Драконоборцы. 100 научных сказок - Николай Николаевич Горькавый

Земле, из которого состоит 12 % земной коры. Он входит во многие другие минералы в виде смесей и силикатов. С учетом этого, общая масса кварца в земной коре составляет 60 %.

– Значит, он должен быть повсюду!

– Конечно. Когда вы с Андреем играли в детской песочнице, то имели дело с кварцевым песком.

Повзрослевший Андрей покраснел и заёрзал. Он уже давно не играл в песочнице!

– Горный хрусталь – это тоже кварц. В агатовой камере видны и фиолетовые аметистовые кристаллы – и это кварц, только с примесью железа. Отметим, что сначала в агатовой камере росли прозрачные кристаллы кварца, но потом в растворе появились ионы железа, марганца и, возможно, какие-то другие примеси, и кристалл приобрёл тёмно-синюю аметистовую окраску. На самом деле происхождение цвета у кристаллов – это интересная проблема, в которой много неясного. Можно заметить, что интенсивность фиолетовой окраски тоже меняется со временем и ростом слоёв в камере: она становится то темнее, то светлее.

Внутренняя поверхность агатовой камеры покрыта светлыми крупными кристаллами кварца. Здесь виден желтоватый налёт, который может быть связан с осаждением частиц рыжей глины или с химическими процессами, в которых участвуют ионы железа и алюминия.

Геологическая история миллионов лет отражена в этой агатовой книге. И далеко не все её страницы мы прочитали или просто перевернули. Посмотрите вот на эти странные образования… – Дзинтара указала на мелкокристаллические пластины в агатовой камере, – они расположены так, что повторяют форму крупного кристалла. Когда-то в агате крупный кристалл кварца прекратил расти как единый кристалл. Возможно, из-за большого количества примесей в растворе, которые сыграли роль многочисленных центров кристаллизации, молекулы, приносимые водой, перестали надстраивать уже имеющуюся структуру кристалла и образовали на его поверхности тонкий слой из мелких кристалликов. Он оказался более устойчивым к растворению; и когда крупный родительский кристалл растаял в протекающей воде, то поликристаллический слой остался, образуя хрупкую полую структуру, повторяющую симметрию материнского кристалла. Такие кристаллические структуры называют псевдокристаллами.

– Как это – кристалл кварца растаял в воде? – удивилась Галатея. – Ведь песок не растворяется в воде! И горный хрусталь тоже.

– Растворяется, только надо очень долго ждать! – улыбнулась Дзинтара.

– У тебя терпения не хватит! – пошутил над сестрой Андрей.

Галатея и Андрей внимательно рассматривали тяжёлый агат, вглядываясь в его замысловатые слоисто-кристаллические оболочки.

– Мы взяли только один из бесчисленных примеров геологических чудес и диковин. Во Вселенной насчитывается менее сотни устойчивых атомов разного сорта или химических элементов, зато из них можно создать практически бесконечное число различных молекул. И многие из них соединяются в шесть тысяч минералов – природных химических соединений, которые обычно имеют кристаллическую или поликристаллическую структуру. Широко распространены на Земле лишь 100–150 минералов. Минералами являются и алмаз, который представляет собой кристаллическую форму углерода, и также корунд, кристаллический оксид алюминия. В каждой молекуле корунда на два атома алюминия приходится три атома кислорода…

Галатея с интересом рассматривала агат, рассеянно слушая рассказ матери.

– …Корунд с красной окраской из-за примеси хрома широко известен как рубин…

Девочка мигом насторожилась.

– …а корунд с синей окраской называется сапфир.

Глаза девочки вспыхнули неподдельным интересом к корунду. Андрей спросил:

– А гранит тоже является минералом?

– Нет. Это горная порода, сложенная из нескольких минералов класса силикатов. Горная порода – это природная смесь разных минералов или органических веществ; из этих пород и состоит земная кора, на которой мы живём. Кроме упомянутого кварца, в гранит входит полевой шпат. Этот минерал имеет очень сложный состав. Кроме атомов алюминия, кремния и кислорода он содержит атомы калия, натрия и кальция. Они сложным образом взаимодействуют друг с другом, образуя целую группу минералов, называемых полевыми шпатами. Земная кора на 50 % состоит из полевых шпатов, которые входят во многие горные породы, включая граниты и гнейсы. Зато такая горная порода, как всем известная глина, состоит в основном из мелкокристаллического минерала каолинита, в который входит оксид кремния, оксид алюминия и вода.

– Получается, – сказала Галатея, – что если взять аметист и горный хрусталь, смешать их с рубинами и сапфирами и залить водичкой, то получим просто глину?

– Не забудь – аметист и рубины надо хорошенько размолоть! – уточнил педантичный Андрей.

Дзинтара продолжила:

– Алюминий и оксид кремния могут соединиться в красивый минерал – топаз. Топаз любят ювелиры, а самые крупные его кристаллы весят до 80 килограммов. Оригинальным минералом является зелёный узорчатый малахит, представитель группы минералов-карбонатов, в молекуле которого атомы меди соединяются с атомами углерода, кислорода и водорода. Важным видом карбонатов является кальцит или известковый шпат. Простая молекула кальцита содержит один атом кальция, один атом углерода и три атома кислорода. Это самый распространённый биоминерал, который входит в состав раковин большинства беспозвоночных. Бесчисленные поколения моллюсков, умирая, оставляли свои ракушки на дне моря. Так, слой за слоем, накапливалась осадочная порода – известняк, состоящий в основном из кальцита. Типичной осадочной породой является и гипс – сульфат кальция с включением воды. Кристаллы гипса могут достигать метровой длины. В начале XX века шахтёры, работавшие в мексиканской серебряной шахте на глубине в четверть километра, пробили ход в Пещеру Мечей, как назвали её позже. Из пола этой пещеры росли огромные кристаллы гипса, похожие на волшебные мечи. Они возникли благодаря тому, что пещера была затоплена водой, которая позволяла молекулам гипса выстраиваться в такие причудливые кристаллы. Но даже сухие пещеры, в которые вода просачивается по трещинам, могут похвастаться замечательными каменными украшениями из кальцитов – сталактитами, свисающими сверху, и сталагмитами, растущими снизу.

Континенты двигались по поверхности Земли и сталкивались, вздымая с морского дна горные цепи, многие из которых целиком состояли из известняка. Например, крымская яйла сложена из осадочных пород – и на её обрыве хорошо видны слои, отражающие сотни миллионов лет эволюции биосферы нашей Земли. Если известняк подвергается внутри коры значительному давлению, то он превращается в мрамор – новую метаморфическую породу.

– Метаморфическую? – наморщила лоб Галатея.

– Это по-гречески означает – «преобразованную». Например, алмазы – это метаморфический минерал, который образуется из углерода при больших давлениях и сравнительно низких температурах. В кратерах, образовавшихся от удара крупных метеоритов, можно найти множество маленьких кристалликов алмаза. Немецкий город Нёрдлинген был построен внутри многокилометрового метеоритного кратера, возникшего пятнадцать миллионов лет назад при падении километрового астероида. На постройку города пошли камни, которых было множество внутри кратера. Когда светит солнце, стены домов и центрального собора этого города начинают блестеть мелкими искорками. Как обнаружили учёные, весь город был построен из породы, в которую вкраплены мелкие алмазы. По оценкам, в стенах города содержится свыше семидесяти тысяч тонн алмазов – правда, очень мелких, для ювелирного