Но больше того: и на суше – на островах и материках – мы можем проследить непрерывно физически и химически меняющуюся водную оболочку, охватывающую всю нашу планету. Эта жидкая оболочка на суше связана непрерывно с океаном. Она проникает все твердое вещество, частью невидимо для нашего глаза, капиллярами, частью в виде пленочной воды, материально связанной с парами воды тропосферы. Эта водная оболочка проникает всю сушу на несколько километров глубины, где при повышенной температуре сливается с горячими парами воды, поднимающимися из метаморфической оболочки. С другой стороны, в области ледников и вечной мерзлоты – в виде льда и снега вода – в этих областях охлаждения – невидимо сливается с парами тропосферы и дальше, может быть, доходит и до стратосферы включительно. В ионосфере она, как таковая, по-видимому, существовать не может.
Таким путем вся твердая среда суши на границе с тропосферой охватывается областью, находящейся в подвижном устойчивом равновесии[296].
Сплошная водная оболочка, находящаяся в непрерывном изменении и движении, регулируется законами термодинамики (§ 28); она представляет собой геологически вечное подвижное равновесие. Она является самой характерной чертой Земли как планеты.
В отличие от капель жидкости, которые изотропны и поэтому могут быть выражены в виде правильного шара (обычно мы видим их деформированными и правильному шару не отвечающими под влиянием поверхностных явлений), монокристаллы – капли твердого тела – однородны, но не изотропны, с резко выраженным различием векторов, и вследствие этого они принимают форму кристаллических многогранников[297] (§ 9), различных по величине векторов.
В отличие от жидкостей, однородные массы твердых тел далеко не могут достигать тех размеров, которые мы видим, например, в земном океане.
Однородные кристаллические пространства – монокристаллы – не превышают объемом десятков кубических метров. Обычно они гораздо меньше и в земной природе большей частью микроскопически мелки. Они составляют горные породы[298], которые состоят из отдельных однородных зерен – монокристаллов, резко физически отличных друг от друга, так как они расположены в пространстве резко друг к другу не параллельно. Такие твердые горные породы строят твердые части косных тел нашей планеты. Они образуют скелеты и твердые части всех живых ее организмов. Эти две формы твердых тел составляют по весу и по объему подавляющую часть биосферы. Это общее для планет явление, за исключением глубинных их частей (§ 32).
Кристаллические многогранники и кристаллические пространства геометрически идеально правильные, в том виде, в каком они изучаются в кристаллографии, являются редкими исключениями в природе и в лаборатории. Для нас важно, что они всегда есть.
Это служит проверкой правильности нашей логической мысли.
Мы для этого должны были изменить те естественные объекты, то есть научно установленные факты, которые мы видим преобладающими в природе.
Реальный путь построения этих двух эмпирических обобщений из отвечающих им эмпирических фактов был следующий. Во-первых, мы объединили природные кристаллы – минералы – и кристаллы, полученные кристаллизацией человеком, в одно явление – в царство кристаллов (§ 10). Во-вторых, все эти кристаллы мы изменили, исходя из закона Стенона (§ 7), и получили, таким образом, кристаллические модели природных тел.
Кристаллические модели отличаются от природных кристаллов и от кристаллов, полученных в лабораториях и на заводах тем, что их геометрическая форма построена только исходя из закона гранных углов как неизменной величины. Они отвечают идеальным, правильным выпуклым многогранникам геометрии, реально в известном проценте существующим.
Их форма отличается иногда очень резко от той, которую мы изучаем в природе, в лаборатории и в технике. Иногда они совсем на эти многогранники не похожи (§ 7).
Уже давно у старых кристаллографов был и другой путь исследования: из тысяч кристаллов выбирали несколько, наиболее приближающихся к идеальной форме многогранников. Так работал известный наш минералог академик Н. И. Кокшаров. (1818–1892) в Петербурге. Успех его методики виден из того (он работал в 1840–1880‑е годы), что все данные им многочисленные константы минералов остаются нетронутыми до сих пор. Большей точности в XX веке получить не удалось.
Это определенное природное явление, значение которого подчеркнуто Пьером Кюри (§ 2).
27. Мы видим на этом примере (ср. § 16), что прежде чем делать выводы из природных явлений, мы должны были переработать тот эмпирический материал, который наблюдается в виде минералов в природе или получается опытом в лаборатории или на заводе. Такая обработка сырого материала фактов есть основное условие создания эмпирических обобщений (§ 7, 16). На таком обработанном материале мы получили, однако, для кристаллического твердого вещества два математических решения, логически резко различных: первое геометрическое, второе алгебраическое. Оба правильны, и оба совпали. Какое из них принимать за реальное? Не исключена возможность и других математических подходов, ибо область математики так же бездонна и безгранична, как человеческая мысль.
Мы должны выбирать, которое отвечает реальности. Выяснилось, что для решения частных задач мы можем идти любым математически бесспорным путем. Но для понимания природного явления мы должны идти тем, который отвечает тому процессу, который происходит в природе.
Критерием служит геометрическое его выражение – природная симметрия (см. § 2. П. Кюри).
Мы изучаем на Земле не геометрическое и не алгебраическое пространство (§ 6), но физико-химические пространства.
28. Кристаллические пространства и монокристаллы (см. выше) не являются единственной формой проявления твердого состояния вещества на нашей планете. Это только одни из многих, может быть, наиболее важные и наиболее полно изученные проявления физического состояния вещества.
Область различных физических состояний вещества охвачена научной дисциплиной, созданной в XIX–XX столетиях – термодинамикой, тесно связанной с принципом Карно – Мейера (§ 20).
По существу, законы термодинамики, так же как законы механики – движения, являются эмпирическими обобщениями самого общего для нас характера. Они обычно относятся к математике, а не к физике. Они связывают физико-химические состояния вещества с температурой и давлением, с той средой, прежде всего, где живет человек, с биосферой, и с меньшей точностью они охватывают другие земные оболочки, где человек существовать не может. Эти законы математически выражаются в однородной форме для определенных химических соединений или молекул и для неопределенных однородных химических соединений – растворов.
Я касался физических состояний вещества, говоря о кристаллическом его состоянии в биосфере в § 6–10. Здесь я возвращаюсь к нему в общей форме.
При всем своем значении твердые кристаллические многогранники и кристаллические пространства охватывают только часть твердых физических состояний.
Едва ли можно сейчас возражать против высказанного мною в 1891 году в моей пробной лекции в Московском университете положения, что полиморфизм «есть общее свойство материи».
Это значит, другими словами, что 32 кристаллических класса аналогичны физическим состояниям – жидким и газообразным, и при их образовании тепловые агенты совершенно аналогичны, но количественно менее мощны, чем при переходах в твердое, жидкое или газообразное состояние материи или химических соединений, переходах из одного состояния в другое – в любую сторону[299]. Эти твердые полиморфные состояния подчинены целиком законам кристаллографии, но и они не охватывают всех проявлений твердого планетного вещества.
