Курнаков развил менделеевский прием изучения зависимости между составом раствора и его свойствами. Он распространил эти исследования на «твердые растворы», какими являются, например, сплавы металлов, ввел в круг наблюдений исследователя такие их свойства, как электропроводность, твердость, вязкость и другие. Это открыло возможность, пользуясь специальными диаграммами «состав-свойство»[29], устанавливать чрезвычайно тонкие различия в превращениях вещества. В работах Солевого отдела Комиссии по изучению естественных производительных сил России этот новый метод исследования, который Курнаков назвал «физико-химическим анализом», был впервые применен на практике.
На необозримых просторах Арало-Каспийского и Черноморского бассейна, среди разбросанных по берегам этих морей соляных озер, лиманов и заливов выделяется один, недаром названный теперь жемчужиной Каспия. Это единственный в мире по своим богатствам залив Кара-Богаз-Гол, что означает Черная пасть. Эта «пасть» на протяжении столетий поглощала избыточное количество солей из вод Каспийского моря.
Курнаков перенес на Кара-Богаз-Гол свои исследования естественных процессов солеобразования. В этих исследованиях метод физико-химического анализа полностью подтвердил свое могущество. Курнаков построил свои знаменитые диаграммы, с помощью которых установил «поля кристаллизации» различных солей. Диаграммы указывали границы устойчивого кристаллического состояния каждой из солей и, таким образом, точно указывали, при каких условиях можно получить нужную соль в чистом виде. Нанося на диаграммы пути кристаллизации различных солей и сравнивая их между собой, исследователь сразу получал ясное представление о том, как будет протекать кристаллизация при испарении вод озер, в которых в определенной пропорции растворены различные соли.
Что касается Кара-Богаз-Гола, то знаменитые курнаковские диаграммы показывали, что при испарении вод этого залива при 25 градусах первой солью, которая начнет выделяться в кристаллическом виде, будет хлористый натрий, то-есть обыкновенная поваренная соль. Но если температура понизится до 5,5 градуса, то в этих условиях первой начнет выделяться глауберова соль[30]. Эта соль, известная под названием мирабилита, что значит «удивительная», поразила воображение окрестивших ее таким образом естествоиспытателей прошлого своей способностью превращаться в кристаллы зимой и с легкостью «таять», растворяясь в воде, с наступлением тепла. По зимам огромные массы мирабилита выбрасываются волнами на берег залива. Летом же под лучами жаркого солнца кристаллы мирабилита разрушаются, отдавая в атмосферу входящую в их состав воду (десять молекул на каждую молекулу сульфата). Таким образом, на берегах залива непрерывно образуются залежи драгоценнейшего промышленного сырья — безводного сульфата натрия, из которого можно получать соду, металлический натрий, силикат натрия и ряд других химических продуктов.
В заводских условиях сульфат натрия обычно изготовляется из поваренной соли и серной кислоты. Для этого строятся дорогостоящие заводы.
Курнаков, вооруженный методом физико-химического анализа, нашел способы управлять жизнью этого поразительного, постоянно возобновляемого природой месторождения редчайшего минерала.
Другое важное научное направление, также тесно связанное с деятельностью Комиссии по изучению естественных производительных сил России, продолжало развиваться в работах В. И. Вернадского и А. Е. Ферсмана. На одном его этапе, относящемся к описываемому времени, хотелось бы остановиться подробнее.
Разрабатывая основы создаваемой ими новой науки — геохимии, исследователи впервые предприняли интереснейшую попытку осветить земные недра прожектором величайшего теоретического завоевания современной химии — Периодического закона Менделеева.
Как уже было сказано, Вернадский и Ферсман пришли к мысли о том, что основным объектом изучения химической жизни земной коры должны стать отдельные элементы, еще конкретнее — атомы простейших земных веществ. Периодический закон Менделеева предельно ясно, четко и просто представлял взаимную связь всех атомов в природе.
Как мы знаем сейчас, химические свойства элемента зависят от числа электронов в его атоме и оказываются чрезвычайно близкими у элементов, у которых сходно строение внешней электронной оболочки. Каждая клетка периодической системы содержит один химический элемент с определенными природными свойствами (или, как мы знаем сейчас, несколько химических, не отличимых один от другого сортов, «изотопов», этого же элемента). Закон связи между всеми этими разнородными атомами, выраженный в таблице элементов, должен был, несомненно, стать важнейшим орудием исследования минералогов и геохимиков.
Но не тот ли самый закон, который вскрывает сходства и различия в свойствах атомов и соответственно определяет их место в системе, — не он ли определяет поведение, а в конечном счете и распределение элементов в земных недрах? А если так, то великую менделеевскую таблицу нужно сделать самым важным орудием, при помощи которого человек будет открывать полезные ископаемые! Так мыслили Вернадский и Ферсман.
И разве стихийно не угадывались эти законы за много тысячелетий до нашего времени, когда человек впервые стал обращать внимание на минералы?! В одних случаях, как он наблюдал, вместе встречаются олово, медь и цинк, в других местах — золото и драгоценные камни; в третьих — глина и полевые шпаты, из которых можно делать фарфор и фаянс.
Еще алхимики, продолжая накопление фактов, хорошо знали, что сверкающие кристаллы свинцового блеска в жилах земли дружат и встречаются вместе с блестящей обманкой цинка, серебро следует за золотом, а медь часто встречается вместе с мышьяком. С развитием горного дела эти признаки стали уточняться. В рудниках создавались основные начала науки, выяснявшей, какие вещества встречаются в природе вместе и в каких условиях. Неизвестны были лишь законы, которые заставляют накопляться те или иные элементы в одних местах земли и рассеиваться в других. А ведь это и был один из самых острых и практически значимых вопросов горного дела. Наука должна уметь находить места, где скапливаются промышленно важные металлы. Задача нарождающейся геохимии — вооружить искателей металлов и камней менделеевской таблицей как верным компасом в поисках нужных человеку природных веществ.
Вглядитесь в нее, призывали Вернадский и Ферсман разведчиков недр, проследите за судьбой девяти металлов — железа, кобальта, никеля и шести металлов платиновой группы, которые занимают ее середину. Их месторождения — в далеких глубинах земных недр, Только тогда, когда вздымаются горные хребты, а воды в течение миллионов лег размывают их вершины, как у нас на Урале, обнажаются эти глубинные зеленые породы — носители железа и платины. Эти элементы являются не только центральным местом менделеевской таблицы, но вещества, ими образованные, лежат в основании и слагают наши горные хребты.
Перейдите к тем металлам, которые называются тяжелыми и занимают в таблице Менделеева большое поле направо от никеля и платины. Эти металлы — медь и цинк, серебро и золото, свинец и висмут, ртуть и мышьяк — встречаются всегда вместе, и искать их надо в ветвящихся системах рудных жил, распространившихся в свое время из мощных очагов прорвавшейся кверху магмы.
Влево от центра таблицы Менделеева располагаются те металлы, которые образуют драгоценные камни и соединения металлов бериллия и лития; это те редкие элементы, которые собираются в последних выжимках гранитных массивов, в мощных пегматитах гранитных тел.
Еще дальше влево и вправо на таблице находятся элементы, входящие в состав соляных месторождений: соляных озер, морей и океанов, скоплений каменной соли; это те элементы, которые образуют соли брома, хлора, иода, натрия, калия и кальция.
А если посмотреть на крайнюю правую верхнюю часть таблицы, мы увидим, что здесь группируются основные элементы воздуха: азот, кислород, водород, гелий и другие благородные газы. В крайнем левом верхнем углу — литий, бериллий и бор. Они напоминают о летучих частях гранитных массивов, где образуются красивые драгоценные камни, розовые и зеленые турмалины, яркозеленые изумруды и фиолетовые кунциты.
