Теги: химия журнал журнал химия и жизнь
Год: 1984
Текст
-=J«^-^f vi-iA 3»л
«Iffi
t •''■ту *
A n.\*
*r
. y* ■
a".
^
химия и жизнь
издается
с 1965 годе
Ежемесячный научно-популярный журнал Академии наук СССР
№ 2 февраль
Москва 1984
К 150-летию си дня
рождения Д. И. Менделеева
Н. М. Эмануэль. ОТ МЕНДЕЛЕЕВА ДО НАШИХ ДНЕЙ 2
НЕОТПРАВЛЕННОЕ ПИСЬМО 6
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ 9
Г. Н. Флеров. ЗА УРАНОМ 11
Ресурсы
Технология н природа
Земля и ее обитатели
Гипотезы
Проблемы н методы
современной науки
Гипотезы
Справочник
Обзоры
Страницы истории
С. А. Вольфсон. СЕРЬЕЗНЫЕ СДВИГИ
Ю. П. Пармузнн. ОСЬ КОНТИНЕНТАЛЬНОСТИ
С. Старикович. РАНГИФЕР
И. Р. Пригожий. «МЫ ТОЛЬКО НАЧИНАЕМ
ПОНИМАТЬ ПРИРОДУ»
Б. В. Гладков. СЕКРЕТ ЗВУКОРЯДА
Я. Голованов. ЗАОБЛАЧНАЯ ИНДУСТРИЯ
С. С. Янушонис. САМОФОРМИРОВАНИЕ
Л. И. Верчовский. ЭТЮДЫ О БИОЛОГИЧЕСКОЙ
ПАМЯТИ
П. Катинин. ПРАЩУР ПОД МИКРОСКОПОМ
И. М. Скурихин. ХЛЕБ И КРУПЫ
1 Г. И. Фукс |. САМЫЙ МАЛЕНЬКИЙ КУСОК,
САМАЯ МАЛЕНЬКАЯ КАПЛЯ...
К. В. Вендровский. «МОЖЕТ ТОТ, КТО ДУМАЕТ,
ЧТО МОЖЕТ»
16
22
28
41
45
48
57
64
70
71
74
87
БАНК ОТХОДОВ
НА ОБЛОЖКЕ —
рисунок Ю. Ващенко к статье
«Рангифер»
НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ
ОБЛОЖКИ — портрет
Дмитрия Ивановича Менделеева
работы его друга, известного
русского художника
И. Л. Ярошенко
21
ОБОЗРЕНИЕ
ИНФОРМАЦИЯ
КОНСУЛЬТАЦИИ
ПРАКТИКА
КЛУБ ЮНЫЙ ХИМИК
ИЗ ПИСЕМ В РЕДАКЦИЮ
КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ
ПИШУТ, ЧТО...
ПЕРЕПИСКА
38, 44
40, 56
56
62
80
86
93
94
96
JQ
a
/A
a ~jLy
27 января (8 февраля по hoboiv у г~ } исполнилось 150 лет со дня рождения Дмитрия
Ивановича Менделеева — великого русского ученого, имя которого связано, прежде всего,
с созданием Периодического закона, определившего последующее развитие всего
естествознания. Научная и общественная деятельность Менделеева столь обширна и столь
значительна, что и сегодня, изучая его нн< ледие, то и дело обнаруживаем, что многим из того,
чего достигла химическая наука и промышленность, мы обязаны именно Дмитрию
Ивановичу Менделееву.
От Менделеева
до наших дней
Академик Н. М. ЭМАНУЭЛЬ
Химия, как физика и биология,
относится к фундаментальным наукам,
составляющим основу современного
естествознания. В своих знаменитых «Основах
химии» творец Периодического закона
Дмитрий Иванович Менделеев дал
следующее определение химии:
«Ближайший предмет химии составляет
изучение однородных веществ, из сложения
которых составлены все тела мира,
превращений их друг в друга и явлений,
сопровождающих такие превращения». И
это определение не утратило своей
силы до сих пор, поскольку превращения
органических и неорганических веществ
различного состава и строения
составляют основу всех явлений, происходящих
в живой и неживой природе.
Фундаментальная наука всегда имеет
своей конечной целъю достижение
практических результатов; в свою очередь
конкретные задачи практики всегда
стимулируют прогресс
соответствующих отраслей науки. К химии это
относится в полной мере, и, вероятно,
поэтому Менделеев писал: «Если без
науки не может быть современной
промышленности, то без нее (т. е.
промышленности.— Н. Э.) не может быть и
современной науки». Это лучшее, что
могли бы мы сами сказать сегодня о
взаимосвязи науки и практики.
Проблема сырья, столь остро волнующая
современный мир, была и для
Менделеева предметом особого интереса.
Общеизвестно его высказывание о
том, что сжигать нефть равносильно
тому, что топить печки ассигнациями.
Но Менделеев не только призывал
беречь нефть как ценнейшее
химическое сырье — в его трудах заложены
прогрессивные идеи химической
переработки «черного золота», а также
пути решения столь актуальных в наши
дни проблем нефтедобычи и
транспортировки нефти и газа по трубам. Жизнь
добавила к этим проблемам еще и такую
задачу, как разработка химических
методов повышения нефтеотдачи пластов и
химизации технологических процессов
нефтедобычи.
Дело в том, что некогда
высокопродуктивные нефтяные месторождения
в наше время вступили в позднюю
стадию разработки. Это значит, что
основные запасы нефти сосредоточены
теперь в пластах с низкой проницаемостью.
Но многие факторы, которыми
обусловлено удержание нефти во внутрипоро-
вом пространстве нефтяного
коллектора, относятся к типично
физико-химическим, например капиллярные,
поверхностные и коллоидно-химические
явления на границах раздела порода —
нефть — вода, и поэтому большую роль
в повышении нефтеотдачи пластов
могут сыграть физико-химические методы.
2
К числу физико-химических задач
относится и проблема уменьшения
вязкости пластовой нефти. Этого достигают
закачкой в пласт горячей воды или
пара, углекислого газа, летучих
углеводородов или инициируя внутрипласто-
вое горение нефти. Последний метод,
вероятно, станет одним из важнейших,
поскольку наука располагает в
настоящее время хорошо развитыми
теоретическими основами горения в газовых и
конденсированных средах, в том числе в
гетерофазных и пористых системах.
Огромную роль играет химизация
технологических процессов добычи
нефти. Среди них — борьба с коррозией
нефтепромыслового оборудования
путем создания высокоэффективных
ингибиторов этого процесса; нужны также
ингибиторы бактериальной коррозии,
ингибиторы отложения солей и
парафинов.
В последние десятилетия
интенсивно развивается химия так называемых
краун-эфиров и краун-аминов. Комплек-
сообразующая сила этих соединений
настолько велика, что они могут
переводить в растворимую форму даже
сульфат бария. Сульфат бария,
используемый в качестве утяжелителя бурильных
растворов, иногда образует в
скважинах пробки, растворить которые можно
только с помощью комплексообразова-
теля. Всего лишь несколько десятков
килограммов такого соединения
позволяют ликвидировать аварию на
большом нефтепромысле.
К числу важнейших задач
ближайшего будущего относится проблема
комплексной переработки углей — в первую
очередь углей Канско-Ачинского
бассейна и Экибастузского
месторождения — в облагороженные виды
топлива и химическое сырье. Немногим
менее ста лет назад Менделеев
выдвинул идею подземной газификации:
«...Настанет, вероятно, со временем
даже такая эпоха, что угля из земли
вынимать не будут, а там — в земле,
его сумеют превращать в горючие газы
и их по трубам будут распределять на
далекие расстояния». Эта идея не
осталась только на бумаге, она породила
большое число научно-технических
разработок, привела к созданию в нашей
стране первых в мире
опытно-промышленных станций по газификации угля.
Да и сейчас она не утратила своей
актуальности.
При газификации угля получается так
называемый синтез-газ,
представляющий собой смесь окиси углерода и
водорода и способный служить сырьем
для производства метанола, спиртов,
аммиака, искусственного жидкого
топлива. Существующая технология
получения искусственного жидкого
топлива из угля еще не может считаться
оптимальной, и поэтому активно
продолжается поиск новых
катализаторов, позволяющих вести процесс при
более низких температурах и
давлениях. Ведутся также исследования, цель
которых заключается в получении
высокооктанового бензина из метанола.
Важное значение для расширения
производства синтетического жидкого
топлива, а также разнообразных
химических продуктов имеют горючие сланцы.
Среди этих продуктов — бензол, толуол,
средства для предохранения древесины
от гниения, дубители, модификаторы
резины, сырье для производства клеевых
смол. Из сланцев же получают
бензойную кислоту — прекрасный консервант
травяных кормов. Все большее
внимание исследователей привлекает торф:
уже разработаны способы получения
из торфа активных сорбционных
материалов, белково-витаминных кормов и
ростовых веществ, а также комплексных
гранулированных удобрений.
Исключительно перспективную
разновидность химического сырья
представляет собой древесина — воистину
уникальное сырье, запасы которого
постоянно возобновляются. В результате
фотосинтеза ежегодно на земном шаре
образуется около 200 миллиардов тонн
древесной массы, что примерно в
двадцать раз превышает суммарную добычу
нефти, газа и угля. А ведь древесина —
это источник бумаги, картона,
целлюлозы и ее эфиров, а также множества
других продуктов и полупродуктов.
Проблемы целлюлозно-бумажной
промышленности как области
фундаментальных научных иссл едова н и и долгое
время не считались передним краем
нашей химической науки. Но сейчас,
когда комплексное использование всех
видов природного сырья приобретает
поистине общегосударственное
значение, внимание химиков-исследователей
и технологов к древесине будет
безусловно возрастать. Уже созданы
технологические процессы получения из
целлюлозы кормовых белков для животно-
I*
3
водства и рыбоводства, пленочных и
композиционных материалов,
лекарственных препаратов, полимеров с
повышенной прочностью и теплостойкостью,
исходных материалов для получения
жестких пенополиуретанов,
применяемых в холодильной технике, в
строительстве. Совершенствуются
традиционные производства дубящих веществ,
канифоли, скипидара.
Предвидя широкое использование
древесины в различных целях, в том числе и
в качестве химического сырья,
Менделеев писал: «Непременным... условием
разумного пользования лесными
запасами должно считать такое в них
хозяйство, чтобы годовое потребление было
равно годовому приросту, ибо тогда
потомкам останется столько же, сколько
получено нами».
Химизация сельского хозяйства, его
насыщенность минеральными
удобрениями и химикатами, а также новыми
материалами (в том числе и
полимерными) представляет собой одно из
важнейших условий интенсивного развития
этой области материального
производства. Сейчас это всем кажется
совершенно очевидным. Но надо отдать должное
Современная химическая наука позволяет
исследовать тончайшие свойства вещества и гибко
управлять сложнейшими процессами. На снимке
слева — борьба с пожаром на нефтяной скважине
с помощью автомобиля газоводяного тушения;
этот эффективный метод борьбы с грозными
авариями был создан в результате глубокого
изучения кинетики горения. Кинетические
исследования сделали возможным создание
и гигантских промышленных установок (снимок
на следующей странице, внизу слева),
и сравнительно небольших реакторов для получения
жаропрочных и сверхтвердых материалов методом
самораспространяющегося высокотемпературного
синтеза (вверху справа). Современная
исследовательская аппаратура позволяет
определять химический состав пород других планет
Солнечной системы (снимок справа в центре)
и исследовать структуру и свойства частиц
микромира — электронов, свободных радикалов
и ионов (снимок справа внизу)
гению Менделеева, около ста лет назад
выступавшего за внедрение
достижений всех естественных наук в практику
сельского хозяйства. Причем, говоря об
этом, он утверждал, что « между
частями естествознания химия и
химические средства оказали в последнее
время значение преимущественное».
В настоящее время СССР занимает
первое место в мире по производству
минеральных удобрений. В
научно-исследовательских институтах СССР
ежегодно синтезируются и испытываются
тысячи веществ, потенциально
пригодных для применения в сельском
хозяйстве,— пестициды, стимуляторы роста
растений, а также вещества,
предупреждающие полегание.
Чрезвычайно важен поиск средств
повышения сохранности
сельскохозяйственной и пищевой продукции, борьбы
с потерями при транспортировке и
хранении. Для этого синтезируются
специальные консервирующие добавки к
кормам, созданы полимерные
диффузионные мембраны для хранения
фруктов и овощей в регулируемой газовой
среде, пленочные полимерные
материалы для их транспортировки, хранения
и расфасовки, а также других нужд
сельского хозяйства.
Наконец, исключительно важное
значение имеют фундаментальные и
прикладные исследования, направленные на
расширение ресурсов сырья для
производства пищи. Так, разработаны новые
пути выделения из природных
источников чистых пищевых веществ (так
называемых изолятов) — белков и
аминокислот, устойчивых при длительном
хранении, а также методы их превращения
в полноценные продукты. Например, на
основе изолятов уже начат выпуск
белковых желейно-кондитерских, , карто-
4
t€4jt0~*0K.
i/ //, 2-
СЪЦ
^:^r
7*m
*r , \ \
$M* 9 J С
1,0 wwnj*
фельных и мясных изделий, круп, а
также компонентов лечебного питания.
И если еще раз вспомнить
Менделеева, то у него можно найти и такое
замечательное высказывание:
«„.приготовление пищевых блюд будет
сосредоточено на особых заводах и в
мастерских»...
Химическая реакция — сложнейший
процесс превращения исходныэг
веществ в конечные продукты. Знать все
тонкости этого механизма
чрезвычайно важно, поскольку только так и
можно научиться управлять процессом —
регулировать его скорость, повышать
выход нужного продукта и снижать
потери сырья на образование побочных
веществ, зачастую загрязняющих
окружающую среду. Вследствие этого
фундаментальные теоретические и
экспериментальные исследования строения
молекул и их способности к
химическим превращениям имеют не только
общенаучное, но и вполне
определенное практическое значение.
В связи с этим уместно вспомнить
слова Менделеева: «...сущность заводских
производств определяется
совокупностью сведений о невидимых глазу
химических изменениях вещества».
Менделеев ясно видел опасность
промышленных выбросов (тогда писали —
«отбросов») для окружающей среды,
необходимость создания безотходных
промышленных производств. Он писал:
«Если непрерывность есть первый
принцип заводского дела, то вторым
должно считать отсутствие отбросов».
Вместе с тем Менделеев понимал, что «так
называемые отбросы или остатки
производств... заслуживают большого
внимания». «В идеале,— писал ученый,—
все отбросы... могут находить
приложение и покрывать часть расходов
производства».
Фундаментом современной
химической науки служит квантовая химия,
которая устанавливает строение
химических частиц и их физические и
химические свойства с помощью
вычислительных методов. Квантовая химия
позволяет рассчитывать способность
атомов и молекул вступать во
взаимодействие, их реакционную способность,
характеризовать простейшие,
элементарные акты сложнейших химических
процессов.
Важнейшую часть химии составляет
химическая кинетика — учение о
механизме и законах развития реакций
во времени. Еще первые химики,
наблюдавшие химические явления, заметили,
что, меняя условия (например, нагревая
или охлаждая сосуд), можно заставить
то или иное превращение протекать
либо быстрее, либо медленнее.
Однако путь от этих примитивных
качественных наблюдений до строго
научных количественных
представлений современной химической кинетики
был долгим и трудным. Только в
начале второй половины прошлого
столетия было дано строго количественное
определение скорости реакции как
изменения количества превращающегося
вещества в единицу времени в единице
объема зоны, в которой протекает
химический процесс; в развитии этих
важнейших положений химической науки
немалую роль сыграли соратники
Менделеева по Петербургскому университету.
Крупнейшим достижением советской
науки стало открытие цепных
химических реакций (особенно разветвленных
цепных реакций с материальными и
Менде lecBt кий арх^н
Неотправленное
письмо
Надписал на конверте,
чтобы послалось после моей
смерти (думал о ней)
к С. Ю. Витте,* но еще жив
и склеиваю в сент. 1906 г.
* В период 1892 -1903 гг.— министр
финансов, осенью 1905 г.—
председатель Совета министров.
Высокоуважаемый Сергей
Юльевич!
Решаюсь — в первый
и последний раз — писать
Вам по личным делам,
считая необходимым сделать
это теперь же, так как
слепну; диктовать же или лично
говорить — не могу по
личным делам, а верю в Ваше
благорасположение.
Но к делу.
Начав A855 г.) с
учительства в Симферопольской
гимназии, я выслужил 48
лет Родине и Науке.
Плоды моих трудов, прежде
всего, в научной известности,
составляющей гордость —
не одну мою личную, но и
общую русскую, так как все
главнейшие научные
академии, начиная с Лондонской,
Римской, Бельгийской,
Парижской, Берлинской и
Бостонской, избрали меня
своим сочленом, как и многие
ученые общества России,
Западной Европы и
Америки, всего более 50-ти
обществ и учреждений.
Лучшее время жизни и ее
главную силу взяло
преподавательство во 2-м Кадет-
6
энергетическими разветвлениями
цепи) и создание общей теории этих
процессов. Цепные реакции с их
многочисленными и удивительно яркими
проявлениями составили огромную область
теоретических и прикладных
исследований во всем мире.
Так, выяснилось, что иногда
продукты реакции тормозят процесс, а
иногда существенно его ускоряют. Далеко не
безразличным оказывается, в сосуде из
какого материала идет реакция —
стекла, металла или, скажем, в сосуде,
покрытом изнутри тефлоном. Оказалось,
что многие реакции необычайно
чувствительны к добавкам некоторых
химических соединений, сотые доли
процента которых могут либо полностью
прекратить реакцию, либо
сильнейшим образом стимулировать ее. Было
обнаружено явление, когда превращения
веществ не замедляются, а ускоряются
с понижением температуры и
протекают весьма быстро даже при
температуре кипения жидкого азота, около минус
196 °С. Открыты необычайно быстрая
реакция полимеризации в твердой
фазе, взрывные процессы полимеризации
при низких температурах,
полимеризация твердых мономеров при высоких
давлениях в сочетании с деформацией
сдвига. Совсем недавно выяснилось,
что некоторые химические реакции
сопровождаются излучением радиоволн, а
на некоторые химические процессы
заметное влияние оказывают
сравнительно слабые магнитные поля.
Наконец, кинетика как наука о
закономерностях развития различных
природных процессов успешно
применяется в биологии и медицине. Важные
результаты были получены при
использовании методов кинетического ана-.
лиза для описания развития
злокачественных опухолевых процессов — как в
эксперименте, так и в клинике. Даже
старение поддается описанию
уравнениями химической кинетики...
В полной мере созвучны
сегодняшнему дню химической науки слова
Дмитрия Ивановича Менделеева: «Только
тогда и началась теоретическая химия,
когда взялись за изучение явлений с
измерительными снарядами в руках».
В современных химических
лабораториях при изучении строения и свойств
веществ широко используются
всевозможные спектроскопические и хрома-
тографические методы, рентгенострук-
турный и рентгеноспектральный
анализ, масс-спектрометрия, а также
новейшие разновидности инфракрасной
спектроскопии и спектроскопии ядерного
магнитного резонанса с использованием
Фурье-анализа, выполняемого
быстродействующими мини-ЭВМ.
Новую эпоху открыло применение
метода электронного парамагнитного
резонанса, позволяющего обнаруживать
и исследовать химическое поведение
короткоживущих промежуточных
продуктов — парамагнитных частиц и
свободных радикалов, изучать их
электронную структуру и роль в механизмах
многих химических реакций. В
частности, в СССР создан не имеющий
аналогов в мировой практике комплекс
приборов для исследования
электронного парамагнитного резонанса в
субмиллиметровой области спектра,
позволяющих извлекать значительно
больше информации, чем из обычного
спектра сантиметрового диапазона, и
устанавливать пространственную структуру
свободных радикалов.
ском корпусе, в
Инженерной академии, в Институте
путей сообщения, в
Технологическом и в Университете.
Из тысяч моих учеников
много теперь повсюду
видных деятелей, профессоров,
администраторов, и,
встречая их, всегда слышал, что
доброе в них семя полагал,
а не простую отбывал
повинность.
Третья служба моя
Родине наименее видна, хотя
заботит меня с юных лет
по сих пор. Это служба, по
мере сил и возможности, на
пользу роста русской
промышленности, начиная
с сельскохозяйственной,
в которой лично действовал,
показав на деле
возможность и вы годность, еще
в 60-х годах, интенсивного
хозяйства и организовав
первые у нас опытные
исследования по разведению
хлебов. Личные усилия
убедили меня, однако, очень
скоро в том, что с одним
земледелием Россия не
двинется к надобным ей
прогрессу, богатству и силе,
останется страною бедною, что
настоятельнее всего рост
других видов
промышленности: горного дела, фабрик,
заводов, путей сообщения
и торговли. Мои, так сказать,
теоретические усилия
начались с настойчивой
пропаганды в пользу
возможности развития — при
определённых условиях —
выработки бакинской нефти
в эпоху, когда к нам
ввозились миллионы пудов
американского керосина.
Эти, как и часть других
усилий подобного же рода,
Вам хорошо известные, не
7
В современном аналитическом
приборостроении отчетливо
прослеживается перспективная тенденция к
комбинациям различных физических и физико-
химических методов в уникальные
экспериментальные приборные
комплексы. Так, метод жидкостной
хроматографии успешно комбинируется с масс-
спектрометрией, инфракрасной
спектроскопией и спектроскопией ядерного
магнитного резонанса. При этом
отличительной чертой всех современных
приборов служит высокая
чувствительность, быстродействие, автоматизация
процесса обработки результатов.
В ускорении научных исследований
большая роль принадлежит так
называемым банкам информационных
данных, использующим возможности,
открываемые современной
вычислительной техникой. Так, в Сибирском
отделении АН СССР разработана система,
позволяющая быстро решать
структурные задачи методами молекулярной
спектроскопии. Созданы банки данных
по составу и свойствам нефтей СССР,
свойствам полимеров и
термодинамическим свойствам веществ; разработан
комплекс машинных программ,
позволяющих быстро находить
рациональные пути синтеза органических
соединений. Совместно с другими
социалистическими странами начато
создание комплексной информационной
системы (ИНФОРХИМ).
Надо заметить, что в последние
десятилетия слово «информация»
наполнилось необычайно емким содержанием.
Потоки информации давно бы
захлестнули мир, обесценив гигантский труд,
затрачиваемый на ее получение, если бы
не возможности современной
вычислительной техники. Благодаря же
применению быстродействующих ЭВМ,
способных хранить на одном магнитном
диске памяти сотни миллионов слов и
выдавать их потребителю со скоростью
в несколько тысяч слов в секунду,
проблема так называемого
информационного взрыва была успешно
решена. Используя терминально-диалоговые
системы, ученый имеет возможность
беседовать с коллегами непосредственно
на своем рабочем месте, привлекая к
этому разговору ЭВМ; располагая таким
комплексом, ученый уже затрачивает
сравнительно мало времени на поиск
необходимой информации, обработку
и анализ экспериментальных данных,
построение графиков и даже
подготовку текстов отчетов и публикаций.
Еще не завершилось столетие, в
котором жил великий русский ученый, чей
юбилей мы сегодня отмечаем; в этом
столетии посчастливилось жить и нам.
Иногда кажется, что новые открытия
делаются не столь уж часто, что
достижения науки внедряются в практику не
так быстро, как хотелось бы. Конечно,
было бы хорошо, чтобы открытий было
больше; конечно же, нужно и даже
необходимо, чтобы результаты научных
исследований как можно быстрее
оказывали влияние на технику,
промышленность, сельское хозяйство,
здравоохранение.
Тем не менее-мы воочию видим,
какие гигантские успехи сделало
естествознание в XX веке, И нельзя не
присоединиться всей душой к мудрой
мысли нашего прославленного
соотечественника Дмитрия Ивановича
Менделеева: «Узнать, понять и охватить
гармонию научного здания с его
недостроенными частями — значит получить
такое наслаждение, которое дает
только красота и правда».'
остались без следов,
потому что мой голос в свое
время слышали в сферах как
административных, так и
предпринимательских.
Последним я много помогал, не
только советами, но и на
практике, хотя всегда
отказывался от принятия
участия в выгодах, так как
знал, что у нас это повело
бы к ослаблению
возможного влияния в руководящих
сферах, и мои мысли не
ограничивались узкими
рамками какого-либо
отдельного предприятия, хотя бы
Кокорева или Губонина,
Рагозина или Нобеля, куда
меня в свое время
старались привлечь.
Переходя в изучении и
возбуждении от одних
фабрично-заводских дел к другим,
утомленный 35-летнею
профессурою, я решился ее
совершенно оставить, тем
более, что возобновляющиеся
студенческие беспорядки
просто влияли на мое
некрепкое здоровье, а
начавший действовать новый
университетский устав,
очевидно, начал уже гасить светлые
стороны лишь недавно
возбужденной русской
научной деятельности и понизил
влияние чистой науки на
молодежь.
Оставив педагогическую
деятельность, меня до тех
пор кормившую, я хотел все
свое время отдать изданию
газеты, так как мне
обещали единомышленные
друзья необходимые для
того деньги и участие.
Продолжение на стр. 13
8
По видимости, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки
и развитие обещает,,.
Д. Я. МЕНДЕЛЕЕВ
Вудут, конечно, появляться и умирать новые теории, блестящие учения физики и химии
будут изменять устаревшие понятия, будут открываться новые широкие горизонты, но
несомненно, что периодический закон Менделеева будет жить всегда.
А. Е. ФЕРСМАН
Периодическая система элементов
1 марта 1869 г. Д. И. Менделеев разослал многим химикам России и зарубежных стран
печатный листок «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом
сходстве» — первый вариант менделеевской таблицы. В связи со 150-летием со дня рождения
великого химика публикуем автограф этого листка. А на обороте — по многочисленным
просьбам читателей вновь печатаем современную менделеевскую таблицу.
От предыдущей публикации A978 г., № 1) нынешняя отличается несущественно:
уточнены массовые числа наиболее стабильных изотопов некоторых радиоактивных элементов.
Как обычно, разными цветами — красным, желтым, синим и зеленым — выделены
соответственно s-, p-, d- и f-элементы. Не утвержденные окончательно ИЮПАК или оспариваемые
названия элементов приведены в скобках. Атомные массы элементов, имеющих стабильные
изотопы, выражены в единицах углеродной шкалы в соответствии с последними
изданиями Международной таблицы с точностью последней цифры ± 1 или (в меньшинстве случаев,
тогда последняя цифра выделена мелким шрифтом) ±3. Массовые числа наиболее
стабильных изотопов радиоактивных элементов приведены в квадратных скобках.
В таблицу не включен элемент № 109, предварительные сведения о котором появились
в печати в последние годы, но окончательно не подтверждены.
7;**» %>=/& ?»У*
&=& ~4Г=/У &*/?*
H-t ?«# <Un &*£%? ^=/*i 4*л*
Лф *jftf b*fff tS^t Ш
f „ f*# <?-*pr &ш% Уш/ж
*&/- Жж*> №9. Ж*Ф 0*Л* Ж &t
M*L 4*W А*/з/ ЯГ,^,
* о
н
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА
а б
111 «
а 6
IV л
а б
a V с
VI
VII
iH
ВОДОРОД
VIII
2 Не
4.00261
ГЕЛИЙ
U*
зЫ
Б.941
ЛИТИЙ
2*'
4 Be
9.11211
БЕРИЛЛИЙ
2**
5В
10.01
БОР
2*' 2р'
бС
12.011
УГЛЕРОД
2s' 2р'
7N
14,0067
АЗОТ
2s1 2рэ
вО
15.9994
КИСЛОРОД
2s22p«
9F
18.99940
ФТОР
ls4pl
ю Ne
20.171 2i22p*
НЕОН
uNq
22.98917 Э*1
НАТРИЙ
12 Mq
24.ЭН W
MM НИИ
3t>
i3 Al
26.90154 3s2 3p'
АЛЮМИНИЙ
i4 Si
20.00»
КРЕМНИЙ
3s23pJ
15 P
30.97376
ФОСФОР
3s2 3p3
i6 S
32,06
СЕРА
3s2 3p<
17 CI
35.453 3j2 3p5
ХЛОР
18 АГ
39.941 3s2 3p*
АРГОН
19 К
Э9Д9в
КАЛИЙ
№>Ca
КАЛЬЦИЙ
4S1
3d'4s'
21SC
44,9559
СКАНДИЙ
3d24s2
22 Ti
47.90
ТИТАН
3d3 4s*
23 V
50,9414
ВАНАДИЙ
24 СГ
3d'4s< 51,996
ХРОМ
25 МП
3d54s2 54,9380
МАРГАНЕЦ
26 Fe
3d1 4*2 5W47
ЖЕЛЕЗО
27Co
3d74s2 50.9332
КОБАЛЬТ
28 Ni
3dB4s2 58.70
НИКЕЛЬ
29 Си
3d" 4s' Б3.54Б
МЕДЬ
зо Zn
3dw4s* 65.30
ЦИНК
3i Ga
69.72
ГАЛЛИЙ
4s2 4p'
32 Ge
723» «S24p2
ГЕРМАНИЙ
зз As
74,9216 4s2 4p3
МЫШЬЯК
34 Se
70,9»
СЕЛЕН
4s2 4p*
35 ВГ
79,904 4s2 4ps
БРОМ
36 Kr
03,00 4j24p*
КРИПТОН
37 Rb
05.4671
РУБИДИИ
47 Ag
38 Sr
стронций
it>
39Y
4d,5sz 00,9059
ИТТРИЙ
4d25s2
40 Zr
91,22
ЦИРКОНИЙ
4tf«5s'
4i Nb
92.9064
НИОБИЙ
42 MO
4d55sl 05Д4
МОЛИБДЕН
43 ТС
4tf55s2 [97]
ТЕХНЕЦИЙ
44 RU
4tf75sl 101.07
РУТЕНИЙ
45 Rh
4rfl5sl 192.9055
РОДИЙ
46 Pd
4dw5sl Ю6.4
ПАЛЛАДИЙ
4tfw 5s' 107.060
СЕРЕБРО
48 Cd
4tf,eSs2 112,40
КАДМИЙ
49 IP
114.82
ИНДИЙ
5iJ Sp1
50 Sn
110,61
олово
5s'5p2
51 Sb
121,75
СУРЬМА
5sJ5p3
52 Те
127.6a
ТЕЛЛУР
5s25p«
53 I
126.9045
ИОД
5s2 5p5
54 Xe
131.30 5s2 5p*
КСЕНОН
55 CS
132.9054
ЦЕЗИЙ
6s1
5бВа
137.34
БАРИЙ
6s*
57 La*
5tf' 6s2 130.9055
ЛАНТАН
5d*6sz
72 Hf
170.49
ГАФНИЙ
5d36s2
73 Та
160.9479
ТАНТАЛ
74 W
5d*6s2 163.85
ВОЛЬФРАМ
5d5 6s2 -
75 Re
106.207
РЕНИЙ
76 OS
5d*6s2 198.2
ОСМИЙ
77 1Г
5d'6s2 102.22
ИРИДИЙ
78 Pt
5d>6s' 195,01
ПЛАТИНА
79 AU
5tf,06s' 196.9ББ5
ЗОЛОТО
во Hg
5d1BEs2 260.5s
РТУТЬ
81 TI
204.37
ТАЛЛИЙ
Es2 6p'
82 РЬ
207.2 6s2 Ep2
СВИНЕЦ
83 Bi
200,9004 Es1 6p3
ВИСМУТ
84 Po
[209] 6s' 6p<
ПОЛОНИЙ
85 At
[210] 6s? 6ps
АСТАТ
86 Rn
[222] 6s* 6p*
РАДОН
87 Fr
Г223]
ФРАНЦИЙ
n*
88 Ra
[226]
РАДИЙ
U'
6d'7s7
A **|
89 AC
[227]
АКТИНИЙ
104 (Ku)
*7.2 * [26t]
6d*7s
КУРЧАТ0ВИЙ
105
(НИЛЬСБОРИЙ)
toe Е-W
[263]
107 Е-Re
[262]
Атомный
номер -
Атомная
масса '
Inn I I 7s2*-Распределение
■у*** KJ gtfi I электронов по
^ 230.021 5^31 застраивающимся
I УРАН I и ближайшим
' ' подоболочкам.
♦ ЛАНТАНОИДЫ
seCeS?
1140.12 4f'
IЦЕРИЙ
59 РГ
140.0977 4f36s*J
ПРАЗЕОДИМ
во Nd
144.2* 4f46s2
НЕОДИМ
6i Pm
[145] 4fHs'
ПРОМЕТИЙ
62Sm
150.4 4f66s2|
САМАРИЙ
63 Eu
151,96 4fl6s3|
ЕВРОПИЙ
64Gd£
157.25 4f7
ГАДОЛИНИЙ
65 ГЬ
150.9254 4fs6s:
ТЕРБИЙ
66 Dy
162.50 4f»W|
ДИСПРОЗИЙ
67Ho
164.9304 4f'V|
ГОЛЬМИЙ
68 ЕГ
167.28 4ЛИ6«1
ЭРБИЙ
69 Tm
160.9342 4fs2|
ТУЛИЙ
70 Yb
173.0* 4fw6»1
ИТТЕРБИЙ
7iLuS'
174.97 4f»4
ЛЮТЕЦИЙ
**АНТИНОИДЫ
boTh
232,0301 «d27s2l
ТОРИЙ
9i Patf
[231] 5f2
ПРОТАКТИНИЙ
эг и #
230,029 bf3
УРАН
мЫргй
[237] ^ bf4
НЕПТУНИЙ
94PU
[244] 5/»I*1
ПЛУТОНИЙ
95 Am
[243] 5f77s
АМЕРИЦИЙ
9бСтЙ
[247] bf1]
КЮРИЙ
wBkff
[247] 5f'
БЕРКЛИЙ
98Cf
[251] bfn1s2\
КАЛИФОРНИЙ !
99 ES
[252] bfn 7s2
ЭЙНШТЕЙНИЙ
liooFm
[257] 5/S2|
ФЕРМИЙ
loiJVId
[250] bfnls*
МЕНДЕЛЕВИЙ
102(No)
[259] 5fM?sl
(НОБЕЛИЙ)
io3(Lr)
[269]5fM6d'7s2|
(ЛОУРЕНСИЙ)
За ураном
Немногим, очень немногим
исследователям выпала честь открыть новые
химические элементы, заполнить и
продлить менделеевскую таблицу. Среди
них академик Г. Н. ФЛЕРОВ — физик
Курчатовской школы, много сделавший
для развития химии как бессменный
руководитель работ по синтезу и
исследованию трансурановых элементов в
Объединенном институте ядерных
исследований в Дубне. Незадолго до
менделеевского юбилея с ним беседовал
корреспондент «Химии и жизни» В. Станцо.
Предлагаем запись этой беседы.
Юбилеев не почитаю. Менделеевский
юбилей — исключение. Не склонен
рассматривать Дмитрия Ивановича
Менделеева только как химика, пусть даже
гениального. Он был
естествоиспытателем в лучшем и самом широком
смысле этого слова. И гражданином
России. Как его заботило развитие
отечественной промышленности — не
только химической, а и горнорудной, и
металлургии, и нефтяного дела! А
сколько работал он над порохами — ради
обороноспособности страны, сколько
сил вкладывал в метрологию — ради
точности производимых измерений, и в
конечном счете ради науки.
Метрологию — это самоочевидно —
следует рассматривать как часть
физики. Менее очевидна связь с физикой
Менделеева — создателя
Периодического закона. А ведь задолго до открытий
Бора и Резерфорда он искал
физический смысл периодических
закономерностей в свойствах химических
элементов. «Проникать хотя понемногу в
неизвестную сущность химических
элементов» (это слова из менделеевских
«Основ химии») ему помогало
неизменное стремление докапываться до
физической сути явлений: «Хотя на первый
взгляд кажется, что химические
элементы по характеру самобытны и
вполне друг от друга независимы, должно...
видеть подчинение индивидуальности
элементов общему, высшему началу,
проявляющемуся в тяготении и в
сумме большинства физико-механических
явлений. Тогда многие химические
выводы приобретают новый смысл и
значение, замечается правильность там, где
без того она ускользала бы от
внимания»...
Так получилось, что вся моя жизнь
оказалась связана с ураном и
трансурановыми элементами. К урану у
Менделеева было особое отношение. Эжен
Пелиго, первым получивший
металлический уран, определил его атомный
вес равным 120. Для такого урана (как,
впрочем, и для еще нескольких
элементов с неверно определенным атомным
весом) места в периодической системе
не было. Менделеев произвольно, без
эксперимента, опираясь лишь на
могучую логику открытой им
закономерности и интуицию большого ученого,
удвоил это число. И оказался прав,
что подтвердили эксперименты его
современников.
«Наивысшая, из известных,
концентрация массы весомого вещества в
неделимую массу атома, существующая в
уране, уже a priori должна влечь за собой
выдающиеся особенности...» Это
снова менделеевские «Основы химии» —
дополнение к двадцать первой главе. И
далее — часто цитируемые
пророческие слова: «Убежденный в том, что
исследование урана, начиная с его
природных источников, поведет ко
многим новым открытиям, я смело
рекомендую тем, кто ищет предметов для
новых исследований, особо тщательно
заниматься урановыми соединениями
и прибавлю здесь, что, для меня лично,
уран весьма знаменателен уже потому,
что играл выдающуюся роль в
утверждении периодического закона»...
Хотя при жизни Менделеева
понятия о трансурановых элементах еще
не существовало, в прижизненных
изданиях его таблицы были оставлены
клетки и для более тяжелых, чем уран,
элементов. В том, что это делалось
сознательно, убеждает приведенная выше
фраза: «Наивысшая, из известных,
концентрация массы...» Выделено запятыми,
подчеркнуто интонацией: наивысшая —
из известных! Менделеев допускал, что
11
могут быть открыты элементы тяжелее
урана.
Эксперименты по синтезу тяжелых
заурановых ядер начались в Дубне чуть
больше 25 лет назад, а поиски их в
природе — десятилетием позже.
В ходе этой работы нашему
интернациональному коллективу физиков и
химиков, съехавшихся в Дубну из
многих социалистических стран, удалось
получить ряд новых и интересных
результатов. Найдены новые элементы и
изотопы. Обнаружены неизвестные
прежде явления — спонтанное деление
изомеров, запаздывающий протонный
распад, глубоконеупругие взаимодействия
сложных ядер...
В то время, когда мы приступали к
работе по синтезу тяжелых ядер,
развивали эту область науки главным
образом американские исследователи во
главе с Г. Т. Сиборгом, которые, как
известно, получили восемь
трансурановых элементов с атомными номерами
от 94 до 101. Для этого
использовали ядерные реакции с участием
нейтронов и легких заряженных частиц —
протонов, дейтонов, ядер гелия.
Синтезом 101-го элемента,
названного в честь Менделеева, возможности
этих методов были исчерпаны.
Дальнейшее продвижение за уран
стало возможным только после
детальной разработки принципиально нового
пути — ядерных реакций с участием
тяжелых ионов углерода, азота,
кислорода, неона. Эти ионы позволили нам
синтезировать элементы с атомными
номерами от 102 до 105 включительно,
причем в Дубне для ядерного синтеза
чаще всего использовали пучки
ускоренных ионов неона-22, а для физической
идентификации (опознания) —
спонтанное деление вновь образующихся ядер.
Особенно важна, доказательна,
идентификация химическая. Наши химики
работали бок о бок с физиками. Самым
важным их достижением стала
разработка методов газовой химии,
позволивших однозначно идентифицировать ко-
роткоживущие 104 и 105-й элементы
как аналоги гафния и тантала.
Результаты этих работ, выполненных И. Зварой
с сотрудниками, еще раз подтвердили
безусловную предсказательную силу
Периодического закона, открытого
Менделеевым.
На циклотронах У-200, У-300, а
потам и У-400 мы провели множество
ядерных реакций с участием тяжелых
ионов. Довольно долго эти реакции
казались неисчерпаемым кладезем
новых нуклидов и новой информации.
Однако обмелеть могут и большие
реки.
Исчерпание метода тяжелых ионов
в его классическом варианте было
обусловлено физическими свойствами ядер
относительно далекой трансурановой
области. С каждым следующим шагом
составные ядра (компаунд-ядра)
образовывались все труднее, а распадались
все быстрее. Привнесенная извне
энергия раздирала их.
Трудно получить новое ядро — во
сто крат труднее его «поймать»,
надежно идентифицировать. Регистрацию
новых нуклидов особенно затруднял
фон — радиоактивные излучения
побочных продуктов и, в неменьшей
степени, дочерних ядер. (Такие ядра,
напомню, образуются в результате альфа-
распада радиоактивных
«новообразований».)
Нужно было искать другой подход
к проблемам синтеза, и в 1973 г.
Ю. Ц. Оганесян такой подход
предложил. Новый метод синтеза был
основан на предсказанном теоретиками
существовании заполненных нуклонных
оболочек внутри ядра, подобных
замкнутым внешним электронным
оболочкам в атомах благородных газов.
Энергии распада противостояла
относительно большая энергия связи в ядрах,
которые мы называем «магическими».
Типичный пример — ядро свинца: его 82
протона и сотня с лишним нейтронов
связаны значительно крепче, чем у
элементов-соседей. При этом
ближайшие соседи (висмут в первую очередь)
еще отличаются стойкостью, а вот
дальше идет довольно хилый народец.
Мишени из магических нуклидов
свинца ( и висмута) Ю. Ц. Оганесян
предложил облучать более тяжелыми
ионами — титана, хрома, марганца,
железа. Эту разновидность метода тяжелых
ионов назвали холодным синтезом,
потому что компаунд-ядра получались не
столь возбужденными, «горячими».
Холодный синтез позволил сделать
еще два шага за уран — впервые
получить элементы № 106 и 107. А ядра
предыдущих элементов периодической
системы — сотого, сто второго, сто
четвертого, сто пятого — удалось
нарабатывать в намного больших количествах,
чем раньше. Были открыты новые легкие
12
изотопы этих элементов, однако новые
элементы — 106-й и 107-й в этих
опытах образовывались редко и с трудом.
Отрицательный результат принесли
первые попытки получить этим методом
еще более тяжелые — 108-й и 109-й
элементы. Холодный синтез исчерпался
быстрее, чем думали.
Но препятствия для того и существуют,
чтобы их так или иначе преодолевать.
Если с ростом атомного номера резко
уменьшается вероятность образования
новых ядер, то преодолеть эту
сложность можно, либо повышая
чувствительность регистрации, ловя каждое
образующееся ядро, либо увеличивая
интенсивность ионных пучков, чтобы
получать новые ядра в большем количестве.
Физики из Дармштадта (ФРГ) во
главе с П. Амбрустером избрали первый
путь, мы — второй, благо возможности
для этого были. Новый дубненски-й
изохронный циклотрон У-400 по
интенсивности пучка тяжелых ионов в десятки
раз превосходит все аналогичные
ускорители.
Увеличение интенсивности пучка
порождает новые проблемы: на
мишенях выделяется колоссальная энергия.
В виде тепла. А свинец и висмут —
металлы легкоплавкие. Пришлось
делать специальную установку, в которой
ионный пучок обрушивал свою силу на
вращающийся цилиндр, сделанный ' из
отлично проводящей тепло меди и
охлаждаемый изнутри. Свинец или висмут
наносили на поверхность цилиндра
тонким слоем. После облунения этот
слои снимали и продукты ядерных
реакций разделяли химическими способами.
Параллельно регистрировали
характеристики излучения, по которым можно
было бы узнать уже известные
дочерние и «внучатые» (образующиеся после
двойного альфа-распада) ядра. Этим
способом, в принципе, можно было бы
«взять» новые ядра.
Прошло два года работы на этих
установках. Результат — отрицательный.
Физики из ФРГ после длительного
облучения мишени из висмута ионами
железа наблюдали лишь одно событие,
которое можно было бы считать кандидатом
на альфа-распад ядра 109-го
элемента. В группе Ю. Ц. Оганесяна,
повторявшей эти хорошо продуманные и
поставленные опыты, попытка подтвердить
результат П. Амбрустера с сотрудниками
так и не удалась. По-видимому (так,
во всяком случае, трактуют этот
результат теоретики), при столкновении столь
сложных ядер возникают некие
добавочные динамические барьеры,
физический смысл которых далеко не ясен и
самим теоретикам.
Была проведена серия однотипных
«холодных» ядерных реакций (во всех
этих реакциях стремились получить
один и тот же известный изотоп 107-го
элемента), чтобы понять, от чего
зависит «высота» новых барьеров.
Оказалось, чем больше масса налетающего
иона, тем меньше вероятность
образования компаунд-ядра. При переходе
от хрома к железу она падала в десятки
раз...
Всего несколько лет назад физики
Неотправленное.
письмо
(окончание)
...Уже газету мне
разрешили, как я был увлечен
настоятельным призывом
к делу установления в
России производства
бездымного пороха, тогда вполне
секретному. Оно меня
завлекло своими химическими
задачами, своею прямою
связью с чисто химическою
промышленностью и своею
потребностью для обороны
страны. Свои открытия в
деле бездымного «пирокол-
лодийного» пороха,
введенного в нашем флоте и уже
нашедшего своих
подражателей даже в Америке (хотя
секрет непортящегося со
временем бездымного
пороха, по-видимому, еще и
ныне никому, кроме Морского
министерства, не известен),
были переданы мною
Морскому министерству, но не
в качестве «изобретателя»,
а как простым чиновником
устроенной для этой цели
лаборатории. Другой на .моем
месте, даже любой ученый
3. Европы, на одном этом
сумел бы обеспечить себя на
всю жизнь этим одним, а я,
сделав свое посильное дело,
оставил и самую службу по
этому делу, когда убедился
в невозможности избежать
дрязг при расширении
дела от тысячепудового в год
производства к 10-ти и 100-
тысячному.
Оставил я пороховое
дело еще и потому, что
именно тогда был приглашен
Вашим предшественником
И. А. Вышнеградским в
Министерство финансов к
делу пересмотра и выработки
таможенного тарифа, что,
как Вы лично знаете,
поглотило в свое время A890—
1892 гг.) все мое внимание
и ответило моим самым
заветным мыслям.
Затем Вы поручили мне
дело упорядочения мер и
весов в России, чем я занят
с тех пор с увлечением,
так как тут чистая наука
тесно переплеталась с
практикой. Смею думать, на ос-
13
надеялись, что вот построят новые
ускорители, научатся разгонять до
релятивистских энергий ионы сколь угодно
тяжелых элементов, и поток новых
открытий примет лавинообразный характер.
Сегодня, когда о трансурановых
элементах мы знаем куда больше, чем десять
лет назад, надежд на это, мягко
скажем, куда меньше. Нужно искать еще
более тонкие, еще более изощренные
пути за уран. Нет достаточно
тяжелых «магических» мишеней? Почему
тогда не попробовать «магические»
бомбардирующие частицы, например,
ионы кальция-48 на тяжелых, но
обычных — не магических — мишенях?
Трансурановые элементы первой сотни
по мере развития атомной энергетики
становятся доступнее. Мишени из них —
тоже. Так что нынешняя ситуация не
безнадежна.
С помощью магических ионов
можно попытаться «перепрыгнуть» сразу к
1 10-у элементу, а 108-й получить как
результат его альфа-распада. Тем не
менее, от прогнозов, когда и какой
следующий элемент будет синтезирован,
сегодня я предпочел бы воздержаться.
Столь же неоднозначна ситуация с
поисками сверхтяжелых элементов в
природе.
Уже второе десятилетие идут поиски
долгоживущих далеких трансурановых
элементов в природных объектах —
разнообразных земных образцах,
космических лучах, веществе метеоритов. Здесь
опять расчет и надежда, прежде всего,
на «магические» ядра (разумеется,
намного более тяжелые, чем ядра свинца:
по расчетам теоретиков, заполненные и,
следовательно, более устойчивые
внутриядерные оболочки могут быть в ядрах
114-го и 12Ъ-го элементов, а возможно,
и их соседей).
Основной метод поиска таких
элементов в наши дни — это регистрация
спонтанного деления нетривиальных
ядер. Регистрация по следам.
Разработаны надежные детекторы. Выявлены
наиболее вероятные кандидаты на роль
возможных носителей спонтанно
делящихся сверхэлементов. Мы
научились «отсекать» фон, создаваемый
космическими лучами (исключая,
разумеется, случаи, когда делаются попытки
найти новые нуклиды непосредственно в
космических лучах).
Редкие акты спонтанного деления
неизвестных, как будто, ядер уже
наблюдались в некоторых образцах метеоритов
и в продуктах, извлеченных из
геотермальных источников полуострова Челе-
кен. Пока определены возможные
верхние пределы концентрации
сверхэлементов в этих образцах: в метеорите Ал-
ленде — 10 м грамма на грамм
метеоритного вещества, в челекенских
рассолах — еще на два порядка меньше.
А вот растворенных солей там — до
250 граммов на литр. Очень много!
Поиски иголки в стоге сена
представляются более простой задачей. Тем не
менее, поиски сверхэлементов в
природных объектах продолжаются, и жизнь
химиков, занимающихся этим край-
новании отзыва многих
специалистов и того, что уже
ныне доходы от выверяемых
приборов превосходят все
годовые расходы на 100 или
даже 200 тысяч рублей,
смею думать, что Ваш
выбор не был ошибочен и что
я правдивую и передовую,
хотя и скромную, служу
службу Родине и на этом
месте..
Прибавьте» ко всему
предыдущему три полки
написанных или
редактированных и напечатанных мною
книг, да разнородные
интересы большой* семьи,
видящей во мне свою опору,—
и Вы поймете, что при всей
скромности жизни у меня
мало было возмож ности
скопить какое-либо
обеспечение для себя и семьи
и вовсе не было времени и
склонности заниматься
делами этого рода. Правда,
что при помощи друзей, лет
за 30—40 сему назад,,
когда не было у меня детей,
я успел купить в Клинском
уезде около 380 и около
Гагр — на Кавказе — около
320 десятин земли и успел
уже уплатить долги,
сделанные для этой цели, но
эти земли теперь дают мне
только расходы, а не
приходы, потому что самому
мне не до них, а все пробы
хозяйничающих
управляющих вели только к убыткам,
хотя сам я в 60-х годах не
безвыгодно хозяйствовал на
земле своей около Клина,
временю затратив и на это
дело немало личных трудов.
Мое неуменье вести
денежные дела сказалось лишь
позднее, в 1900 г., когда,
скопивши около 50 тысяч
и видя быстрое падение
бумажных сбережений, я
купил на Петербургской
стороне землю и стал строить
дом, думая доходами от
него обеспечить наступающую
старость и подрастающих
детей. Для окончания
стройки я должен был сперва
прибегнуть к займу, а
потом и к залогу дома (в
Московском земельном
банке за 48 тыс. руб., т. е.,
примерно, 1 /3 стоимости
земли и стройки). Дом вышел
14
не нелегким и пока еще
неблагодарным делом, несколько облегчается лишь
знанием некоторых закономерностей,
вытекающих из менделеевского закона
периодичности, и его же классических
работ по растворам.
Длина следа, оставленного частицей
в материале детектора,
пропорциональна ее массе, ее атомному весу. В
кристаллах оливина из метеоритов мы
наблюдали уже шесть длинных следов*,
которые нельзя приписать ни одному
известному спонтанно делящемуся
ядру. Очень вероятно, что эти следы
оставлены делением неизвестных пока
сверхтяжелых элементов с атомным
номером около I10.
Кристаллы оливина из метеоритов
представляют собой своеобразные
ячейки космической памяти,
запечатлевшие некоторые детали истории нашей
Галактики. Астрономы полагают, что
более ста миллионов лет назад наша
солнечная система находилась в таком
месте Галактики, что могла
подвергнуться облучению продуктами взрыва
сверхновых звезд. И среди них могли быть
сверхтяжелые, по сравнению с
известными, ядерные образования. И следы их
распада — в виде треков — могут быть
в метеоритном веществе.
Предполагать это основания есть.
Утверждать однозначно, что это так,—
рано. Набираем статистику. Готовим
контрольные опыты.
)<Э первом таком открытии рассказано в «Химии
и жизни», 1981, № 3, в корреспонденции «Трек
длиной 365 мкм».
Прошлым летом, выступая с докладом
на Международной конференции по
ядерной физике во Флоренции, я в
порядке шутки позволил себе провести
параллель между работой по синтезу
и поиску новых элементов и поисками
средневековых алхимиков. Алхимики,
как известно, стремились получить
золото и серебро из неблагородных
металлов. И многим из них не раз казалось,
что вот-вот, и...
А золота они так и не получили.
Вместо этого, правда, создали много полезных
веществ, в том числе знаменитый мей-
сенский фарфор и фосфор. И двигали
вперед, пусть не всегда, науку о
веществах.
Нам тоже не раз казалось, что вот-
вот в ближайших экспериментах удастся
обнаружить новые элементы. Иногда
эти надежды оправдывались, чаще —
нет. Однако и сегодня здравый смысл
говорит нам, что нет оснований
сворачивать с избранного пути, что удача
возможна.
А если нет? Если нет,—
удовлетворимся тем, что попутно с поиском и
синтезом элементов удается получить
результаты, приносящие пользу людям.
Я имею в виду отнюдь не только
ядерные фильтры.
Такого рода научной вере и смелости
учит нас и опыт великого
естествоиспытателя — Дмитрия Ивановича
Менделеева. Далеко не все его
начинания сразу же приносили всем
очевидные плоды. Но бесполезных работ он не
оставил.
отличный, но доходов от
жильцов оказалось
недостаточно для одной уплаты
процентов по долгу и
залогу. Мои расчеты оказались,
по отношению к стоимости
стройки, очень ошибочными,
между прочим, по той
случайной причине, что все
лето 1900 г. я должен был
провести на выставке в
Париже, а без личного
присмотра мне многое обошлось
дороже надлежащего, да
и год был дорогой для
стройки, как убедился в 1901 г.
при стройке флигеля Гл.
Палаты.
Вижу, что в таком
печальном положении своих дел
личных кругом сам
виноват, что детям оадтвлю
долги, что пред смертью пора
подумать об исправлении
наделанных ошибок.
Поправка возможна, если успею
продать большинство своих
земель, оставив детям лишь
Кли некую усадьбу с 50—70
десятинами земли около нее,
так как в числе 330—310
десятин около Клина более
200 дес. лесу, а земля
(около 300 десятин) моя на
Кавказе (обе земли не
заложены нигде) лежит верстах
в 10 от Гагр, где земля
явно дорожает, а на такие
земли цена стоит не ниже
150 руб. за десятину, т. е. за
600 с лишком десятин всей
моей земли можно получить
те 90 тыс. руб., которые
необходимы мне, чтобы
уплатить все долги. Но продать
землю надо вовремя
и с уменьем, которых, увы,
у меня уже нет.
Поэтому-то и пишу к Вам,
прося, как милости, купить
у меня 650 десятии земли
в казну за 90 тыс. Государь
император смилуется
выручить из беды своего
служителя, если Вы, Сергей Юль-
евич, ^заступитесь за него
и решитесь
ходатайствовать за мои 48-летние труды
на службе Родине.
Мне тяжело просить по
личному делу, но я знаю, .
кому пишу и что Вы не
откажете в извинении
душевно Вам преданному
Д. МЕНДЕЛЕЕВУ
15
Ресурсы
Серьезные сдвиги
О НЕТРАДИЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ,
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ВОЗВРАТЕ
К ДЕРЕВЕНСКОМУ ХЛЕБУ
Доктор химических наук
С. А. ВОЛЬФСОН
Не так давно газета «Советская Россия»
опубликовала фельетон под названием
«Золотой дым». Вот отрывки из него:
«Очередное заседание городской
комиссии по охране окружающей среды
открылось на природе. Председатель
комиссии, обведя ласковым взором
могучие дубравы, цветущие луга,
родниковые ручьи и озера, с чувством
произнесла:
— Друзья! Наш долг — оставить эту
красоту в целости и сохранности
потомкам...»
Все, казалось бы, хорошо, все
правильно. Но — буквально через
считанные секунды после торжественной
тирады и председатель, и все члены
комиссии «как подкошенные, повалились
на землю». Они попали в полосу
дыма, принесенного со стороны городской
свалки. А на свалке жгли отходы
производства два местных предприятия «Ба-
лаковорезинотехника» и «Химволокно».
Только в прошлом году здесь
сожжено 240 тысяч кубометров полимерных
отходов.
Скорее всего, после газетной
публикации соответствующие органы приняли
меры — наказали виновных. Но вот
вопрос: прекратят ли резинотехнические
и химические заводы сжигать на
свалках или закапывать в землю
различные полимерные отходы? Не
прекратят, как это ни грустно, ибо другого
выхода у них нет.
Создалось парадоксальное
положение. Всюду говорят и пишут о
растущем дефиците нефти. Затраты на
производство полимеров — резины,
пластиков, волокон — неуклонно растут. Все
эти продукты дефицитны. И в то же
время десятки и сотни заводов,
производящих эти материалы (и изделия из
них), изыскивают способы, как отде-
латься от тех же полимеров в виде
отходов, бракованной и некондиционной
продукции.
Но это еще не все. Использованные
автопокрышки, изношенные резиновые
изделия, отработавшая свое
пластмассовая тара, одноразовые упаковки и
различные бытовые отходы из
синтетических полимеров — все это в
гигантских масштабах накапливается на
городских свалках, загрязняет
окружающую среду.
ЧТО ДЕЛАТЬ С ОТХОДАМИ
Изношенную полиэтиленовую пленку
собирают, моют, режут на куски,
расплавляют в экструдере и из такого
вторичного полиэтилена формуют
различные изделия. Существует еще
вторичный капрон, который тоже
используют для производства ширпотреба.
Термин «вторичный» как-то не очень
радует слух — напрашивается аналогия
с «второсортным». Так оно и есть,
поскольку качество термопластов при
повторной переработке страдает.
Сортировка, очистка, предварительная
подготовка требуют чрезмерных затрат.
А многие полимерные материалы,
резина в первую очередь, вообще не
плавятся.
Восемь десятилетий непрерывно росло
производство полимерных материалов,
расширялся ассортимент изделий из них.
Про отходы все это время думали так:
органика, следовательно, должна гореть.
И горела, и сегодня горит. Не жалко?
В последние 25—30 лет появилось
немало идей, конечная цель которых —
всеобщая и универсальная утилизация
полимерных отходов. Химики
предлагали разлагать отходы в специальных
установках при высоких температурах
на специально подобранных
катализаторах с тем, чтобы получать мономеры
или другие простые органические
вещества. Но этот путь оказался
слишком сложным, дорогим и энергоемким.
Предлагали вводить в состав
полимеров такие химические группы,
которые потом легко разрушались бы
микроорганизмами или ультрафиолетовыми
лучами. Но такие биоразлагаемые
полимеры пока не нашли широкого
применения.
Предлагали размалывать полимерные
отходы в порошок и использовать его
как наполнитель для пластмасс,
бетона, линолеума. Эта идея заслуживает
внимания, так как отвечает
требованию универсальности и выглядит
довольно простой в осуществлении.
Остановимся на ней подробнее.
НАПОЛНИТЕЛИ ИЗ ОТХОДОВ
Обычно наполнителями для пластмасс
и резин бывают тонкодисперсные
порошки. Мел, тальк, каолин, а также
сажа и древесная мука — пять главных,
самых массовых наполнителей.
Порошки из отходов пластмасс и волокон
могут и должны стать шестым. Они
легче минералов, дешевле (по расчету!)
сажи и древесной муки, лучше
совмещаются с полимерами. Последнее очень
важно.
Измельченная в порошок
отработанная или бракованная резина могла бы
стать первоклассным наполнителем для
резиновых изделий. Защищено немало
диссертаций на эту тему, показано,
например, что введение такого
наполнителя увеличило бы срок службы
автомобильных покрышек на 30%.
Остается совсем чуть-чуть:
организовать массовый сбор резиновых и
полимерных отходов, измельчить их и...
Но вот тут-то нам придется задержаться
и вспомнить, что мы знаем о
технологии измельчения твердых тел.
Измельчение, дробление, помол,
размол, перемалывание, истирание, порош-
кообразование, пульверизация — это
все названия процессов, чрезвычайно
распространенных в технике. Ступка с
пестиком — простейшее и,
по-видимому, древнейшее устройство для этих
целей. В наши дни существуют
дробильные агрегаты, способные перемолоть
за час десятки тонн твердого
вещества. Размалывают руду, уголь,
минералы, цемент, зерно, кофе, какао-бобы и
множество других веществ и продуктов.
Примерно 10% производимой в мире
энергии тратят на эти операции.
Казалось бы, среди громадного
разнообразия измельчающих машин можно
подобрать устройства для дробления
резины и полимеров, но... Опять «но».
Почти все измельчающие машины
основаны на одном из двух
принципов — ударном воздействии на
дробящийся материал или резании. В
патентной литературе описаны многие сотни
различных устройств, основанных на
двух этих принципах. А в
промышленности распространены шаровые
мельницы, в которых продукт перемалывают
металлические шары. В струйных
мельницах сжатый воздух с силой ударяет
17
куски вещества о стенку. В
дезинтеграторах продукт попадает в зазор
между двумя зубчатыми дисками, которые
быстро вращаются навстречу друг
другу. Однако к. п. д. всех измельчающих
устройств поразительно низок и
составляет всего несколько процентов: при
соударении твердых тел значительная
часть кинетической энергии переходит
в тепловую.
Покуда речь идет о минералах,
цементе или о таких хрупких веществах,
как зерно, кофе или какао-бобы, с этим
недостатком существующих устройств
для измельчения еще можно мириться.
Но вот представьте себе, что
раздробить в порошок нужно полимеры. Тепло,
выделяющееся при дроблении, размягчит
их. Вязкой упругой массе вроде
густого теста или вара ударные нагрузки
нипочем. Измельчаться такая масса не
будет. Резина же и при обычных
температурах обладает высокой упругостью.
В лабораториях растереть в порошок
небольшие количества полимера и
резины можно, в промышленных условиях
это чрезвычайно трудно.
Зная особенности поведения
полимеров, можно, конечно, кое-что придумать.
Например, сделать их хрупкими,
применив низкие и сверхнизкие
температуры. Резина, обработанная жидким
азотом, раскрошится в порошок в
обычной дробилке. Но холод энергетически
дорог. Криогенная технология
измельчения полимеров на практике нашла
весьма ограниченное применение.
Остроумную идею предложил четверть
века назад профессор В. Е. Гуль:
грузить старые шины на баржи и
сплавлять по Оби, Енисею, Лёне за
Полярный круг. Там резина станет
достаточно хрупкой, её можно потом вернуть,
раздробив. Но идею забраковали: «За
морем телушка — полушка, да дорог
перевоз».
Предложить экономически
эффективный промышленный способ
измельчения резины и полимеров до
последнего времени никто в мире не смог.
ЭкСТРУЗИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ
Академик Николай Сергеевич Ениколо-
пов заинтересовался проблемой
измельчения несколько лет назад, когда
возглавил целевую комплексную программу по
наполненным полимерам. В Институт
химической физики тогда стали
приходить изобретатели и конструкторы
измельчительной техники, а на стендах
экспериментальной базы в НПО «Нор-
пласт» появились различные
дробильные машины.
Испытания этих машин подтвердили
то, что читателю уже известно:
получить порошок из резины и
большинства полимеров в обычных условиях
весьма сложно.
А тем временем в научном
коллективе, возглавляемом Н. С. Ениколоповым,
были выполнены две не связанные друг
с другом исследовательские работы.
В одной из них изучали воздействие
Менделеевский архив
Статья из
энциклопедического
словаря
Брокгауза и Эфрона,
1897 г.
О тбросы или ос татки
(техн.).— Не только в
жизни людей и в процессах,
совершающихся естественным
образом в природе, но и при
производстве всякого рода
изделий, во всех стадиях
измене ний, является м ного
остатков или О., накопление
которых могло бы сильно
стеснять промышленность,
особенно если такие О.
неспособны к гниению и
тлению, при помощи которых
в природе избегается
накопление не находящих
применения остатков. Одну из
задач промышленности
составляет переработка подобных
О. в ценные товары.
Наиболее блестящими примерами
подобного рода могут
служить: переделки тряпья,
костей и каменноугольного
дегтя, составляющего
остаток от получения
светильного газа и кокса из
'каменного угля. Тряпье
собирается, сортируется,
очищается и все, отвечающее
растительным волокнам,
переделывается в бумагу и папку,
а шерстяное же (очищаемое
от клетчатки карбонирова-
нием или карбонизацией)
растрепывается и дает
искусственную шерсть, так что
ныне повсеместно
организовано собирание тряпья
и оно имеет немалую
рыночную цену, составляя
предмет международной
торговли. То же должно сказать
про кости и их О.,
переделываемые в клей и
фосфористые удобрения. Подобных
примеров много для всех
почти остатков потребления,
напр. для стеклянного боя,
для жестяных коробок и т. п.,
которые собираются и
переделываются в
соответственные товары, напр.
стеклянный бой идет в подмес
к стеклу при его
приготовлении (плавлении, варке).
Особенное значение пере-
18
на полимеры огромных давлений в
сочетании с деформацией сдвига. О
результатах этих работ уже
рассказывалось и в научной, и в популярной
литературе (см., в частности, «Науку и
жизнь», 1982, № 7). Поэтому здесь мы
отметим только главное: деформация
сдвига сильно влияет на свойства
полимеров.
В другой работе исследовали
возможность получения порошка из
расплавленного полиэтилена при резком его
охлаждении водой и перемешивании.
Сопоставляя результаты, Н. С. Ени-
колопов пришел к неожиданному
выводу: под действием сравнительно
небольших напряжений сдвига в
определенной области температур может
происходить измельчение, превращение в
порошок эластомеров и вязких
полимерных расплавов.
Оказалось, что сдвиг воздействует на
полимер совсем не так, как ударная
нагрузка. При сдвиге материал работает
на разрыв, и энергия, необходимая для
разрушения, пропорциональна его
разрывной прочности. Специалистам
известно, что с повышением температуры
прочность материалов на разрыв падает.
Для полимеров она минимальна около
температуры размягчения. Выходит,
разрушение сдвигом эффективнее при
повышенных, а не низких температурах,
материалы нужно нагревать, а не
охлаждать. Энергозатраты при этом
существенно меньше.
Оставалось сконструировать
подходящее устройство и проверить идею.
Поиски подходящих устройств
привели к экструдеру — традиционной
машине для формовки изделий из
полимеров, известной уже сто лет. С помощью
экструдеров производят полимерные
листы, трубы, пленки, нити, гранулы для
литья под давлением.
Основной рабочий орган любого эк-
струдера — шнек, по сути — цилиндр
со спиральными витками. Ближайшая
родственница шнекового экструдера —
домашняя мясорубка. Шнек экструдера,
врящаясь, выполняет одновременно
несколько функций: перемещает
материал, нагревает его (за счет
внутреннего трения), перемешивает (путем
сдвига), сдавливает и наконец
проталкивает через формующее устройство.
Когда Н. С. Ениколопов предложил
испытать экструдер для измельчения
полимеров, то все, буквально все:
инженеры, техники, операторы и механики,
занятые эксплуатацией экструзионной
техники, принялись его отговаривать.
Их доводы: экструдер — тонкая,
сложная и дорогая машина; если на нем
попытаться охлаждать расплавленный
полимер, то вязкость и сопротивление
последнего станут стремительно
возрастать и это приведет к неминуемой
поломке ценной машины. Но
переубедить академика не смогли. Это было
не просто упрямство. Расчеты
показали, что вязкость порошка сравнима с
вязкостью расплава полимера и,
следовательно, она несравненно ниже вяз-
делка О. имеет при
множестве заводских производств,
так как иногда самая масса
О. составляет большую
долю от добываемого
продукта. Так, около содовых
заводов, там, где не
заботятся о переделке «содовых
остатков» (содержащих
преимущественно основной
сернистый кальций),
скопляются целые их горы, и в них
содержится вся сера, бывшая
во взятой в дело сернонат-
ровой соли (сульфат), что
и дало повод к
переработке такого О. на серу. Когда
добывают светильный газ
из каменного угля,
образуется деготь, который
сперва сожигался как топливо за
недостатком иных
приложений, потом из него стали
чрез нагревание удалять
летучие вещества, а твердую
остающуюся смолу
применять для пропитывания
картона (кровельный толь),
для искусственного
асфальта и т. п., а затем из
летучих составных начал начали
добывать бензол и др.
жидкие углеводороды, нафталин,
антрацен, фенол и др., и все
эти продукты нашли ценные
и важные приложения, из
которых особо
примечательно получение анилиновых
красок (из бензола) и
ализарина (для крашения
кумача в адрианопольский,
пунцовый и др. цвета — из
антрацена), как образец
того, к чему может приводить
переделка О. Подобным же
примером, хотя более новым
и еще мало разработанным,
могут служить нефтяные
«остатки», первоначально
не находившие прямого
приложения и составлявшие О.
нефти при ее обработке
в керосин, а потому прямо
сожигавшиеся и еще ныне
сожигаемые в топках, а
между тем дающие
безопаснейшее осветительное масло,
смазочные масла, вазелин,
парафин и т. п. ценные
продукты. Утилизация
отбросов, говоря вообще, есть
превращение бесполезного
в ценные по свойствам
товары, и это составляет одно
из важных завоеваний
современной техники.
Д. МЕНДЕЛЕЕВ
19
кости сплошного твердого тела. Очень
многое должно зависеть от скорости
перехода расплав — порошок, и, если
расчеты верны, экструдер должен
измельчать и при этом не ломаться. Риск был
по меньшей мере оправдан: как «Париж
стоит обедни», так и проверка
«шальной» идеи стоит поломанного аппарата.
Бьют же на полигоне под Дмитровом
новенькие «Лады» и «Москвичи» — ради
этих самых машин, ради новых
технологических идей.
Нужно ли говорить о том, что на
решающий эксперимент собралось
множество заинтересованных лиц. Был очень
напряженный момент во время пуска,
когда вместо ожидаемого порошка из
экструдера посыпалась полимерная
стружка, а двигатель натужно загудел.
Но после выхода на расчетный режим
экструдер стал исправно выдавать
порошок. Расход энергии при этом был
не больше обычного.
Скептики были посрамлены.
Конечно же, впоследствии в
конструкцию экструдера были внесены
некоторые изменения. Они сейчас
запатентованы, и мы не будем раскрывать
секреты. Изобретением заинтересовались
иностранные фирмы, начались переговоры
о продаже лицензий. Это естественно:
драгоценные отходы резины и
полимеров захламляют весь мир, эта
проблема важна для всех.
ПЕРСПЕКТИВЫ
Можно ли говорить о революции в
технологии измельчения? Не слишком ли
громко звучит? Попробуем трезво
оценить перспективы.
Полагаем, что не зря начали эту
статью с фрагментов фельетона про
химиков из Балаково. Именно там на «Ба-
лаковорезинотехнике» в 1983 г.
смонтирована первая промышленная
установка экструзионного измельчения
отходов резины. Многое еще предстоит
сделать: помимо самого экструдера надо
изготовить, опробовать, довести систему
подготовки сырья и некоторые другие
агрегаты. Но уже сейчас ясно, что
новая технология эффективна и не так
уж далек день, когда с городских
свалок отходы резинового производства
повезут назад на предприятия.
Опытную установку в НПО «Нор-
пласт» уже посетили многие
руководители промышленности и сельского
хозяйства. Особо агитировать их за
новую технологию не приходится.
Достаточно показать и дать пощупать. У
многих гостей немедленно появляются идеи,
что еще можно попробовать размолоть
и где переход на порошкообразное сырье
может дать наибольший эффект. Ведь
только отходов резины в нашей
стране за год собирается около миллиона
тонн. Резиновая «мука» пойдет для
наполнения той же резины и пластмасс,
для антикоррозионной защиты. А
только для покрытия магистральных
трубопроводов нам нужно 200 тысяч тонн
полимеров в год.
Одна промышленная установка
экструзионного измельчения на нынешнем
уровне технического развития способна
дать 3000 тонн материала в год.
Затраты на ее создание должны окупаться
за полгода. Вот и считайте, сколько нам
нужно таких установок.
Откуда их взять? Ведь нужно по
крайней мере удвоить существующий парк
экструдеров.
Производство этих машин освоено
отечественным машиностроением.
Отличные машины производит ГДР.
Нужно объединить усилия и быстрее
обеспечить народное хозяйство этой техникой.
НОВЫЕ ПОВОРОТЫ
Прошлой весной Николай Сергеевич
пришел как-то в лабораторию с
номером «Химии и жизни» в руках.
— Читали статью Патта про
хлеб*? — спросил он.
— Читали.
— Ну и как?
— Интересно.
— А задачу для экструзионной
технологии увидели?
— Какую?!
— А вот послушайте. — И
рассказал о том, что увидел в популярной
статье, прочел между строк и знал из
других источников.
Высокопроизводительные валковые
мельницы для зерна, которые мы,
кстати, покупаем в Швейцарии у фирмы
«Бюллер», утеряли свойство, присущее
древним жерновам. Они не* измельчают
отруби — оболочку зерна. А в отрубях
содержится масса витаминов,
микроэлементов, клетчатки. Все это крайне
необходимо человеческому организму.
— Но ведь выпускается диетический
хлеб из отрубей? — заметил кто-то.
— Выпускается, но из отрубей
грубого помола. А тонко измельчать их
* См. «Химию и жизнь», 1982, № 1.—- Ред.
20
для добавки в обычный хлеб никто не
умеет. Впрочем, я договорился с
В. А. Паттом, и он будет пробовать
нашу технологию. Я абсолютно уверен, что
жернова, а я их видел в детстве в
Нагорном Карабахе, работают по
принципу «давление плюс сдвиг».
Следовательно, наш экструдер может измельчить
отруби до нужной кондиции...
Очень скоро после этого разговора
сотрудники НИИ хлебопекарной
промышленности и Института питания АМН
СССР привезли в НПО «Норпласт»
аккуратные буханочки «экструзионного»
хлеба. Хлеба с тонко перемолотыми
отрубями. Генеральный директор НПО
«Норпласт» доктор технических наук
В. В. Коврига первым преломил
хлебец: «Деревней пахнет...»
Успех нового (старого!) хлеба был
столь велик, что, когда Институт
питания попросил время для
дополнительных исследований его ценности,
президент Академии наук СССР академик
А. П. Александров написал на
официальной бумаге резолюцию, которую стоит
привести полностью: «Тов. Ениколопо-
ву. Объясните товарищам, что такой
хлеб ели на Руси 1000 лет и изучать
тут нечего».
Институту химической физики все же
было предписано подготовить доклад
о традициях хлебопечения на Руси. К
счастью, такой доклад любезно
согласились написать в НИИ хлебопекарной
промышленности...
Потребность нашей страны в таком
хлебе составляет около 3 миллионов
тонн в год. И опять тот же вопрос:
сколько же надо экструдеров?!
Итак, резина, полимеры, отруби...
Что еще по силам новой
технологии?
Раз удалось смолоть резину, то
почему бы не попробовать молоть каучук?
Порошкообразный каучук произвел бы
революцию в технологии производства
резиновых изделий.
Если измельчаются полимеры, то
почему бы не пустить в дело отходы
искусственной и натуральной кожи?
А почему бы не измельчать в экстру-
дерах солому и заодно не проводить
тут же, в экструдере, ее гидролиз
до сахара? Из экструдера, таким
образом, будут выходить полноценные
корма.
А почему бы таким способом не
получать древесную муку? Современная
технология ее производства находится
на техническом уровне конца
прошлого века.
А почему бы не измельчать в
экструдере целлюлозу и тем самым не
модернизировать микробиологическую
промышленность? Таких «а почему бы»
может быть" еще много, но, видимо,
пора поставить точку.
Банк отходов
Предлагаем
отходы нашего производства
ФОСФОРИСТЫЙ ФЕРРОМАРГАНЕЦ, применяемый для
легирования фосфористых сталей и чугунов, а также в химической
промышленности. Масса кусков не более 10 кг. Химический
состав: 35% марганца, 3—6% углерода, 1,5% фосфора, до 1%
кремния. Объем поставки в 1984 г.— до 10 тыс/ т. Цена по
прейскуранту 01.05.80/4.
ГРАНУЛИРОВАННЫЙ ШЛАК, применяемый в качестве легкого
пористого заполнителя бетона, а также как сырье для
получения микронаполнителей бетонов и строительных растворов.
Размер зерен до 10 мм. Цена 2,15 руб/м3.
Никопольский завод ферросплавов. 322912 Никополь
Днепропетровской обл. Расчетный счет № 24001 в Никопольском
отделении Госбанка.
Предлагаем
ПОЛУПРОДУКТЫ: альфа-аланин — 56 кг, цис-бутендиол
(водный раствор и концентрат) — 69 кг, ацеталь цис-бутендиол а —
96 кг, пропионовую кислоту — 80 кг.
Ленинградское производственное химико-фармацевтическое
объединение «Фармакон». 196006, Ленинград, Цветочная ул., 18.
21
Технология и природа
Ось
континентальности
Кандидат географических наук
Ю. П. ПАРМУ ЗИН
ФЕВРАЛЬ. На безоблачном небе висит,
но не греет солнце. Ртуть термометра
замерзла, а жидкость — спиртового,
стремясь спрятаться в нижний шарик,
подходит к шестидесятиградусной черте.
Иней толстым слоем облепил ветки
лиственниц и берез и скрыл зелень
сосен. Ни одна оттепель или
мало-мальски серьезный ветерок не отважились
испортить это блестящее убранство
леса. Табунок мохнатых лошадей среди
небогатого снега, который даже не скрыл
болотных кочек, щиплет вейник, пырей,
ковыль.
ИЮЛЬ. С безоблачного неба
немилосердно жарит солнце. Ртуть
термометра преодолела тридцатиградусную
черточку. Знойный воздух выжимает из
почвы последнюю влагу. Северные
олени лениво бредут через бархан.
Горячий, чуть ли не в шестьдесят
градусов песок сухими струйками засыпает
их следы. Соболь, выскочив из-за
соснового пня, схватил суслика, занятого
сбором семян овсеца, а ведь суслик —
типичный житель степей. Раскрыв клюв
и тяжело дыша, полярная сова пытается
укрыться от зноя в тени березовой
кроны. Сова не обращает внимания на
жаворонка, заливающегося
самозабвенным пением прямо над ней. Неподалеку
среди замшелого лиственничного леса
с мерзлотно-таежными почвами
усыхает озерко. Его днище, испещренное
ростками пустынных солянок и полыни,
седеет выцветами солей.
Противоестественными кажутся
такие сочетания жары и трескучего
мороза, крайней сухости, солонцов и
мерзлоты, тайги и степей. А ведь все это
можно увидеть, не сходя с места, и не
только, например, в южном Забайкалье,
но и вблизи Северного Полярного
круга в Якутии. Картина прямо-таки
фантастическая. Тем не менее это
географическая реальность, и существует
такое только в СССР, точнее, только в
Восточно-Сибирской
экстраконтинентальной зоне.
Хозяйственное освоение здешних
мест, чему во многом будет
способствовать БАМ, встало на повестку дня.
И местные природные, в особенности
климатические, условия диктуют поиск
новых технологических и прочих
решений.
Баланс вещества и энергии в
ландшафтной оболочке Земли зависит от
прихода солнечной радиации (световой и
тепловой) и ее преобразования в
химическую, механическую, биологическую
энергию. Из-за шарообразности Земли
годовой ритм и величина солнечной
радиации закономерно меняются от
полюсов к экватору. И поэтому типы
ландшафтов опоясали планету в субширотном
направлении: тундры, тундролесья, тайга,
смешанные леса, степь... Это известно
всем со школьной скамьи.
Плохо отражена в учебниках и еще
хуже учитывается на практике
долготная зональность. А она тоже влияет
на ландшафты суши, и чем больше
сама суша, тем серьезнее влияние. Суша
получает влагу в основном с
атмосферными осадками, порожденными
испарениями с океанов. Конденсация же
паров с поверхности самой суши, даже
при изобилии озер и рек, редко
доходит до десятой доли всех атмосферных
осадков. Естественно, чем ближе к
океанам, тем больше облачность и
соответственно больше дождей или снега.
Европе повезло. Кроме
полуокружающих ее теплых морей, она отопляется
и получает влагу от атлантического
котла — Гольфстрима. Воздух к Земле
привязан слабо и, отставая от
неудержимого вращения планеты вокруг оси,
плывет на восток к Евразии. Однако
слишком велики здесь просторы, и
атлантический воздух, щедро раздающий
осадки до Урала, дальше начинает
экономить и последние свои запасы
выплескивает на Алтай и западный уступ
Среднесибирского плоскогорья — восточнее
лежат резкоконтинентальные земли.
Здесь природа как бы устала от
скрупулезного распределения ландшафтов
по уготованным им географическим
зонам. Здесь, в непомерных азиатских
пространствах, схватила она в сердцах
своей громадной ручищей и горы, и низ-
22
менности вместе с тундрой, тундро-
лесьем, тайгой и степями, скомкала все
это и выбросила на
Верхоянско-Колымский регион, Центральную Якутию,
бассейн Алдана и Забайкалье —
существуйте, как можете!
Здесь, в этой меридиональной зоне,
самый континентальный климат на
земном шаре. Так сказать, ось
континентальное ти.
Восточносибирская
экстраконтинентальная зона куда ближе к Тихому
океану, чем к Атлантике, и все же влияние
его ничтожно. Только летом, с
середины июня по середину августа, когда
материк сильно прогревается и
разомлевший воздух не в силах
сопротивляться более прохладному и плотному
тихоокеанскому воздуху, начинается
летний муссон. Но уже с середины
августа вместе с похолоданием ночей
муссон ослабевает. В сентябре он
иссякает и наступает пора золотой,
малооблачной осени.
Потом до марта над Якутией царит
мощный Азиатский антициклон. По
сравнению со среднеширотными
температурами здесь холоднее на 12
градусов на юге и до 25 — у приполярья.
Перепады же температур воздуха между
абсолютным минимумом и максимумом
огромные — 95 градусов на юге и 105 в
приполярье. Это самые большие
колебания температур на планете. Мороз же
в 45 здесь может стоять от полутора
до трех месяцев.
А ведь 45 градусов мороза —
температура критическая, ибо при таком
холоде замерзает пленочная вода,
обволакивающая поры, кристаллы и волосяные
трещины в горных породах и металлах.
А это подобно взрыву. Пленочная вода
распирает стенки микротрещин,
незаметные на глаз, и разрушает горную
породу и металлы. Не только резина
автопокрышек, но и стальные детали
механизмов и даже простые топоры
становятся ломкими.
Поселения здесь обычно стоят на
днищах долин и межгорных впадин —
поближе к водотокам, но, увы, в
понижениях в мороз скапливается самый
холодный воздух.. Дым печных труб,
топок, выбросы работающих механизмов
насыщают застоявшийся холодный
воздух ядрами конденсации. И с ноября
до марта над поселениями то и дело
Сверху вниз: лугостепъ на южном склоне в долине
Индигирки; алас — луг на вечной мерзлоте;
термокарстовый ландшафт в бассейне Вилюя
Растительность аласа: 1 — озеро; 2—3 — болотная
растительность; 4 — кочкарные осоки; 5 — луговой
ячмень, еасилистник, мятлик; € — гречишка
сибирская; 7 — солянки; 8 — бескилъница; 9 —
полынь якутская; 10 — суходольный луг; 11 —
лиственничный лес
висят туманы. На многие часы и
даже сутки туманные колпаки в 50—100 м
закрывают видимость, нарушая
регулярность авиарейсов. Даже судоходные
реки Яна, Оленек, Алдан и те промерзают
на перекатах, что сильно осложняет
водоснабжение. Например, в Якутске
бытовое водоснабжение отчасти
обеспечивается льдом с Лены, благо он там
нарастает чуть не на два метра.
Весна, как, впрочем, и осень, в этой
зоне скоротечна. Март здесь даже на
юге еще вполне зимний месяц с
морозами до 30 градусов. На севере же и
в апреле нет существенных оттепелей.
Задолго до наступления положительных
среднесуточных температур снег из-за
испарения сходит с обогреваемых
склонов гор и из долин. А в конце мая —
начале июня возможна жара. Переход
от морозов к жаре и от жары к
холоду очень быстр. Колоссальные
перепады температур и атмосферного давления
в это время сказываются на здоровье
сердечников и людей, недавно
прибывших из других зон и еще не успевших
адаптироваться.
Вечная мерзлота порождает
удивительные, противоречивые явления. Например,
солифлюкцию — течение почвы.
Подтаивая, мерзлый горизонт смачивает
вышележащий почвенный покров. И тот
скользит по мерзлоте — начинает
двигаться при уклонах всего в 2—3
градуса, особенно в тундре и тундролесье.
24
Даже лес не очень-то способен
противостоять солифлюкции.
Севернее 60° с. ш., где в начале
лета стоят белые ночи, лучше
обогреваемые южные склоны быстрее теряют
ледяные включения в грунтах по
сравнению со склонами, обращенными на
север. И обращенные к югу склоны в
подавляющем большинстве становятся
сырыми. Разжиженный верхний слой в
своем движении нивелирует неровности
склона, превращая его в однообразную
пологую поверхность. Склоны,
обращенные к северу, по которым солнечные
лучи лишь скользят, почти не грея,
менее сырые, но все равно они становятся
пологими из-за медленного сползания
почвенно-грунтового слоя при его
замерзании и оттаивании по нескольку раз
в сутки.
В тайге и тем более в здешних
степях склоны формируются несколько
иначе. Голые южные склоны, где снег
испарился еще в марте-апреле,
нагреваясь днем и сильно охлаждаясь ночью,
подвержены очень интенсивному
физическому выветриванию. Склоны эти
всегда сухи, часто скалисты и очень
круты. Теневые же склоны, где протаива-
ние идет куда медленнее и снег
сходит значительно позже, солифлюкцион-
ные процессы делают пологими. Из-за
этого долины приобретают резко
асимметричный профиль. Пологие склоны на
теневых сторонах долин, так
называемые увалы, погребают под собой не
только небольшие неровности, но даже и
речные террасы. Это тормозит разработку
россыпных полезных ископаемых,
погребенных под мощным солифлюкционным
покровом.
Пока не распознали это явление,
поисковики делали массу ошибок. Так,
в одной из речных долин на Ленских
золотых приисках, на освещаемых
склонах золото добывали с 1848 года,
считая бесперспективным
противоположный склон — заболоченный увал. И
только в 1941 г. я и мои сотрудники
доказали, что и под увалом (горным
свалом, по терминологии старателей) есть
залежи россыпного золота. Их и
начали разрабатывать мощной драгой после
Отечественной войны.
Из-за неодинаковых рельефообразую-
щих процессов и разного прихода
солнечного тепла на северных и южных
склонах различны почвы и
растительность. Если по теневым склонам леса
проникают далеко в степную зону, то
степи идут в Заполярье по южным скло-
нам и встречаются на две тысячи
километров севернее положенного им широт-
но-зонального распространения.
Деревьям обычно требуется не
менее 400 мм атмосферных осадков в год.
В экстраконтинентальной долготной
зоне выпадает от 300 до 100 миллиметров
осадков, то есть расти лесам здесь
противопоказано. Да и вечная мерзлота
препятствует росту темнохвойных деревьев.
Кедр, пихта и ель не сбрасывают хвои,
они испаряют много влаги, особенно
весной. А взять ее неоткуда. Корни еще
схвачены мерзлотой, дождей нет, а
солнце отбирает влагу не только с
поверхности почвы, но и из хвои. Излишняя
освещенность тоже губительна для
темнохвойных деревьев. Поэтому в данной
зоне они выживают почти
исключительно в котловине Байкала, где и влаги
больше, и морозы не такие страшные.
Только кое-где на Патомском,
Алданском и Северо-Байкальском нагорьях
на теневых склонах попадаются темно-
хвойные леса в смеси с
лиственницами.
Лиственница — самое стойкое
дерево. Сбрасывая хвою, она не страдает
от весенних засух. Ее корни
распластаны поверх вечномерзлого слоя.
Поэтому лиственница и царствует в
экстраконтинентальной зоне от Заполярья до
южных степей, где она на теневых
склонах соседствует с сосной.
В верхнем горизонте мерзлых
грунтов заключено множество ледяных
прожилок, линз, клиньев. Иногда,
особенно в тундре и тундролесье, ледяные
включения занимают 70% объема верхнего
слоя почвы. И хотя в тайге и степях
таких включений меньше, все же
именно они главный увлажнитель почв и
корней растений. Без мерзлоты здесь не
было бы лесов. Все теплое время
года она хоть и скупо, но отдает
законсервированную воду. При любом
нарушении затеняющей почву растительности
ледяные включения в мерзлоте
вытаивают, образуется просадка, которая тут
же заполняется водой. Именно такой
озерный термокарстовый ландшафт
характерен для Колымской и Лено-Ви-
люйской низменностей с их огромным
Схема развития аласа (сверху вниз): стабильная
стадия — солнечные лучи не доходят до мерзлых
грунтов; стадия оттаивания — мерзлые грунты
подвержены действию солнечного света; стадия
озера — оттаявший ископаемый лед дал воду;
стадия воздействия солифлюкционных процессов —
передвижения грунта по склону; стадия усыхания
озера и восстановления вечной мерзлоты во впадине
25
ЬМ^ШС
/илЛ#и>
HU^i
Ш*ис#СШ£
количеством то появляющихся, то
быстро усыхающих озер. Вокруг озер
появляются отличные луга. Это ал асы в
Центральной Якутии и хасыреи в
Верхоянске- Колымской с/гране, служащие
основной базой животноводства. Однако
луга хиреют вскоре после исчезновения
озерка. Так, на -севере изначальная
производительность лугов сохраняется
в среднем три года, после чего они
нуждаются в новом обводнении.
Лес создает свой собственный
микроклимат, с помощью которого и
противостоит экстраконтинентальным
невзгодам. Например, лесная подстилка, как
губка, набирает влагу и потом
постепенно отдает ее по требованию корней.
Под пологом леса воздух всегда более
26
влажен, чем на открытых местах, что
способствует возобновлению деревьев.
В 1953 году на южном склоне в
Забайкалье вырубили сосновый лес.
Микроклимат моментально изменился.
Поверхность почвы, лишенная тени, в
солнечные дни стала нагреваться до 68 — 70
градусов. Ростки деревьев сгорали. Теперь
этот сравнительно пологий склон
безлесен. Среди пней и валежника
колышется ковыль. Кстати, нагрев почвы
до 50 градусов зафиксирован мною в
долине Индигирки близ Полярного круга.
Необычность сочетаний ландшафтов в
Восточносибирской
экстраконтинентальной зоне создает изумительные
контрасты. Недаром Байкал считают
красивейшим озером мира. Однако не
вода красит его, а берега. В Байкальском
бассейне в один день можно побывать
на развеваемых песках, напоминающих
пустыню, погулять в красочных луго-
степях, собирать бруснику в бору,
пройтись по мрачному кедровнику и
подняться в горную тундру. Не менее
впечатляющи ландшафты Центральной
Якутии и Верхоянского нагорья. Хотя
там и нет кедрачей, но разнообразие
рельефа, смена степных и таежных
участков, озер и скал также радуют
глаз.
В Восточносибирской
экстраконтинентальной зоне богатейшие недра. Однако
только в Южной Якутии и уголь, и руда,
и флюсовые известняки выходят на
поверхность. Их начали разрабатывать
дешевым открытым способом. Мощность
угольных пластов здесь
фантастическая — 30—40 метров чистого угля.
Именно для промышленного освоения
этого края сюда проложили «Малый
БАМ» — стране необходима мощная
металлургическая база на востоке.
Природа, щедро наделившая край
ископаемыми ресурсами, категорически
воспротивилась созданию здесь
подходящих климатических условий для
металлургии. При обсуждении
намечаемого Южноякутского металлургического
комбината, в котором участвовал и автор,
представители министерства черной
металлурги и сето вали на мно гое. И з- за
сложности рельефа нет подходящей
строительной площадки. Вечная
мерзлота порождает не только солифлюкцию
и пучение грунта, но и почти на
полгода прекращает водоснабжение, а воды
комбинату потребуется десятки
кубометров в час. И т. д.
И все же главная трудность,
думается, не в этом. Почти полгода здесь
властвует могучий зимний антициклон.
И крупный населенный пункт,
выделяющий изрядное количество тепла, будет
окутан туманом, впитывающим отходы
производства, выбрасываемые с
дымами и парами. Воздушные взвеси
станут осаждаться на крышах, стенах,
проникать в поры одежды, а самое
главное — в легкие и кровь людей.
Прибавьте к этому температурные и
атмосферные контрасты... Из-за частых
болезней потребуется увеличить
численность медицинского персонала,
который тоже не застрахован от
человеческих недугов. В результате —
текучесть кадров и прочая, и прочая.
В конечном итоге климат может
свести на нет смысл эксплуатации недр
для местной черной металлургии.
Выход из этой ситуации, конечно, есть.
И не один, а сразу два.
Первый — безотходная технология
производства, чтобы ни дыма, ни пара
не выбрасывалось в воздух.
Второй путь — размещение
металлургического комбината вне пределов
экстраконтинентальной зоны, скажем, в
зоне муссонов. Там, на беретах Зеи, в
зоне широколиственно-хвойных лесов
или приамурских степей, где нет •
вечной мерзлоты, воды вполне достаточно
и есть прекрасные площадки для
сооружения нескольких мощных комбинатов.
Здесь летний муссон отгоняет воздух на
запад, а зимний — на восток. Нет
здесь ни резких температурных
перепадов, ни скачков атмосферного
давления. Пользуясь железной дорогой,
сырье можно доставлять металлургам
с относительно небольшим удорожанием.
Коварный зимний антициклон —
помеха и для организации
медеплавильного производства возле богатейшего
Удоканского месторождения медистых
песчаников. Чарская межгорная
котловина, где залегает медь, продувается
крайне плохо. Поселки для горняков
придется строить высоко на склонах
гор, чтобы «тяжелый» воздух
скатывался к днищу долины.
Увы, пренебрегать зимним
антициклоном и прочими климатическими
особенностями никак нельзя. И не
придется ли на оси континентальности, на
этом своеобразном оселке природы,
отточить технологию, исключить все
выбросы в атмосферу?
т
Земля и ее обитатели
Рангифер
Наш путь лежит на Колыму, а точнее, на
Рангифер — единственный не только в
стране, но и в мире стационар по изучению
хитроумнейшей физиологии северного
оленя — вроде бы затрапезного, но на поверку
очень и очень выдающегося существа. Там
мы прикоснемся к энергетической тайне,
скрытой за ласковым носом да и во всей
не очень вместительной оленьей утробе.
Однако сперва придется поговорить об ином.
Пожалуйста, примите к сердцу, что у по-
настоящему бездомного домашнего
существа, у которого никогда не было, да и не
предвидится, ни стойла, ни крыши над
головой, у трудяги северного оленя, как и у
нас с вами, полно дальних родственников,
коим судьба уготовила теплые местечки под
солнцем. Особенно повезло так называемым
благородным оленям (изюбр, марал...). И
о них стоит сказать несколько
нелицеприятных слов. Этих заносчивых копытных
благородными назвали скорее всего за их
высокомерную осанку, вернее, за их манеру
высоко держать голову. Северные же олени —
сама скромность. И уж, конечно, нос не
задирают. Но это вовсе не означает, что они
склоняют голову перед кем угодно. Наоборот.
У северных оленей такой немаловажный
инструмент защиты, как рога, венчает головы
и самцов, и самок. А ведь этого
инструмента начисто лишены представительницы
прекрасного пола всех его кичливых
родственников. Разве это благородно? Или вот такая
фраза из научного фолианта: «В период гона
самцы много пьют... и часто валяются в
грязи». Красиво ли ведут себя перед свадьбой
благородные женихи?
И после этого, право, обидно, что
кроткого детеныша северного оленя,
нетребовательное существо, которому от роду нет и
года, зовут издевательски неблагозвучно —
неплюй или, того хуже,— неблюй. И не
только зовут, а прямо так и пишут даже в самых
научнейших книгах. Правда,
новорожденного олененка именуют душевнее —
пыжиком; да и мамашу величают ласково —
важенкой. Кстати, от названий северных оленей
разного пола и возраста у непривычного
человека рябит в глазах: годовалый олененок
уже не неплюй, а лоншак; молодая олениха —
вонделка, старая — хаптарка; самец в
расцвете сил — гирвас. он же — хирвас, хор...
И за частоколом этих имен как-то
ускользает главное. Так вот, будь на то моя воля,
я бы переименовал не только неплюя, но и
всего северного оленя как такового. Ведь,
чует сердце, не от хорошей жизни он
подался на Север, скажем, из благодатной
Швейцарии или с Украины. А может, на
Севере он был спокон веку и просто-напросто
там его не успели съесть ни волки, ни люди?
Как бы там ни было, но в биографии
северного оленя, пожалуй, самое пикантное то, что
в недавнем прошлом он чувствовал себя
28
истым южанином, ну, уж если и не
южанином, то обычным середнячком — обитателем
средних широт. Вот тому доказательства.
В так называемом каменном веке за
безобидным животным, которое потом стали
именовать северным оленем, охотились
тогдашние жители тех мест, где потом появились
Франция и Швейцария. Пообедав,
набравшись сил, древние европейцы иногда
увековечивали свои гастрономические утехи —
высекали или рисовали на скалах изображения
северного оленя или бизона. Кое-какие
монументальные произведения такого рода дошли
до нас. Вроде бы не менее весомые сведения
гласят, что на территории древней Германии
герой этого очерка пасся еще во времена
Цезаря, а на Украине его будто бы можно
было встретить, когда от Цезаря остались
лишь одни воспоминания.
Да и сейчас северный олень обитает отнюдь
не только на Севере. Бродит по горам Южной
(!) Сибири, по Алтаю. Издавна есть он и в
Монголии. А недавно перешагнул далеко за
экватор — его акклиматизировали в
Антарктике, на островах Южная Георгия и
Кергелен. Как говорится, южнее некуда.
А вот про то, почему, когда и как этот
олень пристрастился к Северу, к тундре с ее
ягелем, история пока многое умалчивает.
Скрыто туманом веков и другое
обстоятельство — время и место одомашнивания
северного оленя. Однако со всей категоричностью
следует заявить, что этот дар фауны стал
приближенным человека только в Евразии.
Ни в Америке, ни в Канаде приблизить его
не удосужились. О времени же появления
домашних уз есть косвенные свидетельства —
деревянные фигурки взнузданных северных
оленей (I в. до н. э.— V в. н. э.), найденные
в Хакассии. На Чукотке же заря
оленеводства забрезжила будто бы позже — в IX веке.
Вот, пожалуй, и все более или менее
достоверные пункты в анкете рогатого корабля
тундры. Этнографию иногда величают
сестрой истории. Не заглянуть ли в анналы этой
сестрицы? Пожалуй, заглянем.
В старинных русских песнях олени порой
выступали в обличье громаднейшего быка —
тура, прародителя домашнего скота. Может
быть, это хоть как-то свидетельствует о том,
что предки про одомашнивание знали больше
нашего? В самом деле, дикий олень вряд ли
бы занял столько места в песнях,
религиозных легендах или в житиях святых, где он
маячит с распятием между рогами.
Шаманы с распятием старались не
общаться, но вот без оленей не могли и шагу ступить.
Долгие два-три года посвящаемый эвенк го-
товилися к шаманству. Когда он чувствовал
себя созревшим к таинственной
деятельности, то делал колотушку для бубна. А сделав
и воткнув ее в землю, начинал петь
шаманские песни, пока в грезах ему не являлся
северный олень, из кожи которого только
и можно было изготовить бубен. Сородичи
шамана по высказанным признакам
(раскраска шкуры или особенности рогов) искали
такого оленя порой чуть ли не год. Однако
новый шаман не мог начать камлать без
обновления бубна, для чего губили еще одну
оленью жизнь — мазали бубен свежей теплой
кровью. Зато потом с помощью такого бубна
можно было устанавливать деловые контакты
с таинственным невидимым миром.
Долгие века олень для народов Севера
был самым крепким связующим звеном
между этим и потусторонним миром — кормил,
поил, одевал и возил здесь, а потом
переправлял душу хозяина в специально
отведенное место. И за все труды не требовал
никакой компенсации — ни избавления от пытки
гнусом, ни хлеба-соли, ни даже душевного
тепла, ласки. В общем, всем обеспечивал себя
сам и, не гневаясь, сносил нахлебничество
человека, который, напоследок вытянув из него
жилы, делал из них нитки. Это ли не
вершина самопожертвования среди обширной
когорты домашних животных всех времен и
народов?!
Суровый читатель, наверное, хмурит брови,
мол, хватит патетики, не пора ли брать оленя
за рога? Не знаю, право, как насчет рогов,
но на Рангифер действительно пора.
Вот и позади солидный отрезок знаменитой
Колымской трассы с перевалом Яблоневым,
где самый большой перепад высот на здешней
автодороге. Едем с ветерком — ширина и
состояние полотна дороги, обслуживающей
Колыму, таковы, что можно, не снижая
скорости, разминуться даже с громадным
встречным грузовиком. Во всяком случае, скорость
70 км в час не чрезмерна.
Позади вкусный обед в придорожной
столовой УРСа «Северовостокзолото»: брусника
с сахаром, маринованные подосиновики, щи...
Поев, заправили коня — фургончик
Ульяновского автозавода. В машине десятеро: четверо
хозяев — сотрудников магаданского
Института биологических проблем Севера А Н
СССР, и гости — ваш корреспондент и другие
участники X Всесоюзного симпозиума,
поименованного очень сходно с названием
института-организатора — «Биологические
проблемы Севера».
Заседания и доклады тоже позади, теперь
черед научных экскурсий. Именно поэтому
в кузове на полу ерзает ящик с сухим
пайком, к которому, однако, чтоб не был совсем
сухим, придана батарея бутылок с местной
«Тальской» минеральной. На этикетках
черным по белому написано: вода столовая, но
принимать не более чем по стакану в день.
А на местных же бутылках с более
серьезным содержимым таких страшных надписей
нет. Надо же!
Наконец машина сворачивает на старую
лесовозную дорогу: домик стационара
Рангифер, принадлежащий институту, стоит в
30 километрах от трассы, неподалеку от мест,
где пасут оленей. Здесь сопки покруче,
лиственницы не в два человеческих роста, а
повыше. Брусничный ковер под ними погуще.
В долине озерки и озера блестят на солнце.
29
«л^
<* ♦>
*r-^
По пути хозяева дают разнокалиберные
пояснения: в этом озере недавно утонул трактор,
но его скоро вытащат; глубина вот этого озера
неизвестна — когда меряли, не хватило
стометровой веревки...
Краски блекнут — вечереет. Сергей
Владимирович Задальский — неутомимый опекун
Рангифера — рассуждает, что хорошо бы
засветло переехать речки, особенно реку Яму
с верткими камнями на дне. Ибо дальше
нет дороги в общепризнанном смысле слова.
Машине придется продираться по скользким
камням в русле ручья и по вязкому месиву
протаявшей вечной мерзлоты. Ну что ж, по
месиву, так по месиву.
Не судьба! Лопнула полуось заднего
колеса. И пока шофер делал так, чтобы задние
колеса могли хотя бы катиться,
наваливается тьма-тьмущая. Но добраться до оленей
все-таки еще есть шанс — у УАЗа, как
известно, два ведущих моста. И вот, влекомые
передними колесами, кандыбаем по
рытвинам и камням, которые в качающемся свете
фар кажутся серьезными препятствиями. Но
это цветочки, ягодки — впереди. И в первой
же ягодке наполовину лишенная движителя
машина встает намертво — замирает посреди
речки Майманчан.
Коротаем ночь то в фургончике, то
выскакиваем на близлежащий галечный
островок. Жжем стволики лиственниц, которые
весенний паводок притащил сюда. От
здоровенной, не растаявшей за лето наледи, в
которую чуть ниже впивается Майманчан,
ползет туман. Холодно. Бутылки без страшных
надписей на этикетках пустеют, едва
согревая и вовсе не поднимая настроения —
близок локоток, то бишь Рангифер, да, наверное,
теперь не укусишь.
Но сверкнула гениальная идея и окрасила
ночь в радужные тона: нас десятеро, а на
Рангифере много болотных, до пояса сапог.
И если сапоги притащить сюда, неужто не
протолкаем машину через речки? Посуху-то
она и сама небось пойдет. И Александр
Яковлевич Соколов — шеф группы по изучению
биоэнергетики северного оленя, маявшийся
именно в таких сапогах от самого Магадана,
решительно пускается в 12-километровый
вояж.
Потом, когда мы чаевничали в уютном
помещении Рангифера, он сказал: «Все
решили сапоги». И вправду, без двух рюкзаков
резиновых сапогов-вездеходов,
доставленных к Майманчану, машину бы не
протолкать — ни босиком, ни в городских ботиноч-
как. Вода холоднющая, кое-где с корочкой
льда, а камни на дне скользкие, как мыло.
Пьем чай. А рядом с лиственниц опадает
хвоя. И все вокруг, даже мягкий моховой
ковер, в котором приятно утопает нога,
посыпано этими хвоинками, словно нежным
песочком. Неподалеку деревянная изгородь
экспериментального корраля — туда для
опытов приводят оленей. Вернее,
приученные олени, почуяв работу, сами
направляются туда. Они знают, что после не очень-то
обременительного опыта тут же получат
зарплату — толику комбикорма, до которого
весьма охочи.
А уж коли так, то не побеседовать ли нам
поначалу не об экспериментах, не о
лакомстве, а о первооснове оленьей жизни — ягеле?
Тем более, что на симпозиуме ему уделили
немало внимания.
Стада домашних оленей волею человека то
и дело топчутся на месте. Летом в Якутии
в километровом радиусе от палатки пастуха
олени съедают половину растений, а в
полукилометре — 60—70%. На Таймыре зимой
из-под снега домашний олень достает
половину того, что растет на пастбище,
а треть — вытаптывает. И так далее и тому
подобное. В результате складывается
неважная картина. Вот ее фрагменты. В Берингов-
ском районе Магаданской области оленьи
пастбища уменьшились на 40%. В южной
тундре междуречья Енисея и Хатанги
лишайники и вовсе сошли на нет.
Но это еще что — ягельники терзают
колеса тракторов, гусеницы вездеходов, их
гложут пожары, любая буровая поганит
вокруг себя все что можно и все что нельзя.
Из-за всех таких напастей, по мнению
сотрудников Государственного
научно-исследовательского центра изучения природных
ресурсов, мы ежегодно теряем 2—3%
ягельников. Прикиньте: если так пойдет и дальше,
через сколько лет северному оленю нечего
будет кушать?
Прикинули? Ужаснулись? Конечно, это
невероятно. Конечно, так не будет. Не век же
бушевать пожарам. Сделают же, наконец,
снего-болотоходы на воздушной подушке,
которые не станут калечить тундру.
Внедрится же в головы всех хозяйственников
немудреная истина, что основа из основ
оленеводства — рачитетьное пользование
круглогодичными пастбищами и что численность
стада должна соответствовать их емкости.
А за наукой дело не станет. Знаток оленьей
проблемы профессор В. Н. Андреев из
якутского Иститута биологии АН СССР полон
надежд и не без оснований полагает, что
даже на нынешних выпасах оптимизация
системы олень — пастбище может дать не
40 тысяч тонн оленины, как сейчас, а 60, да
еще от диких оленей без особых хлопот
можно добыть кусище мяса в 8—10 тысяч
тонн. Но мясо мясу рознь. Затраты на
промысел и доставку пока столь велики, что
мясо дикого оленя впятеро дороже
домашнего. Поэтому-то и встречаются в серьезных
книгах фразы вроде вот этой:
«Экономически невыгодно создавать для оленей новую
среду обитания: заготовлять корм,
оборудовать помещения и т. п.» Как будет дальше?
Поживем — увидим. Но чтобы научно
обоснованная мечта стала былью, настала пора
неукоснительного соблюдения пастбищной
дисциплины, сооружения длиннющих
изгородей для разграничений владений дикого и
домашнего оленей и прочая, и прочая.
32
А что такое ягель, знаменитый олений мох?
Это дружественное сообщество, букет из трех
лишайников, именуемых кладониями
(альпийская, лесная и оленья). Наш рогатый
герой уплетает и другие лишайники — те,
что растут на скалах и деревьях. Всего в меню
значится 50 лишайниковых блюд, однако
ягель — превыше всего. Это любимая,
предпочитаемая оленьими младенцами и
стариками еда, на которую приходится две трети
того, что попадает в лохматые животы. И
летом, когда вокруг столько съестного, олень
от ягеля морду не воротит. На то есть весомая
причина — игнорирование лишайников
чревато расстройством желудка. Летом язык и
нутро он балует травами, брусникой, грибами,
веточками полярной ивы... И не только
балует, а в усвоенном виде заготавливает впрок.
На зиму.
■Однако ягель достоин не только
дифирамбов, но и порицания. Ведь у него нечто
общее с быстрорастворимым
сахаром-рафинадом, правда, очень жиденьким — лишь
углеводы и ничтожные крохи белков,
витаминов, минеральных солей. Попробуйте
месяц-другой посидеть на диете из чуть
сладенького чая. Нет, не пробуйте — добром
такое вряд ли кончится. Ведь как раз из-за
не очень калорийного ягеля оленю
приходится уподобляться аккумулятору, которому
летнего белково-витаминно-солевого заряда
должно хватать на всю свирепую
северную зиму.
Чего это стоит! Чтобы перенести соляную
голодовку, надо заблаговременно запастись
солями: лизать морскую пену на
побережье, искать сдохшую гнилую рыбу,
глодать чужие сброшенные рога, приходится
уподобляться хищникам — ловить
полярных мышей — леммингов. Казалось бы,
проще простого: взять да и накормить
оленей солью. Это только кажется — корабли
тундры попадут из огня в полымя,
наевшись соли, начнут страдать от жажды.
Снегом-то вволю не напьешься. А про поилки
в скованной морозом тундре пока что-то
не слышно.
За зиму живой аккумулятор тратит все
резервы, вплоть до того, что «переваривает»
пятую часть своих мышц. Из костей
вымывается кальций, и они становятся
хрупкими. Безжалостная рука витаминного,
минерального и белкового голода стискивает
оленье горло. Но отступать некуда — кроме
него ни одна из божьих тварей не сможет
заполнить экологическую нишу, где
нескончаемую полярную зиму придется сидеть
на тоскливой диете из- ягеля и снега,
которые природа не удосужилась даже посолить.
В работе финского биолога X. Хиваринена
«Пищевая адаптация северного оленя к
зимним условиям» отчетливо звучит призыв
к коллегам найти четкие биохимические
и прочие объяснения оленьего феномена.
К живому сейфу уже начали подбирать
ключи. Вслед за другими исследователями
Хиваринен предполагает, что оленья
утроба способна на многократное использование
дефицитных веществ. Так, истощая свои
кости, олень не разбазаривает их
содержимое направо и налево — у него
«происходит рециркуляция неорганических веществ
между организменной жидкостью,
тканевым пулом и пищеварительным трактом».
Вот так-то.
Пожалуй, наиважнейший внутриолений
круговорот — это круговорот азота,
которого, как мы уже знаем, в лишайниках кот
наплакал. За пределы организма олень не
выпускает даже азот слюны. Жизнь корабля
тундры, как и других жвачных, воедино
спаяна с квартирантами — микробами,
обосновавшимися в рубце. И не прелюбопытно ли, что
оленьи бактерии обслуживают хозяина на
манер бригады сезонников — зимой отдыхают,
резко снижают ферментацию. Но
микробный синтез белка все же теплится. И это
чрезвычайно важно, это позволяет оленю
добавить к рафинаду, то бишь ягелю,
чуточку белка, синтезированного
собственными руками, вернее, собственными
бактериями. Азотным сырьем для синтеза
служит опять-таки внутренний ресурс —
мочевина. Будучи полноправным жвачным,
олень может свести к минимуму выброс
этого чудесного вещества во внешнюю среду.
Не мочевина ли позволяет северному оленю
зимой ноги не протягивать? Если это так,
то, с его точки зрения, разбрызгивать
желтую жидкость — все равно что расставаться
с жизнью.
И вот тут пора вникнуть в слова
профессора А. А. Яхонтова: «Единственное, чем
пользуется олень от человека,— это
человеческая моча, к которой в зимнее время олени
проявляют особую жадность, так как чистый
снег не дает им необходимых солей,
имеющихся в обычной питьевой воде. Оленям
скармливают политый мочой снег, благо этот
«продукт» всегда скапливается около жилья,
а свежей жидкостью пользуются для того,
чтобы подманить упряжного оленя». Это
написано лет пятнадцать назад. Теперь-то мы
знаем, что магнетическая сила желтых
пятен на снегу заключена не столько в солях,
сколько в азоте, коим богата жидкость,
бездумно изливаемая человеком наружу.
А впрочем, не столь уж бездумно — есть
версия, согласно которой судьба заставила
оленя променять свободу на эти желтые
разводы на снегу. Азотный голод — не тетка.
Вверх по долине в нескольких километрах
от симпатичного домика Рангифера,
вобравшего в себя лабораторию со всякими там
самописцами, жилые комнатушки и
небольшую кухню с кают-компанией, там, где
лиственницы растут совсем уж не густо,
бригада орочей присматривает за
совхозным стадом в 1400 голов. Я не оговорился,
именно присматривает — олений пастух
не бегает с кнутом за своими
подопечными и не скачет на лошади в поисках
отбившихся непутевых созданий. Здешнее
2 «Химия и жизнь» № 2
33
стадо, так сказать, за решеткой: долина
перегорожена плотной деревянной
изгородью. Плотной настолько, чтоб не
протиснулся и олененок. Стоит удрать одному,
как остальные ринутся за ним. Видно,
страсть к перемене мест еще угасла не
совсем.
Раздвигаем то, что могло бы именоваться
воротами и, проникнув за ограду, тщательно
заделываем вход. За решеткой вольготно —
оленьи группки, пасущиеся вдали, не очень-то
разглядишь без бинокля. Кручу головой —
вон группа, занятая весьма уважаемым
делом — жвачкой, а вот те аж на склон
залезли... Пока мы продираемся сквозь
кедровый стланик к подножию сопки, где
белеют несколько брезентовых палаток,
замечаю, что возле них бродят упитанные, с
лоснящейся шкурой ездовые олени. Мне тут же
поясняют: в упряжку берут крупных
самцов, и, чтоб они не теряли уйму сил во
время гона и вообще были сговорчивей,
испокон веку их принято кастрировать. Вот те на!
Подходим. Навстречу вылетают
заходящиеся лаем здоровенные оленегонные псы.
Когда владельцы их утихомирили,
последовали взаимные приветствия. Осматриваюсь.
Из 4 брезентовых боков палаток торчат
трубы буржуек. Скоро затрещат морозы,
да, по правде, и сейчас не жарко. От
палатки к палатке тянутся провода, кои
берут начало в переносном генераторе,
виднеющемся поодаль под деревом. В одной
из палаток рация — связь с совхозом обя-
« зательна.
Но прежде чем пуститься в рассуждения
про заботы оленеводов или про иерархию
стада, давайте посмотрим со стороны на жизнь
тех оленей, за которыми вовсе нет
присмотра. Давайте поинтересуемся бытом
дикого оленя, чьи стада, несмотря на все
невзгоды, растут не по дням, а по часам. Хотя
на него ныне ополчились не только
браконьеры, но и оленеводы. Мол, и такой он
и сякой. А он — хороший. Правда, не во
всем безгрешен, но к главным
преступлениям, приписываемым ему, непричастен.
Во всяком случае, строгая научная
экспертиза реабилитировала обвиняемого,
которому инкриминировали стравливание пастбищ,
сохранение очагов инфекции, увод
домашних оленей.
На симпозиуме первое обвинение было
опровергнуто цифрами и наблюдениями за
примерным пастбищным поведением
обвиняемого. В силу для нас дурной, но для него
спасительной привычки есть на ходу, он
весьма бережно относится к тому, что растет
под ногами. Осмотр места происшествия
в Якутии, где рогатых обвиняемых сейчас
более 100 000 (на Таймыре их
полмиллиона и всего 55 тысяч потенциально
потерпевших — домашних оленей), показал,
что обвиняемые летом изымают с
пастбища в пять — десять раз меньше
биомассы, чем их домашние собратья. Зимой
из лунки они берут втрое или впятеро
меньше домоседов. Так кто стравливает
пастбища?
Второе обвинение и вовсе повисло в
воздухе — инфекционная обстановка среди
дикарей благополучнее таковой в
огромных малоподвижных домашних стадах.
Третье же обвинение, простите, не по
адресу — смотреть за тем, чтоб домашняя
скотинка далеко не отлучалась, должны
пастухи, а не дикие олени, напрочь
незнакомые с колхозными правилами.
Однако, если вы решите, будто рогатые
бродяги всюду могут идти куда вздумается,
вы примете желаемое за действительное.
Север не тот, что раньше. И на исконных
путях естественных миграций кое-где
выросли такие баррикады, что на их приступ
олени и не отваживаются. Еще бы! В
стародавние времена при охоте на северных
оленей пользовались тем, что они боялись
переступить лыжню. А теперь надо переступать
колеи, газопроводы... Дабы не подливать
масла в огонь, ограничусь цитатой из трудов
симпозиума: «Задержка диких оленей перед
газопроводом Норильск—Мессояха,
скученный и беспокойный их выпас здесь
приводят к вытаптыванию и стравливанию
пастбищ, чего не наблюдается в условиях
естественной миграции. В последнее десятилетие
в период осенних миграций у линии
газопровода ежегодно скапливается до 100
тысяч голов. При попытке обойти препятствия
часть животных C—5 тыс.) попадает в зону
промышленных сооружений Норильского
комбината и частично гибнет от
браконьерства и истощения. Предложенный проект
направляющих изгородей вдоль
промышленных сооружений выполнен не полностью,
построенные отсечные изгороди не
ремонтируются. Отрицательное влияние оказывают
и старые изгороди в долинах гор Путорана,
использовавшиеся для содержания
домашних оленей. С началом круглогодичной
навигации на Енисее отмечается гибель
оленей в крошеве разбитого льда после
прохода судов».
Когда-то в Туруханском крае местные
жители, зная, где олени переплывают реки,
гнали их между двумя суживающимися
заборами, ведущими к обрыву. В воде под
обрывом натягивали сеть покрепче и
запутавшихся в ней пловцов добивали дубинами,
а тех, кто все-таки смог вырваться, догоняли
на лодках. Сейчас такого варварства,
конечно, нет. Но если вы решите, что там, где
на естественных путях миграций не выросли
искусственные препоны, у оленей все идет
как по маслу, вы опять-таки примете
желаемое за действительное. И да простит меня
читатель, снова кровавая цитата, на этот
раз о бедствиях на реке Пясина. «Реку
шириной 1000—1100 м при температуре
воды 8—10 олени пересекают за 12—15 мин.
Снос по течению незначителен и
составляет в среднем 150—200 м. На переправах
происходит значительный отход телят в
возрасте 7—15 дней. (Представляете — на гу-
34
бах еще молоко не обсохло, а уже
километровый заплыв! — С. С.) Гибель, как правило,
происходит после преодоления реки в 2—5 м
от берега. Слабые телята увязают в иле
прибрежной полосы по скакательный сустав
и не могут выбраться на берег. Через 2—3
часа теленок ложится в воду, затем погибает».
Неужели ничем не помочь? А что, если
вычерпать или завалить смертоносную
полоску ила? Конечно же, кое-кто возразит: мол,
это пустяк, есть беды и пострашнее — ящур,
волки... Но по мне, чем меньше бед, пусть
даже пустяковых, тем лучше. Да и как
можно счесть пустяком чью-то жизнь?
Жизнь пыжика, пусть самого что ни на есть
домашнего, начинается не в теплом
коровнике, а на чересчур свежем воздухе, порой
в весеннем сугробе. Важенка тщательно
вылижет новорожденного, чтобы он не
заледенел, обнюхает, покормит, и, спустя
считанные часы, маленький кораблик тундры готов
отправитьс я в странствие. Я с но, что для
круглогодичных променадов в студеных
краях требуется отменная спецодежда.
И у северного оленя она есть. Специалисты
по синтетическим тканям мечтают
скопировать олений мех с полыми волосками.
Если удастся перенять эту особенность, то
люди, возможно, перестанут зябнуть в
синтетических шубах. У оленьей одежды есть
и другое завидное качество: зимой кончики
волосков как бы разбухают, утолщаются
и мех становится чем-то вроде брони,
которой ветер нипочем.
Величину теплоизоляции принято
выражать в так называемых кло. Так вот, зимой
олений мех дает теплоизоляцию в 7 кло,
а мех белки — всего 2,5 кло. Северного
оленя по этим самым кло среди наземных
млекопитающих перещеголял, пожалуй, лишь
песец. Однако любая палка о двух
концах — защита может обернуться помехой.
И хотя летом одежда оленя скромнее, она
все равно заставляет изнывать от жары.
Корабли тундры норовят прилечь на
нерастаявший снег или стоят как истуканы
в ледяной воде. Но и истуканят со
смыслом — в жару это способствует
пищеварению.
Парнокопытные родственники северного
оленя обходятся двумя легкими, а он зачем-
то обзавелся третьей долей легкого. Сперва
думали, что третье легкое — это подспорье
для бега по снежной целине. Но
выяснилось, что на бегу олень потребляет всего
в семь раз больше кислорода, чем в
полном покое. (Нам во время бега надо в 10—
14 раз больше кислорода, чем обычно.)
Значит, чтобы удрать от волков, ему
хватило бы и двух легких. Природа не прощает
излишеств, И ею северный олень скроен на
совесть. Зачем же ему столько легких? Зверь
молчит, а физиологи начинают склоняться
к тому, что третья дол я может служить
дополнительной печкой, обогревающей его
изнутри. Не удивляйтесь — в легких
млекопитающих при окислении жиров выделяется
тепло. А тепло — первейшая необходимость
в зимнюю стужу, особенно когда нет ни
крыши над головой, ни костра под боком.
Вот мы с вами и добрались, наконец,
до того, чем занимаются на Рангифере,—
до биоэнергетики северного оленя.
Рангифер — младенец, ему всего пять лет.
Инициатором его создания был А. В. Кушнир,
который ныне трудится за тысячи
километров, в Новосибирске. А здесь в Магадане
стационар и четверо специалистов,
работающих в нем,— это составная часть
лаборатории физиологии природных адаптации,
заведует которой Ю. Ф. Пастухов.
Изюминка здешних исследований в том, что
удалось выявить корреляцию между частотой
оленьего пульса и энерготратами
животного. Иначе говоря, регистрируя биения
сердца, можно подсчитать, сколько энергии
тратит олень, чтобы повернуть голову, или
сколько калорий улетучивается в
окружающую среду, если над рогатой головой
промчится самолет, взбудораживший мирное
существо. Фантастика? Нет. Уже
зарегистрированы энерготраты, например на жевание:
во время жвачки траты возрастают на 6 % по
отношению к полному покою.
Зачем все это? Вот зачем. Вспомните:
олень подобен аккумулятору, расходующему
зимой энергию, накопленную летом. И в том,
чтобы аккумулятор разряжался
помедленней, а не вконец измочаленным дотягивал
до весны, заинтересованы не одни олени,
но и мы с вами. Узнав, сколько энергии отвел
естественный отбор на ту или иную форму
поведения, можно будет не только давать
прогнозы энергетики популяций (стад),
но и корректировать эту энергетику.
На бумаге все просто. А на деле
приходится битый месяц приучать рогатого
подопытного, чтобы он не протестовал и не
нервничал, когда ему на холку, бок и крестец
прикрепляют датчики, которые ловят биения
оленьего сердца. Но на одних биениях
далеко не уедешь. Их нужно сопоставить
с газообменом, свидетельствующим о том,
на какую мощность олень запускает свой
энергетический котел в той или иной
ситуации. А чтобы познать газообмен, на
лохматую морду надо надеть маску со
шлангом и собрать выдыхаемый воздух в пустую
оболочку от аэрозонда. Потом выдохнутую
смесь пропускают сквозь газоанализатор.
И лишь тогда можно сопоставить пульс
со скоростью обмена веществ, то есть с
конкретными энерготратами. Вот несколько
цифр. Зимой сердце лежащего оленя делает
35 сокращений в минуту, летом — 59.
Зимой при ходьбе — 60 ударов в минуту,
летом — 80. Отсюда недалеко до вывода,
что зимой энергетическая стоимость
каждого оленьего шага на 20% выше. И не
потому ли он зимой лежит больше, нежели
летом? Конечно, поэтому, но еще и
потому, что зимой приходится вести тяжелые
2*
35
снегоройные работы — доставать ягель.
Такая энергостатистика, собранная на
все сезоны года и на все главные случаи
оленьей жизни, и даст нам в руки рецепт
для уменьшения разрядки живого
аккумулятора. Александр Яковлевич Соколов,
занятый такого рода исследованиями, сетует:
— Мы пс чуемся радиотелеметрической
установкой -рт». Она сконструирована
для стадион- тя спортсменов, а не для
оленей. Ее чуь:т стельность и дальность
действия ниже всякой критики. Правда, есть
еще аппаратура «Опыт-4», применяемая в
исследованиях по физиологии труда. Но и это
не то, что надо.
А вот зарубежные зоологи,—
продолжает Соколов,— в брюшину медведя гризли
вшивали автономный передатчик размером
с сигару. Радиус действия 10 километров,
рабочий ресурс — год. Представляете,
сколько можно узнать о жизни мишки? Да что
там медведь — в мире есть передатчики,
которые прикрепляли к голубям! Олень не
бабочка и не голубь, выдержит и
полукилограммовый аппарат. Однако он должен быть
надежен, герметичен, не бояться жары,
холода и не менять параметры при
погодных передрягах.
И все-таки с почти бесчувственным
«Спортом» и даже без оного получены
любопытные результаты. Так, меряя
электротермометрами температуру воздуха на вдохе и
выдохе и следя за его влажностью, а также
за теплоизолирующими свойствами оленьей
шкуры и тканей, узнали, что дрожать от
холода, то есть тратить на обогрев
внутренние резервы, северный олень начнет лишь
при минус 61°. Получается, что олень не
только аккумулятор, но еще и
превосходный термос. Как же сохранить
внутреннее тепло, если и пробки-то нет?
Вот как. В стужу, чтобы не отморозить
легкие, надо дышать редко и неглубоко:
летом 130-килограммовый олень за один вдох
вбирает в себя примерно три литра воздуха,
а на трескучем морозе вдвое меньше.
Причем на выдохе, в носу умудряется извлечь
три четверти влаги, которая попала в
нагретый внутри воздух. Из-за обратной
конденсации этой влаги в верхних дыхательных
путях при минус 40е на каждом выдохе
сберегается 48,5 кал. Согласитесь, такое не
каждому по плечу, вернее, по носу.
Работающий на Рангифере Сергей
Владимирович Задальский разузнал, что за
черными оленьими ноздрями скрывается нечто
вроде змеевика самогонного аппарата.
Это устройство, именуемое раковиной и
имеющее площадь 0,15 м2 (в обеих ноздрях),
не выпускает влагу, а с нею и тепло наружу.
У северного оленя расстояние между
ветками раковины 2—4 мм, у верблюда — 1 мм
(верблюд затесался в текст не случайно —
в раскаленной пустыне и на скованном
морозом Севере животные всемерно экономят
воду, в том числе и с помощью носовых
поглотителей).
Наверное, я замучил вас цифрами. Каюсь.
Однако позволю себе еще несколько
подробностей. Кроме носа олень обладает еще
по крайней мере шестью
теплообменниками: два уха плюс четыре ноги, вернее,
голени, где прямо под кожей сосредоточена
многоярусная сеть кровеносных сосудов.
По приказу центральной нервной системы
скорость кровотока в этих сетях меняется
словно по мановению волшебной палочки.
Если нужно избавиться от излишков тепла
в организме или спасти уши или ноги от
отморожения, скорость увеличивается, при
противоположной надобности — уменьшается.
Вроде бы со схемой оленьего термоса
все ясно? Отнюдь нет. Наплевательское
отношение северных оленей к холоду не дает
покоя исследователям. Так, новосибирские
физиологи докладывали на симпозиуме о
некоей тепловой ловушке, найденной ими
в оленьих легких'. Не служит ли ловушка,
как и загадочное третье легкое, некоей
дублирующей системой? Биоэнергетикой
северного оленя занимаются и сыктывкарские
физиологи и приходят к своим, особым
выводам.
Не обладая оленьей холодоустойчивостью,
на ночь лучше протопить буржуйку,
стоящую в углу комнатушки Рангифера. По
неопытности накаляем печку так, что дышать
невозможно. Из-за отсутствия в наших
организмах могучих теплообменников
приходится открывать дверь, чтобы холодок
прошел по коже. Наконец можно лезть
под одеяло. В предвидении завтрашнего
суматошного дня приятно вспомнить, что
под домиком жил горностай, что неподалеку
бегают зайцы. Как у них с
теплообменниками?
Мы были в оленеводческой бригаде,
когда наступил гон, который по весьма
уважительной причине не интересовал ездовых
оленей. И поначалу, сидя возле на
бревнышке, можно было принять их за
флегматиков. Живых тягачей понять можно —
в свое время они нанервничались, выясняя
отношения, устанавливая иерархию,
насаждая уважительное отношение к старшим
по званию. И вот в устоявшуюся компанию
вслед за элегантной молоденькой оленихой
врезался пышущий страстью гирвас. И
началось всеобщее коловращение.
Презрительное фырканье чередовалось с наскоками
и отскоками, с ляганьем и выпадами
рогами. И все в таком темпе, что голова идет
кругом. Да, по числу движений в единицу
времени олень лицом в грязь не ударит.
Какое поле деятельности для
биоэнергетиков!
А рога-то, рога-то какие мелькают!
Иные, пожалуй, полпуда тянут. И вот с
этими-то гирями на голове — цирковые
номера. И вправду номера, война понарошку —
особых грубостей нет, кровопролития тем
более. В разгар представления слышу, что
самые здоровенные рога — у бывших сам-
36
цов, у ездовых оленей, которые и зимой
таскают на себе эту тяжесть. Ого! Не это ли
позволяет им безбедно (по оленьим меркам,
разумеется) скоротать зиму?
И вот тут самое место проникнуться
скорбью к переменчивому счастью оленьего
рыцарства. После скоротечной поры любви
они, утратив турнирное оружие, влачат
самое жалкое существование. Не
удивляйтесь — разоруженные рыцари опускаются
на дно оленьего общества. Зато
представительницы прекрасного пола, любезные и
покладистые летом, к зиме свирепеют и
захватывают власть. Всю зиму комолые самцы
стонут под железной пятой рогатого
матриархата, который наносит удар за ударом
не только по их самолюбию, но и по животу.
Вот бытовая картинка. Безрогий рыцарь-
вегетарианед широкими передними
копытами, загнутыми на манер ложки, истово
копает лунку в снегу, чтобы достать ягель.
Едва доберется, едва сунет в лунку морду,
подходит милая и, словно бездушный
бульдозер, отодвигает, а то и отшвыривает
рогами. Вздохнув, гирвас принимается за рытье
следующей столовой, из которой его,
однако, тоже могут выгнать. Ужас какой-то:
кто не работает, тот ест. Но это как
посмотреть. Самец набьет брюхо лишь после
того, как насытятся важенки и
подрастающее поколение. Оно и правильно — в них
будущее оленьего народца. Их
благосостояние превыше всего.
Однако мысли о будущем вряд ли
блуждают в оленьих головах, особенно в
рыцарских: многое говорит о том, что среди
самцов яркую индивидуальность надо искать
днем с огнем. В книге «Северный олень.
Экология и поведение» доктор
биологических наук Л. М. Баскин, в свое время
работавший зоотехником в оленеводческих
хозяйствах, пишет: «...индивидуализация
поведения происходит главным образом во
время нахождения животных вне стада...
Важенки накапливают дополнительный опыт
с той же необходимостью, с какой они
должны отелиться, отстать от стада вместе
с новорожденным и научиться
самостоятельно взаимодействовать со средой».
Важенки, волею судьбы умнеющие год
от года, могут презрительно смотреть на
представителей сильного пола — любая
из них потенциальный вожак, а самцы в
силу обстоятельств остаются балбесами.
Читатель вправе возмутиться — огульное
охаивание не к лицу любому автору. Так вот,
Баскин сомневается в мыслительных
способностях отнюдь не всех самцов; чуть
далее он пишет, что примерно третья их часть,
те самые, кто особо измотался во время гона
и не мог плестись за стадом, на два —
восемь месяцев остаются с тундрой один
на один. И если не съедят волки, обогатят
себя индивидуальным опытом борьбы за
существование. Ездовые же вегетарианцы,
повидавшие разные там трактора и
посетившие поселки, столь раздвигают сной
кругозор, что становятся кладезем рогатой
премудрости.
И все же стадо — великая вещь. В любом
оленьем стаде даже изнуренная голытьба
может покормиться в оставленной кем-то
лунке. Стадо прикрывает своих членов даже
от гнусностей гнуса. На Чукотке в центре
компании из тысячи оленей 600 могут
спокойно лежать, не подвергаясь уколам
оводов, комаров и кровососущих мух, пока
не нарушится боевое охранение из внешних
пяти рядов движущихся собратьев,
мучимых кровососами. Когда нет терпения
сносить пытку, часть боевого охранения силой
проламывается в центр, причем дорогу
телятам прокладывают мамаши. И вот уже
отдохнувшие олени принимают на себя
атаки гнуса. На Таймыре такие дикие оленьи
армии, организованно обороняющиеся от
гнуса, порой насчитывают по 70 тысяч
солдат.
На краю стада в оленей впиваются
и волчьи зубы, но отнюдь не столь часто,
как молвит молва. Опытнейший полярный
волчатник В. П. Макридин, от чьей
руки 500 хищников расстались с жизнью,
в разговоре со мной оценил их
численность менее чем в 10 тысяч. Но от ответа
на вопрос, насколько же менее,
воздержался, мол, в тундре ни у кого руки не дошли
до волчьей переписи, да и вообще
полярный волк сегодня тут, а завтра там.
Пятерка серых пиратов пробовала взять
на абордаж и Рангифер. Сидя на сопке,
долго выжидали момент, и, когда
казалось, вот-вот намнут оленям бока, те
стремглав мчались к людям. После нескольких
неудачных атак волки ушли не солоно
хлебавши.
Очерк перерос приемлемые рамки. А ведь
еще не рассказано о редчайшей, но все же
случающейся трагедии, когда важенка
приносит двойню; о том, как оленята-сироты
подкармливаются у чужих матерей; о том,
как на путь истинный наставляют
четвероногих недорослей, если они вовремя не
расстаются с материнской юбкой. Хочется
рассказать, и как те гирвасы, что живут
в Карелии, зимой лихо правят стадами
в 200—300 подданных. Порассуждать бы и
о том, почему оленья грива (подвес) больше
смахивает на бороду. И о
многом-многом другом.
Увы, пора прощаться с Рангифером и с
самим Rangifer ta rand us, с северным оленем,
великолепнейшим существом, описание
которого в справочнике начинается с того,
что он «имеет удлиненное туловище и шею,
но относительно короткие ноги». Право,
стоит поклониться в ноги этому зверю,
который не за страх, а за совесть служит
людям всем своим существом.
С. СТАРИКОВИЧ
37
ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ
Вниманию читателей
Один киловатт-час расходуется
100-ваттной лампочкой за 10
часов горения.
Одного киловатт-часа
достаточно для выпуска полутора
килограммов бумаги, из которых
можно изготовить 7
экземпляров журнала «Химия и жизнь».
Берегите электроэнергию!
Без металла
Орловский институт Гипро-
НИИсельпром разработал
типовой проект теплиц со
стеклянными трубами системы
обогрева. Один километр труб из
стекла позволит сэкономить 4 т
труб из углеродистой стали, 3 т
труб из нержавеющей стали,
1 т труб из цветных
металлов и сберечь государству
около 20 тысяч рублей.
Вместо чистого бензина
Завершены многолетние
испытания смеси G4,5—77,5 %
бензина А-72, 14,5—15,5%
метанола и 8—10 % изобутанола)
в качестве горючего для
стандартных двигателей
автомобилей ЗИЛ-130. Основные выводы
испытателей: эксплуатационная
надежность машин осталась на
прежнем уровне, несколько
возросли эксплуатационные
расходы, зато на 14—16 %
снизился расход нефтепродуктов.
Тише едешь — дальше будешь
Чем больше удобрений
получают поля, тем больше надо
заботиться об эффективном их
использовании. Чтобы основная
часть питательных веществ шла
в колос, растения обрабатывают
ретардантами — замедлителями
роста стебля. Наиболее
распространенный в нашей стране
ретардант хлорхолинхлорид
только за один 1982 год
позволил получить дополнительно
полмиллиона тонн зерна.
Другой замедлитель роста — мор-
фол, как показывают
исследования, проведенные Институтом
физиологии растений АН СССР,
увеличивает на 10—15 %
урожай хлопка.
Приемник с ручным приводом
Лет тридцать назад появились
карманные фонарики с
«динамкой» вместо батарейки.
Нажимая на рычаг, владелец
такого фонарика вращал
электрический генератор, от которого
питалась лампочка. Однако
новинка не привилась: шума от та-
•ких фонариков было много, а
света мало. Недавно та же
идея возродилась в новом
обличье. В ФРГ создан
транзисторный приемник, который
питается не от батарейки, а от
аккумулятора, заряжаемого
ручным генератором-«динамкой».
Минуту крутишь ручку —
приемник работает час.
В народном хозяйстве СССР
занято около 700 тысяч
служебных, охотничьих и пастушьих
собак. Экономический эффект
от их службы — около 100
миллионов рублей в год.
Себестоимость выращивания
служебной собаки в
питомнике — до 1900 рублей,
охотничьей — до 1500 рублей.
Закупочная цена служебной
собаки при покупке у населения —
130 рублей.
В 1981 году из Москвы и
Московской области в охот-
ничье-промысловые районы
вывезено две тысячи лаек,
купленных у любителей. После
введения 15-рублевого
обложения аладельцев собак
количество щенков, продаваемых
любителями в Москве и
Московской области на
государственную службу, сократилось вдвое.
Зарубежные специалисты
рассматривают собак,
принадлежащих частным лицам, как
военный резерв.
В 1980 году в СССР
зарегистрировано и привито 7
миллионов 973 тысячи собак.
В 15 крупнейших городах
страны зарегистрировано 523,5
тысячи домашних собак — по
20 на каждую тысячу жителей.
Это в 3—5 раз меньше, чем
в других промышленно
развитых странах.
За десять лет, с 1970 по 1980,
население 15 крупнейших
городов СССР выросло в 1,2 раза;
количество собак - в 1,4 раза.
.-^^ЛЧ\чччУ\т
JLS
Относительное увеличение
количества домашних собак, по
мнению специалистов, связано
с ростом реальных доходов
населения, которые за тот же
период возросли в 1,46 раза.
За десять лет, с 1970 по
1980, число граждан,
покусанных собаками, не увеличилось.
70% покусанных пострадали
при попытке проникнуть на
охраняемую территорию; 33%,
как выяснилось, были в
нетрезвом состоянии, и только
10% пострадали по вине
владельцев.
В 1980 году в Москве было
около 150 тысяч владельцев
собак, в два раза меньше,
чем владельцев автомашин.
На каждую тысячу случаев
бытового и транспортного
травматизма детей приходится 0,77
случая, связанного с собаками.
«Охота и охотничье хозяйство»,
1983, № 8
ОБОЗРЕНИЕ
Кто делает погоду
Москвичи помнят, что в 1982
году во время ноябрьского
парада и демонстрации стояла
прекрасная погода. Но мало кто
знает, что это заслуга службы
метеозашиты Моссовета.
Четыре самолета Ил-14 этой службы
круглосуточно патрулируют в
окрестностях города в радиусе
75—200 км. Встретив облако,
чреватое нежелательным
снегопадом или дождем, воздушный
патруль вводит в него
твердую углекислоту, ускоряющую
кристаллизацию влаги (зимой)
или каплеобразование (летом).
Только за зиму 1982/83 года
количество осадков в Москве
были снижено на 25 см по
сравнению с прогнозным.
Экономический эффект составил
2,66 млн. рублей.
«Раскинулось море широко...»
По данным Регистра
судоходства Ллойда (который
учитывает суда тоннажем не ниже
100 т), за 20 лет, с 1961 по
1980 год, при разных
обстоятельствах погибли 6632 судна.
В 1981 году мировой
гражданский флот недосчитался еще
359 судов; из них 120
затонули, 100 потерпели аварию, сев
на мель, скалы или рифы, 67
стали жертвами пожаров или
взрывов,. 41 погибло в
результате столкновений, 10 пропали
без вести.
ПОЛТОРА ВЕКА НАЗАД
В Парижской академии наук
Г. Куэрб хочет, кажется, доказать, что наш ум есть не что
иное, как фосфор, и что у кого более фосфора в мозгу,
тот и умнее. Псртому количество ума можно было бы
определять фунтами и золотниками, и вся иллюзия исчезла
бы. Комиссия, назначенная для разбора его записки о
мозге, рассматриваемого в отношениях химическом и
физиологическом, представила свой отчет. Химическая часть
этого труда обратила на себя внимание комиссаров,
и она одна только представляет новые результаты. Г. Куэрб
нашел в мозге, кроме холестерины, четыре жирных
вещества, которые, как и другие жирные тела, содержат
в себе углерод, кислород и водород, и сверх того азот,
серу и фосфор. По мнению автора, фосфор в этих
веществах — элемент весьма важный, потому что определенная
пропорция фосфора необходима для свободного действия
умственных способностей. В мозгу помешанного
находится более фосфора, а в мозгу полоумного менее, чем в мозгу
человека со здравым умом.
«Библиотека для чтения», 1834, т. 5, ч. VII
Весьма простое средство заклеивать трещины в
фарфоровой посуде
Если в фарфоровой посуде от неосторожного ее употреб-_
ления окажутся довольно значительные трещины, через
которые будет проходить налитая в сосуд жидкость, то
расколотые места надобно покрепче натереть сухим
горьким миндалем, и от одного этого средства все трещины
так за кле яте я, что и з сосуда не станут у же вытекать
никакие жидкости.
«Журнал общеполезных сведений,
или библиотека, по части промышленности,
сельского хозяйства и наук, к ним относящихся».
1^33, книга 7
ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ
Анти ион изаторы
О пиве
По статистике голландской
Ассоциации производителей
спиртных напитков, итальянцы и
французы стали пить меньше
вина и больше пива. А вот на
севере континента, в странах
традиционно «пивных»,
напротив, стали меньше пить пива
и больше вина.
О раках
Небольшой, но очень
плодовитый морской рачок может
оказаться конкурентом
дорогостоящей краски, предохраняющей
подводную часть судов от
обрастания. Caprellid amphipod (так
он называется по-латыни)
питается как раз теми
ракушками и водорослями, что
налипают на бока океанских
красавцев. А не умея
самостоятельно перемещаться в воде, рачок
вынужден цепляться за любую
твердую поверхность.
Облюбованные им суда обрастают в пять
раз меньше обычного.
Из рыбацких рассказов
В рыболовецком колхозе «Юж-
нобугский» летними ночами
подкармливают рыб с помощью
прожектора. В его луче,
направленном на воду,
собирается мошкара со всей округи.
Насекомые падают в воду, и
рыбам остается лишь
подставлять рот. Комаров — меньше,
рыбы — больше.
ОБОЗРЕНИЕ
Фтор и демократия
69-летняя Кэтрин Маккол
добилась того, что Верховный суд
Шотландии запретил властям ее
родного города Стретклайда
фторировать водопроводную
воду. Процесс занял 204 дня.
Судья признал, что
фторирование воды в концентрации 10 6
полезно для зубов и ничем
организму не грозит. Однако,
отмечается в решении суда, эта
коммунально - оздоровительная
процедура является
посягательством «на право граждан
выбирать, какую им пить воду —
фторированную или нефториро-
ванную». Свобода...
В эксперименте, описанном в
журнале «Во]носанитетски пре-
глед» (Югославия), в
стандартной конторской комнате C,6Х
X 3,6X4.0 м) выкуривали по три
сигареты в час. Через семь
часов уровень ионизации
воздуха снизился на 53,5 % по
сравнению с контролем. А как
известно, чем меньше в воздухе
ионов, тем больше микробов.
Г _
К концу XX века около
миллиона видов животных и
растений исчезнет под прямым
и косвенным воздействием
человека.
«АпгЫо», 1983, т. 12, № 2
Изменить максимальную
продолжительность человеческой
жизни, скорей всего,не удастся.
Однако уже сейчас
практически возможно создать такие
условия, прл которых
продолжительность жизни каждого
человека приблизится к
максимальной.
«Experientia», 1983, т. 39. № 1
Ьь. -,
ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ
Информация
НАУЧНЫЕ ВСТРЕЧИ
Апрель
Координационное совещание
«Философские вопросы
естествознания: современные
тенденции исследования». Москва.
Институт философии A21011
Москва Г-19, Волхонка, 14,
203—95—98).
XXXIV совещание по
ядерной спектроскопии и
структуре атомного ядра. Алма-Ата.
Научный совет АН СССР по
ядерной спектроскопии A97022
Ленинград П-22, ул. Рентгена, 1,
232—14—09).
Семинар «Кварк и-84».
Тбилиси. Институт ядерных
исследований A17312 Москва В-312,
просп. 60-летия Октября, 7-а,
135—77—60).
IV симпозиум по растровой
электронной микроскопии и
аналитическим методам
исследования твердых тел. Звенигород
Моск. обл. Институт
кристаллографии A17333 Москва В-333,
Ленинский просп., 59, 135—02—
98).
V симпозиум по квантовой
теории адсорбции и катализе.
Москва. Научный совет
АН СССР по катализу A17913
ГСП-1 Москва В-334,
Ленинский просп., 47, 135—37—97).
VIII совещание по
полярографии. Днепропетровск.
Днепропетровский
химико-технологический институт C20640
Днепропетровск 5, просп. Гагарина,
8, 44—88—59).
Конференция «Проблемы
метрологического обеспечения
научных исследований в вузах».
Ленинград. Ленинградский
политехнический институт A93251
Ленинград, Политехническая ул.,
29, 552—61—83).
Совещание
«Перспективные методы получения
покрытий и модифицирование
поверхностей». Киев. Институт
электросварки им. Е. О. Па-
тона B52650 Киев, ул.
Боженко, И, 27—31—66).
Совещание «Неорганические
пигменты и наполнители». Ар-
мянск Крымской обл. «Союз-
краска» A01851 Москва, М-
Кисельный пер., 5, 228—07—02).
Симпозиум «Развитие втом-
ной энергетики в СССР и
проблема теплового загрязнения
природной среды». Москва.
Институт прикладной геофизики
A07258 Москва, Глебовская ул.,
20-6, 160—08—61).
Ill совещание по
аминокислотам. Ереван.
Научно-исследовательский и технологический
институт аминокислот C75056
Ереван, ,ул. Гюрджяна, 14,
64—59—99).
Конференция «Молекулярные
механизмы биологического
действия оптического излучения».
Симферополь. МГУ A17234
Москва, Ленинские горы, 139—
11—16).
I Всесоюзный съезд
медицинских генетиков. Киев. Институт
медицинской генетики A15478
Москва, Каширское ш., 6-а,
111—85—80).
IV совещание «Вид и его
продуктианость в ареале».
Свердловск. Институт экологии
растений и животных F20008
Свердловск, ул. 8 марта, 202, 22—85—
70).
II симпозиум «Проблемы
оценки и прогнозирования
функциональных состояний человеке
в прикладной физиологии».
Фрунзе. Институт физиологии и
экспериментальной патологии
высокогорья G20022 Фрунзе,
ул. Горького, 1/5, 43—17—58).
Конференция «Клиника,
лечение и профилактика
алкогольных заболеваний». Москва.
ВНИИ судебной
психиатрии им. В. П.
Сербского A13034 Москва,
Кропоткинский пер., 23, 203—74—35).
Конференция «Состояние и
перспективы научных
исследований по созданию новых
синтетических лекарственных
препаратов». Москва. «Союзлексин-
тез» A03283 Москва, пр.
Художественного театра, 2, 291 —
40—14).
Май
XIII юбилейный Менделеевский
съезд по общей и
прикладной химии. Ленинград.
Институт общей и неорганической
химии A17071 Москва В-71,
Ленинский просп., 31, 234—54—
83).
Конференция по теории
твердого тела. Звенигород Моск. обл.
Институт физических проблем
017973 Москва ГСП-1 В-334,
ул. Косыгина, 2, 137—32—48).
VII конференция по тепло-
и массообмену. Минск.
Институт тепло- и массообмена
B20728 Минск ГСП, ул. П.
Бровки, 15, 39—51—36).
Семинар «Черенковские
детекторы и их применение в
науке и технике». Троицк Моск.
обл. Физический институт
A17924 Москва ГСП-1 В-333,
Ленинский просп., 53, 334—57—
19).
Семинар «Современные
проблемы и математические
методы теории фильтрации».
Москва. Институт проблем
механики A17526 Москва, просп.
Вернадского, 101, 434—33—83).
II Всесоюзная конференция
по физике и технологии тонких
пленок. Ивано-Франковск. Ива-
но-Франковский педагогический
институт B84000
Ивано-Франковск, ул. Шевченко, 57, 2—21 —
40).
Конференция
«Диффузионные соединения металлических
и неметаллических материалов».
Москва. Московский авиацион-
но-технологический институт
A03767 Москва, Петровка, 27,
221—20—17).
Семинар «Состояние,
перспективы и проблемы развития
полимерных клеев до 2000
года». Кирова кан. «Союзхим-
пласт» A29110 Москва, ул.
Гиляровского, 39, 284—57—62).
Конференция «Современные
достижения в области
исследования, производства и
эксплуатации углеродных материалов и
изделий». Челябинск. ГОСНИ-
ИЭП D54084 Челябинск, просп.
Победы, 160, 35—17—11).
Конференция
«Эксплуатационные свойства
конструкционных полимерных
материалов». Нальчик. ВСНТО A17218
Москва, ул. Кржижановского,
20/30, корп. 5, 125—99—71).
Конференция «Экономия
металла и энергии на основе
прогрессивных процессов
термической и химико-термической
обработки». Пенза. ЦП НТО
машиностроительной
промышленности A03012 Москва, Б.
Черкасский пер., 7, 223-%—80).
Продолжение — на стр. 56
40
■.■„•*-•■ v;**
«Химия и жизнь» не раз писала о колебательных реакциях. Этот необычный вид
химических превращений, впервые обнаруженный советским исследователем Б. П. Белоусовым,
опрокинул многие устоявшиеся схемы, помог отыскать новые тесные связи между миром
живого и неживой природой. Однако его значение для современной науки еще шире. «Один из
важнейших экспериментов нашего века» — так охарактеризовал открытие первой колебав
тельной реакции известный бельгийский ученый, лауреат Нобелевской премии по химии
И. Р. Пригожий в публикуемой ниже беседе с нашим корреспондентом В. Р. Полищуком.
Профессор
И. Р. Пригожий:
«Мы только
начинаем
понимать
природу»
...Мне потребовалось более пятнадцати
лет, чтобы поверить в то, что истоки
необратимости большинства природных
процессов поддаются пониманию. Что
же касается второго начала
термодинамики, то я лишь начинаю
чувствовать, что осмысливаю его содержание.
Признания, подобные последнему, от маститого
специалиста услышишь не часто. В самом деле,
начала термодинамики легко найти в
энциклопедии или учебнике, там они изложены вроде бы
предельно ясно. Для любого студента, для
старшеклассника. Даже для далекого от наук
любознательного читателя. А тут известный теоретик, один
из создателей термодинамики неравновесных
процессов сознается, что только начинает постигать...
Все-таки разные это вещи: наука устоявшаяся,
застывшая в безапелляционных формулировках
учебников, и наука живая, развивающаяся,
сомневающаяся.
Побеседовать с профессором Брюссельского
университета Пригожиным — президентом
Королевской академии Бельгии, иностранным членом
Академии наук СССР — удалось после лекции,
которую он читал в июле прошлбг&тода в Пущи но,
на международной конференции по синергетике.
Беседа происходила своеобразное вопросы по-
русски — ответы по-английски. Илья Романович,
хоть и живет с детства за границей, свой природный
язык не забыл. Времени у него было немного,
и, сознавая, что удастся обсудить далеко не все,
что хотелось бы, собеседник наделил меня
вспомогательным материалом — записью одного из своих
недавних выступлений. Так эта публикация и
готовилась: текст беседы уточнялся и дополнялся
по той записи. ^
Наука прошлого века завещала нам не
только впечатляющие достижения. Мы
унаследовали по меньшей мере два
фундаментальных противоречия.
Вот одно из них. После того как
Дарвин открыл к 1859 году законы
биологической эволюции, стало
очевидным, что материи бывает
свойственно стремление к усложнению,
самоорганизации. Ключевые элементы учения
Дарвина: идея флуктуации, случайного
41
отбора, стохастических процессов — и
идея эволюции, необратимого
зарождения новых структур. Полную
противоположность этим концепциям
представляет собой закон возрастания
энтропии, открытый шесть лет спустя
Клаузиусом. Согласно закону Клаузиу-
са, в изолированной системе энтропия
(а это греческое слово, обозначающее
развитие, превращение, почти синоним
слова «эволюция») стремится к
максимуму, в результате чего торжествует
хаос. Система приходит к равновесию,
необратимые же процессы — к
конечной остановке.
Людвиг Больцман — быть может,
один из величайших физиков-теоретиков
всех времен — в конце прошлого века
применил идею «эволюции» к поведению
газов*. Главный его вывод: энтропия
тесно связана с вероятностью,
отбором — внешне похож на то, что
открыл Дарвин. Однако результат Больц-
мана противоположный: вероятность
становится максимальной при
достижении полного единообразия; приближение
к устойчивому состоянию означает
забвение первоначальной структуры, ее
уничтожение.
Так как же, скажите, могут быть
правы и Дарвин, и Больцман?
Как совместить неизбежное разрушение
любых структур и их созидание,
самоорганизацию?
Другое противоречие, пожалуй, еще
глубже.
Прототип классической^ физики —
классическая механика, изучение
движения, описание траекторий. Главнейшие
черты этого учения — обратимый
характер любых перемещений и абсолютный
детерминизм (задайте начальные
условия — и траектория будет
предсказана строжайшим образом); направление
времени не играет никакой роли. Ни
отбору, ни необратимым изменениям в
классической механике места нет.
Квантовая механика, несмотря на то
что вероятность в ней учитывается, что
Р£чь идет не о траекториях, а о
волновых функциях, стоит на том же
фундаменте: обратимость и детерминизм.
Какова же тогда роль времени?
Время, может быть, самая
противоречивая категория физики. Вот что
писал Эйнштейн: «Для нас, убежденных
физиков, различие между прошлым,
настоящим и будущим — всего лишь
См. «Химию и жизнь», 1983, № 2, с. 24.— Ред.
иллюзия, хотя и довольно стойкая».
С другой стороны, для нас,
обыкновенных живых людей, время в
высшей степени реально. Это реальность
нашего повседневного опыта, наших
надежд и опасений, наконец, реальность
нашей ответственности за судьбы мира
сегодняшнего и завтрашнего, мира,
меняющегося быстро и необратимо. Закон
возрастания энтропии,между тем,
объявляет некоторые явления — например,
обратный ход свершившихся уже
событий — лишь маловероятными, но не
невозможными. Как же совместить это с
направленностью времени?
Вывод, к которому я пришел и
который теперь кажется мне совершенно
естественным: необратимость — весьма
глубинное, коренное свойство нашего
мира. Более важное, чем даже отбор по
случайным признакам. Это свойство не
универсально, однако именно из него
вытекает ограниченная возможность
предсказаний будущего.
Иными словами, не все в этой вселенной
расписано заранее и кое-что может зависеть от нашей
воли, наших поступков. Такой вывод, ^Конечно,
отраден для тех, кто склонен не только
размышлять, но и действовать. Однако чего-то не хватает
такой вселенной — однозначности, что ли?
Существует, выходит, классический,
детерминированный мир обратимых явлений, а параллельно с ним
другой, необратимый, непредсказуемый...
В нашей расширяющейся Вселенной
равновесные системы существуют
наравне с неравновесными, живущими по
другим правилам. Это, конечно, делает
картину мира менее «прозрачной», чем
хотелось бы, но не думаю, что
осознание такой реальности следует относить
к числу поражений человеческого
разума. Мир в целом сложен и,
вероятно, внутренне не ориентирован. Что
теперь доказано четко: системы, близкие
к состоянию равновесия, действительно
ведут себя в соответствии с больцманов-
ской парадигмой; структуры
разрушаются. Если такую систему возмутить не
слишком сильно, она реагирует
однозначно — возвращается к состоянию
равновесия, и другого пути у нее нет,
потому что она устойчива к
возмущениям. А конкретный механизм,
охраняющий ее иммунитет, рано или поздно
найдется.
Однако этот иммунитет теряет силу в
условиях, достаточно далеких от
равновесия. Ключевые слова здесь:
нелинейность, неустойчивость, бифуркации.
Сильно удалившись от равновесия, систе-
42
ма может стать неустойчивой к
возмущениям.
В чем это выражается? \
В некоторый момент, в так
называемой точке бифуркации
(разветвления), отклик системы на возмущение
становится неоднозначным, возврат к
начальным условиям — не
обязательным. Появляется выбор!
Такой поворот событий мождо
сопоставить с нарушениями симметрии.
Как известно, уравнения химии или,
скажем, диффузии в высшей степени
симметричны: замените в них
геометрические координаты х, у, z на
—х, —у, —z, и ничего в этих
уравнениях не изменится. Однако за точкой
бифуркации у них возникают два
разных решения, и каждое — с
нарушенной симметрией. С точки зрения
математики решения равноправны, но
природа, как мы знаем, обычно
предпочитает одно из них.
Известно, например, что большая
часть веществ живой клетки обладает
определенным, предпочтительным
пространственным строением. Пастер даже
считал нарушения симметрии главным
признаком, отличающим живое от
неживого, но теперь мы знаем примеры
неживых систем, также обладающих этим
свойством.
Есть еще один, и притом очень
наглядный пример того, что жизнь имеет
в основных законах природы куда
более глубокие истоки, чем думали до
недавнего времени. Я имею в виду
«химические часы» — колебательные
реакции, о которых сейчас говорят и
пишут чрезвычайно много.
Их демонстрация успела стать
рутинным опытом, вошедшим в курсы химии
многих университетов и колледжей;
эксперимент действительно очень прост, и
тем не менее это, вероятно, один из
важнейших экспериментов нашего века!
Ведь что, в самом деле, происходит?
Основа колебательной реакции —
наличие двух типов молекул, способных
превращаться друг в друга. Назовем один
из них А (красные молекулы), другой —
В (синие). Мы привыкли думать, что
химическая реакция — это хаотические,
происходящие наобум столкновения
частиц. По этой логике взаимные
превращения А и В должны приводить к
усредненному цвету раствора со
случайными вспышками красного или синего.
Но когда условия далеки от
равновесных, происходит совершенно иное:
(раствор в целом становится красным,
потом синим, потом снова красным.
Получается, будто молекулы как бы
устанавливают связь между собой на
больших, макроскопических
расстояниях через большие, макроскопические
отрезки времени. Появляется нечто
похожее на сигнал, по которому все А или
все В реагируют разом.
Это действительно неожиданность.
Ведь мы привыкли считать, что
молекулы взаимодействуют только на
близких расстояниях и ничего «не знают»
о своих дальних соседях. А здесь
система реагирует как единое целое. Такое
поведение традиционно приписывалось
только живому — теперь же ясно,
что оно возможно и у систем
сравнительно простых, неживых.
«Химия и жизнь» не раз писала и о
колебательных реакциях, и о человеке, который открыл
первую из них,— Борисе Павловиче Белоусове.
Упоминание об этом собеседник выслушивает с
пристальным вниманием: все, что связано с личностью
крупнейшего, но мало известного исследователя,
его чрезвычайно интересует.
Реакция Белоусова стала долгожданной
реализацией гипотез, которые проницательные
теоретики начали высказывать более чем полвека назад.
Эти гипотезы, да и сама реакция, казались
многим ученым непонятными, еретическими. Однако
время показало, что необратимые изменения
происходят не только в окружающей нас среде,
но и, вероятно, в нас самих, в нашем знании,
которое понемногу утрачивает сухую
ограниченность, становясь все более человечным,
гуманитарным.
С этим можно согласиться.
Начать с того, что жизнь перестала
числиться случайностью. Ведь из-за того,
что для классической термодинамики
невозможных событий в принципе нет,
получала право на существование точка
зрения, согласно которой жизнь — это
лишь нечаянный инцидент в истории
Вселенной, своего рода флуктуация,
которая почему-то способна сама себя
поддерживать.
Теперь от этого заблуждения можно
уверенно отказаться. Я бы сказал так:
жизнь возникает всякий раз, когда
появляются некий текст и
соответствующий ему «читатель». Сейчас мы
занимаемся экспериментами с так
называемой системой Лоуренса —
сложной колебательной реакцией, в которой
периодически меняется концентрация
сразу трех компонентов. В условиях,
далеких от равновесия, наблюдаются
колебания, в которых улавливается
определенная последовательность, текст!
Конечно, этот текст крайне прими-
43
тивен, но, во-первых, он налицо, а
во-вторых, система обнаруживает
высочайшую чувствительность к изменению
внешних условий. А что такое жизнь?
Ведь это не просто сочетание
определенных химических реакций. Нельзя
забывать, что живые системы
формировались под действием гравитации,
обеспечивающей определенную
ориентацию в пространстве, в окружении
электромагнитных полей, под влиянием
ритмов — суточных, годовых и прочих,
существующих на нашей вполне
реальной планете. То есть решающую роль
должны были играть те химические
процессы, которые чутко откликаются на
изменения этих условий.
Еще раз повторяю: модель, которую
мы изучаем, очень груба, но некоторые
принципиальные моменты она
демонстрирует довольно наглядно...
Вы говорите о гуманитаризации
знания — да, она происходит. Вероятно,
мы находимся лишь в начале долгого
пути и только начинаем понимать
природу. На глазах меняется наука, меняются
ее служители. Они становятся более
чем когда-либо естествоиспытателями.
Видимо, это — финал великой
научной революции, начатой в [стюе
время Галилеем и Ньютоном.
Установившееся в результате ее успехов,
ставшее для европейцев традиционным
видение мира — взгляд со стороны.
Человек ставит опыты, ищет объяснение их
результатам, но сам себя частью
изучаемой природы не считает. Он — вне
ее, выше. Теперь же начинают изучать
природу изнутри, учитывать и наше
личное присутствие во Вселенной,
принимать во внимание наши чувства и
эмоции.
Это говорит исследователь Но разве не в ту же
сторону развивается современное реалистическое
искусство с его тягой к предельной
достоверности, документальности, эффекту присутствия?
Трудно увлечь зрителя или читателя
«беллетристикой»... Не так же ли теряют актуальность
исследования проблем надуманных, искусственно
вырванных из природной цельности? Похоже,
меняется все мировосприятие современного
человека...
Классическое видение мира допускало
неограниченную власть
индивидуального разума. Целью познания
считалось открытие абсолютно ясных,
однозначных законов, позволяющих до
мельчайших подробностей описать и
предсказать любое событие. Интеллекту
ученого, в сущности, передавались
функции только что вытесненного бога.
Теперь наука избавляется от
рудиментов метафизики. Я бы сказал, что это
способствует большей терпимости, менее
догматическому подходу, «ересь»
становится все менее наказуемой. Едва ли
чей-то разум может объять
современное знание полностью.
И вот какая напрашивается аналогия.
Я давно интересуюсь наукой о
поведении насекомых, особенно муравьев.
В последнее время она достигла
немалых успехов. Поражает следующее:
каждый муравей, существо, в миллион раз
меньше человека, шает очень мало и
весьма уязвим. Однако сообщество^шо-
жества особей оказывается экологически
весьма устойчивым. Причина успеха —
в замечательной коллективной
стратегии поведения, развитой системе
сотрудничества. Наука наших дней, как мне
кажется,— тоже коллективная
стратегия, помогающая человечеству
сохранять устойчивость.
Стратегия сотрудничества, которое не
может быть успешным, если в нем
не будут участвовать люди разных
стран, представители разных отраслей
знания.
Фото Е. Е. Измайлова
ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ
Универсальный
растворитель?
Надо быть химиком, чтобы
понять эту радость: реакция не
шла или шла, но не так, как
хотелось бы,— а ты налил
чего-то такого, и все само
собой получилось... Нельзя
сказать, что превращение хлоран-
гидрида адамантанкарбоновой
кислоты в хлорадамантан —
дело невозможное. Но исходное
вещество приходится люто
греть, да еще добавлять
сильные кислоты.
Киевские химики В. Ф.
Баклан, А. Н. Хильчевский,
В. П. Кухарь («Журнал
общей химии», 1983, т. 53, вып. 9)
греть вещество не стали —
просто растворили его в
жидком броме. Когда же бром
удалили, все уже было в
порядке — реакция пошла.
Универсальный растворитель искали
испокон века — так, может
быть, бром, на который
никому не приходило в голову
смотреть с этой точки зрения, хоть
частично сгодится? Одна беда —
далеко не все вещества так же
устойчивы к этой жидкости,
как производные адамантана,
органического родственника
алмаза.
44
Секрет
звукоряда
I
Так же как алфавит любого
человеческого языка содержит определенное число
букв, так и основу языка любой
музыки составляет своеобразный алфавит,
называемый звукорядом.
В разные времена разные народы
пользовались для музыкального
самовыражения различными звукорядами, однако
любой звукоряд имеет одни и те же
особенности: во-первых, допускает не
любые, а лишь определенные сочетания
звуков, а во-вторых, строится от одного
определенного звука, называемого
опорным. Сейчас профессиональные
музыканты всего мира применяют так
называемый темперированный семиступенный
звукоряд, содержащий двенадцать
одинаковых полутонов, на основе которых
можно построить двенадцать музыкальных
тональностей; при этом в качестве опорного
используется звук камертона с частотой
колебаний 440 Гц, принимаемый за ноту
«ля» первой октавы.
Случайно это или нет? Случайно ли
одни сочетания звуков кажутся нам
приятными на слух, как бы устойчивыми, а
другие порождают раздражающее чувство
неуверенности, незавершенности?
Случайно ли в качестве опорного звука было
избрано именно звучание камертона «ля»?
Иными словами, лежит ли в основе
этого выбора произвол или же он
отражает какие-либо физические
закономерности восприятия звуков?
Темперированный звукоряд представляет
собой сравнительно недавнюю
модификацию издревле известного натурального
звукоряда. Особенность темперированного
строя заключается в том, что в нем
перенос (транспонирование) мелодии или
аккорда из одной октавы в другую почти
не вызывает изменения музыкальной
окраски; в отличие от этого, натуральный
звукоряд таких переносов не допускает —
в нем мелодии и аккорды жестко
связаны с опорным звуком, причем он
насчитывает не двенадцать, а двадцать пять
интервалов.
Не будем обсуждать вопрос о том,
почему во времена Баха натуральный
звукоряд был заменен темперированным
(тем более, что разницу между ними
могут уловить на слух лишь
профессионалы); нам важно, что в натуральном
звукоряде, по-видимому, точнее выражено
естественное восприятие человеком
гармонии— недаром же темперированный строй
вызывал в свое время осуждение
многих музыкантов.
Первое исследование физических
закономерностей, лежащих в основе нашего
восприятия прекрасного, было выполнено
еще в VI веке до нашей эры
пифагорейцами: они экспериментально нашли
численные соотношения между длинами струн,
издающими звуки, составляющие
интервалы натурального ряда. Так была
получена последовательность простых дробей,
монотонно возрастающих от 1 до 2 —
от унисона до октавы, соответствующей
удвоению частоты.
На первый взгляд между членами
этого ряда нет никакой явно выраженной
взаимосвязи. Однако в действительности
в пифагорейских интервалах зашифрована
последовательность общего вида Рп—
=^п / к, где Рп — численное значение
интервала, а п= 1, 2, 3...— натуральный ряд
чисел, причем для 1^п^8 к= 1, для
8<п<64к=2, для 64<п<512к=4.
Функция вида Rn=roVn представляет
собой аналитическую запись системы
концентрических слоев равного объема
радиуса Rn, образованных вокруг некоторой
начальной сферы радиуса г0; первое
удвоение радиуса гс происходит при п = 8,
а последующие удвоения — при п =
= 64, п = 512... п —23к, что дает октавную
45
л^У
Ki
а
*7
1 »
,гф*
tf/9'''
^4
D° \
&s\
последовательность натурального
звукоряда, когда в соседних октавах численные
значения тонов различаются в два раза.
Физическая сущность натурального
звукоряда оказывается очень простой, если
учесть, что в неограниченной
однородной среде звуковая волна образует
сферу, а стоячая звуковая волна —
пульсирующую сферу, радиус которой
периодически изменяется от Ra до RB; длина
такой волны равна текущему диаметру
пульсирующей сферы, а разность А =
= Ra — RB представляет собой амплитуду
волны. В том случае, когда выполняется
условие Ra / RB= л/п / (п — D * гДе п — лю_
бое целое положительное число, стоячая
сферическая волна представляет собой
систему возбужденных сферических слоев —
концентрических и равнообъемных,
диаметры которых подчиняются закономерности,
характерной для пифагорейского
звукоряда.
Иными словами, при целых
положительных значениях п стоячая звуковая волна
имеет равновесную динамическую
структуру, что и представляет собой условие
образования устойчивых, благозвучных
музыкальных интервалов. Когда же п —
дробное число, равновесие нарушается.
возникает переходный процесс, что и
воспринимается на слух как неблагозвучие,
отсутствие гармонии.
В заключение несколько слов о причине
выбора частоты 440 Гц в качестве
частоты опорного звука. Трудно поверить,
что эта частота была выбрана случайно
и передавалась в качестве неизменного
стандарта из поколения в поколение
музыкантов на протяжении десятков веков.
Обратим внимание на то, что при
скорости распространения звука в воздухе
343 м/с волна с частотой 440 Гц имеет
длину 0,76 м, а длина
четвертьволнового вибратора, настроенного на этот
тон, равна 0,19 м. Если длина волны в
четыре раза превышает длину диполя,
то на одном из его концов
амплитуда будет максимальной при полном
отсутствии сигнала на другом конце. А ведь
0,19 м * — это среднестатистическое
расстояние между ушами человека, и
поэтому звук с частотой 440 Гц легко
запоминается. Иными словами, «ля» первой
октавы как бы настроено на слуховой
аппарат человека.
Б. В. ГЛАДКОВ,
Всесоюзный научно-исследовательский
институт радиовещательного приема
и акустики им. А. С. Попова (Ленинград)
f£*
\ъо
Ч <^^Ч
fc^^B^
WSfuJi*** ■* JWt%» /w ^tufflCiwiiw Jes*»'b&j
J*Lm**
»учд
Заоблачная
индустрия
Мы не знаем, что будет происходить на
борту орбитальной станции «Салют-7»
в день, когда вы возьмете в руки
номер журнала с этой статьей- Вполне
вероятно, что это будет очередной
рабочий день на космической .станции, и
очень может быть, что как раз тогда
начнется или будет продолжен
очередной технологический эксперимент.
Подробная информация об этих
экспериментах поступает не сразу и, как
правило, попадает лишь в научные
журналы, самые разные по тематике.
Последнее естественно: в результатах
космических исследований сегодня
заинтересованы многие и разные
специалисты. Оттого «обозреть» их сподручнее
всего журналисту, постоянно
следящему за исследованиями в космосе и их
перспективой. О сумме космических
технологий наших дней и близкого
будущего рассказывает научный
обозреватель «Комсомольской правды» Ярослав
ГОЛОВАНОВ.
НА БЛИЖНИХ ОРБИТАХ
Начало технологическим экспериментам
в космосе положили работы советских
космонавтов Георгия Шонина и
Валерия Кубасова во время орбитального
полета на корабле «Союз-6», в октябре
1969 г. Их логическим продолжением
можно считать создание украинскими
инженерами малогабаритной установки
для плавки, сварки, пайки и резки
металлов с использованием лучистой
энергии Солнца.
В Институте электросварки имени
Е. О. Патона была спроектирована
сварочная "установка «Вулкан», на котог
рой работал В. Кубасов, там же создан
и опытный стенд-тренажер, который
позволяет проводить разнообразные"
технологические, медико-биологические
и эргономические исследования.
В космосе уже испытано более
двухсот различных исследовательских и
производственных процессов, и редкий
полет обходится теперь без того, чтобы
в его программу не были бы
включены подобные работы. Например, во
время первого в мире международного
космического полета по программе
«Союз» — «Аполлон» на эксперименты по
космическому производству было
затрачено 125 часов полетного времени. Это
понятно: условия космического
пространства, и прежде всего невесомость,
сулят производственникам
необыкновенные выгоды. Отсутствие тяжести
позволяет, в частности, выращивать
кристаллы высокой степени чистоты, которые
очень нужны электронной технике. Более
однородные свойства приобретают при
плавлении в невесомости эвтектические
сплавы. Отсутствие силы тяжести
влияет на процессы отверждения некоторых
насыщенных растворов.
В бортовом журнале «Салюта-5»
летом 1976 г. один из опытов
обозначался кратко: «Поток». Цель
эксперимента — изучение движения
жидкости под действием капиллярных сил в
условиях невесомости. Напомню:
капиллярность — это свойство жидкостей
подниматься и опускаться в тончайших
каналах. Это явление известно давно,
его исследовали еще классики науки
(Леонардо да Винчи, Б. Паскаль,
Т. Юнг). Однако, несмотря на то что
в земных условиях оно изучено
достаточно подробно, вряд ли можно
сказать, что им широко пользуются на
практике. Фитили, уплотнение почв,
чтобы поползла по тонким каналам вверх, к
корням, влага. Больше — не помню.
И в фитилях, и в поле идет
противоборство между силами капиллярности,
которые в тонких смачиваемых (это
важно!) каналах влекут ^кидкость вверх,
и силами земной тяжести, которые
тащат ее вниз. В космосе
гравитационных сил нет...
Эксперимент на «Салюте-5» был
классически прост. Два полых прозрачных
шара соединены капиллярной трубкой.
Один шар, в котором налита
подкрашенная жидкость, изготовлен из несмачи-
вающегося ею материала, а другой —
из смачивающегося. Еще одна трубка,
соединяющая шары, предназначена для
перетекания воздуха. Прозрачность
установки позволяла вести
"киносъемку происходящего.
По идее, силы капиллярности, не
49
сдерживаемые силами тяготения,
должны были перетащить, перекачать
жидкость из шара в шар гораздо быстрее
и энергичнее, чем они могли бы сделать
это на Земле.
Скорость процесса действительно
возросла. Не станет ли этот простой
опыт прообразом будущих капиллярных
насосов межпланетных кораблей —
идеальных насосов без движущихся
частей, без потерь на трение, без
энергозатрат извне?..
Если в «Потоке» исследовали нечто
более или менее отвлеченное, то
эксперимент «Сфера» должен был
помочь в решении задач сугубо
практических. Оба эти опыта объединялись не
только комплексом «Физика», но и
предметом изучения: и в «Сфере»
объектом исследования была жидкость в
условиях невесомости.
Герои фантастических романов и
вполне реальные герои телепередач
космовидения до этого уже не раз
демонстрировали, как моментально обретает
форму шара пролитая в невесомости
жидкость: форма определяется лишь
силами поверхностного натяжения. На
Земле подобные условия невозможны.
Правда, наши предки, не зная и слова
такого «гравитация», стремились
обмануть ее, когда изготовляли свинцовую
дробь, пропуская расплавленный металл
через сита, установленные на вершине
башни. В наши дни изготовление особо
точных шариков для прецизионных
подшипников требует десятка техно-
логических операций, а то и больше.
Кроме того, при доводке формы
нарушается поверхностная структура
металла. Космос — идеальное место для
получения идеальных шаров.
Металлические заготовки для
космической плавки были сделаны из
легкоплавкого сплава Вуда (висмут,
свинец, олово, кадмий). Капли
расплавленного электрическим нагревателем
металла выталкивались в лавсановый
мешок, размеры которого были
достаточно велики% чтобы капли успели
затвердеть до того, как коснутся его
стенок. Мешок, собственно, нужен был
только для того, чтобы не ловить потом
маленькие шарики по всем отсекам
станции.
Предполагали, что в эксперименте
«Сфера» будут получены идеально
точные сферы. Однако это следовало
доказать на опыте. Теоретически форма
может искажаться, если центр масс
жидкости не будет совпадать с центром
масс самой орбитальной станции. Кроме
того, капелька, затвердевая, может
колыхаться. В то же время теоретические
выкладки утверждали, что силы
поверхностного натяжения должны быстро
справиться с силами вязкости и капля
почти мгновенно приобретет идеальную
сферическую форму. А если так, то
молекулярные силы могут стать средством
обработки металлов... Опыты со
сплавом Вуда на борту «Салюта-5» ответили
на все эти вопросы.
А потом были длительные
космические экспедиции «Салюта-6» и «Салю-
та-7», были новые технологические
опыты с металлами и полупроводниковыми
материалами, с пленками и кристаллами.
Получено немало практически важных
результатов. Происходит постепенное
превращение лабораторных
технологических экспериментов в опытные
технологические процессы, зарождается
внеземная индустрия в прямом смысле
этого слова. Если электропечи «Кристалл»
и «Сплав», работавшие на борту
прежних станций, были чисто
экспериментальными установками, то печь
«Корунд», которую привез на орбиту один
из грузовых «Прогрессов», выдает
образцы, которые могут быть использованы
на практике. Кристаллы диаметром пять
сантиметров — вещь отнюдь не
бесполезная.
Космонавты Анатолий Березовой и
Валентин Лебедев загружали в эту
установку капсулы с исходной шихтой
и включали систему автоматического
управления процессом. В дальнейшем
подобные установки смогут работать
вообще без участия людей — сигналы
от термодатчиков будут анализироваться
в вычислительном блоке, который и
скорректирует при необходимости ход
процесса в режиме беспилотного полета.
Но и для фундаментальной науки
технологические эксперименты чрезвычайно
важны. В условиях космоса могут быть
получены новые виды биологических
структур, поскольку только в
невесомости существуют идеальные условия для
разделения биологических материалов
на уровне клеток.
Космическим исследователям
предстоит выяснить новые механизмы
тепло- и массопереноса, выращивания
кристаллов и образования сложных сплавов.
Очевидно, все земные инженерные
справочники для космических строителей
придется переписывать заново, а для
50
этого провести фундаментальные
исследования в условиях невесомости и
замерить новые значения констант в
динамике жидкости и газа.
Работы тут непочатый край. При
этом надо учитывать, что мы еще
сами не знаем всех возможностей
космической индустрии и можем лишь
домысливать все те преимущества,
которые она сулит.
Очевидно, и в космосе проблемы
технологии и энергетики будут
переплетены по-земному тесно. «К решаемым
проблемам относится космическая
энергетика,— писал академик В. П. Глуш-
ко.— Создав на небесном теле,
обладающем запасами полезных ископаемых,
энергетическую базу, можно будет
налаживать там добывающую
промышленность, а затем, естественно, и
перерабатывающую». Однако пока речь не
о небесных телах, а об открытом
космосе, причем ближнем. В . открытом
космосе, надо полагать,
энергетические затраты будут минимальны.
Для внеземных промышленных
предприятий большинство специалистов
рекомендуют вполне определенные
адреса в межпланетном пространстве.
Астрономам давно известны так
называемые точки Лагранжа. Жозеф Лаг-
ранж, великий математик XVIII в., в
свое время увлекся «задачей трех тел».
Взаимное расположение в космосе двух
тел однозначно определяется законом
всемирного тяготения. Однако
попавшее в эту же ком па ни ю третье тело
чрезвычайно усложняет задачу о
местонахождении каждого из них. Над ее
решением бились многие выдающиеся
математики — Л. Эйлер, А. Пуанкаре,
К. Ф. Сундман. Последнему удалось
решить эту задачу в общем виде лишь
в 1912 г. Лагранж сделал один из
первых шагов: он нашел несколько
частных случаев решения. Благодаря его
работам в системе Земля — Луна
определены пять так называемых точек
либрации, они же — точки Лагранжа.
В этих точках любые тела будут
оставаться неподвижными * относительно
прямой, соединяющей Землю и Луну.
Вот в этих-то определенных законами
небесной механики гравитационных
«пустотах» и разместятся, скорее всего,
первые околоземные производства.
Сырье для них будут доставлять с
Земли или с Луны, а возможно,
возьмут с отбуксированных в эти самые
точки астероидов.
АСТЕРОИД В УПРЯЖКЕ
Еще К. Э. Циолковский писал в своих
«Грезах о земле и небе», что люди
будут управлять движением астероидов
так же, «как мы управляем лошадьми».
В 1957 г. польские инженеры В. Гейслер
и Н. Панков предложили переместить
на околоземную орбиту астероид
Гермес. Эта глыба диаметром около
километра весит миллиард тонн и, по
мысли авторов проекта, может быть
использована для добычи железа.
Астрономам известны сегодня более
полутора тысяч малых планет
диаметром 10—15 километров. А кроме
них существуют многие тысячи
астероидов и меньших размеров. По
подсчетам, проведенным в Массачусетском
технологическом институте, в солнечных
печах на околоземных орбитах может
плавиться около 100 миллионов тонн
руды с астероидов.
Совсем неподалеку от земного шара
проходят орбиты почти полусотни
«беспризорных» астероидов, которые могли
бы послужить изначальным источником
сырья для космической
промышленности. По некоторым данным, существуют
астероиды, целиком состоящие из весьма
дефицитных материалов: на 90
процентов из железа, на 9 процентов из
никеля, а оставшийся один процент в
основном приходится на благородные
металлы. Траектории полета
астероидов таковы, что потребуются не очень
большие усилия, чтобы, изменив их
орбиты, отбуксировать их в одну из
точек Лагранжа. Техника недалекого
будущего сумеет приделать крылья из
солнечных батарей глыбе массой 10
миллионов тонн. Если суммарная площадь
таких батарей достигнет одного
квадратного километра, то получаемой энергии
будет достаточно, чтобы
электрореактивный двигатель, используя в качестве
рабочего тела само вещество астероида,
тихонько разгонял астероид в нужном
нам направлении.
В зависимости от величины астероида
и параметров его траектории неспешная
эта буксировка может продлиться разное
время, реально — несколько месяцев,
а то и лет. Торопиться, собственно,
особых причин нет. Правило
«поспешай медленно» в этом случае вполне
уместно. Речь о перспективе. Одного
кубического километра астероидного
вещества достаточно, чтобы обеспечить
Землю железом на 15 лет и никеле.м
на 1250 лет. В современных ценах этот
51
металл стоит около 5 триллионов
долларов, в то время как реализация
описанного способа отлова астероидов
оценивается лишь в 1,7 миллиарда
долларов... Осуществить подобные проекты
надеются в начале XXI века. Технически
эта задача уже сегодня выглядит
вполне реальной.
Другой проект предусматривает
направленные ядерные взрывы в космосе,
которые раздробят небесную глыбу так,
что одна из ее частей изменит свою
орбиту в угодном нам направлении, а
при очень аккуратной работе этот
осколок можно будет, не опасаясь
никаких катаклизмов, даже приземлить в
каком-нибудь глухом угЪлке земного
шара...
Так решаются, в перспективе,
проблемы энергии и сырья. Но еще нужны
технологические установки, заводы,
которые это сырье «переварят». Их надо
строить. Как? Из чего?
Стратегический план всякого
космического строительства подразумевает
первоначальное создание скромной
конструкции, с помощью которой создается
другая — побольше и помощнее, за ней
третья — еще больше. Подсчитано, что
при использовании космическим заводом
до 90 процентов внеземного сырья
6500 рабочих и инженеров смогут за
год строить до пяти солнечных
электростанций мощностью по 10 миллионов
киловатт каждая. Земным же сырьем
A0%!) должны стать не только
специально адресованные в космос грузы,
но и детали космических аппаратов,
которые сейчас не используются.
Важная роль отводится в
космическом строительстве специальным
роботам, очевидно, следующего поколения.
Будут роботы-монтажники и роботы-
исследователи. Им предстоит работать в
очень сложных условиях. Конструкторов
беспокоит не столько невесомость,
сколько глубокий вакуум, который
приводит к слипанию металлических
поверхностей. А это может сделать
неработоспособной «механическую руку»
манипулятора. Не долж ны слипаться и
подшипники, и шарниры... Работы по
созданию особых «космических» смазок и
искусственных газовых сред
специалисты многих стран ведут уже долгие
годы.
В 1982 г. появился первый в мире
бесшарнирный вакуумный манипулятор,
создатели которого были отмечены
премией Ленинского комсомола.
Подобная техника может
понадобиться не только на искусственных
лунах, но и на естественном нашем
спутнике.
ЛУННЫЕ ЗАВОДЫ
Определенные надежды связываются и с
лунным сырьем. Однако прежде всего
надо определить, что есть на Луне для
нас полезного, как это полезное добыть,
а добытое переработать или отправить
для переработки на космический завод
с помощью ракет или электрических
катапульт. Причем отправить нужно точно
в точки либрации, чтобы лунные
материалы не разлетались по всему
околоземному пространству.
Примеряться к лунным минералам
начали не сегодня и не вчера. Первые
советские автоматические станции
отправились к Луне еще в 1959 г. И в том
же году появились первые проекты
использования лунных природных
богатств, хотя идея создания космических
заводов, перерабатывающих лунное
сырье с помощью солнечной энергии,
была высказана К. Э. Циолковским еще
в 1920 г.
Мы уже знаем, что в недрах Луны
есть многие очень нужные нам руды и
минералы. Запасы их распределены
неравномерно. В лунных горах железа и
алюминия раз в десять больше, чем в
лунных же морях. В горных районах
Луны сосредоточена большая часть
сырья для получения стекла и
керамических материалов. Зато лунные моря в
десять раз богаче титаном. А еще в
лунных недрах достоверно установлено
наличие алюминия, марганца, хрома,
меди, кобальта, никеля, свинца, урана,
редких земель. Побочным продуктом
металлургических производств на Луне
может быть кислород. Химики Римского
университета выделили его из лунного
грунта еще в 1970 г.
Главное богатство Луны — железо,
в том числе самородное: его доля в
составе лунного грунта 0,15—0,5%.
Предполагается, что под влиянием
корпускулярного излучения Солнца,
содержащего ионы и атомы водорода и
углерода, на Луне происходит
естественный процесс восстановления железа из
силикатных минералов.
Лунный грунт — неограниченный
источник базальтового литья, то есть
весьма прочных строительных блоков,
пустотелых кирпичей, химически
стойких труб. Наконец, не подвергая лун-
52
ный грунт никакой переработке, его
можно просто спекать в строительные
монолиты.
Для эксплуатации лунных недр
эскизно спроектирована специальная опытная
горнодобывающая установка,
способная добывать до 3 миллионов тонн
полезных ископаемых в год и
эксплуатироваться в течение 30 лет. Эта
установка состоит из экскаватора, десяти
транспортеров, различного вспомогательного
оборудования и автоматизированной
системы управления. Собирать и пускать
все механизмы должны люди, а потом
присмотр за установкой будет
перепоручен управляемым с Земли роботам.
Добытое сырье может, как уже
упоминалось, отправляться в космос на
орбитальные заводы с помощью
электрических катапульт. Эти катапульты будут
представлять собой мощные
сверхпроводящие магниты с силой тока до
100 тысяч ампер. Длина разгонного
участка — около трех километров. В
принципе это та самая электрическая пушка,
которой так увлекались фантасты начала
нашего века. Подсчитано, что стоимость
транспортировки лунного сырья этим
способом может оказаться в
несколько сот раз дешевле, чем при
использовании ракетного транспорта.
Несмотря на энергетические
преимущества внеземной индустрии в открытом
космосе, существует немало проектов и
лунных промышленных предприятий,
как правило, весьма нетривиальных.
Так, необычную технологию добычи
лунного железа еще в 1963 г.
предложил советский инженер Э. Иодко. По
его мнению, железо на Луне следует
не плавить, а возгонять — переводить
из твердого состояния в
газообразное. В этом случае можно будет
обойтись без водяного охлаждения, которое
на Луне обойдется недешево.
По мысли изобретателя, пары железа,
проходя через шихту с кусками
углеродистого материала, превратятся в
газообразную смесь железа, углевода и СО.
В конденсаторе, соприкасаясь с
холодной лентой бесконечного транспортера,
железо и углерод перейдут в твердое
состояние, осядут на транспортере, а
неиспользованный газ СО уйдет в
окололунное пространство. Впрочем,
регулируя условия процесса, можно не
только увеличивать или снижать содержание
углерода в металле, но и получать
карбонилы железа, используя тем самым
и окись углерода.
Иные технологические рекомендации
дает в своей книге «Космическая
индустрия будущего» американец Краффт
Эрике. По его мнению, в основу
лунного производства должны быть
положены подземные ядерные взрывы.
Идея эта привлекательна уже потому,
что в случае ее реализации найдут
полезное применение все и всякие
ядерные боеголовки, накопленные в
земных арсеналах.
ЧУТОЧКУ ДАЛЬШЕ ЛУНЫ
Архитектурные контуры лунных
поселков и предприятий пока
просматриваются довольно туманно. Туман еще
больше сгущается в рассуждениях о
возможном индустриальном использовании
других небесных тел, в частности наших
ближайших космических соседей —
Марса и Венеры.
Пока мы не очень хорошо
представляем, зачем, собственно, нам может
понадобиться Марс, содержит ли он
некие неведомые богатства, которые
заставили бы думать о его
колонизации. Очевидно, в недалеком будущем,
когда космические межпланетные
автоматы доставят с Марса образцы его
грунта, можно будет сказать что-нибудь
более определенное. Сегодня же о Марсе
можно говорить как о заправочной
космической станции, на которой можно
получить, скажем, кислород для
жидкостных ракетных двигателей и
систем жизнеобеспечения межпланетных
пилотируемых кораблей.
Атмосфера Марса, как известно, на
95,3 процента состоит из углекислого
газа. Можно сжать марсианский
воздух, подогреть его примерно до
тысячи градусов и пропустить через ячейки
с твердым электролитом. Получатся
окись углерода и кислород...
Если мы увидим, что Марс стоит
того, чтобы организовать на нем
постоянные поселения, то самым лучшим
вариантом будет такое преобразование
всей его природы, которое бы позволило
землянам жить на Марсе без
скафандров, в обычных «земных» домах и
наслаждаться неведомой на Земле
легкостью. Теоретически это возможно. С
помощью колоний зелено-голубых
морских водорослей можно в процессе
фотосинтеза генерировать кислород и
выпускать его в марсианскую
атмосферу. Правда, расчеты, сделанные на
ЭВМ, показывают, что для ее
насыщения кислородом потребуется около
53
ста тысяч лет. Однако этот процесс
можно ускорить в несколько раз, если
сделать Марс теплее, заставить его
поглощать больше солнечной энергии.
Примерно сто лет потребуется, чтобы
засыпать песком и пылью полярные
шапки планеты, которые отражают
много солнечных лучей.
Сложнее сделать приемлемым еще
более чуждый человеку мир Венеры.
Несмотря на то что существует
научно обоснованная гипотеза,
утверждающая, что в начале своего
существования эта планета имела более
благоприятный климат и на ней
существовали океаны, сейчас огромное давление
венерианской атмосферы и жар ее
поверхности делает существование
человека на «прекраснейшей из звезд
небесных» (слова Гомера) чрезвычайно
сложным. Проекты преобразования
Венеры включают много позиций.
Прежде всего планету надо охладить.
С одной стороны, солнечные лучи
хорошо отражаются облаками, с другой —
эти же облака создают тепличный
эффект. Таким образом, для того, чтобы
остыть, Венера должна быть облачной
планетой, но менее облачной, чем
сейчас. Остудить поверхность Венеры до
25—30°С можно, увеличив
теплоотдачу, которая тем больше, чем скорее
вращается тело, в том числе небесное.
Некоторые американские специалисты
считают, что это можно сделать,
установив на Венере мощные реактивные
двигатели, которые должны работать
непрерывно в течение 12—15 лет. Какие
двигатели способны иметь такой ресурс
работы и откуда взять невообразимое
количество топлива для них, пока не
ясно. Но если бы это и удалось, то
потом пришлось бы обогащать
атмосферу Венеры азотом и кислородом, что
можно было бы сделать, столкнув
Венеру с ядром кометы...
Вряд ли подобные проекты
«преобразования» иных миров сегодня можно
рассматривать всерьез, хотя в самой идее
преобразования природы других планет
нет, разумеется, ничего антинаучного.
ВНЕЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
И последний (пока!) технологический
вопрос — о строительстве вне Земли.
На Луне, астероидах и прочих
небесных телах, масса которых меньше
массы нашей планеты, мы должны будем
имитировать земное притяжение.
Рассматриваются, впрочем, и варианты
«облегченного» мира. При определенной
сноровке, потренировавшись, можно
будет научиться и ходить, и лежать, и
держать все подвижные окружающие
предметы в относительном повиновении.
Экспедиции «Аполлонов», например,
показали, что в лунном мире/
облегченном вшестеро по сравнению с земным,
нужно примерно двадцать минут, чтобы
научиться ходить и приобрести особую
лунную осанку, которую медики назвали
«позой усталой обезьяны». На примере
Луны мы знаем уже, что «облегченный
мир» — среда весьма специфическая
и что его природа весьма неохотно
подчиняется нашим земным порядкам
и привычкам.
В проектах лунного строительства
например, доминирует уже известная
нам стратегия развития, которую по
аналогии с реакцией можно назвать
цепной. Вначале — маленькая лунная
база, скромный домик, не превышающий
по своим размерам нынешнюю
орбитальную станцию. В домике, построенном
целиком из земных материалов, будет
работать маленький десантный отряд —
не более четырех человек. Они проведут
на Луне месяца два-три. Потом база
начнет расширяться, от нее будут
отпочковываться другие домики, население
лунной колонии станет расти до 6, 12,
24 человек. Срок пребывания продлится
до года. Первым источником
энергоснабжения будет, очевидно, ядерный реактор.
Когда режим существования станции
достигнет 10 тысяч человеко-дней,
потребуется уже биологическая система
жизнеобеспечения с растениями, а затем
и с животными. Растения, надо думать,
смогут расти и на лунной почве, если
ее соответствующим образом обработать
и удобрить.
Считается, что количество видов
растений, которые люди будут выращивать
на Луне, должно быть не меньше
полусотни. Лишь тогда можно будет научно
сбалансировать рацион питания. Еще
лучше, если удастся добавить в него
свинину и рыбные продукты,
полученные непосредственно в лунных
свинарниках и аквариумах, что, в общем, не
так уж и фантастично.
В таком поселении уже будут вестись
научные — геофизические и
геохимические (точнее, селенофизические и се-
ленохимические) исследования.
Начнется сооружение космического порта,
горнорудных установок, электростанций,
электрических катапульт, а там и под-
54
готовка к полетам на другие
планеты.
Лунный вакуум непременно
подтолкнет космических архитекторов к
сферическим многослойным конструкциям.
Известный архитектор-новатор Поль
Мэймон, много размышлявший над
проблемами застройки океанского дна,
опубликовал проект лунного города,
внешне напоминающего раскрытый веер.
Каркас из металлических трубок и
предварительно напряженных тросов держит
крышу из стали или пластика.
Любопытно решена проблема фундамента,
который составят из стальных мешков,
заполненных лунным грунтом. Архитектор
и скульптор Кеннет Снельсон создал
проект инопланетного поселения в виде
сферы с каркасом из труб и тросов,
придающим всей конструкции
максимальную жесткость и упругость.
Некоторые наши специалисты считают
разумным использовать в лунном
строительстве уже созданные самой природой
цирки и кратеры. Накрытые крышей и
соединенные между собой
герметичными переходами, они могут
образовать обширное внеземное поселение.
А вот технологические установки и
заводы в целом, как считают многие
специалисты, вряд ли будут помещать в
какие-то замкнутые герметичные
пространства. Хотя бы потому, что
космический вакуум — действующая сила
этих нетривиальных производств.
Впрочем, и земные производственные
установки, особенно химические, часто
располагаются под открытым небом. Вот
только на Луне и неба нет... И тут
уж никакая технология не поможет —
слишком мала наша соседка, чтобы
удержать атмосферу.
А марсианское небо, как мы уже
знаем, земная технология, земная
индустрия могли бы преобразить.
Но закончить хотелось бы не этим.
Несколько лет назад в редакцию
«Комсомольской правды» переслали
школьное сочинение на вольную тему.
Неведомый мне очень юный автор
писал: «...Я стану архитектором, буду
проектировать новые дома, театры, клубы...
На советы архитекторов будут
приезжать архитекторы с других планет. Будут
обмениваться опытом, какие у них
строятся города. <...!> На Луне будут
красивые города. И один из них будет
обязательно называться Детство»...
Многое здесь сейчас кажется не
таким уж и фантастичным. Космическая
индустрия могла бы очень скоро
превратить в реальность и то, о чем
мечтал будущий архитектор, и то,
о чем рассказано в этом обозрении.
Сильнее пут земного тяготения
развитие космической индустрии
сдерживается социальным несовершенством нашего
земного мира.
Лет десять назад американские
специалисты в Пасадене, рассказывая о
своем проекте марсианской экспедиции,
оценивали ее стоимость
приблизительно в 100 млрд. долларов.— Одни мы
такое дело не потянем,— говорили
американцы,— на Марс нам надо
лететь вместе... А сейчас военный
бюджет США превысил 200 миллиардов.
Огромные средства, которые могли бы
быть затрачены на реализацию
замечательных проектов, тратятся с
чудовищной бессмысленностью — на создание
средств потенциального всеобщего
самоубийства.
Очень хочется верить, что в
извечном споре добра и зла, который
определяет ныне судьбы, цивилизаций —
сегодняшней земной и завтрашней
космической, победит оптимистическая
позиция разума, мечты, детства.
2Г4*
.^*r:i3
■ *. Х;
Консультации
КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ
МЕЖБИБЛИОТЕЧНЫМ
АБОНЕМЕНТОМ .
Мне часто бывают
необходимы специальные издания по
органическому синтезу. Однако
в библиотеке не всегда есть то,
что мне нужно. Я слышала,
что книги можно выписать из
других библиотек, но не знаю,
как это можно сделать.
Расскажите, пожалуйства, об этом
подробнее.
Г. И. Николаева,
Воскресенск
На вопрос читательницы
отвечает заместитель
заведующего отделом абонемента
Государственной библиотеки СССР
им. В. И. Ленина И. С. Тишу-
кова.
В нашей стране работает
около 350 тысяч библиотек,
фонды которых составляют свыше
3 миллиардов изданий. Однако
поток печатной продукции
увеличивается с каждым годом,
и ни одна библиотека не
может удовлетворить все запросы
читателей только своими
фондами. Именно поэтому создан
межбиблиотечный абонемент
(МБА), который дал читателям
возможность пользоваться
литературой всех библиотек страны.
Межбиблиотечный абонемент
действует в соответствии с
ГОСТом 7.31—81 «Единая
государственная система
межбиблиотечного абонемента»,
введенным с 1 июля 1982 года.
Один из важных принципов
организации единой системы
МБА, закрепленный в
стандарте,— обязательное участие в ней
всех библиотек и органов
научно-технической информации,
независимо от того, где они
расположены и к какому
ведомству относятся.
Благодаря МБА читатель, где
бы он ни жил, может
обратиться в любую библиотеку
страны, но не самостоятельно,
а через библиотеку, в
которую он записан. Литература по
МБА заказывается на
специальных бланках-заказах,
утвержденных ГОСТом.
Библиотекарь с помощью
справочных изданий, сводных
каталогов, разных указателей
должен выбрать библиотеку,
в которую целесообразней
обратиться за книгой. При этом
заказ надо посылать в
близлежащие библиотеки, чтобы
читатель в самый короткий срок
мог получить нужное
издание. Если какой-либо
книги или журнала нет в завод-
'ской или сельской
библиотеке, то заказы читателя
пересылаются в районную или
городскую центральные
библиотеки, а оттуда (при
отсутствии нужного издания) —
в областную, краевую или
республиканскую. В центральные
библиотеки Москвы и
Ленинграда следует обращаться с
запросами только в тех случаях,
когда областная или
республиканская библиотека не может
выполнить заказ.
Государственная библиотека
им. В. И. Ленина возглавляет
систему МБА в стране и
является общегосударственным
координационным центром
межбиблиотечного абонемента. Она
выполняет запросы библиотек
по всем отраслям знания.
Система МБА использует в
передаче заказов читателей
телетайпы, телексы,
фототелеграф. Крупнейшие библиотеки
страны поддерживают между
собой телетайпную связь,
которая позволяет в короткий срок
выполнить срочные заказы
научных работников и специалистов.
Это очень важно для
читателей, живущих вдалеке от
больших городов.
По межбиблиотечному
абонементу во временное
пользование выдаются как
отечественные, так и иностранные
издания. Их высылают читателям в
оригиналах и копиях
(фотокопия, микрофильм). По МБА
можно получить даже
единственный экземпляр издания.
Художественную и учебную
литературу библиотеки
высылают только для научной и
производственной работы.
Например, художественную
литературу может получить
преподаватель литературы (школы,
ПТУ, техникума» вуза),
литературовед, работник
идеологического учреждения. Учебная
литература высылается в том
случае, если в запрашиваемой
библиотеке достаточное количество
экземпляров нужной книги.
Особо редкие и ценные книги,
статьи и материалы из газет
выдаются только в виде копий.
А некоторые издания по МБА
получить нельзя: рукописи и
материалы с пометкой «на
правах рукописи» (кроме
авторефератов диссертаций),
диссертации, словари, справочники,
энциклопедии, материалы
большого формата (атласы, карты,
подшивки газет и т. д.).
Все расходы по пересылке
литературы оплачивают
библиотеки.
Литературу, заказанную по
МБА, читатель получает на
определенный срок (без учета
времени на пересылку): книги —
на 30 дней, журналы и
газеты — на 15 дней, копии —
на 45 дней. Единственные
экземпляры и издания,
пользующиеся повышенным спросом,
выдаются на срок до 10 дней.
Работать с материалом,
полученным по МБА,
разрешается только в читальном зале.
Читатели должны возвращать
книгу или журнал сразу после
окончания работы с ними,
даже если срок пользования
литературой не закончился.
Информация
МТТУ
1
г
Г
[
Ld
i I ■
^
ы
^
lJ
,,
" '
LL
*п
* т 1
* X J
* I J
I ]
' I J
k^J
НАУЧНЫЕ ВСТРЕЧИ
Май
Продолжение
(начало на стр. 40)
56
Совещание «Полиграфические
материалы и их
совершенствование». Москва, ВДНХ СССР.
ЦП НТО полиграфии,
издательств и книжной торговли
A23376 Москва, Волков пер.,
7/9, 252—14—31).
Конференция «Перспективы
дальнейшего развития
производства текстильных материалов
технического назначения».
Москва, ВДНХ СССР. Управление
развития шелковой
промышленности Минлегпрома СССР
A21905 Москва Г-19, просп.
Калинина, 29, корп. 4, 291—92—
10).
Конференция «Пути совер-
шенствовани я технологических
процессов и оборудования для
производства, хранения и
транспортировки продуктов
питания». Москва. Московский
технологический институт пищевой
•промышленности A25080
Москва, Волоколамское ш., 11, 158—
72—68).
Окончание — в следующем
номере
Проблемы и методы
современной науки
Самоформирование
О НОВОМ МЕТОДЕ СОЗДАНИЯ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Доктор технических наук
С. С. ЯНУШОНИС
КАК ПОПАСТЬ НА ЛУНУ
Многие читатели собирали секционную
мебель или же наблюдали за ее сборкой.
Принцип сборки прост: надо пропустить
болт сквозь отверстия в дощечках,
накинуть гайки и затянуть их. Для успеха
операции не требуется никаких
столярных или слесарных навыков, все решает
точность изготовления деталей. Если же
размеры не выдержаны, в адрес
бракоделов летят возмущенные письма, а
обладатели новой мебели с грустью
вспоминают времена, когда доски сбивали
гвоздями. Под гвоздь дырку готовить не
надо. Он сам пробьет ее, в нужном
месте, нужных размеров.
Еще один пример, хотя совсем из
другой области, но на ту же тему.
Жюль Верн, как помните, отправлял
своих героев в полет на Луну при
помощи большой пушки. Этот проект
неосуществим не только и не столько из-за
трудностей, связанных с самой пушкой,
а главным образом из-за невозможности
сделать точный выстрел. А нынешние
космические аппараты попадают на
Луну, потому что их создатели не
стремятся, по крайней мере при запуске, к
абсолютной точности. Спустя некоторое
время после старта корабля его
траекторию корректируют.
К чему эти примеры? Во-первых, они
свидетельствуют о том, что в технике
точность нередко приводит к не самым
благоприятным последствиям. А
во-вторых, от концепции точности можно
порою отказаться и при этом остаться в
выигрыше.
Современная техника способна изго-*
товить высоко прецизионные детали. Но
у точности всегда есть пределы,
связанные с разрешающей способностью
используемых в технологии физических
процессов. С каждым шагом мы все бли-
57
же и ближе к этим пределам, и каждый
шаг оплачивается колоссальными
затратами сил и средств.
Микроэлектроника — одна из областей, где мы
вплотную подошли к предельным
возможностям. Поэтому не случайно
именно здесь возникли сомнения в
непоколебимости концепций, основанных на
общепризнанных точностных принципах.
КАК ФОРМИРУЕТСЯ ТРАНЗИСТОР
Интегральные схемы современных
вычислительных машин и автоматов,
радиоприемников и телевизоров зовутся
интегральными, потому что они не
собираются, как прежде, из деталей —
резисторов и транзисторов, а
формируются в одном полупроводниковом
кристалле. Самая сложная часть такой
схемы — транзистор.
Транзистор включает в себя три
области кристалла, которые обладают
проводимостью разного типа. Это
эмиттер, база и коллектор. У базы
проводимость дырочная, а у эмиттера и
коллектора, расположенных по обеим
сторонам базы,— электронная. Или
наоборот. По технологическим
соображениям транзисторы интегральных схем
конструируются так, что их
кристаллические области как бы вложены одна
в другую (рис. 1). Вот как это
делается.
На кремниевую пластину с
проводимостью необходимого типа наносят
маскирующую пленку (например, окись
кремния) и фоточувствительный слой —
фоторезист. Теперь на фоторезисте
надо наметить размеры будущего
коллектора. Для этого засвечивают
фоточувствительный слой через окошко в
фотошаблоне — стеклянной
металлизированной пластине. Фоторезист
экспонируют ультрафиолетовым светом,
фотошаблон убирают, засвеченный слой
проявляют. Экспонированный фоторезист
растворяется, обнажая второй слой маски —
слой окиси кремния. Затем кремниевую
пластину помещают в травящий раствор,
который растворяет окисел, но не
действует на кремний и фоторезист. На этом
процесс фотолитографии заканчивается.
Фоторезист удаляют, а пластину с вы-
1
Так формируются сегодня транзисторы
интегральных схем: 1 — экспонирование
фоторезиста; 2 — травление окисного слоя;
3 — внедрение легирующей кремний
добавки для создания проводимости
необходимого типа
58
травленным в окисле окном помещают
в высокотемпературную печь, в
атмосферу фосфора или бора. Легирующие
атомы диффундируют в кремний,
образуя в нем область дырочной или
электронной проводимости.
Коллектор готов. Теперь надо
формировать базу, и все повторяется
сначала, причем появляется новая
довольно сложная операция — совмещение
каждого последующего фотошаблона
с уже нанесенным на пластину
рисунком. Ведь при формировании второй
и третьей структур накладывать
фотошаблон как попало нельзя.
При изготовлении некоторых
транзисторов иногда требуется десяток
фотошаблонов.
КАК ТЕХНОЛОГИЯ
ЗАШЛА В ТУПИК
Блестяще отработанная и повсюду
применяемая фотолитография в
семидесятые годы зашла в тупик. Она оказалась
неспособной обеспечить
воспроизводимые размеры структур меньше 1 —2 мкм.
. При этом не было никакого
инженерного просчета. Фотолитография
приблизилась к своим предельным
возможностям, связанным с длиной световой
волны: свет, как известно, огибает
препятствия, размеры которых соизмеримы с
длиной волны.
Появилась необходимость заменить
световой источник энергии каким-то
другим. Задача казалась почти решенной,
так как для подобных целей в
электронном микроскопе давно уже использовали
электронный луч: длина волны
ускоренного электрона на несколько порядков
меньше длины волны света.
Электронный пучок можно сфокусировать в луч
диаметром несколько десятков ангстрем
и рисовать им любые структуры на
электронорезисте, как «рисуют»
изображение на телеэкране.
Казалось, проблема решена. Но за
решение пришлось заплатить дорогой
ценой: «рисование» на субмикронных
площадях потребовало фантастической
точности, неимоверно возросли
сложности, связанные с совмещением
последовательно формируемых структур. А это,
в свою очередь, привело к
неимоверному подорожанию производства
интегральных схем. Технология оказала
влияние на экономику, экономика стала
тормозить развитие технологии. Но
какой бы то ни было альтернативы
электронному лучу не находилось.
КАК ВЫЙТИ ИЗ ТУПИКА
С формированием подобных
геометрических структур мы сталкиваемся не
только в микроэлектронике. Фотолитография
схожа в принципе с формированием
изображения на бумаге штемпелем,
смоченным в штемпельной краске, а элек-
тронолитография — с рисованием
карандашом. Сделать штемпельный оттиск
проще простого, а вот для рисования
такого же изображения понадобится
художник, а ему — уйма времени. Так
что заменять штемпель на карандаш
целесообразно лишь тогда, когда
штемпельная поверхность зернистая,
причем размеры зерен больше размеров
линий, которые мы хотим получить.
Это мы уже обсуждали...
Сходство четырех способов
формирования структур — фотолитографии,
эле ктро но литографии, штемпелевания и
рисования — очевидно. Во-первых, во
всех четырех случаях необходим
однородный объект — чистая плоскость:
фоторезист, электронорезист, бумага.
Во-вторых, требуется неоднородная
среда: определенным образом
распределенный в пространстве световой луч,
сфокусированный электронный луч,
штемпель с углублениями и выступами,
карандаш. Наконец, нужно, чтобы среда
могла взаимодействовать с объектом:
свет и пучок электронов экспонировали
бы чувствительный слой, штемпельная
краска и карандаш оставляли бы след на >
бумаге.
Поскольку технологический тупик
определяется, по-видимому, именно
этими принципами формирования структур,
стоит, наверное, поискать какой-то иной
принцип. Стали появляться новые
решения — одно хитроумнее другого,
позволяющие формировать структуры
интегральных схем без переноса
рисунка. За последнее десятилетие их число
перевалило за сотню. Одно из них
предложено в Институте физики
полупроводников АН ЛитССР. Автор этой статьи и
его сотрудники назвали разработанный
ими метод образования интегральных
схем самоформированием.
Прежде чем перейти к самому
принципу самоформирования и его
технологическому воплощению, полезно
разобрать небольшой геометрический
пример. Есть некая геометрическая
фигура — белая восьмерка на темном фоне
(рис. 2). Каждая точка на границе
черного и белого подвижна и движется
59
по нормали внутрь структуры; через
некоторый промежуток времени все
точки сдвинутся на определенное
расстояние AS, и мы получим новую
кривую. Между двумя кривыми
образовалась некая структура, ширина которой
зависит только от времени и скорости
эволюции исходной кривой. Иными
словами, выбрав достаточно низкую
скорость, за определенный промежуток
времени мы можем сформировать сколь
угодно узкую полоску!
Пойдем дальше. Пусть точки
восьмерки продолжают сходиться. Наступит
момент, когда она разделится на две
самостоятельные структуры. При этом,
заметьте, эти структуры сформировались
без всякого переноса извне.
КАК ТРАНЗИСТОР
САМОФОРМИРУЕТСЯ
Однако все это пока лишь абстракция.
Какое отношение имеют наши
геометрические построения к
микроэлектронике, к интегральным схемам?
Оказывается, самое что ни на есть прямое.
Когда газ или^ жидкость взаимодействует
с твердым телом (например, при
травлении), границы твердого тела сжимаются,
отступают, как очертания нашей
абстрактной восьмерки. Если по Добрать
селективный травильный раствор для
двухслойной структуры (рис. 3),
действующий только на нижний ее слой,
то легко получить новую структуру —
своеобразный навес, козырек верхнего
слоя над нижним. При
продолжительном травлении нижний слой
разделится на два островка.
Что же мы приобрели нового и
полезного? Теперь можно обойтись
однородной средой: жидкостью, газом,
потоком частиц, тепловым потоком. Это
главное. В этой среде (под действием
травящего раствора, или
газа-окислителя, или нагревания, или излучения) один
из материалов начинает как бы
вымываться, причем именно тот, который
должен вымываться, причем именно в
том направлении, в каком нужно.
Области транзистора по сути дела
формируются сами собой. Это и дало нам
основание назвать метод само
формированием.
з
Если для двухслойной структуры
подобрать селективный травильный раствор,
действующий лишь на нижний слой,
можно сформировать своеобразный
козырек верхнего слоя над нижним
2
Эволюция восьмерки, которая лежит в основе
идеи самоформирования
60
4
Так транзистор самоформируется в однородной
среде. С помощью обычной фотолитографии
формируют исходную структуру, затем
проводят термическое окисление, а окна
для базы и эмиттера получают
самоформированием в специально подобранном
травильном растворе
Правда, нам по-прежнему
требуется исходная структура, которая будет
потом самоформироваться. Но,
заметьте, не прецизионная структура, не
субмикронных размеров. А раз так, то она
может быть сформирована с помощью
обычной фотолитографии. Все же
остальные структуры будут образованы при
взаимодействии объекта со средой, то
есть путем самоформирования.
Посмотрим, как таким способом
создается субмикронный транзистор. На
кремниевую пластину электронного
типа проводимости наносят двухслойную
пленку. Нижний слой содержит атомы
бора. Верхний — обладает свойством
задерживать окислители. С помощью
фотолитографии формируют исходную
структуру — по контуру будущей
базы. Затем проводят термическое
окисление, во время которого
диффундирующий бор из нижней пленки
внедряется в кристаллическую решетку
кремния и образует область базы, а вся
остальная поверхность пластины
покрывается слоем окисла. Остается путем
самоформирования вытравить окна для
эмиттера, для контакта базы — и
транзистор готов. Последовательность
всех этих операций легко проследить на
рисунке 4.
КАК ВЫЛЕЧИТЬ ЭЛЕКТРОННУЮ
СХЕМУ
Принцип самоформирования
интегральных схем — новинка в
микроэлектронике. Метод делает пока лишь первые
шаги, исследователям и технологам
предстоит реализовать очевидные
преимущества этого перспективного и
экономичного способа изготовления
интегральных схем. Но самоформирование
таит в себе еще и другие, скрытые
пока возможности.
Приближается эра длительных
космических путешествий. Электронная
аппаратура, которой оснастят корабли
будущего, естественно, будет выходить
из строя. Вряд ли всерьез поможет и
резерв: в долгом полете он будет
стареть. Если же удастся найти способы
самоформирования различных
электронных схем, надобность в резерве
отпадет. Компьютер найдет вышедший из
строя элемент и даст команду на
включение физико-химических
механизмов самоформирования. Здоровый
элемент займет место больного, и
схема будет вылечена. ^
При известной смелости можно пойти
и дальше. Десятилетия назад, когда
зарождалась кибернетика, шли горячие
дискуссии о самовоспроизводстве
автоматов. До сих пор многие верят,
что настанет время, когда
кибернетические роботы будут выпускать сами
себя, без всякого участия или
вмешательства человека. Другие — они отнюдь
не в меньшинстве — считают эту
идею не слишком реальной. А если
прибегнуть к самоформированию?
61
Еще один способ
псевдоожижения —
электродинамический
Процессы в кипящем, или
псевдоожиженном, слое
применяются в самых разнообразных
технологиях и везде резко
интенсифицируют производство, дают
значительный экономический
эффект. Долгое время в
аппаратах кипящего слоя
использовали два известных способа
псевдоожижения —
гидродинамический и вибрационный.
Недавно был предложен еще
один — электродинамичес ки й.
Вот вкратце его суть.
Твердая электропроводная
частица, попав в пространство
между пластинам и плоского
конденсатора, приобретает
электрический заряд и
устремляется к электроду
противоположного знака. При ударе о
пластину заряд меняется на
противоположный, и частица
летит к другому электроду.
Можно подобрать параметры
электрического поля в конденсаторе
и размеры твердой фазы таким
образом, чтобы все частицы
находились в режиме устойчивых
вынужденных колебаний в
пространстве между электродами,
а это и есть режим
кипящего, или псевдоожиженного,
слоя. Разумеется, чтобы
организовать подобную «пляску»
крупных частиц, нужно
затратить много энергии, но для
высокодис перс ной твердой
фазы электродинамический способ
псевдоожижения очень удобен
и весьма перспективен,
поскольку позволяет переводить в
кипящий слой материалы,
обладающие огромной удельной
поверхностью. Это подтверждено
эффективной работой
нескольких экспериментальных
аппаратов.
Например, в созданном
электродинамическим методом
псевдоожиженном слое оксиды
железа (частицы до 10 мкм) пол
ностью восстанавливаются
водородом при 800 К всего за
несколько минут. Отличные
результаты получены при
восстановлении окислов азота
природным газом на катализаторе
(хромит меди, нанесенный на
гранулы окиси алюминия). При
напряженности электрического
поля на сетчатых электродах
3- 10й Вм —' газовая смесь
очищалась от смеси NO и NO-; D %
объемных) при температуре на
100 °С ниже, чем в
аппаратах гидродинамического
псевдоожижения.
Наконец, электродинамическое
псевдоожижение уже
используется в приборе для измерения
поверхности порошков.
Принцип работы электродинам иче-
Пригягиваясъ то к одному,
то к другому электроду,
частица совершает
устойчивые вынужденные
колебания
ского измерителя поверхности
сводится к суммированию
зарядов «пляшущих» в кипящем
слое частиц, поскольку заряд
каждой из них
пропорционален площади ее поверхности.
Этот прибор в 1982 г. был
отмечен серебряной медалью
ВДНХ.
«Журнал прикладной химии»,
1980, т. 53, с. 566—572;
«Порошковая металлургия»,
1980, № 6, с. 7—14
Здесь не убудет,
там прибавится
Наша страна выпускает
много — больше всех в мире —
минеральных удобрений, и все
же их не хватает. Во-первых,
у нас очень велики посевные
площади, от этого
объективного факта никуда не уйти.
А . во-вторых, приготовленные
на заводах удобрения не
всегда используются наилучшим
образом; от этого уйти можно
и необходимо. Прежде всего не
мешает посмотреть, правильно
ли распределяются
удобрения — между хозяйствами и
между сельскохозяйственными
культурами.
Специалисты утверждают, что
простым перераспределением
удобрений можно повысить
урожайность и улучшить
использование земель. Например, в
Харьковской области, где
средний расход азота, фосфора и
калия на гектар составил в
десятой пятилетке 176,2 кг (а это
немало), под сахарную свеклу
и некоторые другие культуры
вносили в 3, а то и в 4 раза
больше питательных веществ,
чем растения способны усвоить.
Это и бессмысленная трата
туков, и, более того, возможное
снижение урожайности.
Подсчитано, что если в той
же Харьковской области
вносить под сахарную свеклу
ровно столько удобрений,
сколько надо, то высвободится
несколько десятков тысяч тонн
туков. Их разумно было бы
внести под фуражные культуры,
скажем, под ячмень (сейчас он
получает менее половины
расчетной нормы удобрений). Тогда
удалось бы собрать без
дополнительных затрат около
100 тысяч тонн фуражного
зерна, которое так нужно в
животноводстве.
И вряд ли Харьковская
область — исключение...
«Агрохимия»,
1983, № 4, с. 36 40
ы
Воздух теплицы
Чтобы обогреть растения и
повысить содержание
необходимого для фотосинтеза
углекислого газа в воздухе, в
теплицах сжигают топливо — или
природный газ, или жидкий
пропан, или керосин. Однако
продукты сгорания, содержащие
окислы серы и азота, этилен и
пропилен, формальдегид и
акролеин, задерживают рост
растений. Загрязнение тепличного
воздуха усугубляется и тем, что,
стремясь сохранить тепло,
теплицы герметизируют чуть ли не
как космические корабли.
По оценкам английского
Института парниковых культур,
годовой ущерб из-за загрязнения
тепличной атмосферы достигает
в Англии 2 млн. фунтов
стерлингов. Чтобы уменьшить
потери, институт рекомендует
сжигать топливо в хорошо
отрегулированных горелках,
использовать горючее, которое не
содержит серы, устраивать в
теплицах надежную вентиляцию.
Есть и другой путь: вывести
с пециальные тепличные сорта,
устойчивые к токсичным
продуктам.
«New Scientist»,
1983, № 1372, с. 550
Прощай,
стеклянная
бутылка!
Выпуск и сбыт стеклянных
бутылок для разлива напитков в
США ежегодно Снижается, зато
растет выпуск металлической и
особенно пластмассовой тары.
Специалисты предсказывают,
что к 1987 г. в бутылки из
пластиков станут разливать все
напитки, даже алкогольные.
Дальше — больше. По
прогнозам, среднегодовое
производство металлических
контейнеров, главным образом под
пиво, составит в 1995 г. 64 млрд.
штук, это 41% всей тары для
напитков A982 г.— 66 млрд.
шт., 47%), меньше станет и
бумажной посуды A982 г.—
20 млрд. шт., 1995 г.— 15 млрд.
шт.). Но наибольшие потери
ожидаются в многомиллиардной
армии стеклянных бутылок: с
46 млрд. шт. в 1982 г. до
37 млрд. в 1995 г.
На смену бумажным,
жестяным и стеклянным емкостям
приходят пластмассовые.
Сейчас их в США выпускают
около 9 млрд. в год, а в
1995 г. их станет уже 28 млрд.
шт. Наверное, недалеко время,
когда можно будет сказать:
прощай, стеклянная бутылка...
«Chemical and
Engineering News»,
1983, № 31, с. 11
Вниманию
водителей-любителей
и профессионалов
Было обследовано техническое
состояние 8530 автомобилей.
И оказалось, что у 82 %
обследованных машин излишне
высок уровень горючего в
поплавковой камере карбюратора,
у 55 % не отрегулирован
карбюраторный насос-ускоритель, у
85 % дефекты в системе
зажигания. В результате каждый
пятый автомобиль сжигает за год
в среднем 250 л лишнего
топлива. Кроме того, у 63 %
машин плохо отрегулированы
фары, у 30 % «лысые»
покрышки, у 25 % содержание окиси
углерода на 4,5 % превышает
норму.
Обследование проводилось не
у нас — во Франции. И все
же, товарищи водители, еще раз
проверьте свои машины перед
рейсом...
* Science el vie»,
1983, № 790, с. 101
Добавка
от нагара
В болгарском
научно-производственном комбинате «Берос»
разработана добавка к
жидкому нефтяному топливу. Это
керосиновый раствор, который
содержит ферменты,
полученные из микроорганизмоа
Добавка улучшает сгорание
топлива, уменьшает образование
нагара в камерах сгорания. Ее
применение позволяет
сократить расход бензина и
дизельного топлива в двигателях на
10-15 %.
«Рабогническо дело»,
1983, № 180, с. 2
Палладий
под платиной
Химическая посуда из
палладия, покрытого тонким слоем
платины, по прочности и
устойчивости в коррозии ничем не
уступает чисто платиновой, но
обходится вдвое дешевле. Тигли,
изготовленные из такого
«сэндвича», выдерживают
температуру до 1300 С.
*New Scientist»,
1983. № 1375, с. 769
Что можно
прочитать
в журналах
О производстве оксидноцинко-
вых поглотителей («Химическая
промышленность», 1983, № 10,
с. 38—40).
О развитии электрохимических
способов производства металлов
(«Журнал прикладной химии»,
1983, № 7, с. 1672—1679).
О структуре анодных пленок
при микродуговом
оксидировании алюминия
(«Неорганические материалы», 1983, № 7,
с. 1110—1113).
Об установке для
термомеханических испытаний
полимерных материалов («Заводская
лаборатория», 1983, № 8, с. 86,
87).
О намывных угольных фильтрах
для очистки воды
(«Промышленность Армении», 1983, № 7,
с. 56—58).
Об испытаниях бензометаноль-
нои смеси («Автомобильный
транспорт», 1983, № 8, с. 47—
50).
О комплексной оценке
качества дорожного покрытия
(«Автомобильные дороги», 1983, № 8,
с. 20, 21).
О миниатюрных галогенных
лампах («Светотехника», 1983,
№ 9, с. 4—6).
О лечении деревьев внутри-
ствольными инъекциями
(«Защита растений», 1983, № 9,
с. 19, 20).
Об извлечении и переработке
хлорофилла из выделений
тутового шелкопряда («Известия
вузов. Химия и химическая
технология», 1983, № 7, с. 874—
877).
О рекомендациях по охране и
использованию коралловых
сообществ («Биология моря», 1983,
№ 3, с. 66).
63
** V-..-V
• -*>*
.to
ra>*
^;
^
Гипотезы
Этюды
о биологической
памяти
Л. И. ВЕРХОВСКИЙ
ПРОТИВОБОРСТВО ИЛИ СИНТЕЗ?
Проблему биологической эволюции так
и хочется назвать котлом идей,
который вот уже два века находится в
каком-то беспокойном, кипящем
состоянии. То одни, то другие идеи
всплывают на поверхность и становятся на
какое-то время господствующими, прочие
же уходят в тень, но вместо того,
чтобы стать достоянием истории,
терпеливо ждут своего часа, чтобы,
обновившись и впитав в себя очередные
открытия, возродиться с новой силой. Камнем
преткновения в спорах служат в
основном два вопроса — появление новых
признаков у организмов и принципы
наследования, то есть что и как может
передаваться от родителей к потомству.
В зависимости от ответов теорию
относят к одной из двух основных кон-
цепций: ламаркизму или дарвинизму.
Итак, ламаркизм. Представим на
минуту, что мы ничего еще не знаем о
законах Менделя, о ДНК, РНК,
генетическом коде и тому подобном и
задумаемся над процессом эволюции. Вероятно,
неизбежен вывод, что идеи Ж. Ламар-
ка о возникающих под влиянием среды
приспособлениях и об их
наследовании соответствуют нашему
интуитивному представлению о том, как бы этот
процесс мог в принципе происходить.
С точки зрения кибернетики эта теория
соответствует принципу обучения на
основе обратной связи: постепенное
усложнение, самоорганизация систем
происходят в результате адаптивного изменения
их структуры и алгоритмов работы,
запоминания и передачи накопленной
информации. С этой точки зрения
ламаркизм вполне логичен.
Дарвинизм. Ни у кого не вызывает
сомнения, что принцип отбора есть
важнейший фактор эволюции. Сомнение
вызывает другое: достаточно ли одного
отбора (вместе со случайными
ненаправленными мутациями) для решения всей
проблемы?
Позволим себе сравнение. Завод с
мощным ОТК, но без КБ сначала
выпускает детекторные приемники, затем
совершенно стихийно (не скоро и через
множество промежуточных форм)
осваивает производство КВН-49, а еще
через сколько-то сотен миллионов лет —
и цветные «Рубины», и весь этот процесс
строится на случайных перестановках
деталей и операций.
Сила принципа отбора заключается в
том, что для ОТК совершенно не
важно, как, по каким законам возникают
новые варианты. Главное, чтобы
удачные объекты появлялись. И вот уже
незнание ответов на принципиальные
вопросы порождает желание
ограничиться аксиомой: новое возникает
благодаря случайным изменениям. Но в том-то
и дело, что система научного знания
развивается принципиально не
случайно, и эту неслучайность нельзя
заменить случайностью — ни теория
Эйнштейна, ни цветные телевизоры не
появятся сами по себе, потому что для
необходимого перебора вариантов не
хватит и времени с момента Большого
взрыва. Сказанное справедливо и для живых
организмов. Поэтому кроме теории
естественного отбора обязательно
должна существовать теория естественного
созидания.
Если бы принцип Ламарка
оказался верен, то он мог бы заполнить
пробел. К тому же никакого
противоречия с дарвинизмом не будет:
ламаркизм — КБ, дарвинизм — ОТК. Может
быть, затянувшееся противоборство,
наконец, сменится синтезом? Но все
это — пока — из области благих
пожеланий, потому что как только мы
переходим от абстрактных рассуждений к
реальным организмам, то оказывается,
что, во-первых, нет убедительных
экспериментальных данных в пользу этой
теории, а во-вторых, даже теоретически
трудно построить правдоподобную
схему передачи информации от
исполнительной части — сомы к носителю
наследственной информации — половым
клеткам, хотя таких попыток было
много (начиная с гипотезы «пангенезиса»
Ч. Дарвина и кончая современной
гипотезой о вирусах-переносчиках).
Во второй половине XX века
возникает молекулярная биология, и
удивительным образом ситуация
повторяется — только теперь действие
перемещается от уровня целых организмов на
уровень молекул. Как только удалось
разобраться в биосинтезе белка, была
сформулирована «центральная догма»,
согласно которой информация
передается только от носителя наследственной
памяти — ДНК к исполнительной
части — белкам, и никогда наоборот.
По словам одного из авторов
центральной догмы Фрэнсиса Крика, «как
только информация передается белкам, она
уже не может выйти оттуда».
Но это означает, что изменения в
белках вызываются изменениями в ДНК
(точечными мутациями, вставками,
удалениями кусков текста), которые
носят случайный характер. То есть опять
перед нами завод с ОТК, но без КБ.
Изменение белков лежит в основе
эволюции признаков организмов, и все это
вместе с принципом отбора составляет
теорию, называемую сейчас
синтетической теорией эволюции.
Таким образом, и на молекулярном
уровне ламаркизм сталкивается с
серьезными противоречиями. Поэтому,
если все-таки говорить, что возможно
сосуществование двух основных концепций
эволюции, то необходимо объяснить три
вещи: 1) как передается информация
от белков к ДНК; 2) как
приобретенная организмом информация попадает
в половые клетки; 3) почему до сих пор
эксперимент по наследованию приобре-
3 «Химия и жизнь» No 2
65
тенных признаков давал
отрицательный результат.
ТАК ЛИ УЖ НЕОПРОВЕРЖИМА ДОГМА?
Почему же информация не может
передаваться от белка к ДНК? Потому, что
когда белковая цепь свертывается в
глобулу, то информация, записанная
в первичной структуре белка,
оказывается погребенной внутри этой глобулы.
Казалось бы, и сомневаться тут
нечего. И все-таки попробуем порассуждать.
Когда полипептидная цепь
сворачивается в глобулу, то свободная энергия
этой системы стремится к минимуму.
Предполагалось, что в состоянии
глобулы достигнут абсолютный минимум, а
раз так, то можно, исходя из этого
соображения, предсказывать вид глобулы для
каждого конкретного белка, вычисляя
его на ЭВМ. И тут оказалось, что даже
компьютерам такая задача не под силу.
Дело в том, что, прежде чем( белковая
цепь найдет оптимальную
конфигурацию, она застынет в одном из
невообразимо большого множества
устойчивых, но не дающих абсолютного
минимума положений. Ни у природы, ни у
ЭВМ нет другой возможности найти этот
минимум, кроме перебора всех
возможных вариантов. Но этого нельзя сделать
за сколько-нибудь разумное время.
Простейший пример: ведро с
картошкой. Теоретически существует такая
упаковка картофелин, при которой
потенциальная энергия всей системы
минимальна. Будем ведро встряхивать, и
каждый раз измерять эту энергию. Так
вот, чтобы картофелины нашли
оптимальное положение, нужно трясти его
бесконечно долго. Вряд ли,
упаковывая белковую цепь, природа идет путем
бесконечных «встряхиваний».
Где же выход? Он заключается в
том, что белковая глобула строится
наподобие иерархической структуры:
короткие фрагменты цепи свёртываются
в маленькие глобулки, те соединяются
между собой оптимальным образом в
более крупные глобулы, те — в еще
более крупные и так далее. На каждой
иерархической ступени достигается
энергетический минимум, потому что
взаимодействующих частей немного и,
следовательно, перебор вариантов тоже
невелик.
Это общий системный принцип —
бороться с необходимостью больших
переборов способом иерархической
организации. Результатом этого же правила
стал блочный принцип построения
белков.
Теперь давайте предположим, что
эволюция белков идет в основном способом
перекомбинации этих белков, а на нее,
как шум, накладываются случайные
мутации. В таком случае порядок
сворачивания полипептидной цепи будет в
некоторой степени отражать
эволюционное происхождение данного белка. И
можно сформулировать что-то вроде
биогенетического закона для белков:
формирование конкретного белка в
общих чертах повторяет его эволюцию.
Но тогда и в ДНК должны
встречаться блочные структуры —
последовательности нуклеотидов, кодирующие
белковые цепи, могли возникнуть как
комбинации более мелких кусков с записью
о более мелких глобулах.
Эта точка зрения неожиданно
получила подтверждение совсем недавно,
когда было открыто «мозаичное»
строение генов*. Значащие тексты в ДНК
оказались прерывистыми — внутри них
могут находиться незначащие куски.
Возникла гипотеза, что такое устройство
генов связано с эволюцией белков.
Действительно, в кодирующих кусках ДНК
часто записаны сведения о блоках
белковой глобулы, то есть мозаичность
генов явно отражает блоч ное строение
кодируемого белка.
Но если верно это объяснение, то
возникновение нового белка означает
новую комбинацию уже синтезируемых
в клетке блоков. Значит, для его
производства не обязательно что-то менять
в геноме, а нужно только внести
коррективы в регуляцию белкового синтеза.
Вопрос, который нас больше всего
интересует, таков: а может ли такое
изменение в системе регуляции быть
направленным?
У бактериальных клеток работа генов
регулируется специальными белками —
активаторами, репрессорами, которые
прямо контактируют с молекулой ДНК,
запуская или останавливая процессы
синтеза. Поэтому нельзя сказать, что
невозможна передача информации от
белка к регуляторным участкам ДНК.
Следовательно, изменение в системе
регуляции в принципе может быть
направленным.
О регуляции в клетках высших
организмов известно намного меньше. Как
именно меняется система управления
* См. статью М. Франк-Каменецкого.— «Химия
и жизнь», 1978, №11.
66
при возникновении нового белка, не
известно, но добавим к этому: не
известно пока.
Ясно только, что предложенная
точка зрения позволяет справиться с
главной трудностью, а именно с проблемой
передачи информации, заключенной
внутри белковой глобулы, к ДНК, а
значит, и центральная догма оказывается
поколебленной.
КЛЕТКА МНОГОЕ УМЕЕТ
Известно, что в ДНК содержится очень
много текстов, которые вообще не
прочитываются при жизни данного
организма. Прозвучали суждения, что
«молчащая» часть — это просто эгоистическая
(selfish) ДНК, весь смысл
существования которой состоит в том, чтобы
удваиваться при делении клетки (что
несколько напоминает реакцию некоторых
людей, впервые попавших в большую
библиотеку: античные, средневековые
авторы — кому они нужны? Наверное,
это просто selfish-книги, книги для
книг).
Но давайте предположим, что в
геноме хранится огромная библиотека
программ, отражающая весь
эволюционный путь организмов. Когда
возникает новая программа, то старая
входит в состав новой (полностью или
частично) или просто выключается, но не
обязательно выбрасывается.
Подтверждение тому— явление атавизма
(кстати, выражение «не буди во мне зверя»
приобретает в этом случае
неожиданно реальный характер).
Свойство клетки хранить большой
запас информации назовем эрудицией.
Но клетка не только эрудирована, но
и «умна». Ум — это способность в
соответствующих условиях включать
соответствующую программу.
Хрестоматийный пример: если бактерии Е. coli
попадают в среду, где есть лактоза,
то запускается синтез ферментов,
необходимых для разложения лактозы, а
если есть глюкоза — то все
переориентируется на разложение глюкозы.
Так вот, клетка не только знает
множество программ поведения, но ее
память организована так, что каждая
программа связана (ассоциирована) с
некоторыми условиями, при которых она
запускается. Следовательно, клетка
представляет собой высокоорганизованную
информационную систему с
ассоциативной памятью. На этом принципе
основана и память человека. Именно
благодаря ей возможно то, что мы называем
целесообразным поведением.
Для нас важно то, что
переключение программ существует, и, что самое
главное, оно может наследоваться,
причем во многих клеточных поколениях.
Это видно на примере клеточной диф-
ференцировки, которая происходит при
развитии организма. Клетки разных
тканей и органов функционируют
совершенно по-разному, хотя собственно
генетическая информация (текст ДНК) у
них одинакова. При делении
образуются клетки того же типа, если не
поступил специальный сигнал о
переключении.
Таким образом, кроме генетической
памяти существует еще другой вид
памяти, который позволяет клетке
хранить и передавать дочерним клеткам
данные о том, какие программы из всей
генетической библиотеки должны
находиться во включенном состоянии. Эта
память называется эпигенетической
(НАД-, ПОСЛЕ-генетической).
Как возникают ассоциативные связи
в клетках, как переключаются
программы? Это пока не ясно. Можно только
предположить, что какая-то роль тут
отведена множеству одинаковых нуклео-
тидных последовательностей, так
называемых повторов, разбросанных по
всему геному. Повторы способны узнавать
друг друга, сближаться в пространстве —
так образуются на ДНК петли, из
которых складывается целая сеть.
Структура сети могла бы, с одной стороны,
влиять на активность удаленных между
собой генов, а с другой — сохраняться
при делении клетки, то есть передавать
эпигенетическую информацию
дочерним клеткам.
ЧТО ЗНАЧИТ «ИЗОБРЕТАТЬ»?
Когда сложные системы, прошедшие
путь длительного развития, обретают
новые свойства, то, как правило, это не
случайное изменение, оказавшееся
удачным, а определенная самоорганизация.
Поскольку системы носят не
непрерывный, а дискретный характер
(некисельный, как говорил Н. В.
Тимофеев-Ресовский), то поиск новой формы связан
с перебором вариантов и, следовательно,
со случайностью (хороший вариант
может так и остаться ненайденным), но
число переборов ограничено.
Так шахматист, чтобы сделать
хороший ход, должен перебрать сколько-то
вариантов, но он не просматривает все
3*
67
возможные ходы (так же, как не
допускает совершенно случайного
выбора). Существуют более крупные
структурные ' единицы мышления, чем
отдельные ходы — общие принципы
оценки позиции, шахматные идеи,
которые формируются в процессе
обучения игрока. Они-то и позволяют сразу
отбрасывать огромное множество
вариантов. Эти структурные единицы
мышления называют эвристиками.
Формирование ассоциативной памяти и
возникновение эвристик — это два
взаимосвязанных процесса.
Имели ли место изобретения,
возникало ли что-то новое при эволюции
жизни? Конечно. Вспомним хотя бы
такой переломный для всего
органического мира период, как выход
организмов из океана на сушу. Это
потребовало совершенно новых
приспособлений. Как же возникает новое?
Можно ответить словами Шекспира:
«Экономична мудрость бытия, все новое в нем
шьется из старья».
При изменении условий жизни клетка
пытается ответить адекватным
поведением как раз вследствие того, что память
у нее ассоциативная, или, как кто-то из
поэтов очень точно сказал
(разумеется, по другому поводу), «умная память».
Если такой ответ не отыскивается в
геноме, то возникает неустойчивое
состояние, и клетка переходит в поисковый
режим. Перебирая и комбинируя
имеющиеся программы, она создает новые
программы просто в виде надстройки в
системе управления. Именно так
изобретает и человек, комбинируя уже
известные принципы и устройства.
Когда началась эволюция
многоклеточных, то в условиях включения
определенной программы пришлось учесть
межклеточные взаимодействия.
Принцип «умной памяти» сохраняется и
здесь. Это хорошо видно при
регенерации утраченных частей тела у низших
многоклеточных или даже при заживле-'
нии ран у высших — ткани и органы
реагируют на воздействия
целесообразно. С другой стороны, программы
ассоциированы, хотя не столь явно, и с
внешними условиями: грубо говоря,
если среда обитания — вода, то
включается программа формирования жабр, а
если воздух — то легких.
Поэтому и сам организм тоже может
изобретать, комбинируя уже
имеющиеся программы. Принципиально важен
тот момент, что изобретения как
продукт человеческой деятельности и
изобретения клеток и организмов
появляются в итоге вполне направленного поиска
с использованием эвристик.
САМЫЙ ТРУДНЫЙ ВОПРОС
Теперь мы подошли к главному вопросу:
а не может ли информация об
изобретениях организма наследоваться с
помощью соответствующих переключений
в геномах половых клеток, то есть
эпигенетически? В этом случае потомству
не надо будет вновь и вновь*
«изобретать велосипед».
Утвердительный ответ на этот вопрос
заставил бы пояснить, как же клетки,
входящие в состав высшего организма,
могут получать сведения об изменении
в его конструкции. Вообще, как малая
часть чего-то может знать о целом?
Давайте посмотрим, нет ли у нас
подходящего примера. Есть. Так человек —
отдельная «клеточка» общества —
знает о происходящих в нем событиях.
Дело в том, что у нас в голове
сформирована модель внешнего мира,
отражающая и физическую реальность, и
разные социальные структуры.
Используя органы чувств, средства связи и
язык, мы узнаем о происшедших
переменах и соответственно корректируем
нашу модель.
Можно представить, что в клетках
тоже имеется модель, отображающая
разные уровни строения организма.
С ее помощью клетка определяет, как
ей следует вести себя в том или ином
клеточном коллективе, то есть
исполнять разные «социальные роли»; в
соответствии с этой моделью из одной
клетки развивается целый организм.
Конечно, не следует думать, что
клетка обладает сознанием или чем-то в
этом роде. Просто ее внутренняя
система управления так логически
организована, что каждый сигнал извне
вызывает адекватное переключение в ее
«модели мира» (он ассоциирован с
совершенно определенным изменением
в соме). Поэтому клетка как бы
понимает язык химических и физических
сигналов.
Такое эпигенетическое
переключение в геноме половых клеток могло бы
определять фенотип многих
поколений. Со временем информация сможет
перейти в генетическую память при
самоорганизации хромосом (вероятно,
путем направленных рекомбинаций),
которая приведет их структуру в боль-
68
шее соответствие с управляющей
надстройкой. Поэтому генотипы
организмов разных видов постепенно
расходятся.
Если поискать в «котле идей», то,
конечно же, там можно найти похожие
представления. В разной форме их
высказывали многие исследователи.
Возникает еще такой вопрос: если
новая форма образуется при
комбинации уже имевшихся программ, то есть
крупных блоков, то, может быть,
изобретение есть следствие чисто случайных
переключений в половых клетках и
передача в них информации вовсе не
нужна?
Действительно, перебор на уровне
осмысленных выражений будет много
меньшим, чем на уровне букв. И все-
таки он окажется слишком велик
(блоков очень много), чтобы создать таким
способом подлинно оригинальное
произведение — мы ведь всегда
отличаем творческую идею от простой
компиляции.
ЭКСПЕРИМЕНТ ГОВОРИТ: «НЕТ»
Еще в прошлом веке А. Вейсман
провел свой знаменитый опыт: у двадцати
двух поколений мышей подряд
отрезали хвосты, но неизменно потомство
появлялось на свет хвостатым.
Простота и наглядность этого эксперимента
произвели большое впечатление и
убедили в ошибочности ламаркистских идей.
Правда, позднее много раз было
разъяснено, что опыт Вейсмана доказывает
только то, что отрезание хвоста не
влияет на наличие (или длину) хвоста
у потомства. Никто ведь и не утверждал,
что любое прижизненное изменение
фенотипа всегда должно как-то
наследоваться. Но проблема на самом деле
состоит в том, что не только опыт со
злополучными хвостами, но и сотни
других опытов, поставленных с той же
целью, не дали положительного
результата. В чем тут может быть дело?
Во-первых, чтобы вызвать
направленное изменение в любой сложной
системе, необходимо знать ее структуру. Во-
вторых, для того чтобы сделать
изобретение, организму недостаточно тех
свойств, которые мы назвали умом и
эрудицией. Продолжая тот же ряд
терминов, можно сказать, что для создания
нового нужен еще... талант.
Действительно, тысячи научных
работников могут биться над какой-то
задачей, а решат ее несколько из них
(или даже один). Несмотря на общность
их знаний, нужны еще редко
встречающиеся сочетания свойств, которые и
называют талантом. Поэтому если мы
захотим проследить за возникновением
нового знания, то столкнемся с
большими трудностями: сколько ученых
взять под наблюдение — сто, тысячи,
миллион? Сколько времени ждать?
Если ученых будет мало, то мы не
зафиксируем рождение открытия (как
в опыте Вейсмана) и сделаем вывод:
новое вообще не возникает. А если
проводить эксперимент в широком
масштабе, то появится искушение
приписать открытие (в случае его
появления) просто случайной «мутации» в
нервных сетях. Выборка была
большая, у одного ученого одна мутация,
у другого — другая, так кто-то из них
что-то и открыл. Вывод: новое
возникает благодаря чисто случайным
изменениям. Ясно, что оба заключения
ошибочны.
Те же трудности возникают и в
биологии при попытке зафиксировать
появление и наследование изобретений.
Аналогия простирается и дальше: научная
революция происходит, если она назрела,
то есть событие определяется
внутренней структурой достигнутого знания, так
же закономерно возникают и новые
виды животных и растений. Можно
-сказать, что новое появляется случайно,
потому что для его возникновения нужен
случайный перебор, но оно возникает и
как необходимость, потому что перебор
ограничен эвристиками.
Таким образом, постановка каких-
либо решающих экспериментов для
того, чтобы решить важнейшие
биологические проблемы,— сама по себе очень
сложная проблема.
ВЕЗДЕСУЩАЯ ПАМЯТЬ
Мы попытались нарисовать картину,
в которой между двумя основными
направлениями эволюционной мысли
устанавливались бы более гармоничные,
взаимодополняющие отношения.
Разумеется, многое остается гипотетичным,
и все же эта картина обладает
несколькими привлекательными чертами.
Просматривается глубокая общность
процессов искусственного и
естественного созидания — и новый белок, и
новая структура в организме возникают
в результате перекомбинации уже
имевшихся программных блоков, причем
поиск нового ведется не хаотично, а
69
с использованием эвристик,
ограничивающих перебор.
Становится понятной необходимость
хранения в геноме большого
количества информации, отражающей весь
исторический путь развития. Так на
биологическом уровне проявляется принцип,
который давно известен для развития
культуры — чтобы двигаться вперед,
нельзя отбрасывать свое прошлое.
Кроме основного потока
информации от «гена к признаку» существует
и встречный поток — «от признака
к гену», но его трудно выявить
экспериментально. Сначала сведения об
изобретении организма могут откладываться
в эпигенетической памяти клетки, через
нее передаваться потомству, а
впоследствии проникать и в генетическую па-
Пращур
под
микроскопом
Электронную микроскопию повсеместно
используют сейчас в биологии для того,
чтобы изучать тонкую структуру клеток
и тканей. В электронный микроскоп
хорошо видны детали, измеряемые
ангстремами. Приготовление образцов тканей для
исследования — дело непростое. Главная
трудность — обезвоживание препарата.
Дело в том, что образец помещают в
камеру с высоким вакуумом, где он
облучается электронами. Даже ничтожные
следы воды при таком низком давлении
закипели бы, взорвав образец изнутри,
после чего в микроскоп уже нечего было
рассматривать. Значит, перед тем как
помещать ткань в камеру, нужно ее хорошо
высушить. Но простое высушивание на
воздухе — дело тоже не безобидное. То
одни, то другие части клетки при этом
оказываются на границе раздела вода —
воздух. Силы поверхностного натяжения
на границе разрушают нежный образец.
Поэтому воду в образце постепенно
замещают органическими растворителями и
специальной смолой. Полимеризуясь, такая
смола прочно сковывает препарат,
сохраняя его структуру. А для того чтобы
смола и органика сами не изменили
клетку, их сначала фиксируют, химически
сшивая в них группы молекул. Затем
затвердевший препарат режут острейшими
стеклянными ножами и срезы
рассматривают в электронный микроскоп.
мять. Так замыкается контур
обратной связи.
Все это возможно благодаря
ассоциативной организации памяти на всех
уровнях строения. Такая память
объясняет те «интеллектуальные» свойства
живого, которые в теории Ламарка
объяснялись «изначальной
целесообразностью» и «стремлением к
самоусовершенствованию». Значит, устраняется еще
одна трудность этой концепции.
Итак, можно думать, что в основе
эволюции жизни лежит особая
организация памяти биологических систем.
Принципы ее устройства и
молекулярные механизмы работы еще предстоит
раскрыть. В этом заключается одна из
важнейших задач, стоящих перед
современными биологией и кибернетикой.
Ясно, что готовить биологические
препараты для таких исследований нужно из
живых клеток. Чуть упустил время —
клетка высохла и структура ее уже
необратимо нарушена. Поэтому изучение,
скажем, окаменевших остатков
доисторической флоры и фауны с помощью
электронного микроскопа имеет ограниченный
интерес.
Но вот в журнале «Science» A982, т. 215)
появилось сообщение из университета
штата Калифорния об
электронно-микроскопическом исследовании клеток брюшка
ископаемой мухи Mycetophilidal Diptera.
Муха эта неосторожно влипла в смолу
дерева, росшего на Земле около 40
миллионов лет тому назад. Капелька смолы
высохла и превратилась в янтарь. В этом
янтаре муху и нашли биологи. Им
повезло, потому что муха сразу утонула
в древесном соке, который содержал
вещества, напоминающие химические
фиксаторы, применяемые сегодня в
электронной микроскопии для сохранения
структур клеток. Словом, природа выполнила
всю ту работу, которую в наши дни
проводит исследователь, чтобы сохранить
для электронной микроскопии детали
клеточного строения.
После того как были сделаны тонкие
срезы и образец поместили в камеру
электронного микроскопа, взору наблюдателей
предстала четкая картина. Были хорошо
видны ядра клеток, а в ядрах —
хроматин. В цитоплазме были различимы
митохондрии, рибосомы, мембраны. В
мышечных клетках обнаружились пучки
фибрилл. Ультраструктура клеток ископаемой
мухи в общем мало отличалась от того,
что можно увидеть при исследовании
современного насекомого.
П. КАТИНИН
70
Справочник
*>Ъ^-
1. ХЛЕБ
У нас в стране
традиционно высокое потребление
хлеба — около 440 г на
человека в день, из которых
около четверти приходится
на долю черного (ржаного)
хлеба; ни в одной другой
стране не производят так
много хлеба из ржи.
Свойства хлеба зависят не только
от природы зерна, но
также от степени его
измельчения и очистки. Чем
тоньше помол и тщательнее
удалена оболочка, тем меньше
выход муки и выше ее сорт.
В СССР пекут хлеб
нескольких десятков сортов,
сведения о всех заняли бы
слишком много места. В
таблицах вы найдете сведения
о трех основных сортах —
об их общей пищевой
ценности, аминокислотном и
углеводном составе.
Из серии «Пища и жизнь».
Начало — в предыдущем номере
журнала.
Несколько слов в
пояснение. Хотя белка в хлебе
немало, он, к сожалению, не
полноценный. При
сравнении реального белка с
«идеальным» принято находить
самую дефицитную,
лимитирующую аминокислоту и
подсчитывать ее скор —
процент от содержания в
идеальном белке. Так вот, в
белке пшеничного хлеба
слишком мало лизина и
треонина, да и в ржаном их
немного, хотя в этом
отношении он несколько
превосходит пшеничный. Скор
лимитирующих аминокислот
колеблется от 41 % (лизин)
и 72% (треонин) в
пшеничном хлебе I сорта до
соответственно 62 и 80% в
ржаном хлебе.
Основной химический
компонент хлеба — углеводы,
главный усвояемый
углевод — крахмал. Он наряду
с простыми сахарами
служит главным
энергетическим материалом. Надо
иметь в виду, что не все
простые сахара могут
усваиваться. У многих людей
(есть сведения, что у
каждого десятого) в желудочно-
кишечном тракте нет
ферментов, способных
утилизировать трисахарид рафино-
зу и тетрасахарид стахио-
зу, которые в количестве
до 1% содержатся в
ржаном хлебе. Такие люди, поев
черного хлеба, страдают
повышенным
газообразованием.
Клетчатка и геми
целлюлоза — так называемые
балластные вещества —
находятся преимущественно в
оболочке зерна. Чем лучше
очищено зерно, тем белее
хлеб и меньше в нем
клетчатки. Когда зерно дробят,
но оболочка не удаляется
(это так называемое цельное
зерно, как в некоторых
сортах диетического хлеба),
содержание клетчатки
достигает 2 %. А поскольку
балластные вещества
улучшают перистальтику и
нормализуют кишечную микро-
71
флору, хлеб из цельного
дробленого зерна и муки
грубого помола часто
используется в диетическом
питании.
Витамины группы В
концентрируются в оболочке
зерна, и потому в муке
высоких сортов этих
витаминов мало. Если в
пшеничном хлебе из цельного
зерна 0,27 мг% витамина В,, то
в белом хлебе из муки
высшего сорта лишь 0,11 мг%.
Доля витамина В* — 0,13
и 0,06 мг%, доля витамина
РР — 4,20 и 0,92 мг%
соответственно. Поэтому на
100 г пшеничной муки
высшего и I сортов в
некоторых районах страны
добавляют по 0,4 мг витаминов
В, и В2 и 2 мг витамина PP.
Что касается витаминов
А и С, их в хлебе,
практически нет.
Минеральные вещества,
как и витамины,
сконцентрированы в оболочке и при
обычном помоле в
значительной степени удаляются.
Железа, например, в пшеничном
хлебе из цельного зерна,
в пять с лишним раз
больше, чем в хлебе из муки
высшего сорта. Фосфора
хотя и много, но
значительная его часть — в составе
фитиновой кислоты,
которая сама плохо
усваивается и затрудняет усвоение,
других минеральных
веществ.
Хлеб, особенно из муки
грубых помолов,—
безусловно важный источник
многих пищевых веществ.
Исключать его полностью из
питания, как это делают
некоторые желающие
похудеть, абсолютно неверно.
Аминокислотный состав хлеба, мг/100 г
Углеводный состав хлеба, г/100 г
Ржаной,
простой
Пшеничный из
муки
[ сорта
Аминокислоты
Незаменимые:
валин
изолейцин
лейцин
лизин
метионин
треонин
триптофан
фенилаланин
Заменимые:
аланин
аргинин
аспарагиновая кислота
гистидин
глицин
глутаминовая кислота
пролин
серин
тирозин
цистин
Ржаной,
простои
268
206
356
186
62
175
67
309
247
242
386
103
258
1273
438
242
149
108
Пшеничный из
муки
[ сорта
330
295
553
165
117
213
83
395
242
273
323
166
273
2763
925
374
184
197
Пшеничный из
Н сорта
384
303
538
229
138
274
97
391
247
367
367
172
287
3041
1029
481
265
179
Моносахариды:
арабиноза
галактоза
. глюкоза
ксилоза
фруктоза
0,01
0,64
0,12
Следы
0,15
Следы
0,08
1,19
Следы
0,98
Дисахариды:
мальтоза
сахароза
0,46
0,18
1,03
0,04
Полисахариды:
гемицеллюлоза
декстрины
крахмал
клетчатка
3,90
1,90
30,50
1,10
2,00
1,90
38,50
0,15
Пшеничный из
муки
11 сорта
0,01
Следы
0,26
Следы
1,19
0,04
3,20
1,70
37,70
0,40
Пищевая ценность 100 г хлеба
(в скобках — примерная доля от суточной потребности, %)
Белки,
г
Жиры,
г
Усвояемые
углеводы,
г
Минеральные вещества, мг
кальций
фосфор
магний
железо
Витамины, мг
в,
в2
РР
Эиерге- -
тическая ш
ценность, ,d-
к кал
Ржаной, простой 5,5G)
Пшеничный из
муки 1 сорта 7,6(9)
Пшеничный из
муки 11 сорта 8,4A0)
1,0A)
0,9A)
1,3A)
34,0(9)
49,7A3)
40,9A1)
21C)
26C)
23C)
174A5) 57A4) 3,6B6)
83G) 35(9) 1,6A1)
131A1) 51A3) 3,2B3)
0,18A1)
0,15(9)
0,23A4)
0,11F)
0,08D)
0,11F)
0,67D)
1,51(8)
3,10A6)
170F) (.
240(9) (<
218(8) (J
72
Пищевая ценность 100 г готовых каш
(в скобках — примерная доля от суточной потребности, %)
Продукт
Белки,
Жиры,
Углеводы,
Минеральные вешества, мг
кальций
фосфор
Витамины, мг
Вг
РР
Энергетическая
[ценность,
ккал
Рисовая
рассыпчатая каша (без
слива воды) 2,5C)
Рисовая
рассыпчатая каша (со
сливом воды) 2,4C)
Гречневая
рассыпчатая каша 6,0G)
Гречневая
вязкая каша 3,2D)
Овсяная
(геркулесовая) вязкая
каша 2,9C)
Овсяная
(геркулесовая) жидкая
каша 2,0B)
Отварная
вермишель 4,2E)
0,2@)
0,2@)
1,6B)
0,8A)
1,4A)
0,9A)
0,4@)
26,8G) 16B)
24,9G) 6A)
10C)
8B)
35C)
26B)
0,4C)
0,4C)
31,2(8) 33D) 38A0) 143A2) 3,2B3)
17,4E) 21C)
14,9D) 19B)
11,6C) 16B)
19,6E) 6A)
21E)
30(8)
21E)
12C)
75F)
73F)
50D)
24B)
1,7A2)
0,8F)
0,6D)
0,6D)
0,02A)
0,02A)
0,14(8)
0,08E)
0,07D)
0,06D)
0,03B)
0,01A)
0,01A)
0,08D)
0,04B)
0,02A)
0,01A)
0,01A)
0,49C)
0,45C)
1,71(9)
0,97E)
0,20A)
0,15A)
0,34B)
122D)
113D)
167F)
92C)
85C)
64B)
100D)
2. КРУПЫ
Разумеется, состав
исходных круп представляет
интерес для специалистов
(см., например, справочник
«Химический состав
"пищевых продуктов». М., 1976).
Но для потребителей
гораздо важнее, что
содержится в кашах, из круп
сваренных. Тем более, что от
способа при готовления тоже
многое зависит.
Состав некоторых каш
и вермишели (см. таблицу)
был определен в
Московском институте народного
хозяйства ив НИИ
общественного питания. Каши
варилась на воде, без сахара
и масла. Естественно, что
для тех каш, которые мы
едим с молоком, маслом
и сахаром, требуются
поправки; но об этих
продуктах — в свое время.
Опыты, в которых
определяли потери пищевых
веществ при варке каш,
показали, что без слива воды
теряются прежде всего
витамины, от 5 до 30%. Когда
воду сливают (рисовая каша,
макароны, лапша), в отвар
переходят до 4% белков,
7—13% углеводов, 22—43%
витаминов группы В и около
30% минеральных веществ.
Понятно, почему такие
отвары советуют использовать
для приготовления супов
и соусов.
Какие же каши самые
полезные? Смотря для кого.
Для детей, скажем,—
жидкая манная каша. А для
здоровых (и для
большинства больных) взрослых
самые полезные каши —
гречневая и овсяная. Главная
причина в том, что исходные
крупы наиболее богаты
белком A2—13%). При этом
белок гречки близок к
белку животных продуктов,
в нем много лизина. Есть
в этих крупах собственные
высокоценные растительные
жиры: 3,3% в гречневой
и 6,9% в овсяной. Богаты
они и минеральными
веществами; в гречневой крупе
железа вдвое больше, чем в
других крупах.
Овсяные хлопья давным-
давно назвали
«Геркулесом» — и, надо сказать,
очень удачно. Геркулесовая
каша исключительно
полезна. При этом она не
очень калорийна — мало
крахмала. Не потому ли
среди англичан, традиционно
пристрастных к овсяной
каше, не так уж много
полных людей?
В заключение несколько
слов о горохе и фасоли. Их
главное достоинство —
обилие белка, от 20 до 23%,
причем биологически оцень
ценного. Кроме того, в
бобовых много витаминов
группы В. Однако кули нар ная
обработка гороха и фасоли
длительна и многоэтапна:
их промывают, долго
замачивают и только потом
варят — тоже долго. При этом
теряются белки и
углеводы (правда, немного),
минеральные вещества E—
20%) и особенно
витамины C0—80%). Отвары
бобовых обязательно надо
использовать! У бобовых есть
серьезный недостаток: в их
состав входит упоми нав-
шийся выше углевод стахи-
оза (до 1,6%, то есть
больше, чем в ржаном хлебе).
Это ограничивает их
употребление. Критерием
должно служить самочувствие:
если оно не ухудшается,
ешьте бобовые на здоровье.
Доктор технических наук
И. М. СКУРИХИН
73
Обзоры
Самый маленький
кусок,
самая маленькая
капля...
Доктор химических наук
\Г. И. ФУКС]
Однажды студентам химического вуза был
задан, казалось бы, невинный вопрос: в
каком агрегатном состоянии находится одна
молекула воды? Разгорелась оживленная
дискуссия, в результате которой
большинство сошлось на мнении, что одну-един-
ственную молекулу следует считать газом.
Между тем вопрос был, как говорится,
провокационный: одна молекула вообще не
может считаться ни газом, ни жидкостью,
ни твердым телом. Ведь все эти состояния
вещества называются агрегатными, а для
того чтобы из молекул возник агрегат,
молекул должно быть много.
Но сколько именно? Где проходит граница
между молекулой и куском твердого
вещества, между молекулой и каплей? И хотя этот
вопрос вроде бы сродни шуточным
вопросам типа «со скольких камней начинается
куча?», ответ на него может быть
достаточно определенным и вполне серьезным.
ПО ЗАКОНАМ СТАТИСТИКИ
Молекулы газа находятся в непрерывном
хаотическом движении. Средняя скорость
этого движения определяет среднюю
кинетическую энергию, энергия — температуру
газа.
Мы говорим именно о средней скорости
движения и средней кинетической энергии,
потому что одни молекулы (их называют
«горячими») могут двигаться быстрее, а
другие («холодные») — медленнее, чем все
молекулы в среднем. Чем сильнее отличается
скорость молекул от средней, тем таких
молекул меньше; число молекул, скорости
которых не выходят за пределы
определенного интервала значений, может быть
вычислено на основе закона распределения
Максвелла — Больцмана. А закон этот
статистический: он выполняется тем точнее, чем
больше число молекул.
Так вот, газ может называться газом, если
его молекулы распределены по скоростям в
соответствии с требованиями молекулярно-
кинетической теории. А так как одна-
единственная молекула никак по скоростям
«распределиться» не может, то и нет смысла
говорить о ее агрегатном состоянии.
И все-таки, сколько должно быть
молекул, чтобы среди них могло возникнуть
различие в скоростях, достаточно близкое
к нормальному распределению, и,
следовательно, чтобы всю совокупность можно было
бы считать находящейся в определенном
агрегатном состоянии? Расчет показывает, что
для этого молекул должно быть не менее
11—15. Практически же принято считать,
что минимальный объем, который можно
называть газом, жидкостью или твердым
телом, должен содержать 20—30 молекул.
Строго говоря, классическая молекулярно-
кинетическая теория применима лишь к
газам, молекулы которых совершенно не
взаимодействуют друг с другом на расстоянии,
а только упруго соударяются. Но
качественные выводы этой теории применимы и
к жидкостям, и к твердым телам, когда
между молекулами действуют силы
притяжения и отталкивания. 20—30 молекул
должен содержать самый маленький
кусок, самая маленькая капля — лишь тогда
они образуют то, что принято называть
фазой, твердой или жидкой.
Теперь можно оценить и примерный
размер самой маленькой частицы твердой или
жидкой фазы: ее диаметр должен быть
не менее 10—50 ангстрем. Напомним, что
1 ангстрем (А) равен 10~8 сантиметра —
примерно диаметру атома водорода.
Любопытно, что этот вывод, полученный
теоретически на основании положений мо-
лекулярно-кинетической теории,
разработанной для идеального газа, вроде бы к самим
газам неприменим — ведь их объем
определяется размером сосуда, в который газ
заключен. В этом случае все зависит от
длины свободного пробега молекул: если он
меньше диаметра сосуда, газ ведет себя как
обычный газ, если же молекулы свободно
пролетают от стенки к стенке, практически
не сталкиваясь друг с другом, поведение
газа начинает описываться особыми
законами (так называемыми законами Кнудсена).
У нашего вывода есть еще одно
ограничение: он неприменим к высокомолекулярным
соединениям, молекулы которых могут иметь
размеры, превышающие 50 А. Поэтому мы
будем впредь говорить только о
низкомолекулярных твердых и жидких веществах.
В ОБЪЕМЕ И НА ПОВЕРХНОСТИ
Свойства вещества, находящегося в глубине
каждой капли, каждой частицы, и свойства
вещества, находящегося на поверхности
раздела фаз, оказываются различными. Дело
в том, что каждая молекула, находящаяся
внутри фазы, равномерно окружена точно
такими же молекулами, и поэтому все
силы межмолекулярного взаимодействия
оказываются полностью скомпенсированными.
А вот у молекул, находящихся на
поверхности частицы, силы межмолекулярного
взаимодействия скомпенсированы не
полностью, в результате чего на границе
раздела возникает избыток свободной энергии,
называемой также свободной энергией по-
74
верхности, или просто поверхностной
энергией. Это служит причиной возникновения
различных явлений, получивших название
поверхностных.
Поверхностные силы имеют ту же
природу, что силы межатомного и
межмолекулярного взаимодействий. Однако многие
закономерности действия поверхностных сил
имеют особенности: так, силы притяжения
Ван-дер-Ваальса падают пропорционально
седьмой степени расстояния, а
поверхностные силы того же происхождения —
пропорционально третье й-четвертой степени.
Важно и то, что поверхностные силы
действуют не только на один слой молекул:
влияние этих сил на свойства вещества
распространяется и в глубь фазы. То есть
внешний слой молекул как бы подтягивается
силами межмолекулярного взаимодействия
ко второму слою, второй — к третьему и т. д.,
как по эстафете. В конце концов где-то на
глубине четвертого — шестого
молекулярных слоев действие поверхностных сил
становится пренебрежимо малым, но и этого
оказывается достаточным для того, чтобы
уже заметная приповерхностная часть фазы
приобрела особые свойства.
Если твердое тело, находящееся в
соприкосновении с жидкостью (или одну
жидкость, не смешивающуюся с другой),
измельчать, то удельная поверхность фазы
(то есть поверхность, приходящаяся на
единицу объема) будет увеличиваться по мере
измельчения; соответственно будет
возрастать и доля вещества, находящегося под
действием поверхностных сил. В конце
концов наступит такой момент, когда
практически все вещество фазы окажется
видоизмененным поверхностными силами и
многие из его физических и химических
свойств будут не такими, как у крупного
куска или большой капли. Известно,
например, что мелкие частички твердого тела
могут иметь иную температуру плавления,
чем массивные куски, что частички
некоторых металлов способны самовоспламеняться
на воздухе и т. д.
Если поверхностные силы
распространяются на глубину 4—6 молекулярных (или
атомных) слоев, то частичка, состоящая из
1000 атомов или молекул, уже
практически вся будет находиться во власти этих
сил. Но даст ли что-либо еще дальнейшее
дробление вещества? Конечно, по мере
дальнейшего измельчения удельная поверхность
будет продолжать расти, но это станет уже
не так заметно сказываться на свойствах
вещества.
А потом, когда размеры частиц
окажутся меньше 10—50 А, произойдет
неожиданное: поверхность, а с ней и все
эффекты, вызываемые действием
поверхностных сил, вдруг просто исчезнут, потому
что меньшего куска, меньшей капли, как мы
уже выяснили, просто быть не может...
Значит, 10—50 А — это не только
минимальный размер частички, которую
можно считать самостоятельной фазой, но и
минимальный размер частички, в которой
проявляются поверхностные силы.
В ДВИЖЕНИИ ВЕЧНОМ
В 1827 году английский ботаник Роберт
Броун заметил, что взвешенные в воде
частички цветочной пыльцы совершают
быстрые беспорядочные блуждания. Это
явление, названное броуновским движением,
вызвало поначалу энергичную дискуссию: одни
ученые считали, что движение возникает
в результате вибраций, действия тепловых
потоков и других тривиальных внешних
причин; другие увидели в броуновском
движении проявление таинственной «жизненной
силы».
Лишь в начале нашего столетия
броуновское движение было объяс нено с
позиций молекулярно-кинетической теории:
беспорядочные блуждания частиц отражают
беспорядочное движение молекул и
подчиняются всем его законам. Более того,
некоторое время это явление служило почти
единственным прямым экспериментальным
доказательством дискретного, молекулярного
строения вещества.
Броуновское движение определяет многие
существенные свойства вещества,
находящегося в раздробленном состоянии и
помещенного в другую фазу. И нтенс и вность
этого движения зависит от многих
факторов: броуновское движение тем
интенсивнее, чем выше температура, чем меньше
размер и масса частиц, чем меньше
вязкость и плотность среды. А если частицы
движутся быстро, то они не оседают под
действием силы тяжести, в результате чего
взвеси оказываются устойчивыми; если в
результате соударений частицы способны
слипаться друг с другом, то интенсивное
броуновское движение препятствует
образованию агрегатов.
Чем медленнее движутся частицы, тем
слабее оказываются выраженными все эти
эффекты. И так как интенсивность
броуновского движения определяется в первую
очередь размерами частиц (ведь плотность
большинства твердых веществ лежит в
довольно узком интервале), то можно считать,
что в среднем размеры частиц, поведение
которых еще может быть описано
молекулярно-кинетической теорией, не превышают
30 000—50 000 А, то есть 3—5 мкм.
ЧАСТИЦЫ И СРЕДА
Из-за того что частицы обладают
свободной поверхностной энергией, они как бы
достраиваются за счет молекул среды. Иными
словами, частицы притягивают (поглощают,
адсорбируют) из окружающей среды
молекулы вещества.
Если частица твердого вещества
находится в жидкой фазе, то вокруг этой
частицы образуется моно- или
полимолекулярный слой, получивший название сольватного.
Различают частицы, плохо смачиваемые
75
Свежеосажденный коллоидный
раствор с те арата лития в
техническом масле, используемый
в качестве смазки. Под действием
поверхностных сил частицы
приобретают форму шариков
(х10000)
■Ш
#*-•
Тот же коллоидный раствор
с те арата лития через месяц:
за это время произошла агрегация
частиц
Коллоидный раствор с те арата
литня через год после
приготовления
жидкой фазой и поэтому не
адсорбирующие молекулы, из которых состоит среда
(или же адсорбирующие их слабо), и
частицы, активно взаимодействующие с
жидкостью и связывающие значительное
количество ее молекул. Частицы первого типа
называют лиофобными, а второго типа —
лиофильными (гидрофобными и
гидрофильными в случае воды). Примером
гидрофобных частиц могут служить частицы
углеводородов (скажем, парафина,
фторопласта и других синтетических
полимеров); примером гидрофильных — частицы
глины, крахмала, целлюлозы. Смачиваемость
76
Микроструктура коллоидного
раствора кальциевого мыла,
используемого в качестве
смазочно-охлаждающей жидкости,
полученного при быстром
охлаждении ( X 15000)
Коллоидный раствор кальциевого
мыла, полученный при*
медленном охлаждении
Коллоидный раствор кальциевого
мыла, полученный в присутствии
добавки поверхностно-
активного вещества
твердых тел жидкостями имеет большое
практическое значение: тот, кто носил
рубашки, изготовленные из волокон
хлопка и найлона, на себе испытал разницу в
свойствах гидрофильных и гидрофобных
материалов.
Если частица находится в водном
растворе какой-либо соли, распадающейся на
ионы, то юна преимущественно
адсорбирует ионы того или *иного знака;
эквивалентное количество ионов
противоположного знака будет собираться вокруг первого
слоя адсорбированных ионов. Но если
первый слой достаточно прочно связан с ча-^.
77
стицей, то противоионы более подвижны и
образуют относительно толстый слой. В
результате при движении частицы под
влиянием силы тяжести, в электрическом поле
или по какой-либо иной причине
противоионы частично отстают от частицы,
эквивалентность зарядов нарушается и
частица приобретает так называемый
электрокинетический потенциал. Заряженная
частица отличается от незаряженной примерно
так же, как ион от неионизированного
атома,— в этом заключается еще одна
особенность малых частиц вещества. Но если
заряд иона — величина постоянная, то у
частицы она зависит от природы и
концентрации солевого раствора, и поэтому
электрокинетическими свойствами частиц
можно управлять.
Существуют вещества, молекулы которых
особенно активно адсорбируются из
растворов на поверхности частиц. К ним
относятся жирные кислоты, их соли — мыла,
спирты, амины. Такие вещества называются
поверхностно-активными, они изменяют
характер смачивания частиц жидкостями,
например способны превращать гидрофобные
частицы в гидрофильные. Поверхностно-
активные вещества способны также
создавать на поверхности частиц механически
прочные адсорбционные слои, обладающие
упругостью и повышенной по сравнению
со средой вязкостью.
Такие адсорбционные слои играют
большую роль в увеличении
продолжительности «жизни» капель жидкости. Если
привести в соприкосновение две капли одной и
той же жидкости, то они сольются; в
присутствии же поверхностно-активных
веществ образующиеся адсорбционные слои
препятствуют или даже предотвращают
такое слияние. Так образуется устойчивая
взвесь мельчайших капель, не
смешивающихся с жидкостью,— эмульсия. Когда
же возникает необходимость разрушить
эмульсию (например, при получении
сливочного масла из молока или при
обезвоживании нефти), это достигается
разрушением защитных адсорбционных
слоев.
Таким образом, мельчайшие частицы,
возникнув, быстро приобретают сложное
строение: ядро, покрытое адсорбированными
молекулами среды, а часто также ионами
и молекулами поверхностно-активных
веществ.
Теперь свойства частиц
определяются уже не только (а часто и не
столько) ядром, сколько окружающей его
оболочкой. В результате свойства частиц с
размерами от 10—50 до 30 000—50 000 А
оказываются существенно отличными как от
свойств одиночных молекул, так н от свойств
массивных кусков вещества. Оболочка
приобретает особенно большое значение,
когда возникает необходимость управлять
техническими свойствами частиц или систем,
из которых они построены.
ОТ МАЛА ДО ВЕЛИКА.»
Итак, частицы с размерами от 10—50 до
30 000—50 000 А представляют собой
полноценную фазу, хотя и со свойствами,
измененными под влиянием поверхностных
сил; такие частицы обладают и предельно
развитой удельной поверхностью, и
молекулярным движением. Подобные частицы, а
также образуемые ими системы называют
коллоидными, или высокодисперсными.
Раньше считали, что коллоидные частицы
должны иметь размеры, не превышающие
1000 А, то есть размеры, когдд частицы
не видны с помощью оптического
микроскопа. Однако такая классификация была
связана не с объективными свойствами
коллоидных систем, а лишь с
возможностями приборной техники, то есть сугубо
формальной.
Настоящие коллоидные системы не
расслаиваются и сохраняют устойчивость
практически неограниченное время. В этом
смысле они напоминают обычные, истинные
растворы. Например, в Британском музее
хранятся коллоидные растворы золота,
приготовленные Фарадеем около 150 лет назад.
Если нижняя граница размеров
коллоидных частиц довольно резкая, то верхняя
граница размыта: влияние поверхностных
сил на свойства системы ослабевает
постепенно, переход к более крупным
частицам не сопровождается скачкообразным
изменением свойств системы. Так, частицы с
диаметром до 50—100 мкм сохраняют
способность поглощать значительное
количество молекул жидкой среды, а также
растворенные в ней соли, кислоты, щелочи и
поверхностно-активные вещества, что
широко используется в промышленности для
очистки нефтяных масел и многих других
технических жидкостей. Такие частицы
получили название грубодисперсных.
Но грубодисперсные частицы не
подвержены броуновскому движению: под влиянием
силы тяжести взвеси таки х частиц, в
отличие от коллоидных растворов, быстро
расслаиваются. И только если концентрация
крупных частиц так велика, что они
мешают друг другу осесть, то их взвеси
длительное время сохраняют свою
однородность. Более того, поскольку в этом случае
поверхностные силы еще достаточны для
того, чтобы частицы под их действием
слипались, концентрированные взвеси иногда
приобретают свойства твердых тел.
В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ
Еще в начале нашего столетия
дисперсное состояние вещества не привлекало к
себе особого внимания ни ученых, ни
практиков. Однако постепенно положение
менялось, и теперь уже известно, сколь важное
значение имеет дисперсное состояние
вещества в природе и технике.
Почвы, торф, глины — вот примеры
всем известных природных систем, многие
свойства которых определяются именно
78
дисперсными компонентами. Эритроциты,
бактерии, споры и многочисленные другие
частицы биологического происхождения
играют исключительную роль в
разнообразных процессах, протекащих в живых
организмах. Поведение водяных капель
определяет такие явления, как образование
облаков, выпадение атмосферных осадков,
образование тумана... Понятно поэтому,
что изучение дисперсных частиц и умение
управлять их свойствами очень важно для
понимания многих природных явлений и
умения активно воздействовать на них.
Например, выяснив, как из отдельных
молекул воды формируются мельчайшие капли
и как можно управлять их ростом и
слиянием, удалось создать метод борьбы с
облаками и туманом.
Трудно назвать отрасль народного
хозяйства, в которой бы в той или иной
форме не приходилось иметь дело с
поверхностными явлениями и дисперсными
системами. Это относится не только к
таким новым отраслям, как
микроэлектроника, космическая техника или
микробиологическая промышленность, но и к
традиционным сферам материального
производства: получению цемента, бетона, смазок,
масляных красок, керамических материалов...
Когда химик-технолог занимается
разделением растворов, вопрос о том,
находится ли растворенное вещество в виде
истинного раствора или в коллоидном
состоянии, оказывается отнюдь не
праздным: ведь чтобы выделить вещество из
молекулярного раствора, раствор
необходимо упарить; в случае коллоидного
раствора часто бывает достаточно добавить
немного соли и сместить этим
электрокинетический потенциал частиц, чтобы они
слиплись и выпали в осадок; выделить
же грубодисперсные частицы из их взвеси
и вовсе легко — отмучиванием или
фильтрацией.
В технике дисперсные частицы широко
используются в качестве
добавок-наполнителей к различным материалам. Черный
цвет галош и другой резиновой обуви
обусловлен частицами черной сажи; белые
резинотехнические изделия наполнены
«белой сажей» — аэросилом. Наполнитель
не только экономит дорогостоящий
полимер, но и улучшает его механические
свойства и повышает износостойкость.
Частицы хорошего наполнителя должны
быть достаточно мелкими и однородными,
а также хорошо смачиваться средой, в
которой распределены. Первое достигается
отмучиванием; второе — подбором лио-
фильных наполнителей, лиофилизацией
частиц поверхностно-активными веществами
или специальной обработкой, химической
модификацией их поверхности.
В промышленности перерабатываются
большие количества концентрированных
взвесей частиц в различных жидкостях.
Это и силикатная масса, предназначенная
для получения керамики, и суспензия
глины, применяемая при бурении на нефть,
и пасты минеральных красок и
лекарственных порошков, и тесто, предназначенное
для выпечки хлеба, и формовочная масса
для приготовления литейных форм, и
многое-многое другое.
Поверхностные силы способствуют
образованию достаточно прочных связей
между частицами, что затрудняет порой
перекачку, формование и уплотнение
подобных материалов. Но зная
закономерности поведения дисперсных систем, эти
операции удалось облегчить, снизить
энергозатраты.
Используя свойства частиц, определяемые
их размерами, поверхностной энергией и
адсорбционно-сольватными слоями, удается
повышать эффективность многих
технологических процессов, улучшать качество
материалов и создавать новые материалы
с ценными эксплуатационными свойствами.
Изучение свойств мельчайших частиц
твердых тел и капель жидкостей, а также
разработка методов, позволяющих этими
свойствами управлять, имеет не только
познавательное, но и огромное
практическое значение.
ЧТО ЧИТАТЬ
О ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ
Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. М.: Химия,
1976.
Иванов Я. И., Платиканов Д. Н. Коллоиды.
Л.: Химия, 1975.
Овчаренко Ф. Д. Мир опознанных величин.
М.: Знание, 1979.
Петрян ов-Со кол ов И. В., Фукс Г. И.
Коллоидная химия и технический прогресс в
одиннадцатой пятилетке.— Вестник АН СССР, 1982, № 10.
с. 123—135.
Успехи коллоидной химии. Сб. под ред. Ребинде-
ра П. А. и Фукса Г. И. М.: Наука, 1973.
79
Обычно при решении задач, в которых
фигурируют газы, пользуются
уравнением Клапейрона — Менделеева:
PV=nRT. Однако, как известно,
идеальных газов в природе не существует,
в результате чего поведение
реальных газов в большей или меньшей
степени отклоняется от
теоретического. Велико ли это отклонение, в каких
случаях с ним следует считаться, а
когда можно пренебречь? Ответить на эти
вопросы вы сможете, решив
приведенные ниже задачи.
ЗАДАЧА 1
Экспериментально были получены
следующие значения для плотности
(в граммах на литр) газов при О °С и
760 мм рт. ст: азот — 1,25, ацетилен —
1,172, аммиак — 0,771, хлор — 3,21,
сернистый газ — 2,93, изобутан — 2,67,
бутан — 2,70.
По этим данным рассчитайте
мольные объемы газов при нормальных
условиях и сопоставьте полученные
величины с температурами их кипения.
ЗАДАЧА 2
Более 100 лет назад голландский
ученый Ван-дер-Ваальс предложил для
описания реальных газов, поведение
которых не подчиняется уравнению
Клапейрона — Менделеева,
следующую формулу: (P+n2a/V2) (V—nb)=
=nRT, где Р — давление газа в
атмосферах, V— его объем в литрах, п —
число молей, R — газовая постоянная
@,082 л- атм/град- моль), Т —
абсолютная температура. Поправка a>V~
учитывает взаимодействие между
молекулами реального газа, а параметр Ь
представляет собой поправку к объему
газа, численно равную объему всех
молекул газа при их плотнейшей упа-
. ковке.
Рассчитайте, какое давление при
20 °С создастся в стальном баллоне
объемом 3 л, если в него \ закачать
280 г азота; 2800 г азота. Проведите
расчеты, полагая сжатый азот сначала
идеальным, а потом реальным газом,
и сравните полученные результаты (для
азота а = 1,39 л2атм/моль2, Ь =
= 0,0391 л/моль).
ЗАДАЧА 3
Давление газообразного хлора,
находящегося в равновесии с тем же самым
газом в жидком состоянии, при
разных температурах описывается следую-
♦ щим эмпирическим уравнением: 1дР=
= —1052/Т+4,43, где Р — давление
газообразного хлора в атмосферах.
В стеклянную вакуумированную
ампулу объемом 10 мл, изготовленную из
трубки с наружным диаметром 12 мм
и толщиной стенок 1 мм, ввели при
охлаждении 0,3 г хлора, после
чего ампулу запаяли и нагрели до
10 °С.
Взорвется ли при этом ампула?
Можно ли нагреть ее до 100 °С?
Давление, которое может выдержать
запаянная стеклянная ампула,
приближенно можно оценить по формуле
Лэйма:
Р = S-
г пред °
1— К2
Т+к5
где К — отношение внутреннего
диаметра ампулы к внешнему, a S=68 атм.
(Решение — на стр. 84)
80
К i Юный химик
Самое-само**
(jaunt, АМшиийеА
им «wv
В 1930 году в широко известном и
уважаемом учеными всего мира журнале
«Nature» («Природа») была опубликована
заметка Рэлея под названием «Могут ли
стеклянные трубки и стержни изгибаться под
действием собственного веса?» Но прежде
чем перейти к ее содержанию, отметим
две интересные подробности.
Во-первых, фамилия автора была дана
без инициалов, и это не опечатка: Роберт
Джон Рэлей был лордом. Этот титул он
унаследовал от своего отца, знаменитого
физика Джона Уильяма Рэлея, которому
титул лорда был пожалован за
выдающиеся научные достижения. А лорды-ученые
подписывали свои статьи без инициалов,
даже если у них были соавторы, да и
в авторских указателях журналов того
времени так и значится: Rayleigh (Lord).
Вторая подробность касается сроков
публикации. Статья Рэлея была получена
редакцией 1В февраля, а увидела свет... 1
марта того же года, то есть всего через 10 дней!
Можно только удивляться, с какой
скоростью работали тогда редакция н
типография (сейчас даже в 50 раз больший срок
считается вполне нормальным).
Теперь обратимся к содержанию статьи.
В ней Рэлей сообщает, что когда-то в
частной беседе он услышал, что стеклянные
трубки нельзя долго хранить в
вертикальном положении, так как при этом они
постепенно деформируются под действием
собственного веса. При этом собеседник
Рэлея ссылался на книгу известного
немецкого ученого В. Оствальда
«Физико-химические измерения», где рекомендуется
хранить стеклянные трубки в
горизонтальном положении.
Известно, что стекло — это
переохлажденная жидкость вроде вара и, как
любая жидкость, оно может в принципе течь,
только очень медленно. Вместе с тем никто
вроде бы не замечал, чтобы оконные
стекла хотя бы в малейшей степени «стекали»
вниз. Значит, все дело в вязкости —
достаточно ли она высока у стекла при
обычных условиях?
Ответ на этот вопрос мог дать только
эксперимент. И Рэлей поставил такой опыт:
он взял стеклянный стержень диаметром
около 5 мм и положил его на два штыря,
которые были вбиты в кирпичную стену
на расстоянии 1 м друг от друга, а к
центру стержня подвесил груз массой 300 г
(после окончания эксперимента стержень
сломался от нагрузки чуть больше 1 кг).
Естественно, под тяжестью груза стержень
сразу прогнулся — на 2В мм в
центральной части. И после этого в течение
долгих 7 лет эта величина практически не
изменялась: после окончания опыта
стержень провисал лна 29 мм, причем
небольшое изменение прогиба произошло в
первые 3 года и было вызвано скорее всего
деформацией стены.
Спустя два месяца в том же журнале
была опубликована статья К. Д. Спенсера
на ту же тему и под таким же точно
заглавием. Оказалось, что Спенсер провел
аналогичный эксперимент, с той лишь
разницей, что занимался этим делом не для
удовлетворения собственного
любопытства, а по долгу службы: Спенсер работал в
изв'естной фирме «Дженерал Электрик»;
в отделе ламп накаливания, лаборатории
технологии стекла. Вместо стержня
Спенсер использовал стеклянную трубку длиной
1,1 ми диаметром 1 см при толщине
стенок 1 мм. Нагрузка на этот раз была
более солидной — 8В5 г, близкой
пределу прочности стекла (это было
установлено заранее путем испытания нескольких
аналогичных трубок из той же партии).
Опыт начался в 1924 году, а
окончился после публикации статьи Рэлея, то есть
ровно через 6 лет. Если перед опытом
трубка была достаточно прямой, Чтобы ка-
л 6 ю in
81
титься по ровной поверхности, то через
6 лет после снятия нагрузки она
оказалась заметно изогнутой — провисала в
центре на 9 мм.
Итак, оба опыта привели к одинаковому
выводу: легкая стеклянная трубка
практически не может изгибаться под действием
собственного веса. Почему же тогда было
распространено противоположное мнение?
Спенсер дает на этот счет довольно
правдоподобное объяснение. До того как в
самом начале 20-х годов был введен
машинный способ вытягивания стеклянных
трубок, эту работу делали вручную. Но и
самый искусный стеклодув не мог
получить идеально прямую трубку длиной до
1 м и более, а некоторые трубки были
заметно изогнутыми. Хранят стеклянные
трубки в лаборатории' вертикально в
специальных стойках, где-нибудь за шкафом в
углу. В результате вибраций и случайных
сотрясений, а особенно при выдергивании
из пачки одной из трубок остальные
стремятся устроиться «поудобнее», так что их
прогиб обращается в одну сторону. Такое
положение кто-то мог принять за
результат «течения» стекла под действием
тяжести, особенно если самые прямые трубки
давно были использованы в лаборатории.
Так и пошел гулять по свету (и даже
вошел в некоторые учебники) миф о
самоизгибании трубок.
Однако когда стекло длительное время
находится под нагрузкой, близкой
предельной (особенно при повышенной
температуре), его способностью вести себя
подобно вязкой жидкости уже нельзя
пренебрегать.
М. СТЕРНИН
150 лет назад, 8 февраля 1834 года, родился великий русский химик Дмитрий Иванович
Менделеев.
430 лет назад, в 1554...
Джероламо Кардано A501—1576), итальянский механик, математик, врач — его имя
закреплено в названии «карданного» вала — установил, что свинец при длительном
нагревании на воздухе тяжелеет на 1/13.
400 лет назад, в 1584...
Джордано Бруно (род. 1548) опубликовал трактат «О бесконечности, вселенной и
мирах», в котором доказывал, что в космосе можно найти множество обитаемых
миров. 16 лет спустя Бруно был сожжен на костре за Отрицание церковного догма-
ia о едином творце Вселенной.
350 лет назад, в 1634...
Под Москвой началось строительство первого в нашей стране стекольного завода.
260 лет назад, в 1724...
Петр I подписал Проект об учреждении петербургской Академии наук и художеств
(ныне — Академия наук СССР).
82
Клуб Юный химик
250 лет назад, в 1734...
Скончался Г. Шталь (род. 1659), немецкий химик и врач. Предложил в 1697 году
теорию флогистона — первую попытку объяснить, как происходит горение и обжиг.
Для него это был частный случай учения о материальных началах, отвечающих за
любые свойства вещества. Теория флогистона была опровергнута в конце XVIII века
французским химиком А. Лавуазье A743—1794), но идея материальных начал
сохранилась.
210 лет назад, в 1774...
Английский химик и философ-материалист Д. Пристли (род. 1733) получил
«солянокислый воздух» (хлористый водород) и «щелочной воздух» (аммиак); он же был
одним из первооткрывателей кислорода. Пристли скончался 180 лет назад, в 1804 году,
вскоре после вынужденного отъезда в Америку.
200 лет назад, в 1784...
Английский физик и химик Г. Кавендиш A731—1810), сжигая «горючий воздух»
(водород), установил состав воды. ,
Русский физик Ф. Эпинус A724—1802) сделал первый в мире ахроматический микроскоп,
позволяющий видеть объект без радужных полос по краям изображения.
Во французском городе Сент-Омере закончился суд над человеком, установившим
на крыше своего дома «громоотвод». Обвиняемый был оправдан благодаря
красноречию молодого адвоката М. Робеспьера A758—1794), впоследствии — деятеля
Великой французской революции.
190 лет назад, в 1794...
Умер в'изгнании Р. Распе (род. 1737), создатель «Приключений барона Мюнхгаузена»,
археолог, нумизмат, знаток минералов, один из изобретателей легированной стали.
180 лет назад, в 1804...
Родился Э. X. Ленц (ум. 1865), русский физик. В 1842 году экспериментально
подтвердил закон теплового действия электрического тока (закон Джоуля — Ленца), а в
1833 году сформулировал правило, позволяющее определить направление
индуцированных токов (правило Ленца).
Скончался русский химик Т. Е. Ловиц (род. 1757). Открыл способность прокаленного
березового угля поглощать примеси из растворенных веществ; первым получил
«ледяную» уксусную кислоту и безводный («абсолютный») спирт.
160 лет назад, в 1824...
Немецкий химик Ф. Велер A800—1882) впервые синтезировал вещество «животного»
происхождения — мочевину из неорганических исходных соединений. Это*г опыт
опроверг учение о «жизненной силе», будто бы необходимой для создания органических
веществ.
150 лет назад, в 1834...
Английский физик и химик М. Фарадей A791—1867) открыл законы электролиза.
С этих пор электрохимия стала точной наукой.
Изобретатель В. Марр запатентовал в Лондоне несгораемый шкаф.
Родился К. Шорлеммер (ум. 1892), немецкий химик, коммунист, друг Маркса и
Энгельса. Доказал в 186В г. одинаковость всех четырех валентностей атома углерода в
органических соединениях.
Родился Г. Даймлер (ум. 1900), изобретатель легкого бензинового двигателя. В 18В5 г.
запатентовал его использование для самодвижущихся экипажей (позднее и для
лодок, велосипедов). Год спустя состоялось испытание одного из первых автомобилей —
с мотором Даймлера. Одна из последующих моделей была названа «Мерседес»
(название сохранилось).
140 лет назад, в 1844...
Родился Л. Больцман (ум. 1906), австрийский физик. Вывел основное уравнение
физической кинетики. Доказал, что энтропия — функция, характеризующая необратимое
Клуб Юный химии
83
рассеивание энергии, одновременно может служить мерой вероятности данного
состояния системы. Работы Больцмана, сильно опережавшие современный ему уровень науки,
не признавались многими коллегами.
Скончался Д. Дальтон (род. 1766), английский физик и химик, один из создателей
современного атомистического учения. 190 лет назад в 1794 г. описал дефект зрения,
которым страдал сам (неспособность различать некоторые цвета, дальтонизм). 180 лет
назад предложил обозначать химические элементы первыми буквами их названий.
100 лет назад, в 1884...
Увидела свет книга Я. Вант-Гоффа A852—1911) «Этюды химической динамики»,
впервые излагавшая многие основные понятия современной физической химии. Десятью
годами ранее Вант-Гофф одновременно с французским химиком Ж. А. Ле Бел ем
заложил основы стереохимии — учения о расположении атомов, составляющих
молекулу, в трехмерном пространстве.
25-летний шведский химик С. Аррениус (ум. 1927) защитил диссертацию, в которой
содержались основы теории электролитической диссоциации.
Знаменитый американский изобретатель Т. А. Эдисон A847—1931) запатентовал
термоэлектронную эмиссию — открытый им годом ранее «эффект Эдисона», на
котором основано действие электронных ламп.
Родился Е. Н. Павловский (ум. 1965), советский зоолог, знаток ядовитых насекомых
и паразитов. Создал учение о природной очаговости многих болезней, разработал
способы борьбы с множеством тварей, опасных для человека.
Скончался А. Брем (род. 1829), немецкий зоолог и путешественник, автор известной
книги «Жизнь животных», по сей день издающейся на большинстве языков мира.
50 лет назад, в 1934...
Советский физикохимик Н. Н. Семенов (род. 1896) опубликовал книгу «Цепные
реакции», в которой доказывалась широкая распространенность таких реакций в
природе. В 1956 году за открытие разветвленных цепных процессов отмечен Нобелевской
премией.
Ф. Жолио-Кюри A900—1958) и И. Жолио-Кюри A897—1956) открыли искусственную
радиоактивность, что стало началом новой эры в радиохимии и ядерной физике.
Родился Ю. А. Гагарин (ум. 1968), первый человек, совершивший полет в космос.
Скончалась М. Склодовская-Кюри (род. 1867), одна из первых исследователей
радиоактивности. Вместе со своим мужем П. Кюри A859—1906) открыла в 1898 г.
полоний и радий. Единственный ученый, удостоенный Нобелевской премии и по физике,
и по химии. Жизнь Склодовской-Кюри могла бы длиться больше, если бы не болезнь,
вызванная длительным воздействием радиоактивности.
40 лет назад, в 1944...
Советский физик Е. К. Завойский A907—1976) открыл электронный парамагнитный
резонанс (ЭПР), на основе которого разработан чрезвычайно чувствительный метод
регистрации свободных радикалов. Современная техника ЭПР позволяет в некоторых
случаях обнаруживать сигнал всего нескольких частиц.
Составил В. ЗЯБЛОВ
ЗАДАЧА 1
Если q — плотность газа в г/л, а М —
его молекулярная масса, то отношение
у/М определяет число молей в 1 л,
а обратная величина M/q — искомый
мольный объем. Округленные
результаты расчета, а также температуры
кипения веществ приведены в таблице
на следующей странице.
84
Kii- l> Юныи жГ ЛИК
Итак, оказывается, что мольный
объем газа при нормальных
условиях — величина не постоянная: из
таблицы видна тенденция к ее
уменьшению при увеличении температуры
кипения веществ. И лишь для очень
низко кипящих газов (азот, кислород,
гелий, водород) мольный объем при
Газ
Мольный
объем,
л
Температура
кипения,
С
N2
22,4
—196
с,н
22.2
—84
NH*
22.1
—33
С1?
22.0
—34
SO,
21.8
—10
изо-
С,Н„,
21.7
— 12
н-
сн,
21.5
—0.5
нормальных условиях равен 22,4 л, то
есть только эти газы при обычных
температуре и давлении практически
не отличаются от идеальных.
ЗАДАЧА 2
В первом случае (V = 3 л, Т = 293 К,
п = 10) из уравнения для идеального
газа получаем Р = nRT/V = 80 атм,
а из уравнения Ван-дер-Ваальса Р =
= nRT/(V—bn)—n2a/V2 = 76,5 атм.
Разница составляет менее 5 %, то есть
при не слишком высоких давлениях
азот по своим свойствам мало
отличается от идеального газа. Но уже для
второго случая (п = 50 моль) получаем
по уравнению для идеального газа
пропорциональное (в 5 раз) увеличение
давления — до 400 атм, тогда как по
уравнению Ван-дер-Ваальса давление
оказывается почти вдвое большим,
а именно 764 атм.
Таким образом, при очень высоких
давлениях даже азот ведет себя далеко
hje как идеальный газ. Конечно, это
приходится учитывать при разработке
реакторов и другой аппаратуры,
работающей при высоких давлениях.
ЗАДАЧА 3
Сначала определим, что представляет
собой вещество в ампуле: остался ли
в ней хлор частично в виде
жидкости (тогда давление можно рассчитать
по приведенной выше эмпирической
формуле) или же полностью испарился
(тогда давление в ампуле следует
рассчитывать по уравнению для газа —
идеального или реального).
Предположим, что при температуре
10 С весь хлор перешел в
газообразное состояние. Тогда давление в
ампуле составит Р = nRT/V = @,3/71)-
• 0,082- 283/0,01=9,8 атм.
Вычислим, какое давление будет над жидким
хлором при той же температуре:
|др = _1052/283 + 4,43 = 0,71,
откуда Р = 5,1 атм. Таким образом, при
10 °С хлор в ампуле не может иметь
давление 9,8 атм, так как часть его
перейдет в жидкое состояние и
давление снизится до 5,1 атм.
Выдержит ли такое давление
ампула? По формуле Лэйма (здесь К =
= Ю/12 = 0,835) получаем РпреД =
= 68A—0,8352)/A + 0,8352) = 12 атм.
Значит, ампула не взорвется.
Посмотрим теперь, что произойдет,
если нагреть ампулу до 100 °С.
Давление пара над жидким хлором при этой
температуре определяем по формуле
|др = —1052/373 + 4,43 = 1,61,
откуда Р = 41 атм.
Вместе с тем если 0,3 г хлора будет
полностью находиться в газовой фазе,
то давление при 100° С составит
@,3/71 H,082- 373/0,01=12,9 атм. Это
давление значительно ниже того,
которое необходимо для конденсации
газа в жидкость, поэтому при 100 С
жидкого хлора в ампуле не окажется —
он будет находиться в ней только в виде
газа под давлением 12,9 атм (если
рассчитывать давление по уравнению для
идеального газа). Немногим меньшее
значение мы получим, если будем
рассчитывать давление по уравнению Ван-
дер-Ваальса: для хлора а =
= 6,42 л2атм/моль2, b = 0,0562 л/моль,
р = @,3/71)- 0,082- 373 / [0,01 —
—@,3/71) ■ 0,0562]—@,3/71 J6,42 /
/0,012=11,7 атм.
Однако даже уточненное по
уравнению Ван-дер-Ваальса давление
слишком близко к критической величине
12 атм. Если к тому же учесть, что
формула Лэйма весьма приближенная
(лрочность стекла зависит от его сорта,
состояния поверхности и т. д.), то
очевидно, что нагревать ампулу до 100 °С
весьма рискованно — она может не
выдержать повышенного давления.
и. ильин
Клуб Юный химик
85
Из писем
в редакцию
Продлите
жизнь
карандашу
В статье «Воз«м ите в ру к и
карандаш» («Химия и жизнь»,
1У82, № 7) автор
справедливо сетует на то, что мы
используем только часть карандаша, и
в то же время сомневается,
что трубочки-удлинители могут
найти применение, так как
карандаш очень дешев. Да, он
дешев, но, по-моему, неразумно
выбрасывать вещь,
использованную не до конца.
Я работаю в большой
конструкторской организации, для
которой карандаши покупа ют
ящиками, но и при таком
изобилии мы пользуемся
удлинителями. Когда карандаши
стачиваются всего лишь
наполовину, чертить становится
неудобно. Кроме того, случается,
что под рукой нет нового
карандаша нужной твердости,
подходящего цвета. Вот тогда нас
выручают удлинители и в дело
идут короткие карандашные
остатки.
Наш удлинитель — стержень
из пластмассы или металла.
В его торце высверливают
отверстие, а в нем резьбу (все
размеры даны на рисунке).
Небольшого усилия достаточно,
чтобы, немного сминая
древесину, в отверстие можно было
завинтить любой карандаш.
Резьба надежно держит его и в
то же время позволяет легко
вывернуть из стержня.
Особенно рекомендую такой
удлинитель сделать для детей.
С его помощью коробке
карандашей можно продлить жизнь
почти вдвое.
С. В. КУСМАРЦЕВ.
Волгоград
Полимерная
обложка
Многие читатели журнала,
наверное, встречали в продаже так
называемую «обложку для книг
полиэтилентерефталатную
ламинированную рулонную». Эта
обложка представляет собой
прозрачную пленку из
тугоплавкого полиэфирного слоя, поверх
которого нанесен слой
полиэтилена. У пленки замечательное
свойство: положите ее
полиэтиленом на обложку книги,
прогладьте сверху утюгом, и на
переплете получится аккуратное
прозрачное покрытие.
Жаль, что такая обложка в
продаже бывает нечасто, но ее
можно сделать и самому.
Купите в магазине,
торгующем хозяйственными товарами,
прозрачную жесткую
полиэфирную пленку и полиэтиленовую
пленку. Нагрейте утюг до 130—
160°С (терморегулятор должен
указывать на «шелк»), накройте
для пробы небольшой обрезок
картона куском полиэтилена, а
сверху положите кусок
полиэфирной пленки (см. рисунок).
Осторожно прогладьте, не
касаясь краев пленок. Дайте
поверхности остыть
минуту-другую, затем возьмите свободный
край полиэфирной пленки и
аккуратно снимите ее, не делая
резких движений. Если утюг не
был разогрет выше указанной
температуры, верхняя пленка
легко отделится от нижней, не
изменив своей поверхности (ее
можно будет использовать
много раз), а на картоне
останется прекрасное
полиэтиленовое покрытие. Таким способом
можно предохранить от порчи
переплеты книг, открытки,
библиографические карточки и т. д.
Пленочное покрытие ляжет на
любую ткань, которая
выдерживает температуру 130—160° С.
Получится водонепроницаемый
и достаточно гибкий материал;
из него можно сделать,
например, дождевик. Пленки
подойдут для защиты деревянной
поверхности, любого пористого
материала. А можно самому
сделать полиэтиленовый пакет.
полиэтилен нартон
Сварите, как было сказано
выше, края сложенной пополам
полиэтиленовой пленки,
положив сверху полиэфирный слой.
Шов получится ровным, если
утюг вести вдоль деревянной
линейки.
В заключение несколько
советов:
полиэтиленовая пленка
должна быть чистой;
при проглаживании утюгом
следите, чтобы между слоями
не оставались пузырьки воздуха,
поэтому не ставьте сразу всю
плоскость утюга на пленку, а
обрабатывайте поверхность
постепенно;
не выбрасывайте старые
непрозрачные полиэтиленовые
пакеты, покрытие из них
получится не хуже, чем из новой
пленки.
А. А. КАМНЕВ,
Саратов
86
Страницы истории
«Может тот,
кто
думает,
что может»
Жозеф Нисефор Ньепс
Живописный портрет.
Фотографических
изображений одного из
создателей фотографии нет.
Первый дагеротип
был получен после
кончины Ньепса
Имя Нисефора Ньепса у нас не очень известно. В лучшем случае кто-то вспомнит, что он
считается одним из изобретателей фотографии. Во Франции его, конечно, знают лучше. При
въезде в бургундскую деревушку Сен-Лу-де-Варенн стоит большой камень с надписью: «В этой
деревне Нисефор Ньепс изобрел фотографию в 1822 году». А неподалеку, в городе Шалоне,
есть памятник: стройный, совсем не старый мужчина изящным жестом указывает на
громоздкий фотоаппарат.
Изобрел очень важное и очень нужное", прославился и заслужил памятник. Все просто
и в то же время совсем не просто.
В 1949 г. в Ленинграде вышел в свет толстый том — «Документы по истории изобретения
фотографии». В нем главным образом письма: написанные самим Ньепсом, адресованные
ему и связанные с его деятельностью. В этом томе вся его жичпь. Она была полна надежд,
блестящих находок, мужества, поисков денег и славы. А умер Ньепс вконец разоренным,
почти никому не известным стариком, так и не сумевшим завершить труд, который прославил
его имя. И мало кто знает сегодня, что он вместе с братом Клодом сделал другое изобретение,
подлинное изобретение века —- двигатель внутреннего сгорания. Трудно поверить, но
документы подтверждают: 175 лет назад по Соне ходила моторная лодка с водометным
двигателем, работавшим по принципу внутреннего сгорания. Об этой лодке, как и ее создателях,
быстро забыли, а двигатель внутреннего сгорания спустя полвека был изобретен заново.
Были у братьев и другие изобретения, казалось бы, очень выгодные и полезные. Только
из них ничего не вышло, кроме убытков и разочарований.
Но начнем с начала. Жозеф Нисефор Ньепс родился в 1765 г. и, как его старший (на два
года) брат Клод, не получил никакого естественнонаучного образования. Коллеж отцов-
ораторианцев он закончил, но провалился на выпускном экзамене по гуманитарным
дисциплинам. Отсюда с некоторой натяжкой можно заключить, что с юности Нисефор был склонен
к технике. Не сдав экзамена, он не мог стать священником и был определен воспитателем
в тот же коллеж. Это было довольно скучно, и уже в весьма зрелом по тем временам
возрасте — в 23 года — он просит у своей матери разрешение изучать юриспруденцию:
«...умоляю Вас, дражайшая матушка, уважить просьбу, с которой я к Вам обращаюсь; решение,
которое я принял только после того, как тщательно взвесил его, должно показаться
благоразумным и осторожным... Смею надеяться, что наше поведение и бережливость, которые
отличали нас всех неизменно во все время, в течение которого мы были удалены от Вас,
дражайшая матушка, должно успокоить Вас и полностью рассеять Ваши тревоги относительно
нашего нового образа жизни, который изменит мое существование, но ни в коей мере не изменит ни
моих принципов, ни поведения, потому что эти принципы, благодаря Богу, запечатлены
в нашем сердце еще лучше, чем на наших устах».
На всю жизнь он сохранит этот стиль в своих письмах — длинных, с массой
чувствительных околичностей. До Великой революции оставался целый год, и сентиментальность
была еще в моде. Но революция грянула, трогательные излияния сменились пламенными
87
призывами Конвента, и братья Ньепсы стали не студентами, а офицерами революционной
армии и флота. Прослужив года три, они в 1794 г. вышли в отставку и поселились в
своем поместье под Шалоном-на-Соне.
Зажатая в кольце врагов Франция нуждалась в новых источниках сырья и энергии. Граждан
призывали вносить свои предложения. Дело патриотическое, к тому же сулившее немалые
прибыли. Например, за разведение марены, из которой можно было добывать дефицитное
индиго, была обещана огромная премия—100 000 франков. Братья выращивали марену,
но премии, увы, так и не получили. Еще Нисефор и Клод изобрели водоподъемную машину,
которую предложили использовать для подачи воды к фонтанам Версаля. И это дело не
выгорело, ^потому что Наполеон предпочел отдать подряд крупному промышленнику. Столь же
безуспешными в финансовом отношении были найденные ими способы получения из местного
сырья крахмала и волокна взамен хлопкового. Но все это было не главное.
17 ноября 1806 г. на заседании Отделения математических и физических наук
Национального института (то есть Академии наук) был зачитан доклад братьев. Написанный
рукой Нисефора, он сохранился: «...Машина, которую мы имеем честь представить
Институту и которую мы назвали «пирэолофор»*, является плодом многолетнего труда и
размышления. Занимаясь разысканием физической силы, которая могла бы сравниться с
силой паровой машины, но потребляла бы меньше топлива, мы предположили, что нашим
требованиям мог бы удовлетворить расширяемый огнем воздух... Мы представили себе, что
если он будет внезапно пронизан в замкнутом сосуде пламенем чрезвычайно горячего
вещества, измельченного в очень мелкий порошок и рассеянного по всему объему этого
сосуда, то он разовьет гораздо большую энергию и даже произведет взрыв, соразмерный
сопротивлению тех препятствий, которые он должен преодолеть». В докладе излагается не
только общая идея, но и конструкция двигателя: «В одной из стенок сосуда вделана
трубка, через которую вводят воздух. По дороге этот воздух встречает несколько гранов
горючего вещества, которое он выбрасывает на пламя; там горючее воспламеняется; горящее
вещество проникает в сосуд, расширяет находящийся в нем воздух с большой силой,
которая давит на стенки и толкает вперед поршень».
Что же это, как не двигатель внутреннего сгорания? И то, что вместо бензина или газа
братья использовали угольную пыль, дела не меняет. Ни газовой, ни
нефтеперерабатывающей промышленности в то время, понятно, не было и в помине. Да и первый двигатель
Дизеля почти сто лет спустя работал на угольном порошке. (Недавно стали появляться
сообщения о разработке автомобильных моторов, в цилиндры которых вдувают
угольную пыль с небольшой добавкой жидкого топлива для облегчения вспышки. Почти 200 лет
назад братья Ньепсы для той же цели добавляли в угольную пыль смолу.)
Но вернемся на заседание института. Изобретение вызвало большой интерес, разобраться
в нем было поручено двум комиссарам: знаменитому химику Клоду-Луи Бертолле и Ла-
зару Карно, прозванному потом «творцом победы» за реорганизацию французской
промышленности, которая стала материальной' базой побед сначала революционных армий,
а потом и армий Наполеона. 15 декабря 1806 г. Лазар Карно дал положительное заключение,
попавшее в газеты: «...уже в нынешнем состоянии мощные толчки машины, сотрясения,
*В этом названии легко найти греческие корни «пир» (огонь) и «фор» (переносить, увлекать) и имя Эола —
■мифического повелителя ветров.
88
Чертежи из патента на пирэолофор, выданного братьям Нъепсам 3 апреля 1807 г.
Меха A) вдувают угольную пыль, которая подается определенными порциями из емкости B),
в рабочий цилиндр C). У входа в него есть горелка D) для поджигания топлива. В пирэолофоре
есть клапанный механизм: впускной клапан дозирует угольную пыль, выпускной — открывается
только для выброса отработавших газов
сообщаемые ею телам, на которых она покоится, и, наконец, быстрота движений не
позволяют сомневаться в силе и мощности нового движущего начала; можно ждать от него
самых счастливых результатов, когда путем повторных опытов удастся добиться от него
всей мощности, на которую оно способно».
Сами же изобретатели думали о дальнейшем совершенствовании своего двигателя:
«Действие было бы еще сильнее, если бы поршень был лучше пригнан... и если бы масса
воздуха, который должен быть чистым, не портилась заранее введением фитиля,
воспламеняющего горючее. С другой стороны, каким бы легким ни было небольшое количество
пыли, понятно, что трудно выбросить и рассеять его с пользой в очень ограниченном и,
следовательно, мало сжимаемом пространстве...» Знакомые проблемы. Они и сегодня волнуют
моторостроителей: состав горючей смеси, распределение ее по камере сгорания,
подгонка поршня к цилиндру. Задачи непростые, а по тем временам просто неразрешимые.
Какая уж тут подгонка и уплотнение, когда для паровой машины считалось
достаточным, если между поршнем и стенкой цилиндра с трудом протискивается монета.
Была еще одна причина, весьма принципиальная, по которой пирэолофор не давал всего,
на что был способен. В нем, как, впрочем, и в изобретенном более чем через полстолетие
газовом двигателе Э. Ленуара, смесь не сжималась, а поджигалась при атмосферном
давлении. Поэтому температура в цилиндрах оставалась довольно низкой. Изобретатели и
рецензенты видели главное достоинство пирэолофора в отсутствии потерь, связанных с
нагревом котла и передачей рабочего тела в цилиндр. Они не ведали, что главное
преимущество двигателя внутреннего сгорания против паровой машины — прежде всего
в гораздо более высокой температуре рабочего тела и, следовательно, более высоком к. п. д.
Знать это они и не могли, потому что основы термодинамики были изложены лишь в 1824 г.,
когда Сади Карно обессмертил свое имя единственной публикацией «Размышления о
движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Двадцатисемилетний
лейтенант Главного штаба мог узнать о пирэолофоре от своего отца Лазара Карно. В
«Размышлениях» есть такие строки: «Среди попыток развивать движущую силу огня
посредством атмосферного воздуха следует отметить попытку господ Ньепсов... Эта машина
весьма замечательная и интересная, особенно новизной принципа... Нам казалось бы
выгоднее действовать не как господа Ньепсы, а сперва сжать воздух...» Но было слишком
поздно. К 1824 г. Ньепсы уже махнули рукой на пирэолофор, не оправдавший их
надежд, да и вряд ли они читали ученый мемуар, изданный тиражом в двести экземпляров.
Сади Карно умер в 1832 г. от холеры. Его работе, а вместе с ней и трудам Ньепсов
никто не придал особого значения. Лишь спустя четверть века У. Томсон и Р. Клаузиус
возродили идеи Карно, заложившие основы термодинамики. О Ньепсах же не вспоминали
вообще. А ведь очень может быть, что именно их двигатель и навел Карно на мысль
о возможности создать машины будущего — все современные карбюраторные, газовые
дизельные двигатели.
89
Единственный сохранившийся снимок с натуры, сделанный Ньепсом. Это вид из окна его кабинета в
деревне Сен Лу де Варенн. Снимок сделан на оловянной пластине, покрытой асфальтовым слоем
Братья старались продвинуть изобретение. Подобно многим изобретателям — своим
предшественникам и последователям — они стремились заручиться поддержкой
влиятельного лица. И выбрали для этою самого Наполеона. Они искали ходы к императору,
чтобы продемонстрировать ему лодку со своим двигателем. Первая лодка чуть больше трех
метров длиной и весом 450 кг казалась недостаточно эффектной для такого зрителя, хотя
она, по свидетельству Бертолле и Л. Карно, в 1806 г. двигалась вверх по Соне со скоростью
вдвое выше скорости течения*. Братья задумали построить более крупное судно и
двигатель для него с двумя большими цилиндрами. В качестве газораспределительного
механизма предполагалось поставить «двух людей, чтобы открывать и закрывать клапаны и
приводить в действие меха». Но император в то время A811 г.) был занят подготовкой к
русскому походу и в Лион, где готовились испытания, не приехал, а потом, как мы знаем, ему
уже было не до того.
Пятнадцать лет спустя братья додумались до применения в своем пирэолофоре
нефтяного топлива. Нисефор нашел в трудах Лавуазье упоминание о том, что летучие масла дают
с воздухом взрывчатые смеси, и сразу оценил значение этого факта.
Тем временем срок действия патента на пирэолофор во Франции кончался. Оставалась
еще надежда получить патент в Англии и продать его там. В 1817 г. Клод уезжает в
Англию, ведет безуспешные переговоры и продолжает изобретать самостоятельно.
Выйдя из-под контроля своего младшего брата, он изобретает что-то непонятное. Что
именно, угадать очень трудно, потому что больше всего на свете Клод боится, как бы кто-то
не разгадал семейных секретов. В письме на континент он наставляет брата: «Несмотря
на живейшее желание узнать твои остроумные методы, я прошу тебя, дорогой друг, не
говорить мне ничего, что могло бы помочь их раскрытию, так как письма могут быть
распечатаны и это могло бы лишить тебя твоего драгоценного открытия». Чтобы добыть деньги
на постройку большой модели пирэолофора, Клод предлагает построить какой-то новый
двигатель, но на каком принципе он будет работать, тщательно скрывает. Однако
постепенно дело проясняется. Это «двигатель, не потребляющий силы», то есть вечный двигатель!
Невозможно без досады читать переписку братьев. Клоду все время нужны деньги.
Он без конца .обещает, что «...еще несколько ударов клювом, и птица выйдет из скорлупы».
Нисефор выбивается из сил, добывая деньги, но его долг уже приближается к ста тысячам
франков: «Не могу не признаться тебе, дорогой друг, хотя и с большим огорчением, что,
если я не буду в состоянии уплатить этим господам их денег, после стольких обещаний с
моей стороны, мне было бы чрезвычайно тяжело просить их возобновить векселя. Наши долги
*) Первый неудвчный пароход Фултона был спущен на воду в 1803 г., а его знаменитый «Клермонт» начал
плавание в 1807 г.
90
Дагеротипы сороковых годов прошлого века
растут и растут, и наши интересы властно требуют положить этому конец... Я боюсь прослыть
обманщиком; вот и в город езжу только в случае крайней необходимости...» Под конец
уже невозможно понять, кого обманывает Клод, брата или себя, и понимает ли он вообще,
что делает. Нисефор смог избежать полного краха только традиционным буржуазным
способом — выгодно женив сына, который поручился за долги отца. Клод же,
измученный неудачами, умер в 1828 г. Так окончилась история пирэолофора.
Но не окончилась изобретательская деятельность Нисефора Ньепса. Начался поиск
«способов закреплять изображение предметов действием света и воспроизводить его печатно,
посредством известных методов гравирования».
Лак для офортов со времен Рембрандта готовили на основе асфальта. В конце XVIII века
стало известно, что под действием света асфальт светлеет и теряет растворимость. Ньепсу
пришла в голову замечательная идея: наносить штрихи на офорт, не процарапывая лак,
а воздействуя на его поверхность светом. После этого асфальтовый лак на
неэкспонированных участках должен раствориться, а покрытие на засвеченных участках останется. Идея
эта действительно оказалась плодотворной. До наших дней она используется в самых
разных вариантах. У нее был лишь единственный недостаток — она совершенно не
подходила для решения задачи, которую поставил перед собой изобретатель.
Дело в том, что лак может пропускать кислоту, которой травят медную доску, или не
пропускать ее. Поэтому процесс Ньепса годится лишь для воспроизведения штриховых
рисунков. Этого изобретатель не понимал и до конца дней пытался сделать невозможное.
Снова и снова он экспонировал и промывал в растворителе доски, покрытые асфальтовым
лаком. Получались слабые, но довольно четкие изображения, на которые Ньепс не мог
налюбоваться. Потом он начинал травление, и тут все шло прахом. Нетрудно понять, почему.
Свет делал нерастворимым на разную глубину только верхний слой асфальта,
растворитель удалял его с совсем неэкспонированных участков и проникал под частично
изменившиеся, ослабляя их. В кислоте эти места травились неровно — только через дефекты слоя.
А дефектов было тем больше, чем тоньше нерастворившийся слой, поэтому что-то вроде
передачи тонов все же получалось, но весьма грубо. К тому же из-за малой
светочувствительности асфальта выдержки были непомерно велики: даже в яркий солнечный день
на один снимок уходило около восьми часов.
Результаты получались несколько лучше, когда Ньепс делал контактные копии с
готовых гравюр. Опять же понятно, почему. Изображение на гравюре обычно очень близко
к штриховому. Копии выходили хотя и огрубленными, но довольно похожие на оригинал.
Нисефор Ньепс скончался в 1833 г., так и не получив ни одного мало-мальски
удовлетворительного снимка с натуры.
91
И все же имя Нйсефора Ньепса прочно связано с фотографией. В 1827 г. он познакомился
с преуспевающим художником-декоратором Луи Жаком Манде Дагером A787—1851),
который заинтересовался опытами Ньепса. Сам он, как и многие художники до него,
использовал в своей работе камеру-обскуру и неплохо разбирался в оптике. Камеру-обскуру
применял для съемок с натуры и Ньепс и многие свои неудачи объяснял ее несовершенством.
Он предложил Дагеру вступить с ним в компанию, и в 1829 г. они заключили договор.
В отличие от Ньепса, который не видел особой разницы между копированием гравюр
и съемками с натуры, Дагер с поразительной проницательностью сразу эту разницу уловил.
Дагер считал главной целью портретную съемку и справедливо полагал, что для нее
требуется прежде всего четкость и способность передавать полутона, а сама съемка не должна
длиться больше пяти минут. Вот почему он предложил Ньепсу заняться съемкой на
серебряных пластинках, обработанных иодом. Но тот отказался, поскольку изображение у Да-
гера получалось негативным и неизвестно было к тому же, как его закрепить. И компаньоны
безуспешно продолжали биться над асфальтовым лаком.
После смерти Ньепса, вернувшись в одиночку к работе с йодистым серебром, Дагер
довольно быстро нашел способ не только получать позитивное изображение за несколько
секунд, но и закреплять его. Процесс этот, не без хвастовства названный им дагеротипией,
ничего общего с процессом Ньепса не имел. Но договор продолжал действовать, а по
договору оба способа могли быть обнародованы только совместно. Так и было сделано.
Заслушав доклад Доминика Франсуа Араго, который был не только выдающимся ученым, но
и крупным политическим деятелем, палата депутатов Франции определила приличные
пожизненные пенсии Дагеру и сыну покойного изобретателя Исидору Ньепсу — с
условием, что во Франции каждый мог пользоваться их изобретениями безвозмездно.
В течение нескольких месяцев дагеротипия буквально покорила мир. Не было отбоя
от желающих приобрести аппаратуру и заняться новым искусством. Еще больше было
желающих получить свое изображение — дагеротип. Привлекала не только его новизна
и доступность. Снимки были действительно очень хороши. Множество их, хотя и поблекших,
сохранилось до нашего времени в музеях и семейных архивах.
А несколько грубоватых изображений, полученных Ньепсом, и сам он никого не
интересовали. Но тут уж вступились за него друзья, родственники, земляки. Ведь, что ни говори,
по договору он был равноправным партнером. Пошли книги, статьи, брошюры, в которых
Дагера чуть ли не обвиняли в плагиате, называя Ньепса истинным изобретателем фотографии.
И напрасно, потому что фотография — это «совокупность методов получения стабильных
во времени изображений предметов и оптических сигналов на светочувствительных
слоях (СЧС) путем закрепления фотохимических или фотофизических изменений,
возникающих в СЧС под действием излучения, испускаемого или отражаемого объектом
фотографирования» (БЭС, т. 27). Ньепс этого не достиг. Зато он первый поставил задачу
механизировать с помощью света процесс изготовления печатных форм и показал пути ее
решения. Нисефор Ньепс изобрел нечто ничуть не менее важное, чем фотография,—
копировальный процесс, и его асфальтовый лак стал первым копировальным слоем или, по
современной терминологии, фоторезистом. На фоторезистах и копировальном процессе стоит
полиграфическая промышленность, потому что с их помощью получают почти все
репродукции в книгах, газетах, журналах. Без них нельзя изготовить трубки цветных телевизоров,
немыслимы картинки на полиэтиленовых пакетах и консервных банках,
микрокалькуляторы, электронные часы и тысячи других вещей, которые окружают нас сегодня.
Почему же Нисефор Ньепс был так неудачлив и что заставляло его изобретать, несмотря
на неудачи? Жажда славы? Слава довольно часто упоминается в его письмах, но не чаще,
чем благоразумие. Деньги? Эта сторона дела его тоже интересовала. При малейших
признаках успеха он принимался обсуждать грядущие выгоды. Но он имел достаточно случаев
убедиться, что изобретения не приносят ему ничего, кроме расходов. В конечном счете
было же поместье, были виноградники, мельница, постоялый двор, еще кое-что. Можно
было бы оставить погоню за химерами, заниматься хозяйством, потихоньку выплачивать долги.
Нет, так существовать он не мог!
Клод хорошо понимал своего брата, когда писал ему: «...опыты уже сами по себе способны
щедро оплатить труды и заботы, которых они требуют... они столь же поразительны, как
прекрасны и неизвестны до сих пор». Снимки Ньепса почти неразборчивы. Он же видит
в них совершенство, почти достигнутое. И ревниво оберегает тайну своего метода, своего
открытия. Отрывочные сведения, почерпнутые где-то и как-то, кажутся ему, в сочетании
с собственной изобретательностью и упорством, гарантией успеха. Такому человеку просто
на роду написано пополнить необозримую толпу неудачников.
Но он талантливый неудачник. Само творчество было счастьем Нйсефора Ньепса. И в это
счастье он верил в самые трудные дни неудач, повторяя свое любимое изречение:
«Possunt qui posse videntur» — «Может тот, кто думает, что может».
Доктор технических наук К. В. ВЕНДРОВСКИЙ
Коротки* ^аме i.
За неделю
до проскачки
Эта история произошла в конце 60-х годов.
К знаменитому наезднику А. Рощину
привезли серого жеребчика по кличке Яворти.
В течение двух лет не знал он поражений,
уверенно опережал всех своих сверстников.
Но вот подошел день розыгрыша самого
главного, самого почетного приза. В тот день
Яворти безнадежно проиграл.
Пример Яворти — не единственный.
Фавориты проигрывают чаще всего оттого, что
их тренеры и наездники очень уж хотят
выиграть и не всегда правильно Дозируют
нагрузки. Лошадь ведь не скажет, что
переутомилась, что все ей надоело.
Физиологи вместе с биохимиками давно
пытаются подобрать тесты, по которым
можно было бы судить о степени
тренированности или перетренированности
спортсменов. В том числе четвероногих. В течение
12 лет вели такую работу и биохимики ВНИИ
коневодства в поселке Дивово под Рязанью.
В общей сложности в опытах были заняты
более 500 лошадей (людей — значительно
меньше).
Что же выяснили? Самую достоверную
информацию о степени тренированности
спортивной лошади дают сведения об
активности некоторых ферментов. У
перетренированной снижается активность альдолазы
и каталазы, но растет активность щелочной
фосфатазы. Эти стойкие биохимические
изменения наблюдаются уже за неделю-две
до того, как потеря спортивной формы
лошадью видна будет и невооруженным
глазом. А вот не изменяющийся на протяжел
нии длительного времени уровень активности
щелочной фосфатазы свидетельствует о том,
что нагрузки те, что надо, и лошадь готова
к борьбе.
В. ДОНЦОВ
Кортгие згмет
Рыбьи буквы
Зверье держит нос по ветру, а рыбы — по
течению. Причем рыбий нос различает
пахучие вещества, растворенные в воде, даже
в ничтожнейшей концентрации. Именно
потому, например, благородный лосось,
прогуляв три-четыре года в чужих морях,
безошибочно возвращается выводить потомство
в ту же чистую и прохладную безымянную
протоку, где он сам выклюнулся из икры.
Но что именно чуют рыбы? Сотрудники
НИИ общей и коммунальной гигиены
М. Дмитриев и Е. Растяжкин, сообщает
журнал «Рыбоводство и рыболовство» A983,
№ 10), выпаривали образцы воды из
знакомых лососям водоемов, а минеральный
остаток растворяли в дистиллированной воде.
Рыбы подделку не признали. Тогда воду просто
кипятили и снова насыщали кислородом.
Опять никакой реакции. А ведь рыба,
приученная к запаху водоема летом, узнает
«свою» воду зимой, и не мешают ей ни
сточные воды, ни пестициды, ни удобрения.
Значит, важные для опознания запахи
улетучиваются при кипячении.
Элементы рыбьей азбуки, из которых
складываются названия родных мест, удалось
установить лишь с помощью газожидкостной
хроматографии и масс-спектрометрии.
Оказалось, что это микропримеси альдегидов,
кетонов, спиртов, терпенов, предельных и
ароматических углеводородов, нафтенов —
всего несколько сот веществ.
Полностью расшифровать химический
состав этих рыбьих букв еще не удалось. Когда
же работа завершится, ее экономический
эффект будет трудно переоценить. Ведь
тогда появится возможность управлять
поведением рыб ценных пород и заставлять их
идти на нерест в места, выбранные человеком,
например прямо в рыбий инкубатор.
Б. ГОРЕЦКИЙ
93
Короткие заметки
Какого цвета пилюля
Известно, сколь важную роль играет в
медицине психологический фактор. Недаром же
говорят, что лечит даже слово. И не только
слово: порой сильнейший эффект оказывают
пустышки-плацебо — таблетки, не
содержащие никакого лекарственного препарата.
Главное, чтобы больной верил в их
целебное действие.
А не имеет ли значения внешний вид
пилюли — цвет, размер? Оказывается, имеет.
Исследователи поставили такой эксперимент:
раздали студентам разноцветные пилюли
и попросили их решить, какое лечебное
действие оказывает каждая из них. И вот,
после статистической обработки
результатов этого опроса, выяснилось, что,
например, пилюли желтого и оранжевого цвета
кажутся содержащими стимулирующее
средство или антидепрессант, белые —
болеутоляющее, а бледно-лиловые — галюциноген.
Впрочем, было выявлено и различие между
мужчинами и женщинами: последним
бледно-лиловые пилюли казались совершенно
невинными. Имеет значение и размер
пилюли. Так, если пилюля была очень маленькой,
то испытуемым казалось, что она содержит
чрезвычайно сильнодействующее вещество.
Хотя мужчины часто руководствовались
логикой «чем больше — тем лучше».
Возможно, что у жителей разных стран
подобные ассоциации не совпадают —
обнаружено же, например, что у англичан и
русских одни и те же звуки речи имеют
несколько иную окраску («Химия и жизнь»,
1980, № 10, с. 94). Тем не менее результаты
проведенного исследования свидетельствуют
о том, что при выпуске лекарств следует
оценивать не только дозировку и прочие
фармакологические свойства препарата, но и
чисто психологический фактор. Ведь пилюли
принимают люди, а разве мы не знаем по
своему повседневному опыту, что товар
в красивой упаковке выглядит
привлекательнее?
Б. СИЛКИН
Пишут, что.
...обнаружены три
растительных стероида,
способных служить для борьбы с
насекомыми — вредителями
(«Chemical Engineering»,
1983, т. 90, № 17, с. 39)...
...квазары, масса которых
достигает 10 млрд.
солнечных масс, вращаются вокруг
своей оси, делая один
оборот за несколько сот лет
(«Nature», 1983, т. 305,
с. 407)...
...жидкий навоз можно пере-
I рабатывать с помощью зем-
| ляных червей («Farmers
Weekly», 1983, т. 99, № 4,
с. 61)...
...масса воздуха,
находящегося над южным полушарием
Земли, на 2% меньше массы
воздуха над северным
полушарием («Impact of Science
and Society», 1983, т. 32,
№ 3, с. 281)...
...ежедневные мелкие
неприятности вносят больший
вклад в развитие болезней,
чем неприятности крупные
и редкие («Time», 1983,
т. 121, № 23, с 44)...
...некоторые морские губки
способны проводить нервные
импульсы, хотя и не имеют
нервной системы
(«Philosophical Transactions of the
Royal Society», 1983, т. В301,
с. 419)...
...животные, находящиеся в
неволе, не способны
предсказывать землетрясения
(«Ассошиэйтед Пресс»,
Токио, 15 сентября 1983 г.)...
Короткие 3arviOTKi
Ум и сердце
Холодный ум и горячее сердце считаются
непременной принадлежностью каждого
честного рыцаря. Но представляет ли собой эта
формула лишь красочное выражение или же
она отражает объективные
психофизиологические особенности поведения некоторых
людей?
В какой-то мере ответ на этот вопрос дают
эксперименты, выполненные сотрудниками
Московского государственного университета
им. М. В. Ломоносова и Московского
государственного педагогического института
им. В. И. Ленина под руководством члена-
корреспондента АН СССР Л. В. Крушинского
(«Доклады АН СССР», 1983, т. 271, № 5,
с. 1268). Суть этих экспериментов
заключалась в том, что испытуемые решали
логическую задачу, связанную с принятием
решения и одновременно у них
регистрировалась электрокардиограмма,
характеризующая эмоциональное состояние.
Задача внешне была проста. Перед
испытуемым на столе в ряд ставилось 12
непрозрачных цилиндров, под одним из которых,
(крайним справа) незаметно помещался
какой-нибудь предмет. Испытуемому
предлагалось этот предмет найти.
Естественно, рано или поздно испытуемый
находил предмет (хотя бы перебрав все
цилиндры подряд). После этого опыт
повторялся, но предмет прятался уже на шаг
левее — и так далее, так что предмет как бы
перемещался незаметно для испытуемого,
и тому надлежало, по сути дела, догадаться
о направлении и скорости этого движения.
Успешно решившими задачу считали лиц,
начавших находить невидимый движущийся
предмет с первой же попытки после
большего или меньшего числа предварительных
проб. После 12 проб опыт заканчивался,
и за стол садился следующий испытуемый.
Оказалось, что у тех, кто решал эту
задачу быстро и успешно (примерно половины
всех испытуемых), сердце во время
эксперимента начинало биться учащенно, но
потом сердечная деятельность быстро
приходила в норму. А вот те, кто с задачей не
справлялся, оставались на протяжении всего
опыта совершенно спокойными. Так что
холодное сердце — уму не помощник...
Б. ХРАМОВ
I
Редакционная коллегия:
В. Ю. БОЧКАРЕВУ, Ижевск; Присланным вами кусочком
металла удалось процарапать стекло, а на такое способен, пожалуй,
только хром с его твердостью 9 по шкале Мооса (для сравнения:
твердость железа 4,5).
О. АНДРЕЕВУ, Чернигов: Будьте очень осторожны, в химических
лабораториях не только не сливают без особой надобности
окислители с восстановителями, но даже не .хранят их в одном
шкафу.
B. БОРОВСКОМУ, Краснодарский край: Окончившие
подготовительные курсы при институтах и университетах не получают
никаких дипломов, и главное их преимущество — хорошее
знание предметов, по которым надо сдавать экзамены.
C. БУРМИСТРОВУ, гор. Хмельницкий: Действующее начало
популярного препарата для .отбеливания «Персоль* — перка р-
бонат натрия, Na_CO<- 1,5Н _•(>>• HjO.
Л. Д. САМОЙЛОВУ, Воронеж: Свойства клея БФ-2, герметично
упакованного, практически не меняются при хранении, а если
выпал белый осадок (например, когда в клей попала влага),
То можно попытаться смешать его с остальным клеем.
А. Ф.. КАЛИНИНУ, Красноярский край: Вторично использовать
пустой аэрозольный баллончик решительно невозможно, его,
согласно инструкции, надо выкинуть.
Е. С, СМИРНОВОЙ, Казань: Срок годности 5%-ной йодной
настойки определен в три года, а 3%-ной — в один год с момента
изготовления, указанного на этикетке.
Б. Г. ШПАКУ, Черновицкая обл.: Сведений о влиянии настойки
календулы на холестериновый обмен в доступной литературе
не обнаружено, а вот противовоспалительные свойства этой
настойки отмечаются неоднократно.
М. МАЛЕВИЧУ, Мурманская обл.: Есть такой документ
Минздрава СССР — «Порядок применения металлов, синтетических
и других материалов, контактирующих с пищевыми продуктами
и средами», в нем оговорены не только виды, но даже марки
материалов, так что если материал заведомо разрешен, то не надо
беспокоиться насчет канцерогенов.
П. И. КРУЗИКОВУ, Ленинград: Рассуждения американского
врача Джарвиса о лечебных возможностях яблочного уксуса,
изложенные в книге «Мед и другие естественные продукты»,
далеко не абсолютны — и калия в яблоках не так уж много
(меньше, чем, скажем, в картофеле), и способность
поддерживать кислотно-щелочное равновесие довольно сомнительна,
особенно если вспомнить, что и без уксуса это равновесие сдвинуто
обычно в кислую сторону...
А. Ф. НАСЕДКИНУ, гор. Николаев: В качестве электролитов
для щелочных аккумуляторов берут обычно 15—18%-ные
растворы едкого натра с добавкой от 5 до 20 г/л гидроксида лития.
С. И. АРУТЮНОВУ, Сургут Тюменской обл.: Маршалит, или
пылевидный кварц,— это осадочная горная порода, более чем
на 90% состоящая из кварца.
Р. А. СМЕТА НИ НОЙ, Волгоград: Красные и синие линии на
хоккейной площадке стираются медленно не потому, что краска
какая-то особенная, а по той причине, что поверх краски
намораживают еще немного льда.
И. В. Петрянов-Соколов
(главный редактор),
П. Ф. Баденков,
В. Е. Жвирблис
(зав. отделом хим. наук),
М. Н. Колосов,
Л. А. Костандов,
В. А. Легасов,
В. В. Листов,
В. С. Любаров
(главный художник),
Л. И. Мазур,
В. И. Рабинович
(ответственны й секретарь),
М. И. Рохлин
(зам. главного редактора),
Н. Н. Семенов,
А. С. Хохлов,
Н. М. Эмануэль,
Г. А. Ягодин
Редакция:
М. А. Гуревич,
Н. В. Ефремов,
Ю. И. Зварич,
М. Я. Иванова,
А. Д. Иорданский,
A. А. Лебединский
(художественный редактор),
О. М. Либкин
Э. И. Михлин
(зав. производством),
B. Р. Полищук,
B. В. Станцо,
C. Ф. Старикович,
Т. А. Сулаева
(зав. редакцией),
М. Б. Черненко,
В. К. Черникова,
Р. А. Шульгина
Номер оформили
художники:
В. М. Адамова,
А. В. Астрин,
Г. Ш. Басыров,
Р. Г. Бикмухаметова,
А. Л. Табашников
Корректоры
Л. С. Зенович, Л. Н. Лещева
Сдано в набор 16.12.1983.
Т - 00209.
Подписано в печать 06.01.1984 г.
Бумага 70X108'/,,,
Печать офсетная. Усл.-печ. л. 8,4.
Усл. кр.-отт. 807 тыс.
Уч.-изд. л. 11,7.
Бум. л. 3,0. Тираж 328 030 экз.
Цена 65 коп. Заказ 3377
АДРЕС РЕДАКЦИИ:
117333 Москва В-333,
Ленинский проспект, 61.
Телефоны для справок:
135-90-20, 135-52-29
Ордена Трудового Красного Знамени
Чеховский полиграфический
комбинат ВО «Союзполиграфпром»
Государственного комитета СССР
по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли
г. Чеков Московской области
•С Издательство «Наукам
«Химия и жизнь», 1984
Про бруснику
Возможно, про бруснику написано
немало, но очень уж дробно.
Сведения, рассыпанные по книгам,
приходится собирать поштучно,
словно ягоды с брусничного куста;
впрочем, у опытных сборщиков
есть особые гребенки, позволяющие
в урожайный год срывать за день
до 80 килограмм, а нам бы хоть
несколько цитат...
Вот четыре на первый случай.
«Печальный остров — берег дикой
Усеян зимнею брусникой» — это
Пушкин. «Куплено на погреб ягод
брусниц толченых бочка» — такая
в 1658 г. была сделана запись
в приходно-расходной книге
Александрова Свирского монастыря.
Чичиков ходил «во фраке
брусничного цвета с искрой». А Словарь
растений П. Алабина за 1879 г.
утверждает, что брусника «имеет
листья постоянно зеленые, а потому
разводится в оранжереях для
букетов».
Хотя не листья нас сейчас
интересуют, а ягоды, надо по
справедливости сказать немного о
листьях — не потому, что глянцевы и
красивы, а потому, что в сушеном
виде продаются в аптеках. Но если
так, то, значит, прежде того их
собирают (только не летом:
чернеют, отчего — неизвестно). И те,
кто листья заготовляет, не всегда
думают о ягоде. Случается, кустики
срезают так, что неизвестно, когда
на них что-нибудь вырастет — если
вырастет вообще. А в ягодах, между
прочим, тоже полным-полно
активных веществ, недаром же бруснику
советуют при гипертониях и
гастритах с пониженной кислотностью.
И если не лечиться, а так, для
души, что вы предпочитаете —
ягоду или лист?
.-Х1Й
&-
^
сав
vjk
ю
То ли состав у брусники
сложный, то ли занимались ею
недостаточно, но сведения о лечебных
компонентах скупы. Зато наличие
бензойной кислоты — той же, что
в клюкве,— это все авторитеты по
ягодам отмечают в один голос.
А значит, брусника хорошо
хранится. Особенно в моченом виде.
Мочат же ее в чистой воде, без
всяких консервантов, разве что чуть
сахару для вкуса. Консерванты —
свои, из внутренних запасов.
Выстлать бочку ошпаренной ржаной
соломой, насыпать ягоды, сверху
застелить соломой, забить крышкой
и через отверстие налить воду.
А как сквасится, наберет молочной
кислоты, так отверстие заглушить—
и в погреб на месяц. Вот она,
царская приправа из подножного
сырья! Да где только взять свежей
брусники?
И правда, мало ее собирают —
до огорчения. Хотя и неприхотлива,
и растет от тундры до горных
районов Дагестана, и в сосновых
лесах занимает порой до 38%
площади (так и говорят — брусничные
сосняки, брусничные ельники), а вот
надо же, заготовляют ее сейчас
в масштабах страны — кот
наплакал. Хотя только в Белоруссии
биологический урожай достигает
630 тысяч тонн в год! Ну, не надо
все тонны, оставим что-нибудь на
развод и лесным зверям, но все же,
все же...
Вот что вселяет надежду: книги
последних лет называют бруснику
«перспективным ягодником». А это
значит, что ею занялись всерьез.
Доказано, что бруснику можно
ввести в культуру — как малину и
землянику. Такие работы ведутся
сейчас в ФРГ, Финляндии, у нас
в стране, словом, там, где к
бруснике традиционно доброе отношение.
То есть такое, которого она
заслужила.
»fe\
S t
«Сделалась
метель»
«Облачко обратилось в белую
тучу, которая тяжело
подымалась, росла и постепенно
облегала небо. Пошел мелкий снег—
и вдруг повалил хлопьями.
Ветер завыл; сделалась метель».
Вне всяких сомнений, эти
строки из «Капитанской
дочки» — одна из самых ярких
и точных метеорологических
зарисовок в мировой литературе,
в том числе и литературе
научной. Однако, прежде чем
обосновать такое утверждение,
дадим классификацию метелей,
благо она предельно проста.
Метели бывают двух видов.
Когда ветер срывает снежный
покров, закручивает снежинки
и несет их над землей — это
поземка, или низовая метель.
Если же ветру сопутствует
снегопад, начинается буран, или
пурга, или, согласно
метеорологической классификации, метель
общая. Приближаясь к месту
своего назначения, молодой
Петр Гринев как раз и угодил
в такую общую метель: «В одно
мгновение темное небо
смешалось со снежным морем. Все
исчезло».
Хотя с той поры минуло
без малого два века, можно
с полной уверенностью сказать,
что предшествовало бурану. На
«печальные пустыни,
пересеченные холмами и оврагами»
скорее всего надвигался теплый
атмосферный фронт или фронт
окклюзии — результат
сложного взаимодействия теплых и
холодных воздушных масс.
Первыми предвестниками таких
фронтов служат легкие
перистые облачка, чаще всего с
загнутыми краями, за что их
называют когтевидными. Такое
облачко и заметил ямщик.
А заметив, сказал: «Барин, не
прикажешь ли воротиться?» За
когтевидными облаками шли
перисто-слоистые, за ни ми —
сплошная облачность, которая
несла снеговые заряды. Теплый
фронт неумолимо надвигался.
Упало атмосферное давление—
«ветер завыл; сделалась метель».
И последнее замечание.
Чтобы сделалась настоящая общая
метель, нужен морозец. В
оттепель снег влажный, тяжелый,
ветру его не поднять с земли,
не закружить в воздухе. А в
феврале обычно стоят крепкие
морозы (среднемесячные
температуры по стране—на карте),
поэтому и слывет второй месяц
года месяцем метелей.
Издательство «Наука»
Химия И жизнь, 1984 г., № 2
1—96 стр.
Индекс 71050
Цена 65 коп.