Замечательное качество: в густом лесу геологических проблем распознавать пути, ведущие далеко вперед, забытые или не увиденные другими.
Говоря о коллоидах, Вернадский отмечал у них как бы две формы существования: близ земной поверхности, где находятся живые организмы, и глубже — в земной коре. Здесь они часто образуют псевдоморфозы, то есть заполняют формы, свойственные другим минералам или телам.
Псевдоморфозы разнообразны.
Некогда в шахте погиб рудокоп. Каково же было изумление шахтеров, когда шестьдесят лет спустя они наткнулись под землей на человека, сплошь состоящего из сернистого железа! Эта псевдоморфоза вошла в историю под именем пиритового человека.
Нередки псевдоморфозы древних деревьев. Эти деревья жили, шумели листвой десятки миллионов лет назад. В твердом коллоиде опале, заменившем с годами древесину, сохраняется даже микроскопическое клеточное строение.
Псевдоморфозы редко имеют практическое значение. Но для науки они очень ценны. По ним можно восстановить проходившие когда-то под землей химические реакции. А еще, как особо отметил Вернадский, псевдоморфозы указывают на иные, чем ныне, природные условия, существовавшие в той или иной местности.
Отдаленно напоминает псевдоморфоз другое интересное явление — изоморфизм. На него обратили внимание еще в начале прошлого века: многие одинаковые по форме минералы (изоморфные) могут различаться по своему химическому составу. Позже было высказано предположение: изоморфизм — это образование твердых растворов. В кристаллах, как и в жидкостях, одни атомы могут смешиваться с другими, но не при свободном перемещении, а в точках пересечения невидимых линий кристаллических решеток. Подобные твердые смеси элементов широко распространены в природе. Они придают характерные черты одним и тем же минералам, находящимся в разных месторождениях: примеси обычно отличаются между собой. Так, вода каждого моря имеет индивидуальный химический состав. Хотя в общем воды всемирного океана более или менее однородны.
Вернадский выстроил изоморфные ряды химических элементов, способных давать «кристаллические растворы». Еще в 1909 году, когда идея «кристаллических растворов» не пользовалась популярностью среди натуралистов, Вернадский перенес ее из химии в геологию.
Как растение, приспособившееся к новой среде, идея, перейдя из одной науки в другую, приобретает новую форму. В химии особенности изоморфных рядов определялись в зависимости от типов химических соединений. В геологии для природных изоморфных рядов на первое место выходят внешние условия: температура, давление, силы молекулярные и электрические. Для земной коры характерны именно твердые растворы, потому что химически чистые вещества здесь образуются чрезвычайно редко.
Изоморфизм и парагенезис минералов помогают геологу понять условия образования месторождений полезных ископаемых, особенности жизни земной коры. Вернадский, можно сказать, сквозь кристаллы и лабораторные реактивы видел всю Землю. В минералогии он занимался не только общими проблемами. Наиболее знамениты его исследования соединений кремния — самых распространенных минералов на Земле. По подсчетам Вернадского, земная кора (до глубины 16 киломегров) на восемьдесят пять процентов состоит из силикатов.
Один из известнейших минералов, входящий в состав многих горных пород, — кварц — окись кремния. На основе окисла кремния, как считалось, образуются разнообразные минералы, и в числе их большая группа, содержащая алюминий.
Вернадский разработал оригинальную теорию строения этих соединений. В ее основе — идея существования сложных алюминиево-кремниевых кислот. В них водород может замещаться металлами. Соли этих кислот получили название алюмосиликатов. Так могут образоваться очень сложные по составу минералы.
В зоне выветривания под действием внешних агентов (воды газов, живых существ, солнечных лучей) алюмосиликаты разлагаются. Из них выносятся металлы. В виде конечного продукта остается минерал каолинит, содержащий кремний, алюминий, водород и воду (сейчас считается, что вместо воды в каолине находится гидроксильная группа ОН). Вернадский предположил, что кристаллическую основу алюмосиликатов образует особая, сложно построенная замкнутая конструкция атомов, содержащая алюминий-кислородные и кремне-кислородные группы (комплексы). Эту конструкцию он назвал каолиновым ядром. Замкнутая (кольцевая) структура ядра обеспечивает ему высокую устойчивость.
Идею каолинового ядра Вернадский разрабатывал, как и многие другие свои идеи, очень долго. Высказав ее в конце прошлого века, он неоднократно возвращался к ней, дополняя и уточняя ее. Интересно, что статью 1928 года он заканчивает не общими выводами, как принято, а вопросами (шесть вопросительных знаков в восьми последних предложениях!). Два вопроса относятся к самой гипотезе каолинового ядра. Вернадский верил в нее, но не хотел, чтобы кто-то принимал на веру его выводы. Напротив, он призывал осмыслить их критически.
Знаменательна последняя фраза статьи: «Эта возможность ставить новые научные проблемы делает законным введение новых воззрений вместо старой теории строения алюмосиликатов». Мысль верная. Бесплодны для науки теории, которые претендуют на полное объяснение природных явлений, но не открывают исследователю новых горизонтов неведомого.
Между прочим, в более поздней статье (1938) Вернадский высказал мнение, что кольцевые структуры, подобные каолиновому ядру, имеются и у других минералов. И вновь в конце статьи вопросы. Вернадский постоянно, целеустремленно углублялся в трудную проблему строения земных силикатов и алюмосиликатов. Он вел в этом случае, как принято говорить, узко специальные минералогические исследования.
Впрочем, верно ли называть их узко специальными? Углубляясь в тему, он не ограничивал ею свой умственный горизонт. Узкие исследования были для него, в конечном счете, ступенями ведущими вверх, к новым вопросам и поискам, на более высокий уровень познания, открывающий еще более далекие перспективы.
Характерно начало одной из его «частных» минералогических работ: «Изучение природных силикатов и алюмосиликатов далеко выводит нас за пределы минералогии».
ATOM
«Геохимия изучает химические элементы — т. е. атомы — земной коры и насколько возможно земного шара. Она изучает их историю, их распределение во времени и в пространстве. Она резко отличается от минералогии, изучающей в том же пространстве и в том же времени лишь историю соединений атомов — молекулы и кристаллы».
Нам, современникам атомных реакторов, атом предстает как реальность, как старый знакомый, как нечто само собой разумеющееся. И нет ничего особенного в определении Вернадским предмета геохимии. К тому же термин «геохимия» появился еще в середине прошлого века, когда в 1838 году швейцарский ученый Шенбейн предложил исследовать химическую природу вещества Земли, Позже о том же говорил в своих лекциях и работах Д. И. Менделеев. А в начале нашего века был опубликован классический труд американского минералога Ф. Кларка, где были обобщены сведения о химическом составе всей земной коры и ее отдельных частей. Обычно считается, что с выхода в свет этой работы началась геохимия.
Однако еще раньше, в конце XIX века, Вернадский в своем университетском курсе минералогии заложил основы этой науки. Рассматривая историю минералов от их рождения до распада, а затем до следующих синтезов, Вернадский не мог ограничиться изучением одних лишь химических соединений (минералов). Он рассматривал их составные части — химические элементы.
Предмет геохимии был налицо, и разработка основных проблем досгигла большой полноты и детальности. Не употреблялось только название новой науки — геохимия. Ну что же, главное — сущность науки, а не имя.
Влияние Вернадского явно сказалось на первом курсе лекций по геохимии, прочитанных А. Е, Ферсманом в Москве (опубликованы в 1914 году в журнале «Природа»). «Кипит лаборатория природы, — писал Ферсман, — в разных уголках ее на тысячи способов идут химические реакции… Общие законы физики и химии направляют эти реакции, а тысячи различных деятелей, то едва уловимых, то огромного значения, влияют на их характер». Задача геохимика — исследовать эти реакции, системы химических равновесий и определяющие их природные явления. Об этом же писал Вернадский в «Истории минералов», а раньше говорил в своиx лекциях. Почему же тогда сам Вернадский только в 1923 году четко сформулировал основную задачу геохимии — изучение истории атомов земной коры?