда двухсот миллионов лет. Однако большинство уральских горных пород оказалось сравнительно «молодым» и отчетливо уложилось в интервал времени от четырехсот до двухсот миллионов лет. Найдены были еще более молодые породы, излившиеся из вулканических жерл сто пятьдесят миллионов лет назад.
Все эти цифры абсолютного возраста горных пород стали познавать в сравнении с другими материалами. В западной части Африки, в области Сиерра Леоне, были найдены породы, имеющие возраст два миллиарда девятьсот тридцать миллионов лет. Но и эта цифра оказалась непредельной. Судя по сводке группы английских, шведских и американских ученых, в золотоносном африканском руднике Нигел, в месторождении Виттватерсранд, обнаружены породы, начавшие свое существование 3712 миллионов лет назад. Столь же древние породы установлены в Южной Родезии, Трансваале, во многих пунктах Северной Америки. Очень древние породы нашли в Китае, Индии, Австралии и во многих пунктах нашей страны.
Жизнь горных пород, о которой рассказывают изотопы, чрезвычайно разнообразна. Некоторые горные породы любят оставлять автографы, причем каждая из них имеет свой характерный почерк.
Особенно четкий автограф остается на фотопластинках. Конечно, такие следы оставляют радиоактивные вещества. Они говорят нам об особой жизни камня, о том, что внутри породы ни на секунду не прекращается сложный процесс распада вещества.
Своеобразный след оставляют различные изотопы. Этим пользуются при изучении разнообразных геологических процессов. Так, например, для строительства долговременных сооружений в зоне морских побережий важно знать динамику и ритм жизни пляжа. Профессор В. П. Зенкович учитывал скорость передвижения галечного и песчаного материала побережий в зависимости от силы удара морских волн, от угла подхода морской волны к берегу. Но трудность анализа была в учете передвигающегося галечного материала. Сейчас для этой цели используется изотоп бария – барий‑сто сорок, имеющий период полураспада 12 дней. Гальки, меченные этим изотопом, подбрасываются в зону прибоя, за их передвижением следят с катера или с лодки, используя для этой цели обычные радиометры. Исследования показывают, как динамически напряженно живет побережье, как активно в этой зоне передвигаются вдоль берега даже при легком волнении целые «реки» из галек и песка. Одиночные обломки при волнении в четыре балла могут передвигаться на 700 метров в сутки!
С помощью меченых атомов изучают скорости накопления песка в речных долинах. Меченые атомы позволяют следить за движением подземных вод… Стал «видимым» ход разнообразных процессов формирования горных пород.
А вот один из примеров выявления других свойств камня, пример тех «чудес», о которых нам рассказывают покоренные изотопы. Перед исследователями была поставлена задача большой практической значимости: нужно было оценить степень плотности грунта фундамента. Раньше для этой цели брали образцы, нарушая этим плотность фундамента. Сейчас для анализа бурят центральную и контрольные скважины. В центральную скважину опускают источник сильного гамма‑излучения (кобальт‑шестьдесят). В контрольных скважинах это излучение фиксируют и по его интенсивности судят о плотности ненарушенного утрамбованного фундамента.
Сейчас трудно назвать хотя бы одну отрасль геологии, в которой не применялись бы изотопные методы исследований. И хотя покорение изотопов еще только началось, открылись головокружительные перспективы выявления своеобразной жизни камня и многих ранее скрытых от нас свойств горных пород.