Химия космоса

А.Е. Ферсман

Смотрите также:

Ферсман. Рассказы о самоцветах

ФЕРСМАН. ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ МИНЕРАЛОГИЯ

Ферсман. Путешествия за камнем

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Ферсман. Геохимия - химия земли

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Радиоактивность земли и космических тел

До открытия радиоактивности на земле мы не имели никаких прямых фактов, которые говорили бы о возможности перехода одних элементов.в другие: были по этому поводу теории, гипотезы, строились целые стройные схемы, но точное знание с полным основанием отвергало эти схемы. А между тем открытие Кюри-Складовской неожиданно совершенно изменило все наши представления о трансмутации элементов и об источниках энергии на земле.

Нельзя в этих судьбах научной мысли не видеть аналогии с тем, что мы отметили выше в предыдущем § 60. И сейчас, по отношению к космической химии точные факты не дают нам никакого материала для суждения о превращениях элементов в космических телах, но все же в такой оценке мироздания мы склонны видеть лишь временный этап познания природы, одно лишь грубое приближение к познанию истинных процессов.

Радиоактивные вещества распространены в земной коре, хотя и в относительно ничтожных количествах, но их общий баланс в экономике коры весьма значителен, благодаря постоянному выделению внутриатомной энергии в виде излучений. Сейчас мы знаем, что радиоактивные элементы по преимуществу связаны с кислыми гранитными породами, залегающиим в верхних частях земной коры, и уменьшаются с глубиною. Уже ультраосновные породы содержат в среднем в 6 раз меньше радия, чем кислые граниты, а еще глубже, на основании некоторых термических вычислений, мы должны думать, что количество радия падает до нуля. Таким образом совокупность всех наблюдений заставляет думать, что распространение радиоактивных элементов ограничивается лишь 30 — 70 клм. поверхностной пленки, а планетезимальная теория пытается объяснить это явление с точки зрения выноса на поверхность из глубин легкоплавких и наиболее богатых радием частей.

Очень мало данных имеем мы о распространении радиоактивных элементов на космических телах. Мы знаем только, и это точно установленный факт, что средняя радиоактивность каменных метеоритов равняется лишь 44 земных пород, и что радиоактивность металлических метеоритов практически равна нулю.

Из других космических тел мы знаем только кое-что насчет солнца: уран на нем весьма сомнителен, а линии радия совершенно неизвестны, хотя так часто именно к нему прибегали для объяснения солнечного тепла. Предположен был радий на одной из звезд.

Из элементарных тел, с которыми связан радиоактивный распад, один устойчивый газ гелий является действительно одним из важнейших элементов мироздания, как бы косвенно отмечая огромные накопления конечного продукта распада радиоактивных веществ. Гелий наравне с водородом отсутствует лишь в маленьких космических телах, где силы Ньютоновского притяжения не могут удержать его быстро двигающиеся молекулы. Но в крупных космических телах с большою газовою оболочкою гелий всюду присутствует, и линии его говорят об огромной космической роли, которую играет этот газ в мироздании.

Анализ теллурических процессов не позволяет нам думать о том, что явление радиоактивности является чем то исключительным, связанным только с землею. Нет никаких данных думать, что процессы дезинтеграции тяжелых атомов не идут и не могут итти на телах космических.

Совершенно особую группу явлений, связанных частично с радиоактивным распадом, представляют разного рода излучения, природа которых еще не изучена, но часть которых несомненно имеет космическое происхождение. Остается загадочным излучение высоких слоев атмосферы, особенно на высотах в 4 — 9000 метров. Еще менее ясно происхождение, так называемого, Гессовского излучения — очень жёстких Рентгеновских лучей нашего Млечного пути. Природа и этих у -лучей остается загадочною. Hep нет (1921 г.) совершенно правильно отмечает, что мироздание должно быть наполнено равными типами излучения, и что одна из ближайших задач астрофизики изучить их природу.

К этим же, частью совершенно гипотетическим, излучениям прибегает и Перрен в своей знаменитой статье «Mature et Ьштйёге». Он считает, что радиоактивный распад вызван глубинным излучением ультра-икс-лучей, сила которых изменяется с расстоянием. Отсюда и скорость распада для него зависит от ультра-икс-лучей и будет различною на различных светилах. На солнце она очень велика, и практически там распад идет очень быстро, в холодных межпланетных пространствах скорость распада близка к нулю. Для него явления радиоактивности эндо- термичны, связаны с огромным поглощением еще несхвачен- ных лучей. Впрочем, и Эйнштейн считает, что скорость распада зависит от поля тяготения, но порядок зависимости совершенно иной, чем по взглядам Перрен а.

Радиоактивность, как общее свойство материи

Таким образом фактические наблюдения не позволяют исключать радиоактивный распад из мировых космических процессов; к тем же данным приводят и теоретический .анализ явлений радиоактивности, и процессы искусственного расщепления элементов.

Хотя только 10 порядковых номеров периодической системы в ее конце (81 —92) и 2 в начале (19 и 37) заняты радиоактивными самостоятельно расщепляющимися элементарными атомами, тем не менее идея о том, что явления распада представляются общим свойством материи, является общепризнанной всеми химическими авторитетами. За это говорит и аналогия в изотопии, несомненное сходство атомистического строения всех членов периодической системы, целые числа атомных весов чистых элементов, наконец расщепление более легких нечетных атомов— все определенно указывает, что все атомы построены из первичной материи типа водорода, и что, таким образом, периодичность свойств и вся химическая и физическая характеристика атомов есть закономерный общий процесс. Мы не внаем, являются ли нерадиоактивные элементы активными, но с такою пцодолжительностью существования, что их распад оказывается нами незамеченным, может быть связанным с излучениями, не схватываемыми нашими приборами (так Hoffmann (1920 г.) думает о распаде Си). Может быть при наблюдаемых нами условиях этот распад совершенно не идет, при отсутствии какого- либо возбудителя типа тех ультра-икс-лучей, которыми П е р р е н объясняет процессы радиоактивного распада на земле и в космических телах.

Здесь мы все еще находимся в совершенном неведении, но это не мешает нам представлять генетическую связь всей Менделеевской таблицы.

Нет никакого сомнения в том, что эта идея в значительной степени подкреплена опытами разложения Рёзерфорда. Мы не будем касаться их характера, но отметим, что это расщепление вызывается а-лучами, и ему оказались подверженными лишь нечетные элементы 5, 7, 9, 11, 13, 15 (В, N, F, Na, Al, Р *) (92).

Эти нечетные элементы в условиях опыта оказались менее устойчивыми.

Явления радиоактивности нам вообще показали, что большею устойчивостью обладают атомы четные и в частности те, кои построены из гелиевых групп, и что согласно Рёзер- форду «ядро гелия обладает весьма прочной конфигурацией, которая выдерживает интенсивные возмущения, возникающие при его выбрасывании из радиоактивного атома, и что оно является одною из единиц, из которых может быть построено большинство атомов». Еще So mm erf eld отметил, что особенная устойчивость ядра гелия может быть объяснена тем, что при соединении 4 водородов получается масса вместо 4,032 -— 3,997: за счет потери массы происходит выделение энергии.

Устойчивость элемента в общем определяется продолжительностью его жизни, а эта последняя связана с его внутренним строением и является результатом определенных скоростей распада (93). Скорость распада при земных наблюдаемых нами условиях постоянна; насколько она неизменна и в космических условиях, сказать трудно, хотя Нернст (1921 г.) подсчитывает, что для влияния на распад требуются температуры в 1011 abs., тогда как по Эддингтону максимальные температуры звезд порядка 10®—107 abs. Земные давления не влияют на скорость распада в условиях эксперимента, но по Э й н- штейну гравитационное поле должно сильно влиять. По мнению Иоффе выбрасывание электрона из ядра могло бы вызываться Рентгеновскими лучами с напряжением в 600000 вольт. П е р р е н широко меняет скорость распада в зависимости от интенсивности ультра-икс-лучей.

Таким образом, на основании радиоактивных явлений, мы можем придти к следующим основным положениям, приложение которых к процессам земли и космоса является одною из величайших проблем нашего времени.

Повидимому, явления радиоактивного распада представляются общими явлениями всех атомов, построенных из- одного первичного вещества в форме более или менее устойчивых планетарных систем. Наиболее устойчивыми, вероятно, являются атомы четные и особенно кратные 4, построенные из весьма устойчивых гелиевых групп. Продолжительность жизни отдельных элементарных атомов, вероятно, может служить показателем устойчивости. Скорость распада в условиях • земли и лабораторного эксперимента постоянна, но в свете идей Перрена она изменчива в разных частях мироздания.

К содержанию книги: ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗЕМЛИ И КОСМОСА