А. Лельевр - Эврика-86

• Название: Эврика-86
• Автор: А. Лельевр
• Жанр: Прочая научная литература

В сборнике-ежегоднике «Эврика» рассказывается о важных научных идеях, поисках, решениях минувшего года в нашей стране и за рубежом.

---

Теперь, после того как найдены месторождения нефти в Баженовской свите, сфера исследований геологовнефтяников еще больше расширилась. Работы, как говорится, непочатый край.

РУДНИК ПЛАНЕТЫ

О происхождении железомарганцевых конкреций написано уже немало. И все же до сих пор ученые не пришли к единому мнению: как это при таком ничтожном содержании марганца и железа в морской воде (тысячные и десятитысячные доли миллиграмма в литре) формируются грандиозные запасы руд в сотни миллиардов тонн в виде камней, лежащих на морском дне? Объяснения выдвигались всякие. Тут и химическое осаждение железа и марганца непосредственно из морской воды, и деятельность подводных вулканов, и микробиологическое осаждение рудного вещества… Однако все эти представления, как правило, были слабо обоснованы с физико-химической стороны. Особенно загадочно образование конкреции именно на границе раздела "донный осадок — вода", будто там

существует некий геохимический барьер. Изучением этого барьера и решили заняться исследователи из МГУ. И тут выяснились удивительные вещи.

На океанское дно постоянно осаждаются продукты жизнедеятельности морских организмов. На глубине четырех-шести тысяч метров — там, где обнаруживают железомарганцевые конкреции, — поток органического углерода составляет около 0,2 грамма на квадратный метр в год. Зная скорость накопления осадков-1-3 миллиметра за тысячу лет, можно подсчитать, сколько должно содержаться в них органического углерода: 5-10 процентов. Между тем в «слежавшемся», консолидированном осадке углерода всего 0,2–0,3 процента. В чем тут дело? Органические соединения, считают ученые, «сгорают», окисляются в тонком, всего в несколько миллиметров, поверхностном слое, то есть на границе раздела «вода-осадок». Значит, здесь идут интенсивные химические процессы.

Как же они связаны с образованием конкреций? Упрощенно это можно представить так. Придонная вода обладает окислительными свойствами, а тонкий поверхностный слой — восстановительными. При прохождении через него осадочного материала железо и марганец переходят в подвижные водорастворимые формы и, диффундируя затем в придонные воды, окисляются и превращаются в твердые соединения. Такой цикл: "осаждениерастворение — новое осаждение" повторяется многократно, обогащая раз за разом осадочный материал. Так в нем и накапливаются железо и марганец.

Вроде бы механизм ясен… Однако выдвижение научных концепций, объясняющих загадочное происхождение железомарганцевых конкреций, продолжается. Вот еще одна, разработанная в Геологическом институте АН СССР. Авторы основывают ее на том, что минимум относительной вязкости морской воды приходится на

72

бины 5–6 километров, где как раз и сосредоточено больше всего конкреций. Это благоприятствует диффузии тяжелых металлов, их потоку, накоплению на поверхности твердых частиц — гидроокислов марганца. Таким образом, полиметаллические конкреции образуются за счет поглощения тяжелых металлов из морской воды. Особая роль при этом отводится так называемым главным ионам (натрия, магния и другим).

Как видим, общепринятой точки зрег ния на механизм образования железомарганцевых конкреций пока нет. И интерес ученых к этому уникальному природному явлению по-прежнему велик. Скоро ли появится его окончательное объяснение?

МЕТАЛЛЫ ИЗ ВОДЫ

Купаясь в море, вы вряд ли задумывались о том, что плаваете в растворе цветных и благородных металлов. А ведь в каждой тонне морской воды содержится до миллиграмма таких элементов, как цинк, никель, кобальт, медь и даже серебро. Немного, конечно, но ведь океан велик.

Чтобы получить эти металлы обычными способами, необходимо дорогое оборудование и много электроэнергии. К тому же их запасы в недрах земли далеко не безграничны, а потребность в цветных и благородных металлах возрастает с каждым годом. А что, если получать их из морской воды — ведь это практически неисчерпаемый источник сырья?

Разработанный метод извлечения ценных микрокомпонентов из

ской воды позволяет довести концентрацию металлов в ней до нескольких граммов на литр. Такие установки уже работают на дальневосточных теплоэлектростанциях. В них поступает морская вода, используемая для охлаждения перегретого пара. В зависимости от металла, который надо получить, раствор пропускают через различные сорбенты. В результате двухступенчатого процесса концентрация металлов в растворе увеличивается в миллион раз. Пока производительность установки невелика. Но не надо забывать, что речь идет об очень редких и дорогостоящих металлах — рубидии и стронции. Расчеты показывают, что их себестоимость уже сейчас сопоставима с той, которая получается при обычных способах добычи. А в будущем извлечение редких металлов из морской воды станет, по-видимому, экономичнее, чем добыча из руды.

ОЛЕДЕНЕНИЕ АНТАРКТИДЫ, ИЛИ ЧТО СЧИТАТЬ КАТАСТРОФАМИ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

В первой половине XIX века среди геологов и биологов получили широкое распространение взгляды о медленном и постепенном развитии природы Земли. Эти взгляды пришли на смену "теории катастроф" Жоржа Кювье. За огромные периоды геологического времени постепенно поднимались горы и так же постепенно реки день за днем размывали их. Примитивные организмы усложнялись, пока через длинную вереницу предков не возник наконец человек. Постепенно заполнялись пробелы в геологической летописи, и

стройная картина развития Земли была уже близка к завершению. Казалось, что сбывается предвидение основоположника научной геологии Чарлза Лайеля, сделанное еще в 1830 году: "Порядок в природе, с самых ранних периодов, был однообразен в том смысле, в каком мы считаем его однообразным и теперь, и надеемся, что он останется таковым и на будущее время".

И все-таки катастрофы были! Даже после самых полных и подробных исследований в целом ряде случаев не удалось проследить плавного перехода от одних условий к другим. Несколько раз признаки резких изменений отмечались одновременно в пределах всей Земли. На протяжении последнего миллиарда лет наибольшее значение имели четыре великие катастрофы — 650, 230, 65 и 35 миллионов лет назад.

Первая из них была связана с самым большим в истории Земли оледенением. Его следы найдены на всех материках, кроме Антарктиды, которая и теперь покрыта ледниками и поэтому плохо изучена. Есть признаки оледенения и в экваториальных районах. Могут возразить материки движутся, и те районы, которые сейчас находятся на экваторе, когда-то были вблизи полюсов. Но теперь научились определять широту древних материков. Оказалось, что Шотландия и Белоруссия, где обнаружены ледниковые отложения с возрастом около 650 миллионов лет, в то время находились на экваторе. Значит, ледники тогда доходили до экватора. До этого Солнце давало тепла на несколько процентов меньше, чем теперь. Но в атмосфере было гораздо больше углекислого газа, и парниковый эффект согревал Землю. В океанах появились растения (синезеленые, а потом и «настоящие» водоросли), они потребляли и разлагали углекислый газ и, "съев собственное одеяло", довели Землю до почти полного оледенения. В результате многие

водоросли вымерли, и «одеяло» постепенно восстановилось.

Вторая катастрофа произошла 230 миллионов лет назад, вскоре после еще одного крупного оледенения. Оно не было всемирным и охватывало только полярные и часть умеренных широт Южного полушария. С оледенениями, как теперь доказано, связана засушливость климата. Вода океанов поступала в огромные заливы, окруженные пустынями, и испарялась в них. Соли выпадали в осадок. Один из таких заливов находился на востоке ВосточноЕвропейской равнины. Соль уходила из океана, вода же в ходе своего великого круговорота возвращалась в него. В результате соленость вод океана сильно понизилась. Не все морские организмы смогли пережить это. По некоторым данным, вымерло 97 процентов организмов, обитавших до этого в морях и океанах. Наземной фауны и флоры катастрофа не коснулась.

Шестьдесят пять миллионов лет назад произошло самое загадочное событие в геологической истории. Внезапно вымерли динозавры и другие гигантские рептилии, господствовавшие до этого более ста миллионов лет. Вместе с ними вымерли заселявшие моря аммониты, белемниты и многие виды микроскопических организмов. Предложены десятки гипотез, объясняющих вымирание, но среди них нет ни одной, которая была бы убедительной, с точки зрения всех или хотя бы большинства исследователей. Теорию вымирания динозавров еще предстоит создать.

В мезозое, когда жили динозавры, на всей Земле господствовал теплый климат. Вода на поверхности океанов и в полярных районах имела температуру 15, а иногда и 18 градусов. Примерно такие же условия господствовали и в начале кайнозоя — "века млекопитающих" — до 35 миллионов лет назад. Но потом очень быстро, почти мгновенно (в масштабах геологического времени это «мгновенье» длилось около ста тысяч лет) температура