Матвей Бронштейн - Солнечное вещество
Рождение гелия из нитона было доказано.
СКОЛЬКО ЛЕТ КЛЕВЕИТУ?
Нитон превращается в гелий. А как же уран и торий? Ведь химики уже очень давно имели дело с этими металлами, и никто не заметил, что они превращаются в гелий. А если так, то нет ли какой-нибудь ошибки в утверждениях Резерфорда и Содди о том, что гелий рождается не только в нитоне, но и в уране и в тории?
Резерфорд и Содди продолжали настаивать: никакой ошибки нет. Разница между ураном и нитоном та, что нитон превращается в гелий
быстро — в течение нескольких дней, а уран очень медленно. Потому-то никто до сих пор и не заметил превращения урана в гелий.
Содди взял большую колбу, наполнил ее веществами, содержащими уран, и тщательно удалил все газы, которые были растворены в этих веществах. Затем он закрыл колбу — так, чтобы никакие газы не могли проникнуть туда извне. А через год он снова исследовал содержимое колбы и обнаружил, что в ней появился гелий, которого раньше не было. Правда, гелия было очень мало — всего лишь одна десятая часть кубического миллиметра, — но для чувствительного спектроскопа и этого оказалось довольно. Содди явственно увидел желтую спектральную линию гелия. Значит, из урана тоже рождается гелий.
В колбе у Содди была тысяча граммов урана. А извлек он из колбы всего только десятую часть кубического миллиметра гелия.
Крохотный пузырек гелия — это все, что получилось из килограмма урана за год. Весит этот пузырек всего лишь одну пятидесятимиллионную долю грамма. Вот как медленно превращается уран в гелий: из каждой тонны урана ежегодно образуется всего лишь две сотых миллиграмма гелия!
Нет ничего удивительного в том, что химики до Содди не смогли заметить превращения урана в гелий. Содди заметил гелий только потому, что он его искал.
Но если уран превращается в гелий так медленно, то почему же в минералах, содержащих уран, находят иногда большое количество гелия?
Ответ ясен: потому, что эти минералы лежат в земной коре очень давно — миллионы, а то и сотни миллионов лет.
Гелий, найденный Рамзаем в клевеите, это гелий, возникший из урана. А гелий, который извлекают из торианита, это гелий, возникший из тория и из урана (в торианите есть и торий, и уран).
Сколько же лет пролежали в земле клевеит, торианит, фергусонит, монацит, прежде чем попали в руки человека?
Геологи не могли ответить на этот вопрос.
За них ответили физики после того, как узнали тайну рождения гелия.
ФИЗИКА УЗНАЕТ ВОЗРАСТ ЗЕМЛИ
Английский физик Стретт[17] взял кусок минерала гематита. Минерал был добыт из пластов земной коры, хорошо исследованных геологами. По окаменелым остаткам животных и растений геологи давно изучили эпоху, в которую возникли эти пласты.
В Европе тогда было жарко, как теперь в тропиках. Всю Европу покрывали леса, но не такие леса, какие бывают в тропических странах в наше время, а совсем другие.
Рис. 15. Так выглядела Земля в каменноугольную эпоху
Вместо лиственных деревьев в них возвышались гигантские хвощи и папоротники (рис. 15). В лесах было множество скорпионов, пауков и всяческих насекомых, но нельзя было
бы отыскать ни одной птицы, ни одного млекопитающего. А о человеке и говорить нечего: на всем земном шаре тогда еще не было ни одного человека.
Эту далекую эпоху геологи прозвали «каменноугольной ».
У них не было сомнений в том, что каменноугольная эпоха была очень давно. Но как давно? Сто тысяч лет тому назад, или миллиард лет тому назад, или триллион лет тому назад? На это геологи не могли дать ответа. Ведь людей в каменноугольную эпоху не было — значит, некому было отмечать время.
Столетия и тысячелетия шли, никем не считанные. Как же сосчитать их теперь, когда они уже давно прошли?
Стретт сумел их сосчитать. Для него это была простая арифметическая задача.
Взяв кусок гематита, выкопанный из пластов, которые возникли в каменноугольную эпоху, он исследовал его состав. Оказалось, что на каждый грамм урана в гематите приходится около двадцати кубических сантиметров гелия. А мы знаем, что в каждом грамме урана рождается в год одна десятимиллионная доля кубического сантиметра гелия. Весь этот гелий полностью должен был остаться в гематите, потому что в гематите нет трещинок и пор, по которым гелий мог бы пробраться наружу. Сколько же нужно было лет, чтобы гелия накопилось двадцать кубических сантиметров, если каждый год накопляется одна десятимиллионная часть кубического сантиметра?
Ясно, что двести миллионов лет.
Следовательно, каменноугольная эпоха была двести миллионов лет тому назад.
Стретт измерил количество гелия не только в гематите, но в разных других минералах, оставшихся от всевозможных геологических эпох. И каждое такое измерение открывало ему новую дату истории Земли.
Он вычислил, что юрская эпоха — так называется та эпоха, когда млекопитающих еще не было, а по воздуху летали крылатые ящеры и зубастые птицы, — была сто миллионов лет тому назад, а самая древняя эпоха — архейская, — когда на Земле еще совсем не существовало животных, — была около миллиарда лет тому назад.
Миллионы и миллиарды лет гематит, уранинит, клевеит, торианит, фергусонит, монацит копили в себе гелий.
Измерив количество гелия, ученые установили хронологию Земли.
Минералы, содержащие уран и торий, стали хронометрами, по которым физики и геологи отсчитали не секунды, не минуты и не часы, а тысячелетия и миллионы лет.
ГЕЛИЙ НА ВОЙНЕ
Осенью 1914 года в северной Франции шли ожесточенные бои. Французы, англичане и бельгийцы медленно отступали под напором германских армий.
Однажды на рассвете английские сторожевые самолеты заметили в небе германский цеппелин[18], который плыл прямо на них, очевидно, направляясь к Парижу. О появлении цеппелина летчики немедленно донесли в штаб, и английская зенитная артиллерия встретила неприятельский воздушный корабль зажигательными снарядами.
Зажигательные снаряды — это самое верное средство истребления дирижаблей. Как только такой снаряд попадает в оболочку дирижабля, водород, которым наполнена оболочка, мгновенно вспыхивает, и дирижабль сгорает, как солома. Из ста двадцати трех цеппелинов, построенных в Германии во время мировой войны, сорок погибло от зажигательных снарядов.
Но на этот раз цеппелин не сгорел. Снаряд пробил прорезиненную ткань оболочки, и раненый дирижабль, медленно истекая газом, поплыл обратно.
Англичане недоумевали. Водород — горючий газ, водород воспламеняется от малейшей искры. Что же произошло? Отчего водород не вспыхнул? Военные специалисты долго обсуждали удивительное происшествие, но никто не мог догадаться, в чем дело.
Загадка оставалась загадкой.
Наконец британское адмиралтейство получило письмо от химика Ричарда Трелфолла, которому удалось найти решение этой головоломки.
«Я полагаю, — писал Трелфолл, — что немцы изобрели какой-то способ добывать в большом количестве гелий и на этот раз наполнили оболочку своего цеппелина не водородом, как обычно, а гелием. Гелий очень легкий газ, всего лишь в два раза тяжелее водорода. Значит, дирижабль, наполненный гелием, мало чем уступит в подъемной силе дирижаблю, наполненному водородом[19]. А в других отношениях гелий имеет огромные преимущества перед водородом. Ведь водород охотно присоединяет к себе кислород; потому-то он и воспламеняется так легко. Гелий же не соединяется ни с чем. Невозможно заставить его соединиться с кислородом, — на то он и ленивый газ. Если немецкий цеппелин в самом деле был наполнен гелием, то нет ничего удивительного в том, что зажигательные снаряды не причинили ему большого вреда».
Доводы Трелфолла звучали убедительно. Но у всех, кто прочел его письмо, оставалось одно сомнение. Гелий — очень редкий газ, а на цеппелин требуется его не меньше чем пять-шесть тысяч кубических метров. Откуда же немецкие инженеры достали его так много? Может быть, они извлекли гелий из минералов, как когда-то извлек его Рамзай? Но минералы, содержащие гелий, не дешевы. Неужели же немцы раздобыли десятки тысяч тонн монацита или торианита? Да в Германии и нет таких минералов. Монацитовый песок им пришлось бы ввозить из Бразилии, торианит с Цейлона, а время военное. Не нагружать же броненосцы бразильским песком!
Правда, существует другой источник гелия: воздух. Воздух, разумеется, есть и в Германии, его не надо привозить из чужих краев. Но зато в воздухе гелия очень мало. Холодильная машина системы Линде может в течение одного часа превратить несколько сот кубических метров воздуха в жидкость. Из этого жидкого воздуха можно извлечь два-три литра гелия. Два-три литра гелия в час, сколько же это составит в год? Не очень много: кубометров двадцать — двадцать пять. Чтобы наполнить небольшой цеппелин, холодильная машина Линде должна была бы работать несколько сот лет без перерыва. Можно, конечно, построить несколько сот холодильных машин и заставить их работать всего только год. Но и это не очень выгодно. Ведь машины дорого стоят; не дешево обойдется и топливо,
