Геохимия — история химических элементов нашей планеты — могла возникнуть лишь после окончательного выявления новых понятий об атоме и о химических элементах. Она могла окончательно возникнуть лишь в наше время. Но корни ее идут глубоко в прошлое науки, и мы сейчас видим, как разрозненные искания многочисленных ученых прошлых веков, не вполне ясные современникам, под влиянием великих научных обобщений нашего времени принимают новые формы, получают новый смысл и оказываются между собой связанными. Я не могу, к сожалению, здесь сколько-нибудь подробно остановиться на истории этих идей, на создании геохимии. Еще не сделана предварительная работа, и нет сейчас возможности дать полный и связный очерк пути, пройденного здесь человеческой мыслью.
Несомненно, в XVII в. и еще раньше шли упорные искания, связанные с геохимическими проблемами. Будущий историк науки вскроет здесь богатое содержанием научное" движение, назовет имена, проследит ряд открытий, все уточняющихся наблюдений и фактов, первые зародыши важнейших современных эмпирических обобщений и научных представлений. Особенно к концу первой половины XVII в. это движение приобрело силу и значение. Я назову здесь имя одного человека, который больше других, может быть, сознавал круг и значение явлений, охватываемых современной геохимией. Это был Роберт Бойль (1627— 1691), один из основателей учения о химических элементах, создателей современной химии. История природных вод — всемирного океана в частности, — атмосферы как весомой газовой среды, растворения газов в водах, первые точные различения химических элементов в земных телах и начала точного химического анализа земных продуктов — вот несколько основных проблем геохимии, начинающихся в научном аспекте с работ Бойля.
Я не могу, однако, углубляться здесь в эти и многие другие забытые научные искания, которые, конечно, не прошли бесследно и в действительности так или иначе отразились на современной научной мысли. Они длились почти два столетия. Уже во второй половине XVIII в. геохимические проблемы начали возбуждать научный интерес, хотя представление о химическом элементе тогда было смутное и далекое от воззрений XIX и XX столетий.
И. Ф. Руэлль старший (1703—1770) и его более великий младший современник А. Лавуазье (1743—1794), творческая работа которого была прервана в ее полном расцвете, уже ярко ставили эти проблемы. Мы не знаем, до каких высот мог бы еще подняться Лавуазье. Как раз перед смертью он в своих исследованиях о воде и физиологии дыхания стал подходить к глубоким геохимическим проблемам. Руэлль старший очень мало печатал, но оказал огромное влияние на современников своими публичными экспериментальными лекциями по химии, которые он читал в Париже, в Королевском ботаническом саду. На его лекции собиралась вся интеллигенция Парижа, можно сказать, тогдашней Европы. На этих лекциях собирались многочисленные иностранцы, нередко крупные умы, попадавшие в Париж. Учесть влияние Руэлля сейчас очень трудно, этого никто и не пытался сделать. Но совершенно ясно, что оно было очень велико, шло из Парижа по всей Европе и еще чувствовалось долго после его смерти.
В трудах Лавуазье — в истории элементарных газов в земной коре, в истории воды — мы имеем уже яркие образчики геохимических обобщений, выраженных близким нам научным языком. Огромное влияние идей Лавуазье на всю новую химию чрезвычайно способствовало проникновению в нее геохимических проблем. С его времени те или иные из этих проблем стали непрерывно входить в курсы химии.
Старший его современник Леклерк де Бюффон (1707— 1788), который был еще очень далек от наших современных представлений о химических элементах, дал в своей истории Минералов целый ряд блестящих и интересных обобщений и поставил ряд больших геохимических проблем. Он мог это сделать не только потому, что был глубоким наблюдателем природы, охватывал все научное знание своего времени, но и потому, что жил в гуще общественной жизни, был практиком, агрономом и технологом. Геохимические проблемы мы находим у него в главах об истории самородных элементов, в частности металлов. Но мы находим их и в других местах его «Les Epoques de la Nature» (1780) и «Histoire naturelle, generate et particuliere» (1749 и следующие годы). Бюффон был не только великим писателем, это был один из немногих гениальных глубочайших натуралистов, один из тех немногих людей, которые действительно научно созерцали Вселенную как единое целое. Мы встретимся не раз в этих «Очерках» с его идеями и их следствиями.
Необходимо здесь вспомнить М. В. Ломоносова (1711 — 1765) — другого современника Руэлля и Бюффона. Только в наше время вскрылась прозревающая будущие пути научная мысль Ломоносова. В его забытых, плохо и неполно изданных трудах ясно и ярко видно сознание и понимание геохимических проблем. В тогдашнем Петербурге и в Петербургской академии наук он самостоятельно шел по пути, на который научная мысль окончательно вступила только в нашем XX в. Он углублялся непрестанно в химию природных тел не в частностях, а в общем и в связи с историей Земли.
К началу XIX столетия новая химия овладела научной мыслью: химический элемент быстро получил новое выражение, резко отличное от того, какое ему придавал еще Лавуазье. Казалось, геохимия была на границе своего возникновения, но она еще долгое время не была создана. По-видимому, собранный эмпирический материал был слишком мал, и понимание самого химического элемента было еще недостаточно ясно.
Это было время создания современной химии и геологии, из синтеза которых выросла геохимия. Что не менее важно — в это время быстро создавались на основе новых научных представлений о веществе и о нашей планете прикладные научные дисциплины, в это время охватывавшиеся понятием технологии. Как в технологии в широком понимании, так и в чистом знании мы на каждом шагу наталкиваемся на размышления о геохимических проблемах, на их углубление. История химических элементов в земной коре, их роль в различных природных процессах, и в частности в явлениях жизни, как в живой природе, так и в быту человека, в технологии, с конца XVIII — начала XIX столетия на каждом шагу в самых разнообразных проявлениях охватывала научную мысль.
Среди тех, кто на фоне столетней давности выделяется ярче, я остановлюсь на трех предшественниках современной геохимии. Это были англичанин Гемфри Дэви (1778—1829), прусский немец Рейль (1759—1813) и А. фон Гумбольдт (1769—1859). Главная блестящая пора работы А. фон Гумбольдта, пруссака по происхождению, прошла вне Пруссии, и сам он первое десятилетие XIX в. всецело жил умственной атмосферой Парижа.
Гемфри Дэви, блестящий экспериментатор, физик и химик, охватывавший всю науку своего времени, мыслитель, шедший своим путем и задумывавшийся над проблемой бытия, одаренный глубоким поэтическим пониманием природы, все время связывавший науку с жизнью, является одной из самых ярких фигур первой половины столь богатого ими XIX столетия.
Дэви оказал огромное влияние на науку своего времени своими лекциями, многочисленными статьями и книгами, блестящими опытами. В его работах мы находим на каждом шагу данные об истории элементов в земной коре. В этом отношении он развил в новом масштабе пути, открытые Руэллем и Лавуазье. Его работы явились прообразом всех позднейших трактатов химии, всегда связывавших изложение свойств химических элементов с их геохимией. В позднейших обобщающих работах Дюма, Берцелиуса, Либиха, Менделеева и других, подходивших к этим вопросам с не меньшим талантом, мы всегда находим размышления или нередко яркие обобщения в области геохимических проблем. После него в течение всего XIX в. геохимические проблемы входили в курсы неорганической химии; они изучались, между прочим, при обсуждении отдельных химических элементов.
Совершенно иной была судьба Рейля. Один из самых замечательных врачей своего времени, беззаветно преданный помощи страдающим, он и умер на посту, не жалея себя. Рейль погиб в расцвете своих научных исканий. Врач, анатом, психиатр, физиолог, он не интересовался проблемами геохимии в прямом их понимании. Это был, впрочем, человек широкого философского мышления, натуралист, каковыми были все крупные врачи его времени. В философии он примыкал к натурфилософским течениям, был, по-видимому, близок к Шеллингу, но мыслил самостоятельно. Его значение в истории геохимии связано с изучением химии организмов. Он впервые — в эпоху новой химии — ярко выдвинул значение химии организмов и в этом отношении стоял далеко впереди своего времени. Корни его стремлений и идей идут в глубь медицинской традиции. От патрохимиков XVII и XVIII столетий, может быть, еще от Ф. Парацельса (Бомбаст фон Гогенгейм, 1493—1541), значение химии в медицинских системах и в понимании лечения страждущих все время не сходило с горизонта мысли врачей. Непрерывно в течение столетий идут поколения врачей-химиков. Рейль считал необходимым тщательное количественное химическое исследование организмов и искал в нем разгадки проявлений жизни. Он являлся новатором, работа которого в самом начале была прервана смертью. Трудно сказать, что бы дал Рейль, если бы не ранняя его смерть.
По этому же пути шла независимая мысль одного из удивительнейших людей первой половины XIX столетия — Александра фон Гумбольдта. В своих молодых работах, особенно, во «Florae Fribergensis specimen» (1793), еще до углубления в природу тропической Америки А. Гумбольдт подошел чрезвычайно близко ко многим современным проблемам геохимии. Эти работы молодого Гумбольдта были прерваны многолетним путешествием, обработкой его результатов, а затем созданием того удивительного синтеза, каким является его «Космос». Уже в старости, в пятом недоконченном томе «Космоса», он вернулся к одной из геохимических проблем — к влиянию жизни на окружающую среду. Но эту работу прервала смерть на полуслове.
В указанной работе его молодости (1793 г.) осталась яркая попытка охватить живые организмы с точки зрения их химических элементов, причем Гумбольдт, минералог и геолог, неуклонно искал их начало в окружающей растения косной материи. Пришлось ждать десятки лет, чтобы проблема была поставлена вновь с той же яркостью, как это было сделано Гумбольдтом. Его постановка проблемы географического распространения организмов далеко заходит за пределы работ его последователей; она глубже возникших под его влиянием новых отделов географии и приближается к геохимическим концепциям нашего времени. Для него живое вещество есть неразрывная и закономерная часть поверхности планеты, неотделимая от ее химической среды.
В течение XIX в. неуклонно шла в разных направлениях подготовка поля исследования современной геохимии. Постепенно выяснялась картина единства химического элементарного состава Вселенной. Она была впервые поставлена на опытную почву после того, как космическое происхождение метеоритов вошло в общее сознание. Оно вошло в жизнь в первой четверти XIX в. в значительной мере благодаря неустанной многолетней (1794—1826) работе Э. Ф. Хладни (1756—1827), оригинального ученого, стоявшего подобно Гумбольдту вне рамок немецкой университетской науки. Хладни и в жизни шел своим путем и в науке явился новатором. Хладни не был химиком. Тождественность химического состава метеоритов с составом земных тел была впервые установлена В. Говардом (1802), и тогда же Г. Л. де Бурнон выявил их минералогическое отличие от земных минералов. Оба положения быстро вошли в научное сознание, но выводы из них были сделаны значительно позже.
Медленно проникло в науку представление о тождественности химических элементов, входящих в живой организм и в мертвую косную материю. До 40-х годов XIX столетия это представление еще не считалось научно установленным и проверялось специальными опытами; такие крупные ученые, как Дюма, еще с этим считались. К середине века, следуя по путям, блестяще разрабатывавшимся Г. Дэви, были выявлены основные черты питания растений, сразу охваченные в своем планетном значений, т. е. изучавшиеся не только в биологическом, но и в геохимическом аспекте. Здесь наблюдалась непрерывная традиция еще со времен Лавуазье.
Ж. Б. Дюма (1800—1884), Ж. Буссенго (1802—1887), К. Шпренгель (1787—1859), Ю. Либих (1803—1873) и множество работников, за ними последовавших, или же современников, шедших отчасти своим путем, точно установили картину геохимического значения зеленых растений, как увидим, основной части живого вещества биосферы. Дюма, Буссенго и Либих выяснили значение зеленой жизни в газовом обмене планеты; причем глубже других проник в нее, вероятно, Буссенго, ярче понимавший геохимический аспект явления. Он сталкивался с ним вне лабораторий, в природе, во время своего долгого пребывания в тропиках и изучения вулканических явлений и минералов. Это был один из самых проницательных мыслителей в этой области в XIX в., в работах которого мы и сейчас всегда находим новый, не охваченный научной мыслью материал. Шпренгель и Либих выяснили с не меньшей точностью значение «зольных элементов», причем теоретические построения Либиха оказали влияние на понимание этих явлений и произвели полный переворот в объяснении декового создания человеческой культуры — значения удобрения для плодородия почвы. В другой связи они выявили геохимическую роль зеленых растений в использовании соединений фосфора (что было ясно и Буссенго), калия и других нужных растению элементов.
Одновременно везде проводилась химиками другая работа по изучению окружающих нас минералов, вод, газов, горных пород. Для очень многих, особенно химиков, минералогия представлялась «химией земной коры», как ее называл И. Я. Берцелиус. Постепенно точное исследование природы минералов накопило огромный материал. В то же время химический анализ горных пород, исследование вод, химическое изучение полезных ископаемых дали к середине XIX в. прочную основу для эмпирических обобщений, для создания геохимии.
Мы сейчас видим — это вспомнили в 1931—1932 гг., — что отдельные лица ясно сознавали шедший процесс и что понятие и слово «геохимия» были в это время уже ясно и определенно созданы. Это было сделано в конце 1830 — в начале 1840-х годов оригинальным базельским ученым, швабом по происхождению, X. Шенбейном (1799—1868). Его идеи были забыты, но историк мысли не может забывать реального влияния личности, особенно столь крупной и яркой, каким был Шенбейн, открывший озон и работавший резко по-своему. Шенбейн был не одинок, он имел широкое влияние на окружающих, его статьи и, как теперь видим, переписка переполнены идеями и исканиями, не входившими в рамки современной ему науки, частью отголосками уже прожитого, а частью провидениями будущего. По-видимому, геохимическим исканиям Шенбейна был не чужд и его друг М. Фарадей (1791 — 1867), тесно связанный своей жизнью с Гемфри Дэви, значение которого для геохимии я уже отмечал. В 1842 г. Шенбейн писал: «Уже несколько лет тому назад я публично высказал свое убеждение, что мы должны иметь геохимию, прежде чем может идти речь о настоящей геологической науке, которая, ясно, должна обращать внимание на химическую природу масс, составляющих наш земной шар, и на их происхождение, по крайней мере столько же, сколько и на относительную древность этих образований и в них погребенных остатков допотопных растений и животных. С уверенностью можно, конечно, утверждать, что геологи не вечно будут следовать тому направлению, последователями которого они сейчас являются. Они для расширения своей науки, как только окаменелости не смогут достаточно (keinen Dienst) служить им, должны искать новых вспомогательных средств и, без сомнения, тогда введут в геологию минералогически-химический элемент. Время, когда это совершится, кажется мне не столь далеким.
Слова эти кажутся нам теперь пророческими. Шенбейн ошибся только в одном — время его идей пришло лишь в XX в., через десятки лет после его смерти, и тогда возродилось и плотью облеклось созданное им слово для выражения новой геологической науки. Однако несомненно, он мог так объективно думать в это время.
К 1850 г. — в период 1847—1849 гг., в частности — были изданы яркие и выдающиеся геохимические обобщения в трудах, собравших огромный научных фонд точных фактов, вошедших в научную мысль и на нее повлиявших.
Это было сделано тремя независимо друг от друга работавшими крупными натуралистами. Работы их дополняют одна другую. Каждый в отдельности не сумел охватить одним синтезом всю область геохимии, но, как мы теперь видим, вышедшие почти одновременно результаты их долголетних работ дали в целом уже готовую канву для нашей новой науки. Современники, однако, этого не видели, они усматривали только противоречия и не охватывали их как проявление одного и того же целого.
Это были проф. К. Бишоф (Бонн), выпустивший в 1847 г. первый том своей «Lehrbuch der chemischen und physikalischen Geologie», проф. Эли де Бомон (Париж), в 1846 г. напечатавший в «Bulletin de la Societe Geologique de Paris» блестящий, непонятый современниками мемуар об Emanations volcaniques и проф. И. Брейтгаупт (Фрейберг), синтезировавший в 1849 г. вековую работу фрейбергской минералогической школы в своей книге: «Paragenesis der Mineralien».
В этих работах мы имеем уже ясные и прочные корни основных данных геохимии. Если бы кто-нибудь мог в это время, скажем в 1850 г., охватить весь этот материал сразу, он дал бы нам уже тогда, в XIX в., геохимию, сложившуюся, однако, лишь в XX в.
Никто не мог этого дать благодаря своеобразной атмосфере геологической работы в то время. Это было время замиравшего, но еще не законченного спора нептунистов и плутонистов, захватывавшего в XVIII—XIX вв. ученых трех поколений. Одни — нептунисты — считали, что окружавшая их земная природа создана силами воды и сложилась при обычных температуре и давлении. Теснейшим образом связанная с водой жизнь имела свое почетное место в созидании окружающей нас природы. Жизнь для нептунистов была огромной силой, а не случайным явлением в истории планеты. Другие — плутонисты — не придавали никакого серьезного значения силам и явлениям земной поверхности. Они полагали, что огромные силы, находящиеся внутри планеты, которую они представляли себе еще находящейся в стадии расплавленной горячей магмы, создают окружающую нас природу. Жизнь в ней, при всем ее разнообразии и кажущемся значении, является мелкой частностью, не отражающей основных явлений существования планеты. Силы, деятельность которых проявляется в вулканах, гейзерах, землетрясениях, термах, образуют все основные черты лика Земли, связаны с образованием гор, горных пород и скоплений воды и газов.
Эти два противоречащих представления о нашей планете действительно затрагивали основные черты миропонимания. Выбор между ними приводил к противоположным умозаключениям, имевшим глубокое жизненное значение. Вопрос шел о значении жизни в строении космоса.
Можно понять значение этих старых споров в чуждой нам умственной жизни того времени, обратив внимание на творчество великого натуралиста и поэта, яркого и страстного нептуниста, каким был В. Гёте. Второй том его «Фауста», где он пытался в течение всей своей жизни выразить свои представления о будущем и о задачах человеческой жизни, весь в основном проникнут отражениями и отголосками этого спора.
К. Г. X. Бишоф (1792—1870) стал нептунистом, придя, к сознанию значения земной поверхности в истории планеты путем долгого размышления и экспериментирования, после того как в первые молодые годы своей научной жизни он был плутонистом. Этот совершившийся перелом в его представлениях отразился на всей его работе, причем он в новой обработке своего замечательного труда, произведенной им в старости, не сумел отбросить оболочку представлений, ставших уже к тому времени пережитком прошлого. Исходная точка сказалась в его работе. Он действительно доказал значение воды, собрал огромное количество фактов, дал яркие картины истории многих химических элементов, в конце концов показал, что и в явлениях косной материи их история сводится к круговым процессам, в которых, в первых частях своего труда, он видел яркую особенность органогенных элементов. Для органогенных элементов эта картина уже была дана в его время Дюма, Буссенго и Либихом, В связи с этим в его работе выдвинулись явления жизни в химических процессах Земли. Влияние его труда было огромно и не только на континенте, но и в странах английского языка; книга его в первой основной своей части была издана в переработанном виде в 1850-х годах на английском языке, и сам Бишоф был связан с английскими научными кругами.
В отличие от Бишофа Эли де Бомон (1798—1874) был плутонистом и выдвинул связь химических элементов и закономерности их взаимного нахождения, вытекающие из магматических и вулканических процессов. Долгое время замечательная работа Эли де Бомона мало обращала на себя внимания вне Франции частью благодаря господству нептунических идей, частью в связи с неудачными его гипотезами об образовании горных цепей, с которыми эти его работы были для него тесно связаны. Но долго спустя после его смерти правильность его обобщений была подтверждена точным наблюдением, оказала большое влияние на геологическую мысль и целиком вошла в геохимическую работу.
Точный эмпирик И. Брейтгаупт (1791 — 1873) также шел независимым путем. В указанной работе и в течение всей своей жизни, пользуясь опытом рудного дела, он выдвинул соотношения между элементами, находящимися вместе, которые выходили за схемы чистых нептунистов и плутонистов. Процессы, изучавшиеся Брейтгауптом, не подходили под их простые схемы и открывали новые явления в нашей планете, односторонне освещавшиеся и Эли де Бомоном и Бишофом. Брейтгаупт был не один, по тому же пути и в то же время шли и нептунисты и плутонисты, точные эмпирики — наблюдатели рудных месторождений, среди которых ярко выдвигаются работы Ж. Дюроше (1817—1860), Ж. Фурнэ (1801 —1870) и В. Геннууда. В этих явлениях обнаружились новые свойства воды и выяснилось влияние высокой температуры нижних геосфер. Изучение этих процессов под углом зрения рудных месторождений, прежде всего металлов, неизбежно заставляло изучать историю химических элементов в земной коре.
По всем этим путям при постепенном замирании и нептунических и плутонических схем шла научная работа во второй половине XIX столетия. Геология быстро вышла из старых схем и охватила более разнообразными построениями сложность явлений природы. В то же время внимание химиков отвлеклось от геохимических проблем, и на первое место в истории химических элементов стали все больше выступать такие их свойства, которые, казалось, не проявлялись в процессах нашей планеты. Химический элемент стал более абстрактным; казалось, что между геологическими и химическими науками существует основная непроходимая грань. Это ярко сказалось в различных классификациях наук, столь многочисленных в это время. Умонастроение исследователей было неблагоприятно для создания геохимии.
Такой обобщающий й глубокий охват химии, в котором в блестящей форме вылились традиции Руэлля, Лавуазье, Дэви и Берцелиуса, обработанный оригинальным мощным умом, как Д. И. Менделеев, в «Основах химии», стоял совершенно особняком.
В «Основах химии» проблемы геохимии и космической химии получали не только яркое освещение, но нередко выступали на первое место. Как всегда у Д. И. Менделеева, это не было повторением того, что давалось другими, на каждом шагу встречается новое, найденное его яркой личностью, схваченное его всеобъемлющим умом.
В общем ни в геохимии, ни в химии не было создано благоприятной среды для развития геохимических проблем в цельную, обособленную научно обоснованную новую дисциплину. Почва была не готова, она медленно подготовлялась в течение десятилетий начиная со второй половины XIX в.
Можно отметить три изменения в представлениях об окружающем, которые дали прочную основу новой науке уже в следующем, XX веке.
Прежде всего начиная со второй половины XIX в. началось изменение наших представлений о химии космоса. Единство его химического состава, которое, как мы видели, было ясно для Гюйгенса в XVII в. и вновь было подтверждено анализом метеоритов, получило новое прочное обоснование с открытием Г. Р. Кирхгофом и Р. Бунзеном (1811—1899) спектрального анализа в 1859 г. Это было одно из самых великих расширений человеческого кругозора, по существу, как мы видим теперь, одно из глубочайших проникновений в строение сущего. Спектральный анализ доказал химическое единство Вселенной.
Но в то же время главным образом благодаря спектральному анализу, благодаря развитию наших представлений о сложном единстве материи, выраженной в атомном аспекте, благодаря теоретическому углублению в великое научное обобщение, каким является Периодическая система элементов,— само понятие химического единства мира претерпевает глубочайшее изменение и расширение.
С одной стороны, выявилось резко различное состояние атомов в пределах нашей планеты и неизбежность признания существования таких состояний атомов, т. е. химических элементов в мироздании, которые не могут иметь места в планетах и на Земле в частности. С другой стороны, встал перед нами вопрос о том, отвечает ли атомное проявление материи — химический состав — преобладающей массе вещества, рассеянного в пространстве-времени реальности.
Спектральный анализ в работах Кирхгофа и Бунзена ясно и определенно подтвердил нахождение химических элементов в рассеянии, в равномерном проникновении ими всей земной материи. Это для некоторых элементов было ясно уже Г. Дэви (для натрия) и позже другим. Но в научное сознание это представление вошло только после работ Бунзена и Кирхгофа. Его значение для геохимических проблем было выдвинуто, однако, только в XX в. (1910), и до сих пор полностью явление не охвачено научной мыслью и еще менее экспериментом.
По-видимому, это не единственная форма особого состояния планетных атомов. Ясно, что для некоторых химических элементов, например для свинца, изотопические смеси их иные в разных случаях. Это вызывается радиоактивным распадом и особыми условиями миграции атомов. Возможно, однако, что есть и другое явление, с этим связанное, — влияние жизни, изменение изотопических смесей в биосфере. Вопрос еще неясен.
В конце концов стало ясным, что геохимические проблемы составляют неразрывную часть проблем космической химии, что химия Земли есть одно из выявлений планетной химии и что учение о геохимическом характере химических элементов, т, е. геохимия, резко и определенно уже этим самым отличается от минералогии, изучающей молекулы и кристаллы, построенные атомами.
Гораздо глубже вносит изменение в наше представление о единстве химического состава мироздания все растущее сознание, что атом не является господствующей формой проявления в нем вещества. Изучение атомов не дает ясного понятия о веществе космоса. За пределами атомов перед нами выявляется мир электронов, позитронов, нейтронов, свободных протонов и ряд ближе неизвестных материальных частиц, по массе господствующих. В меньшей степени отголоски этих явлений охватывают и вещество Земли — например, в электронах электрического поля ионосферы. Электронная химия, или общая химическая физика, должна занимать господствующее место в космохимии и должна наряду с геохимией и минералогией иметь свое место р химии нашей планеты.
Не менее значительные изменения вырастают с прошлого столетия в нашем научном представлении о иоле изучения геохимии и минералогии — о геологическом субстрате планеты.
В первой половине XIX в. полагали непреложным, что геологические явления могут служить основанием для суждений о всем земном шаре. Весь спор нептунистов и плутонистов был в корне своем основан на этом убеждении. Тонкая поверхностная пленка, полная жизни наша биосфера, казалось, терялась и никла в общей массе планеты. Отражения внутренних частей планеты, столь преобладающих по массе своего вещества, должны были являться основными и главными и в геологических явлениях.
Медленно, но неуклонно, из поколения в поколение, эти представления исчезали, так как постепенно выяснялось, что все геологически изучаемые процессы захватывают только наружную часть планеты — земную кору. Наружными оказались и такие процессы, которые раньше относили к внутренности Земли.
Постепенно определились и границы этой коры, не превышающие 100 верхних километров. Впервые к этому взгляду подошли геодезисты, и уже в 1851 г. английский священник И. Г. Пратт дал основы учения об изостазисе — о неоднородном строении наружной части планеты, земной коры, ее отличии в этом отношении от однородных глубоких слоев планеты. Он указал, что с земной корой, а не с глубью Земли связаны величайшие, известные нам на поверхности Земли явления — образования горных цепей. Немедленно английский астроном Д. Эри (1855) дал более правильное выражение идеям Пратта и объяснил их гидростатическим равновесием отдельных разнородных частей земной коры. Идеи Пратта, в общей форме сформулированные через тридцать лет американским геологом Ч. Э. Деттоном (1889), получили научное признание только в XX в.
Но уже раньше геологи иным путем подошли к тем же заключениям.
Благодаря этому резко изменились все представления о геологических проблемах. Вулканические продукты, продукты жизни, морские осадки одинаково оказались телами одной и той же планетной области, так же как и явления жизни, отличной от большой массы Земли. В общем понимании геохимии значение жизни повысилось и по существу изменилось.
Наконец в то же время совершался еще более глубокий переворот в нашем общем миропонимании. Старая идея Д. Дальтона и В. Волластона, может быть не вполне ясная им самим в ее логических последствиях, стала реальностью. Атом и химический элемент оказались идентичными. Для понимания атома оказалось необходимым изучать химический элемент. Атом сделался для нас такой же реальностью, как химический элемент; он оделся плотью и кровью, стал реальным телом.
Это достижение науки получено было в XX в., но все последние десятилетия прошлого века вопреки тому, что думали современники, вели к этому обобщению научную мысль. Как известно, к концу XIX в. казалось, что атомистическое представление об окружающем теряет почву и что мы вступаем в эру динамических идей о мире.
В действительности же это было миражем: реально атомистическое представление так овладело сейчас научным пониманием мира, как никогда раньше. Правда, сам атом в новом миропонимании ушел далеко от атома философов и даже физиков. Это химический элемент химиков в образе атома.
Происходившие изменения позволили впервые охватить как целое, как особую научную дисциплину геохимические проблемы — выделить геохимию как науку, имеющую своей задачей изучение истории атомов, понимаемых как химические элементы на нашей планете. Реально мы изучаем только поверхностную ее оболочку — земную кору.
Конкретно такое выделение новой науки происходило более или менее независимо в разных местах культурного мира. В Вашингтоне Ф. Кларк (1847—1931), химик Американского геологического комитета, всю жизнь занимавшийся геологическими проблемами, свел и переработал огромный материал в книге «Data of geochemistry», первое издание которой вышло в 1908 г. Эта книга оказала большое влияние на научную мысль и выдержала пять изданий (последнее в 1924 г.).
Здесь собран огромный фактический материал. Кларк стремится в ней дать точные числовые данные по истории главнейших химических элементов. Хотя он в молодости (1872) был одним из первых, решившихся научно приступить к вопросу о возможности превращения одного химического элемента в другой в связи с их историей в космосе, и хотя через 53 года он вновь вернулся к этим космогоническим обобщениям, он в своих «Data of geochemistry» стремился не к гипотезам и к широким обобщениям, а к сопоставлению и к критике точных числовых данных по истории химических элементов в земной коре, в ее процессах — к изучению состава моря, среднего состава рек, среднего состава земной коры; он всюду вносил новые числа и критическую переработку старых. Книга Кларка действительно сделалась основой для дальнейших обобщений и дальнейшей работы в геохимии.
Она подвела итог и охватила огромный материал, связанный с химическим, геологическим и рудным изучением, количественно точным, североамериканского континента. Одновременно с ним другой американец, его старший современник, долго работавший в Канаде, Т. Стерри Гент (1825—1892) вел ту же работу синтеза «химии Земли», как он говорил. Стерри Гент оказал большое влияние, но давал большое место теоретическим спекуляциям, не всегда удачным, и одновременно строившийся синтез Кларка, стоявшего на прочной эмпирической почве, оказался более прочным.
Собрав факты и эмпирически обобщив их в новую науку — геохимию, Кларк закончил в XX в. работу Бишофа; книга его дала сводку огромной многолетней работы тысяч лиц. Еще в 1882 г. появились его первые расчеты валового химического состава земной коры, которые Кларк непрерывно улучшал и изменял, согласно новым данным (в последний раз в 1924 г. совместно с Г. Вашингтоном). Эти данные — числа Кларка — долгое время не оказывали влияния на научную мысль, встречали возражения, и их огромное значение оценено было лишь за последнее десятилетие. Значение это может оказаться еще большим, чем думал Кларк, если подтвердится сходство наружной оболочки нашей планеты с составом внешних оболочек других небесных тел.
Как мы увидим ниже, Кларк здесь шел по путям, указанным еще в начале XIX в. В. Филлипсом, но он впервые поставил задачей получение не примерной числовой оценки явлений — числовой прикидки, — а конкретного точного числа.
Кларк не ставил резко и определенно задачу геохимии как задачу изучения истории атомов планеты; это течение геохимии возникло позже и вне его мысли. Но благодаря тому реальному значению, какое возымели числа Кларка в новых учениях об атомах, тому влиянию, какое они оказывали на физическую и химическую мысль XX столетия, его работа целиком вошла в представления, слагавшиеся вне его кругозора. Его геохимия отвечала физической и химической геологии Бишофа, но она встретилась с другой научной обстановкой.
Представление о геохимии как науке об истории земных атомов возникло на фоне новой атомистики, новой химии и физики в тесной связи с тем представлением о минералогии, которое проводилось в Московском университете в 1890— 1911 гг. Преподавание и научная минералогическая работа были здесь поставлены так, что на первое место выдвинута была история минералов, изучение их генезиса и их изменения, обычно в то время отходившие на второй план при изложении минералогии в высшей школе. При таком изложении минералогии геохимические проблемы выступали в ней еще в большем масштабе и более значительно, чем это было обычно в университетских курсах неорганической химии. Постепенно работа минералогического кабинета Московского университета, а позже связанная с ней работа минералогического музея Академии наук все более и более направлялась к геохимии. Данное Кларком имя нашло здесь сразу же готовое, иное, однако, чем у него, содержание и благодарную почву. Явления жизни и минералогии осадочных пород в связи с радиоактивностью и общими вопросами о свойствах и характере атомов выступили на видное место. Здесь, в Москве, в университете имени Шанявского, в 1912 г. А. Е. Ферсманом был прочитан первый университетский курс этой новой науки. Ряд работ А. Е. Ферсмана и Я. В. Самойлова (1870 — 1925) прочно установили сперва в нашей стране традиции геохимической работы в указанном ее понимании.
К XX в. изучение рудных месторождений, сделавшее к этому времени большие успехи, чрезвычайно способствовало созданию геохимии. Тесная связь геохимических проблем с учением о рудных ископаемых, приведшая в прошлом столетии к обобщениям Бишофа, Брейтгаупта, Эли де Бомона, никогда не прерывалась.
Но в новом столетии она получила совершенно новый облик благодаря успехам химии и чрезвычайному углублению техники и благодаря размаху добычи старых и введению многочисленных новых металлов в структуру экономики и быта человечества. В нашем веке это явление приобрело новый небывалый облик единого мирового хозяйства. Работы француза Л. де Лонэ, немца А. Штельцнера (1840—1895) оказали большое влияние и привели к геохимическим проблемам. Но, исходя из проблем учения о рудных месторождениях — прикладной минералогии, на первое место по реальному значению в создании геохимии выдвигаются работы норвежца И. Фохта (1858—1932), стоящие в теснейшей связи с вековой минералогической работой, связанной с природой Фенноскандии, и североамериканских горных инженеров, среди которых нельзя не назвать среди многих Ч. Ван-Хайза и В. Линдгрена. Они глубоко связали проблемы геохимии с рудной разведкой и придали ей тем самым большое практическое значение.
Это прикладное значение геохимии быстро растет во всем мире на наших глазах за последние годы. Оно проявляется и в нашей стране, но здесь нельзя не отметить сейчас же, что условия у нас не являются вполне благоприятными для правильного ее развития.
Современная геохимия тесно связана с работой и мыслью еще одного исследователя, проф. В. М. Гольдшмидта, создавшего в 1930 г. самый мощный для своего времени научный центр геохимической работы — в университете в Гёттингене в Германии, но вышедшего из вековых научных традиций норвежской минералогии. С 1914 по 1930 г. В. М. Гольдшмидт, ученик знаменитого минералога В. Бреггера, был профессором в Христиании (теперь Осло), где создал стоявший высоко на уровне научного знания минералого-геохимический институт. Гёттингенский институт продвинулся еще дальше. Природа Фенноскандии придала совершенно своеобразный отпечаток минералогической работе в этой стране. Здесь область древнейших кристаллических пород и здесь же доступны — нередко в совершенно исключительной красоте и проявлении, резко по внешности отличные от всех других, своеобразные по цвету, блеску и химическому составу, по таким физическим свойствам, как метамиктовые структуры, соединения урана и тория, редких земель, титана, ниобия, тантала, циркония, гафния — радиоактивные минералы. Здесь создалась поколениями школа химиков и минералогов, охватившая эту труднейшую группу природных тел, открывшая на родном материале множество новых минералов и новых элементов. Берцелиус наложил свою мысль и точную методику исходя из этого родного материала на всю неорганическую химию XIX в., Бреггер в конце столетия синтезировал вековую минералогическую работу ученых Фенноскандии и германских над теми же природными телами.
В. Бреггер (род. в 1851 г.), человек исключительных знаний и точности работы, одинаково в первых рядах в геологии, палеонтологии, минералогии, кристаллографии, первоклассный исследователь в поле и в лаборатории, теснейшим образом связал химическое исследование минералов с их кристаллической структурой, развивая в этой области идеи другого норвежского ученого, химика и минералога, Т. Гиортдаля (1839—1925).
Ученик Бреггера В. М. Гольдшмидт в этой полной традиций среде подошел к геохимическим проблемам. Более глубокие геосферы земной коры — за пределами биосферы и стратисферы — выступили для него на первый план; это как раз большая часть доступного исследованию вещества нашей планеты. Твердое вещество приобрело особое значение и, в связи с новым уточнением рентгенометрической методики привело к созданию кристаллохимии, в которой Гольдшмидт играл видную роль. На этом пути, учитывая процессы миграции элементов, идущие в векториальной твердой среде, Гольдшмидт ввел в геохимию понятие, очень чреватое последствиями, понятие о поведении химических элементов, обусловленном их строением; он указал законности их выявления в твердой среде, строящей земную кору.
Гёттингенский институт Гольдшмидта является в настоящее время самым мощным центром научной работы.
Геохимия сейчас быстро развивается; влияние ее и значение и в чисто научных вопросах и в жизни неудержимо растут и увеличиваются. Подготовительный период кончился.
В связи с этим начинают обособляться отдельные ее отрасли благодаря тесной связи большого комплекса ее проблем с областями, по существу обособленными от геологических дисциплин, к числу которых принадлежит геохимия.
Таково начало выделения биогеохимии.
При Академии наук в нашей стране в 1927 г. создан центр работы в этой области, пока маломощный — Биогеохимическая ее лаборатория.
—Источник—
Вернадский, В.И. Биосфера/ В.И. Вернадский. – М.: Мысль, 1967.– 374 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
