О ледяных цветах и о льде

Наступила зима, начались морозы. Встав утром рано, я увидел, что всё окно было покрыто цветами мороза; какие-то причудливые ветки, листья и цветы красивым узором извивались на стекле окна, а навстречу им свешивались другие ветки всё таких же цветов. На улице шел снег, и красивые снежинки пушистым покровом ложились на землю. Я долго любовался их красивыми очертаниями на рукаве своего пальто и вглядывался в острые края шестиугольных звездочек. По берегам река покрылась ледяным покровом, а с моста свешивались льдинки — сосульки замерзших струек воды…

Для чего я описываю картину зимы и какое отношение имеет она к нашей минералогии? Я рассказал, как в одно прекрасно зимнее утро я наблюдал начало образования одного из важнейших, но плохо изученных минералов нашей природы — льда, и в моей картине я только перечислил те разнообразные внешние формы, которые лед, то есть твердая вода, может принимать.

Узоры на окне и отдельные снежинки — прекрасные кристаллики этого минерала. Правда, благодаря очень быстрой кристаллизации они не выросли в большие, правильно образованные со всех сторон кристаллы, но привели к таким образованиям, которые мы называем кристаллическими скелетами. Из таких же кристаллов состоит и фирновый лед глетчеров и лед замерзшей реки.

Твердая вода — временный, периодический минерал, но мы прекрасно знаем, что есть области, где лед является величайшей редкостью, и другие — где он никогда не пропадает. Так, на жарком юге почти не знают этого минерала, а в столице Ирана, в Тегеране, устраивают особые бассейны из глины, окруженные высокими стенками, которые должны защищать воду от лучей солнца. В редкие ночные заморозки здесь образуется тонкий слой льда, который аккуратно собирают, раньше чем он успеет днем растаять, и отвозят в особое помещение под землей, где его засыпают плотно глиной.

Совсем иная судьба этого минерала на севере или в полярных областях. Здесь это типичная горная порода, «окаменелый лед», и недаром на севере Якутской области и на островах Полярного океана мы встречаем среди пластов глины, песка и наносов слои льда, как нормальной горной породы. Здесь лед заменяет стекло; так, известный американский полярный исследователь В. Стефенсон описывает хижины у эскимосов реки Медной в полярной Канаде: окна этих хижин были застеклены пластинами прекрасного озерного льда.

Но как ни обычен лед в нашей жизни и в самой природе, он всё-таки еще очень мало изучен и нередко встречается в таких необычайных образованиях, что трудно разгадать их происхождение. О некоторых из них я и хочу рассказать в этом очерке.

Во время наших хибинских экспедиций за Полярный круг нас поразило следующее явление. По утрам, после ясных морозных ночей, мы наблюдали на площадках многочисленные тонкие иголочки льда, стоявшие вертикально в виде изящных блестящих на солнце стебельков. На своих концах они несли песчинки и гальки различной величины, которые они, вырастая, подняли с поверхности земли. С первого взгляда иголки мало заметны под такой почти сплошной крышкой галек, и лишь вблизи бывает видно целое поле прозрачных ледяных стебельков. Длина ледяных кристалликов бывает различна: то они достигают одного-двух сантиметров, то вытягиваются до десяти и даже до двенадцати сантиметров. Особенно длинными они бывают в защищенных от ветра местах, под большими камнями, в углублениях. Иголочки имеют толщину лишь четверть или полмиллиметра.

Ледяные стебельки редко стоят поодиночке. Обыкновенно несколько стебельков срастаются вместе в столбик и сообща поднимают гальку. Под более крупными камнями, до двенадцати-пятнадцати сантиметров в диаметре, кристаллики не срастаются группами, а располагаются сплошным бордюром по краям камешка. Иногда, повидимому, у растущих игл нет достаточной силы поднять такую гальку с поверхности земли, и они приподнимают ее лишь с одного края.

Эта интересная форма кристаллизации льда встречается не только в Хибинах. Она, видимо, довольно распространена и на севере и в умеренных странах.

Наблюдали это явление в Бугульминском районе Куйбышевской области и на Амуре. Несколько исследователей отмечают его в высоких Альпийских горах. На многочисленных шведских болотах образуются иногда целые заросли таких же тонких ледяных игл, накрытых сверху гальками и песчинками.

Не менее распространены они и в Японии и хорошо известны там под названием «симобасира» (бруски инея).

Мелкие, тонкие — казалось бы, ничтожные — иголочки льда все вместе, сообща, совершают значительную работу постепенного перемещения галек. Поднимая их на своих головках, кристаллики утром при таянии слегка изгибаются навстречу солнцу, и гальки падают уже не на то место, откуда их поднял лед. Так, понемногу, день за днем, кристаллики сортируют почву, на которой они вырастают; приподнимают более крупнозернистые составные части почвы и передвигают их по глинистой поверхности площадок к востоку.

Почему же образуются эти ледяные стебельки? На этот вопрос мы имеем много ответов, но ни одного, который бы полностью выяснил странное, но красивое явление.

Вот другой любопытный случай со льдом. В знаменитой Илецкой Защите, около Чкалова, которую я описал в очерке о соли, есть старая разработка, заполненная водой и превратившаяся в соляное озеро. Тысячи больных собираются под знойным солнцем на его берегах; насыщенная солью вода настолько плотна, что купающиеся не могут пойти ко дну. Красивые белоснежные скалы западной стороны состоят из кристаллической соли причудливых очертаний; тяжелые волны соляного озера отшлифовывают их, местами образуя глубокие пещеры и впадины. На поверхности вода обжигает. По измерениям геолога Л. Ячевского, в июле температура воды днем достигает 36°, однако по мере углубления она быстро падает. Уже на глубине пяти метров она опускается до 1–2° ниже нуля, а на глубинах в двадцать метров господствует холод; температура там 5° ниже нуля, и это в самое знойное время лета!

Какие интересные минералы образуются там, в глубинах, и как странно растет лед зимой, снизу вверх! Но этого еще мало: в той же Илецкой Защите другое явление привлекает наше внимание. На северо-восток от озера возвышается гипсовая гора со следами старого казачьего «острога». К крутому южному склону прилепился ряд домиков; обитатели их пользуются гипсовыми скалами как ледниками. В некоторых местах достаточно прислонить к каменной стене какую-либо постройку и тем изолировать эту часть скалы, чтобы получить естественный ледник с низкими температурами, так как из трещин и пустот в гипсе «несет сильным холодом». Я лично испытал эту холодную струю воздуха в нескольких ледниках, и это явление не могло не поразить своей необычайностью, особенно в знойный летний день. Очевидно, оно стоит в связи с соляным озером или вообще залежами соли, так как на северной и западной сторонах этой горы «холода» не наблюдается.

Снова загадка, но она невольно напоминает нам другое явление, которое, повидимому, имеет связь с нашими пещерами-ледниками. Это знаменитая Кунгурская ледяная пещера на Урале.

В этом лабиринте ходов, некогда вырытых подземной рекой, особенно замечательными являются залы, расположенные у входа. Один из них называется бриллиантовым залом и весь украшен ледяными цветами — кристаллами. Это не маленькие звездочки снежинок, это целые большие пластинки шестиугольной формы, величиной с ладонь. Они состоят из нежных, очень тонких иголочек и пластинок, как бы искусственной филигранной работы. Они свешиваются гирляндами или целым лесом покрывают стены пещеры, сверкая при свете лампы или зажженной пакли с керосином. Вот где во всей красоте растет лед как настоящий кристаллический минерал земли!

Много еще разных форм принимает лед на нашей земной поверхности. Я хотел бы, чтобы в зимние дни читатель внимательно изучал перистые рисунки мороза на окнах, чтобы с лупой в руке наблюдал он снежинки, зарисовывал летом форму градинок, а путешествуя высоко в горах, внимательно следил за льдом и его судьбой среди других камней и минералов.

И чем больше собственной инициативы и интереса проявит читатель, тем глубже и яснее поймет он природу во всей ее красоте и многообразии.

Вода и ее история

Казалось бы, что нового и интересного можно узнать об этом важном минерале Земли? Мы слишком привыкли к воде, слишком обычны для нас дождь, течения рек, гладь озер и морей. Мы даже не задаем себе вопроса, — всегда ли это было так, и не было ли периодов в истории нашей планеты, когда эта вода далеко не имела того значения, какое имеет сейчас.

Не только в обыденном представлении человека, но и в истории развития научной мысли мы сплошь и рядом встречаемся с тем, что самые обычные явления природы не привлекают достаточно нашего внимания. Так, нужен был пытливый взгляд знаменитого физика Ньютона, чтобы падающее на землю яблоко возбудило вопрос о сущности самых «простых» явлений тяготения.

Более ста лет тому назад, в первые годы французской буржуазной революции Лавуазье развивал свои идеи о воде и тепле. Ломались старые, привычные взгляды, — новые, глубоко «еретические» идеи раскрывали природу воды: именно тогда установили, что она состоит из двух летучих газов.

Вместо обычных картин потоков, ручьев, подвижных масс этого жидкого тела Земли Лавуазье рисовал фантастические картины того состояния, в которое перешла бы Земля, если бы понизилась температура. Холод планеты Юпитера охватил бы поверхность Земли, а вода и некоторые газы застыли бы в твердые тела. Разве не новый мир создался бы в этой обстановке? Разве среди гор и скал льда мы узнали бы нашу подвижную и животворящую воду? Так Лавуазье представлял себе значение воды в строении Земли и в жизни природы. Падала резкая грань между мертвым гранитом и жидкой водой — этим нервом природы.

Оценить это значение воды можно только в той безжизненной обстановке, которая царит там, где отсутствует вода. Да ведь и в жизни человека воду оценивают, подобно здоровью, лишь когда ощущают в ней недостаток…

Но на этом я не буду останавливаться сейчас; этим вопросам посвящены целые тома, и новые тома будут им посвящаться и впредь. Здесь я хочу выяснить, откуда взялась вода, каковы те законы, которые определяют ее существование и каково ее будущее. Еще в туманных теориях древних поднимались эти вопросы о происхождении и судьбах воды, и сейчас поднимаются они, правда, в несколько измененном виде, в лабораториях ученых. В наследство от седой старины нашей науке досталось много загадок природы, и сейчас ученые подходят к их разрешению. Но в науке, как и в жизни, многие идеи долго остаются неизменными, и исторически сложившиеся взгляды нередко держатся лишь в силу привычки и давности.

С пустыни началась древнейшая история осадков Земли.

В те времена «…океан еще не владел землей или успел сделать в ней лишь небольшие местные завоевания. Суша, неравномерно нагретая, с многочисленными вулканами и горячими источниками, владела почти нераздельно поверхностью планеты. Это и была древнейшая в мире пустыня. Первобытные бури потрясали атмосферу Земли могучими страшными концертами. По временам разражавшиеся ливни выметали из диких скалистых горных долин в необозримые безжизненные и голые равнины разнообразные продукты дробления… Солнце льет свой жар в тех местах, где холодные верхи гор не сгущают паров в тучи. Море еще не родилось или только еще рождалось в наиболее глубоких впадинах юной планеты. Снизу, еще близко к поверхности, недавно заключенный в каменную оболочку обрывок солнечной массы — раскаленная магма Земли. Местами она льется по земле могучими потоками, доставляя свежий каменный материал для грядущих процессов разрушения, или выбрасывает из глубин новые массы паров — созидателей будущего моря».

Так рисовались в красивых обобщениях московского профессора А. П. Павлова (1910) условия отдаленного прошлого нашей планеты, предшествовавшие появлению воды на Земле. Тяжелая атмосфера паров и газов окружала еще раскаленную Землю, и при температурах выше 350° не могло еще существовать Мирового океана. Но медленно и постепенно остывал земной шар, охлаждалась атмосфера. Горячие струи воды стали собираться на раскаленной пустыне, осаждаясь из паров и вновь превращаясь в них. Так из охлажденной оболочки газов собралось первое море, и в него стали вливаться испарения застывающих магм и охлажденные облака паров из жерл вулканов. И с тех пор в молодой океан стала собираться «девственная», или ювенильная, вода, впервые на земле рождающаяся вода. Эти воды питают многие минеральные источники, в которых больные ищут восстановления сил. Кто скажет, сколько этих вод родилось со времени архейской эры, и кто станет утверждать, что первобытная атмосфера Земли заключала в себе все воды нынешних океанов? Постепенно стал расти и расстилаться океан. Сложные геологические явления изменили его состав, его очертания и его массу. Как результат всей прошлой истории Земли лежат перед нами необозримые пространства вод, и задача ученого — расшифровать их загадку.

Еще в 1715 году ученый Галлей поднял вопрос, почему море соленое; он пытался дать ответ, совершенно правильно стремясь найти его в прошлой судьбе воды.

Ведь за долгую историю своего возникновения на поверхности земли вода океанов успела произвести огромную химическую работу. Много раз совершала она свой постоянный круговорот на поверхности земли, вымывая всё то, что легко растворяется, сортируя по удельному весу, накапливая труднорастворимые, устойчивые соединения на дне своих бассейнов. Сложная жизнь организмов вновь извлекла часть этих соединений, не трогая других, и, таким образом, в течение всего геологического прошлого в массе поверхностных вод скопились колоссальные количества различных солей.

Этот процесс обогащения солями продолжается и в настоящее время, и миллионы тонн растворимых веществ приносят с собой ежегодно реки. Американский геолог Кларк подсчитал, что каждый год реки вливают в моря два миллиарда семьсот тридцать пять миллионов тонн растворенных солей. Пользуясь этой цифрой, Джоли попытался определить тот период времени, в течение которого мог образоваться наблюдаемый ныне состав океанов. Так как общее количество хлористого натрия в морской воде равняется тридцати трем тысячам биллионов тонн, а ежегодно приносится около ста десяти миллионов тонн этой соли, то нетрудно, разделив первое число на последнее, получить возраст океана.

С первого момента своего возникновения до настоящих дней вода земной поверхности стала принимать участие в двух круговоротах. С поверхности озер, морей и океанов она поднимается в виде паров, увлекая за собой брызги морских волн и заключенные в них соли. Более трехсот шестидесяти тысяч кубических километров воды собирается таким образом ежегодно в тучи и облака, и ветер разносит их по земной поверхности, орошая землю, рассеивая частицы хлористых солей, столь необходимых для растительной жизни.

Так совершался и совершается внешний круговорот воды, вызывая к жизни органический мир, обусловливая смену климата и плодородие почвы.

Но часть воды неизбежно уходит обратно в землю. Сложны пути, которые использует вода для этого, и до настоящего момента нет еще исчерпывающих исследований, которые бы вполне объяснили ход поглощения воды землей.

Много различных теорий пытались объяснить эти явления, начиная с идей древнегреческих философов Платона и Аристотеля, считавших, что воды земли уходят в глубины через сказочную пропасть Тартар, и кончая современными представлениями, основанными на законах молекулярной физики.

С начала своего появления на поверхности земли вплоть до настоящих дней вода делала огромное дело. Странствуя сложными путями в глубинах земли, поверхностные воды выполняли огромную химическую задачу: разрушали породы и минералы, растворяли соли, перекристаллизовывали осадки. Вся химическая жизнь земной поверхности протекала в среде водных растворов, и многообразны были пути, которыми она изменяла не только лик Земли, но и ее состав. В парах атмосферы она удерживала теплые лучи солнца и вместе с воздухом и угольной кислотой обусловливала сравнительно высокую среднюю температуру земной поверхности (16°). Неустанно собирала она энергию солнца и, скопляясь на вершинах гор, давала начало могучей разрушительной силе.

С первыми каплями воды на Земле сделалась возможной органическая жизнь, в сложной цепи эволюции развивалась эта жизнь в прошлом нашей планеты, и только вода обусловливала возможность появления и развития жизни.

В организмах вода составляет существеннейшую часть, накапливаясь в теле некоторых медуз в количествах до 99 процентов, а в теле человека в среднем до 59 процентов.

Так представляется нам прошлое воды, и с ним тесно сплетаются и ее настоящее и ее будущее.

Глава шестая