Ферсман первым стал очень широко использовать в геохимии периодическую систему элементов. Он придал таблице Менделеева геохимическую форму, стремясь выявить соответствие химического строения земной коры и структуры атомов. Некоторые закономерности он отмечает, однако вряд ли можно их считать принципиальными.
Вообще, в изложении материала ощущается некоторая хаотичность поисков, перегруженность работы различными таблицами и графиками, сведениями из атомной физики.
При чтении возникаег такое чувство, будто стараешься разглядеть контуры какого-то величественного здания сквозь загораживающие его густые строительные леса.
Особо выделяет Ферсман понятие эффективных радиусов ионов, которые ввел в геохимию Гольдшмидт. Это такое расстояние, при котором взаимное притяжение двух противоположно заряженных ионов определяет судьбы химических элементов (способность элементов принять в кристаллические решетки те или иные минералы, участвовать в их строении).
В своем изложении Ферсман старается не отступать от главного принципа учебного курса: необходимо ознакомить слушателя (читателя) с основами данной науки. Делает он это на самом высоком научном уровне, сообщая новейшие (по тем временам) факты, гипотезы, обобщения. И совершенно не стремится выделять, подчеркивать собственные идеи, постоянно ссылаясь на других исследователей и высоко оценивая их достижения (подобная позиция вообще была свойственна Ферсману).
Одним из центральных в геохимии он считает понятие "кларк" относительное количество атомов того или иного элемента в данном космическом теле или его части. Он ввел это понятие в 1923 году, назвав его по имени американского геохимика, первым подсчитавшего распространенность элементов в земной коре.
Ферсман сам произвел уточненные подсчеты кларков для разных сфер Земли (гидросферы, биосферы), а также построил целый ряд таблиц химических элементов, в том числе и Менделеевскую, с указанием кларковых чисел.
Такое большое внимание к законам распространения хинических элементов в геосферах совершенно оправдано.
Ведь па Земле в отличие от лабораторных условий характер химических реакций зависит пе только от термодинамической обстановки, но и от "естественных", природных масс веществ, вступающих в соединения. В лаборатории пропорции реагентов определяет экспериментатор. На планете таким "экспериментатором" является природа.
Это и учитывают кларковые числа.
Скажем, первые три самые распространенные (по числу атомов) в земной коре элементы - О, Н, Si - составляют, по Ферсману, 86,70 %, первые девять - добавляются Al, Na, Mg, Ca, Fe, К - 98,81 %, а первые двенадцать - С, Ti, С, Сl - 99,64%. Одно уж это ясно показывает, насколько своеобразна великая химическая лаборатория Земли.
Например, в ней явно преобладают элементы с четным атомным числом. Без учета подобных закономерностей познать ее деятельность невозможно...
Впрочем, не менее важно понять, почему кларки имеют такие значения. Однако на этот вопрос до сих пор пет однозначного ответа.
Итак, Ферсман очень широко использует кларковые числа. В то же время он не ограничивается химией Земли, а подвергает геохимическому анализу состав небесных тел и "пришельцев из космоса" - метеоритов. Развивая свои идеи, высказанные десятилетием раньше, он рассматривает геохимию как часть космохимии, изучающей химическое строение и эволюцию космических объектов.
Он не торопится делать "основополагающие" обобщения и выдвигать скороспелые теории. Честно признается:
"Наши знания по химии космоса лишь сейчас начинают сливаться в отрывки общей картины. Никакая стройная и научно обоснованная теория еще не может быть построена" [Ферсман А.Е. Геохимия. Л., 1934, т. I, с. 232].
Переходя к описанию Земли, Ферсман вслед за Вернадским характеризует планету по ее сферическим оболочкам, геосферам. Каждая из них отличается не только составом, но и особенностями среды, в которой протекают реакции: межзвездное пространство - стратосфера - тропосфера - биосфера (область жизни) - гидросфера - кора выветривания - осадочная оболочка (стратосфера) - метаморфическая - гранитная - базальтовая - периодотитовая.
Отличия оболочек очевидны: по состоянию вещества, давлению, температуре и т. д. Ферсман приводит кларки и для каждой оболочки, и для их частей. Например, для разHbix видов горных пород, а также для живого вещества (совокупности всех организмов) и даже для промышленности. Он, можно сказать, построил декорации и охарактеризовал главных действующих лиц глобального "спектакля" химической жизни Земли. Осталось проследить, как развивается действие. Этому посвящен второй том "Геохимии".
В первом томе геохимия Земли представлялась как бы застывшей, статичной. Во втором на первый план вышло движение атомов, геохимическая динамика. Глобальные перемещения вещества планеты называются миграцией.
От чего зависит геохимическая миграция? От свойств атомов соответствующих соединений и физико-химических условий в окружающей среде. Ферсман подробно исследует закономерности геохимической миграции. Верный своему принципу, он не ограничивается земными процессами, занимаясь и космохимией, миграцией вещества в звездах. Но конечно, главное внимание уделяет земным факторам.
Последовательное изложение материала требовало от Ферсмана постоянных и довольно-таки утомительных перечислений, простоты и сухости стиля. Тем, кто знаком только с его блестящими популярными работами, стиль "Геохимии" покажется трудным и скучным, совершенно не "ферсмановским". Однако надо учесть, что Ферсман в первую очередь был профессиональным ученым. Популяризаторская его деятельность оставалась только увлечением, на которое он мог уделять время урывками, главным образом в периоды болезни, когда врачи запрещали более трудоемкие занятия.
Но вот что интересно отметить. В "Геохимии" постоянно ощущается своеобразный стиль Ферсмана. Не в смысле узко литературном - как особенности письма, структуры фраз, выбора слов и образов, а в широком понимании стиля - как выражения особого склада ума и характера. Это заметно уже в том, что постоянно, даже рассказывая о далеких звездах, строении атома или химических законах, автор остается минералогом, чувствуется, что его интересуют в конечном счете именно земные процессы, жизнь минералов. И еще. Он прекрасно ориентируется в самых разных науках, проявляя энциклопедические знания. В то же время хорошо улавливает различия научных методов. Тан, анализируя ход химических реакций в земных условиях, Ферсман обращает особое внимание на проблему геологического времени.
Обычно химические реакции записываются в виде уравнений без учета времени реакции. Тут важен результат. Для геохимии все обстоит иначе. Геохимические взаимодействия (реакции) могут растягиваться на годы, тысячелетия, миллионолетия. Здесь чаще всего важны не исходные и конечные состояния, а промежуточные,
Казалось бы, вывод этот вполне естественный. А ведь наиболее полно и последовательно первым сделал его Ферсман. Возможно именно потому, что он острее, чем другие крупнейшие геохимики мира, ощущал связь законов химии с законами бытия минералов, с природными условиями Земли. Не просто понимал эту связь как теоретик, но и наблюдал ее на практике, на полевых работах, среди хибинских туудр и среднеазиатских пустынь, жадно вглядываясь в камни, кристаллы, мысленно восстанавливая их геологические судьбы.
И еще одна особенность подхода Ферсмана к проблемам геохимии: нацеленность - в ближней или дальней перспективе - на практическую пользу в связи с поисками полезпых ископаемых. Вот, например, Вернадского более интересовали общенаучные и философские аспекты геохимии.
Было бы неразумно оценивать, какой из двух подходов лучше, тем более что оба ученых интересовались в теоретическими, и практическими проблемами, но только в равных пропорциях. Общетеоретические вопросы, как известно, могут иметь очень ценные практические следствияА практика предоставляет прекрасный материал для теоретических обобщений. Просто мы должны отметить одну из важных черт научного стиля Ферсмана, взаимосвязь теории с практикой.
Памятуя о практике, Ферсман всегда оставался теоретиком. В этом и заключается суть его "Геохимии". Многие теоретические выводы, сделанные в ней, исключительно плодотворны.
Анализируя геохимическую миграцию, он вводит, в частности, понятия "гипергенез", "сингенеа", "катагеневу и "диагенез". Новых понятий он вообще вводит очень много, на что указывали его критики. Но это он делает не из пристрастия к сложным терминам или своим собственным словообразованиям. Он обращает внимание геохимиков на явления, прежде изучавшиеся слабо, недостаточно полно и глубоко.
Гипергепез - воздеиствие па горные породы физикогеографических агентов, поверхностных сил. "Область геохимических процессов гипергенного типа характеризуется сложными химическими и физическими взаимоотношениями атмосферы, гидросферы и верхних частей литосферы, исключительным непостоянством определяющих ход реакций факторов, ролью жизненных процессов и процессов технической деятельности человека" '. Особенности гипергенеза в разных районах Земли связаны с географической зональностью, климатом, типами почв, характером растительного покрова, хозяйственным освоением территории.
В зоне гипергенеза происходят химические и физические изменения горных пород, накапливающихся на дне водоемов (увеличение плотности, уменьшение содержания воды и т. д.). Эти изменения Ферсман назвал диагенезом. После того как сверху таких "свежих" осадков накапливаются новые слои, начинается этап последующих изменений - катагенез...
Надо заметить, что действительно при чтении "Геохимии" складывается впечатление, будто автор вводит слишком много новых понятий, использует свою собственную терминологию, очень осложняющую понимание материала. Но как бы то ни было, объясняется такое "излишество" очень просто: ученый открывал новые области науки, привлекал внимание исследователей к малоизученным проблемам геохимии. В частности, к проблемам гипергенеза. Во времена Ферсмана они изучались геохимиками вскользь, непоследовательно. А после его работ на основе геохимии гипергенеза возникли новые, ныне обособившиеся области знания: геохимия ландшафта, геохимическая экология, геохимия биосферы.
Впрочем, о биосфере Ферсман упоминал сравнительно немного. Учение о биосфере разработал Вернадский. Возможно, именно поэтому геохимическая деятельность организмов Ферсманом охарактеризована бегло: преобладают ссылки па труды Вернадского. Не исключено, что было бы наиболее просто и точно считать гипергенными все геохимические процессы, протекающие в биосфере.
Однако Ферсман так не писал, предпочитая другие формулировки.
Представления Ферсмана о гипергенезе привели его к одной замечательной идее, к обоснованию и первой разработке теории техногенеза - геохимической деятельности человечества. К этой теории мы еще вернемся. А сейчас обратим внимание на одну небольшую оговорку автора, сделанную в начале второго тома "Геохимии". Там приведено высказывание Гете: "Старый фундамент будем уважать, но нельзя лишить нас права каждый вопрос иногда и нацело пересматривать". А затем авторская ремарка:
"Сейчас я совершенно убежден, что слова Гете очень скоро должны быть применены и к настоящему тому...".
ГЕОХИМИЯ (НОВАТОРСКАЯ)
По-настоящему новое можно добыть только в том случае, если вы готовы в решающем месте покинуть основы, на которых покоилась прежняя наука, и прыгнуть, в известной мере, в пустоту.
В. Гейзенберг
Так уж случилось, что самым резким, непримиримым критиком первых двух томов "Геохимии" Ферсмана стал...
сам автор. Случай редчайший в истории науки. Пятидесятилетний ученый, написав значительную часть задуманной им фундаментальной работы, вдруг не то чтобы остановился на полдороге, а решительно изменил направление, стал по-новому переосмысливать основы науки, которой он занимался четверть века.
"И том первый и еще в меньшей степени том второй моей "Геохимии" не могли удовлетворить меня своим анализом: они вылились как бы в систематизированный обзор самих фактов и явлений, определяющих ход геохимических процессов, но не давали настоящего геохимического освещения природных явлений, не входили в их анализ с точки зрения строения атома и его оболочек".
До сих пор его изложение геохимических проблем оставалось внутренне не организованным, не нанизанным на единую идейную нить, как бы на одну сюжетную линию.
Изложение рассыпалось на отдельные части, было рыхлым, лишенным прочного внутреннего костяка.
Открыв для себя эту основу, стержень, Ферсман не мог продолжать начатый ранее труд, а стал писать его заново.
Теперь он переосмысливал материал с позиций энергетики природных объектов и явлений: атомов, кристаллических решеток, застывающих расплавов, геосфер, распространенности и миграции химических элементов.
"Я чувствую огромную ответственность за этот решительный шаг, - отметил Ферсман, - но пытаюсь дерзать своей мыслью и своими исканиями. Я прекрасно понимаю, что тот уровень научной истины, на который я пытаюсь сейчас стать, будет очень скоро заменен новым, более глубоким и более устойчивым решением, - такова судьба и задача всякой научной работы. Но в своем решении я хотел бы руководствоваться прекрасными словами Фритьофа Нансена (1926) и "Только движимое фантазией исследование является действительно продуктивным, идет смело вперед и достигает цели".
Я хочу тем не менее в этой книге остаться натуралистом, точные эмпирические наблюдения и факты поставить в основу моих построений и сами построения так приспособить к объяснению природных условий, чтобы можно было их легче отбросить, когда новые факты, точно наблюденные и точно сопоставленные, вырастут за пределы старых идей" [Ферсман А. Е. Избранные труды. М" 1958, т. IV, с. 7].
Эти слова Ферсмана вводят нас, как принято говорить, в творческую лабораторию ученого (почему-то о творческой лаборатории говорят обычно, имея в виду деятелей литературы, искусства, как будто научные поиски - это не творчество!).
Не станем пытаться на нескольких страницах пересказать содержание двух объемистых и насыщенных научной информацией томов "Геохимии". Даже в случае успеха нам не удается лучше попять особенности Ферсмана-ученого, чем это можно сделать на основе приведенной выше выдержки из его предисловия к этим томам, тем более что для более или менее верного и полного пересказа не хватило бы и целой книжки.