Путешествие в прошлое

Одни из них, как, например, кислород, железо, алюминий и многие другие, обладают большой химической активностью, вступают друг с другом в бесчисленные химические соединения, образуя окружающий нас красочный мир твердых, жидких и газообразных минералов. Другие элементы встречаются в природе в свободном химическом состоянии. Таковы, например, золото, платина, газ гелий.

Атомы большинства элементов очень устойчивы. Во всех химических превращениях кислород остается кислородом, азот — азотом, никель — никелем.

Но в природе существуют также элементы — их называют радиоактивными, — которые способны самопроизвольно распадаться. Это уран, торий, радий и некоторые другие. Их свойства удивительны и необычайны.

Представьте себе, что вы пришли в лабораторию, где имеется радий. Не ищите его на полках среди многочисленных, хранящихся в банках химикатов. Он спрятан в изолированном подвальном помещении.

В металлическом шкафу лежит трубочка со щепоткой белого порошка. Этот порошок — соль радия. Радий — редкий металл, его добыча очень сложна. Чтобы получить крупинку радия, надо подвергнуть сложной химической переработке целый вагон руды, в которой он содержится.

На трубочку с радием вы можете посмотреть только издали. Брать её в руки опасно: радий испускает невидимые, очень опасные для организма лучи. При неосторожном обращении эти лучи могут причинить сильный ожог, причем действие ожога проявится не сразу, а спустя некоторое время: на коже образуются болезненные, долго не заживающие язвы. Но в ничтожных количествах радий оказывает целебное действие. Соль радия в количестве не более нескольких тысячных долей грамма может спасти жизнь больного раком. В этом случае невидимое излучение убьет клетки злокачественной опухоли, но не причинит вреда здоровой ткани.

Соли радия светятся в темноте и выделяют тепло. Щепотка этого вещества весом в один грамм может в течение часа нагреть до кипения 25 кубических сантиметров воды. Это немного — всего ¹/₈ стакана. Но тепло выделяется непрерывно. Пройдет пять, десять, двадцать лет, а порошок в трубочке всё так же будет светиться в темноте и нагревать окружающий воздух. И лишь через 1600 лет выделяемое тепло заметно уменьшится, так как к этому времени распадётся половина имеющегося количества радия: от одного грамма радия останется только полграмма.

А что происходит с распадающимися атомами радия? Они продолжают испытывать сложные превращения: сначала из них образуются лёгкий газ гелий и тяжёлый газ радон. Радон тоже радиоактивен. Уже к концу четвёртого дня распадается половина его атомов, образуются всё новые вещества, «живущие» то несколько лет, то несколько минут, то ничтожные доли секунды. Эта цепь превращений завершается образованием устойчивого элемента — свинца.

Но сам радий образуется в земле в результате радиоактивного распада элемента урана. Энергия, скрытая в недрах атомов урана, фантастически велика: один килограмм этого тяжёлого металла может дать столько энергии, сколько её получается при сжигании 1700 тонн бензина! Но выделяется она в природных условиях чрезвычайно медленно и незаметно. Любое количество урана уменьшается наполовину лишь по прошествии четырёх с половиной миллиардов лет.

В наши дни учёные нашли способ использовать энергию деления ядер урана. Его энергия нагревает реактор первой в мире атомной электростанции, построенной в Советском Союзе.

Радиоактивные элементы рассеяны во всей земной коре. Они находятся в почве, по которой мы ходим, в камне, скатившемся со склона горы, в целебной воде минерального источника. Содержатся они обычно в ничтожных количествах. Лишь с помощью точного химического анализа можно обнаружить их присутствие в каком-либо минерале.

Радиоактивные вещества рассеяны в недрах земли неравномерно. В сравнительно лёгких породах, например в гранитах, их больше, чем в тяжёлых глубинных породах, например в базальтах. Но и в гранитной оболочке земного шара, имеющей толщину 30–40 километров, распределены они тоже неравномерно. Радиоактивные элементы обладают способностью мигрировать, то есть странствовать в природе.

В одних местах они рассеяны в ничтожных количествах, в других заметно скапливаются. Очевидно, что там, где их больше, выделяется больше тепла.

Если очаг нагрева расположен на глубине десятков километров, накапливающееся тепло не может выйти наружу. Тепловая энергия начинает разогревать каменные породы. Разогрев происходит очень медленно, но непрерывно в течение сотен тысяч и миллионов лет. В конце концов породы раскаляются, температура их достигает тысячи и более градусов.

Сжатые огромным давлением вышележащих пластов, раскалённые породы находятся в твёрдом состоянии. Но иногда в земной коре образуется над зоной нагрева трещина. Тогда давление в этом месте уменьшается, раскалённые породы быстро расплавляются, из них бурно выделяются газы.