Теги: журнал домашняя лаборатория
Год: 2016
Текст
до
ЛАо
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
М 7V 1ТГ U
чя
ия
МАИ 2016
ДОМАШНЯЯ
ЛАБОРАТОРИЯ
Научно-практический
и образовательный
интернет-журнал
Адрес редакции:
domlab@ inbox.com
Статьи для журнала
направлять, указывая в теме
письма «For journal».
Журнал содержит материалы
найденные в Интернет или
написанные для Интернет.
Журнал является полностью
некоммерческим. Никакие
гонорары авторам статей не
выплачиваются и никакие
оплаты за рекламу не
принимаются.
Явные рекламные объявления
не принимаются, но скрытая
реклама, содержащаяся в
статьях, допускается и даже
приветствуется.
Редакция занимается только
оформительской
деятельностью и никакой
ответственности за содержание статей
не несет.
Статьи редактируются, но
орфография статей является
делом их авторов.
При использовании
материалов этого журнала, ссылка
на него не является
обязательной, но желательной.
Никакие претензии за
невольный ущерб авторам,
заимствованных в Интернет
статей и произведений, не
принимаются. Произведенный
ущерб считается
компенсированным рекламой авторов и
их произведений.
СОДЕРЖАНИЕ
Популярная палеогеография
Мир микробов (продолжение)
Осваиваем статистику (продолжение)
Некоторые методы органической химии
Блок питания на скорую руку
Высоковольтный источник на скорую руку
Культивирование нехороших растений
Программирование в QSL на примерах
Физика для самых маленьких
Короткие рассказы
Растворимость
Флексагонные сетки
Фотогалерея
Май 2016
История
Ликбез
40
54
Химичка
69
Электроника
76
80
Технологии
85
Компьютер
но
Мышление
159
Литпортал
211
Справочник
229
Разное
246
254
По всем спорным вопросам
следует обращаться лично в
соответствующие учреждения провинции
Свободное государство (ЮАР).
При себе иметь, заверенные
местным нотариусом, копии всех
необходимых документов на
африкаанс, в том числе,
свидетельства о рождении, диплома об
образовании, справки с места
жительства, справки о здоровье
и справки об авторских правах
(в 2-х экземплярах).
НА ОБЛОЖКЕ
Где начало того конца, которым оканчивается начало?
Читаем публикацию «Популярная палеогеография».
История
ПОПУЛЯРНАЯ ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ
Ясаманов Н.А.
ВВЕДЕНИЕ
Внимание людей всегда привлекают необычные объекты и явления. Их интересует
все новое и неизведанное. В глубокой древности люди с восхищением и страхом
наблюдали извержения вулканов, землетрясения, солнечные затмения. Имеются
самые нелепые с современных позиций объяснения многих природных явлений. Долгое
время люди придерживались фантастических взглядов на происхождение и
последующую историю Земли. В трудах мыслителей древности и различных сказаниях
предлагались разные версии о всемирном потопе, велась речь о мифических
странах , населенных диковинными животными, о райских садах и т. д. На протяжении
многих тысячелетий господствовало мнение, что создание Земли имело
божественное начало. Это и нашло отражение в Ветхом завете. Постулаты всех религий так
или иначе утверждали божественный акт. Признание неизменности лика Земли со
времени его создания, отсутствия эволюции животного и растительного мира
полностью исключало какой-либо научный подход. Опровержение церковных догм
сурово каралось. Однако заложенное в человеческом сознании стремление познать
природу вещей, выявить причинно-следственные связи и связать прошлое с
настоящим и будущим, тем не менее, приводило к накоплению фактов,
противоречащих религиозным догмам.
ПЕРИОДИЗАЦИЯ
ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
По современным представлениям, Земля, как и остальные планеты Солнечной
системы, образовалась около 4,6-5 млрд. лет назад из допланетнохю холодного
газопылевого облака, вращающегося по определенной орбите. О первом миллиарде
лет жизни нашей планеты почти полностью отсутствуют какие-либо фактические
данные. Предполагается, что она в то время была довольно однородной по
составу и относительно холодной. Ее ландшафт был подобен ландшафту современной
Луны.
Земная поверхность находилась под непрерывным «обстрелом» планетеземалей —
астероидоподобных объектов размерами в километры, образованных в результате
слипания комков межзвездной пыли. За счет соударения крупных планетеземалей
температура постепенно возрастала. В первые 500 млн. лет существования Земли
никакой атмосферы еще не было. По земной поверхности гулял солнечный ветер,
т. е. распространялись потоки заряженных частиц. Так называемый
догеологический этап развития Земли завершился в тот момент, когда произошло
перераспределение масс вещества в теле планеты с образованием ядра. Этот процесс
сопровождался бурным выделением тепла. Благодаря мощным конвективным потокам была
взломана и переработана верхняя (холодная) оболочка Земли. Через
многочисленные жерла из глубин на земную поверхность было выброшено огромное количество
газов и водяного пара, которые и образовали первичную атмосферу. Это, по-
видимому, случилось около 4 млрд. лет назад.
Само собой разумеется, что разделение истории Земли на догеологический и
геологический этапы довольно условно. Положение возрастной границы между ними
отодвигается по мере выявления все более древних горных пород.
Основными критериями для периодизации геологической истории Земли являются
процессы и события, приведшие к качественным изменениям состава и структуры
географической оболочки, которую составляют литосфера, биосфера, гидросфера и
атмосфера. Примерами таких знаменательных событий служат не только
возникновение атмосферы, гидросферы и биосферы, но и главным образом преобразования,
отразившиеся на внешнем облике нашей планеты, — интенсивное проявление магма-
тизма, горизонтальных и вертикальных движений земной коры, а также
возникновение и расселение организмов и т. д.
Обычно все геологические исследования начинаются с изучения состава
отложений и установления их возраста (геохронологии), так как без этого невозможно
восстановить геологическую историю. Существует ряд методов, с помощью которых
определяется относительный возраст горных пород. Первую информацию дают в
основном последовательность напластований в ненарушенном состоянии (нижележащие
породы древнее вышележащих), состав отложений и окаменелости, заключенные в
них. С помощью изучения ископаемых остатков выявляется последовательная смена
неповторяющихся в разрезах фаунистических, флористических и палинологических
(спорово-пыльцевых) комплексов, которые одновременно отражают этапность их
исторического развития. Неповторимость комплексов организмов основывается на
главном принципе эволюционной теории — необратимости эволюции.
С помощью палеонтологических и стратиграфических методов устанавливается
относительная геохронология, которая, однако, не дает реального представления
о продолжительности геологических периодов и не позволяет судить об истинном
возрасте Земли. После открытия естественной радиоактивности геологи получили
надежный метод определения абсолютного возраста горных пород, основанный на
процессах радиоактивного распада атомов таких элементов, как уран, торий,
калий, стронций, рубидий, цезий, углерод и другие, в изверженных и осадочных
горных породах.
Возраст тектоно-магматических эпох в истории Земли
Номер
эпохи
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Название тектоно-магматической эпохи
Альпийская
Киммерийская
Герцинская (Варисцийская)
Каледонская
Салаирская (Позднебайкальская, Сардская)
Катангинская (Раннебайкальская, Ассинтская, Кадомская,
Железногорская)
Делийская (Дальсландская)
- * -
Гренвильская (Сатпурская)
- * -
Готская (Медвежьеоаерская, Мазатцальская, Кибарская,
Эльсонская)
- * -
Карельская (Гудзонская, Свекофенская, Буларенидская,
Лаксфордская)
- * -
Балтийская (Эбурнейская, Пенокийская)
(Раннекарельекая)
(Альгомская)
Кеноранская (Беломорская, Лаврентьевская, Родезийская,
Шамваянская)
Кольская (Трансваальская, Саамская)
Белозерская
Средний
возраст,
млрд. лет
0.05
0.09
0.26
0.41
0.52
0.65
0.86
0.93
1.09
1.21
1.36
1.49
1.67
1.83
1.98
2.23
2.44
2.70
3.05
3.54
Накопление результатов исследований о возрасте различных изверженных пород
позволило не только определить продолжительность геологических периодов, ус-
тановленных методом относительной геохронологии, но и выделить наиболее
древние горные породы Земли. Документированные следы жизни на Земле имеют возраст
свыше 3,2 млрд. лет, самые древние осадочные породы — около 3,8 млрд. лет. В
истории Земли существовали эпохи усиленного магматизма. Эти эпохи
характеризовались высокой степенью тектонической активности, т. е. одновременно с
излияниями лавы и внедрением магмы происходили значительные вертикальные и
горизонтальные движения земной коры. Данные о возрасте изверженных пород дают
возможность установить существование сравнительно продолжительных эпох
повышенной магматической и тектонической активности и длительных периодов
относительного покоя. Это, в свою очередь, позволяет провести естественную
периодизацию истории Земли по степени тектонической и магматической интенсивности.
Общая геохронологическая шкала
Эон1
Фанерозои
Криптозой
Эра
Мезозойская и кайнозойская
Палеозойская
Протерозойская
Венд V
Рифей
R3
R2
R1
Афебий
Архейская
Катархейская
Граница между
эрами, млн.лет
240
570
680
950
1350
1650
2600
3200
3500
4000
4600
О. Г. Сорохтин на основании определения времени образования гранитных
интрузий уточнил возраст тектоно-магматических эпох (циклов) в истории Земли.
Вместе с тем необходимо отметить, что тектоническая и магматическая
активность в отдельных районах по времени часто не совпадает с тектоно-
магматическими эпохами планетарного характера. Следовательно, в разных
районах мира возможны довольно существенные разбросы возраста тектоно-
магматических эпох.
Состав пород в типовых разрезах, условия их залегания и находившиеся в них
ископаемые остатки в конце XIX в. позволили заложить основу сводной
(планетарной) геохронологической шкалы. В настоящее время она существенно
дополнена, детализирована и обоснована не только событиями жизни органического мира,
сменой одних групп организмов другими, но и абсолютными датировками. История
Земли разделена на четыре крупных отрезка времени — катархей, архей,
протерозой и фанерозои. Иногда в протерозое выделяют афебий, рифей и венд. Причем
рифей в Канаде называют альгонком а в Китае — синием. Фанерозойский эон,
означающий время явной жизни, состоит из палеозоя, мезозоя и кайнозоя.
Протерозой , архей и катархей называют криптозойским эоном т. е. временем скрытой
жизни.
Геохронологическая шкала представляет собой идеализированный, а не реальный
геологический объект, так как ни на одном континенте нет непрерывной
последовательности всех известных возрастных подразделений. Это вызвано тем, что ни
один крупный бассейн седиментации (осадконакопления) не развивался в неизмен-
Эон - дословно означает длительный промежуток времени. Он объединяет
несколько геологических эр.
ных границах в течение всей геологической истории Земли. Многократно условия
морского осадконакопления сменялись континентальными, и нередко седиментация
прерывалась в результате подъема территории. Это сопровождалось денудацией и
размывом.
По вполне понятным причинам о первом миллиарде лет существования Земли,
т.е. о катархее, нет фактических данных. Можно только предполагать, что в
катархее, по-видимому, проявился очень активный вулканизм. Во время излияния
вулканических лав выделялся значительный объем газов. В дальнейшем это
привело к созданию не только земной коры, но и первичной атмосферы.
В течение Белозерской и Кольской тектоно-магматических эпох (начало и
середина архея) протекали процессы гранитизации и одновременно с ними возникали
первые осадочные бассейны. Для этого времени известны не только терригенные
(правда, подвергшиеся сильному метаморфизму) толщи, но и карбонатные породы,
и даже образования кор выветривания.
В кенорскую тектоно-магматическую эпоху в конце архея были сформированы
ядра будущих крупнейших устойчивых геоструктурных элементов Земли — ядра
континентальных платформ. В последующие тектоно-магматические эпохи ядра платформ
продолжали нарастать.
В течение кенорской, альгонкской, раннекарельской, балтийской, буларенин-
ской и карельской тектоно-магматических эпох сформировались фундаменты всех
известных древних континентальных платформ: Восточно-Европейской, Сибирской,
Китайской, Таримской, Индостанской, Африкано-Аравийской,
Восточно-Австралийской, Северо- и Южно-Американской. На протяжении почти 1 млрд. лет (от 2,7 до
1,67 млрд. лет назад) происходило формирование первичного гранитогнейсового
слоя земной коры, а наличие карбонатных осадочных пород способствовало
образованию щелочных интрузий. Огромные плутоны гранитоидов, площадь которых
превышала тысячи квадратных километров, среди древнейших осадочных пород
фиксировали обширные платформенные структуры, называемые щитами. Примеры таких
участков — Балтийский, Украинский, Алданский, Канадский, Гвианский,
Бразильский, Аравийский щиты.
Предполагается, что в протерозое существовал огромный континент Мегагея,
или Большая Земля, окруженный единым Мировым океаном.
Начиная с раннего рифея, древние платформы и особенно щиты становятся
наиболее устойчивыми во времени и в пространстве структурными элементами земной
коры. Позднее в пределах платформ возникли области плавного и сравнительно
небольшого прогибания (синеклизы), которые раскалывались вдоль систем
глубинных разломов, проходивших в пределах консолидированных древних подвижных
поясов . Таким образом появились крупные грабенообразные прогибы — авлакогены.
Примерами могут служить Катангский авлакоген на Африканской платформе и Днеп-
ровско-Донецкий на Восточно-Европейской.
На протяжении последующих после раннего рифея тектоно-магматических эпох
древние платформы или продолжали наращиваться за счет подвижных поясов,
образующихся на их периферии, или раскалывались на части и впоследствии
испытывали разнонаправленные перемещения с различной скоростью. Вместе с тем в рифее
и фанерозое происходило постепенное угасание магматизма и одновременно
увеличивалась неоднородность строения земной коры.
Готская тектоно-магматическая эпоха характеризовалась на большинстве
платформ и окружающих их подвижных поясов развитием гранитизации дорифейских
пород и значительного метаморфизма.
В тектоно-магматические эпохи среднего и особенно позднего рифея
продолжались гранитизация в подвижных поясах и дальнейшее наращивание площади
платформ. Магматизм катангской (раннебайкальская) и позднебайкальской тектоно-
магматических эпох на платформах проявился по-разному. Однако их общими
чертами являлись, с одной стороны, интенсивная складчатость, а с другой — раскол
и перемещение крупных платформенных глыб (литосферных плит).
В результате активной магматической и тектонической деятельности в ранне- и
позднебайкальские эпохи произошли сближение и соединение в единый
суперконтинент Гондвану пяти крупнейших платформ южного полушария — Африкано-
Аравийской, Южно-Американской, Австралийской, Антарктической и Индостанской.
Гондване в северном полушарии противостояли разрозненные Восточно-
Европейская, Северо-Американская, Сибирская и Китайская платформы.
Каледонская тектоно-магматическая эпоха характеризовалась не только
усилением магматизма, но и подъемом и образованием в северном полушарии нового
суперконтинента Лавразии. Этот суперконтинент, состоящий из Северо-
Американской, Восточно-Европейской, Сибирской и Китайской платформ отделялся
от Гондваны крупным океаном — палео-Тетисом
В отличие от более древних этапов тектоно-магматические эпохи фанерозоя
вследствие сохранности горных пород и их хорошей изученности подразделяются
на целый ряд фаз. Последние, так же как и сами тектоно-магматические эпохи
характеризовались высоким стоянием континентов над уровнем моря (преобладание
воздымания), развитием магматизма и значительными тектоническими движениями.
Такие фазы названы теократическими. В противоположность им талассократические
фазы продолжительнее по времени. Для них характерно активное прогибание
платформ и развитие трансгрессии, т. е. наступания моря на сушу, и мощное осадко-
накопление.
В составе каледонской тектоно-магматической эпохи выделяются таконская и
позднекаледонская фазы. В результате столкновения континентов были образованы
горно-складчатые системы, носящие название каледонид. Они сохранились на
западе Северо-Американской платформы (Аппалачи), в Центральной Азии
(Центральный Казахстан, Алтай, Саяны, Монголия), Восточной Австралии, на о-ве Тасмания
и в Антарктиде.
В герцинскую тектоно-магматическую эпоху произошло соединение в единый
материк Пангею Гондванского и Лавразийского суперконтинентов. Так же, как и в
позднем рифее, Пангею омывал единый океан. Герцинская тектоно-магматическая
эпоха подразделяется на бретонскую, судетскую, астурийскую, заальскую и
пфальцскую фазы. Столкновение континентов привело к возникновению крупных
горных систем, носящих название герцинид. Все они располагаются на перифериях
древних платформ. К ним относятся Тибет, Гиндукуш, Каракорум, Тянь-Шань,
Алтай, Куньлунь, Урал, горные системы Центральной и Северной Европы, Южной
Америки, Северной Америки (Аппалачи, Кордильеры), Северо-Западной Африки и
Восточной Австралии. В эту же эпоху в результате консолидации складчатых
областей образовались так называемые эпигерцинские плиты, или молодые платформы, —
Скифская, Туранская, Западно-Сибирская плиты и др.
В киммерийскую тектоно-магматическую эпоху, подразделяющуюся на ранне- и
позднекиммерийскую фазы, произошли внедрение интрузий различного состава в
пределы подвижных поясов, распад Пангеи и горообразование. В течение
триасового, юрского периодов и раннемеловой эпохи вновь возникли супер-континенты
Лавразия и Гондвана, разделенные молодым океаном Тетис и Южной Атлантикой.
Горообразовательные процессы проявились главным образом на окраинах Лавразии.
Значительные движения испытали и ранее возникшие горные системы Аппалачей и
Кавказа.
Альпийская тектоно-магматическая эпоха с ларамийской, пиренейской, савской,
штирийской, аттической, роданской и валахской фазами началась в конце
мелового периода и продолжается до настоящего времени. С ней связаны внедрение
интрузий кислого, основного и щелочного составов в подвижных поясах,
возникновение океанов и континентов современного очертания, а также величайших горных
систем — Гималаев, Альп, Динарид, Кавказа, Анд, Кордильер и т. д.
Геохронологическая шкала фанерозоя
Эра
Кайнозойская
Мезозойская
Палеозойская
Период и эпохи
Четвертичный
Неогеновый
Палеогеновый
Плиоценовая
Миоценовая
Олихюценовая
Эоценовая
Палеоценовая
Меловый
Юрский
Триасовый
Пермский
Каменноугольный
Девонский
Силурийский
Ордовикский
Кембрийский
Граница между
эрами, млн.лет
1.5
5.0
22.5
37.5
53.5
67.0
135
185
240
280
345
400
435
490
560
О последних 570 млн. лет истории Земли учеными накоплено много фактических
данных. Богатство органическими остатками фанерозоиских отложений позволило
расчленить их на более мелкие подразделения. Основой такого расчленения
служит эволюция животного и растительного мира, выраженная в возникновении и
исчезновении целых семейств, отрядов, родов и видов организмов. Так, для
палеозоя (эра древней жизни) было характерно господство морских беспозвоночных,
рыб, папоротников и плаунов, для мезозоя (эра средней жизни) — пресмыкающихся
и голосеменных, для кайнозоя (эра новой жизни) — млекопитающих и
покрытосеменных .
НАЧАЛО БИОГРАФИИ ЗЕМЛИ
Уже в глубокой древности человечество волновала мысль о причинах
возникновения нашей планеты и даже всей Солнечной системы. Хотя абсолютное
большинство идей и предположений были фантастичными, все же некоторые из них поражают
нас своей близостью к современным представлениям. Большую помощь в
формировании представлений о рождении Земли оказали метеориты, эти пришельцы из дале-
кого космоса. Оказалось, что средний состав метеоритов близок к земному, а их
возраст не менее 4-5 млрд. лет.
Согласно гипотезе академика О. Ю. Шмидта, Солнечная система образовалась
путем аккумуляции твердого вещества, рассеянного в космическом пространстве.
Сгущение или гравитационное сжатие газового пылевого облака до состояния
вещества звезд привело к повышению внутренней температуры облака, и с этого
момента стали действовать термоядерные реакции, в процессе которых водород
превращался в гелий и происходило обильное выделение огромного количества
энергии.
Новая звезда — наше Солнце — родилась в чудовищных вихрях термоядерных
реакций. Произошло это около 6-7 млрд. лет назад. Во время термоядерных взрывов
в космическое пространство выбрасывались необозримые разовые плазменные
облака. Из этого вещества в дальнейшем возникли планеты, кометы, астероиды и
другие космические тела. Несколько сот миллионов лет газообразное вещество про-
топланетного облака, или первичного вещества планет, остывало.
Около 5,5 млрд. лет назад из холодного протопланетного вещества возникла
Протоземля. Однако ее так же, как и зачатки других планет, еще нельзя было
назвать планетой в полном смысле этого слова, поскольку в ее пределах
отсутствовали твердые участки. В течение сравнительно долгого времени на нашей
планете протекали реакции и процессы совершенно иного типа, чем те, которые
мы обычно привыкли называть геологическими процессами. Поэтому этот далекий
этап развития Протоземли носит название догеологического, или
астрономического.
Согласно современным представлениям, первичная Земля была холодной. По сути
дела, это было беспорядочное скопление космического вещества. Под влиянием
гравитационного уплотнения, постепенно нагреваясь от бесчисленных ударов
метеоритов и астероидов и в результате выделения тепла при распаде
радиоактивных элементов, земное вещество вновь стало разогреваться. Одни ученые
считают, что температура разогрева составляла десятки тысяч градусов, а другие —
не более 1000 °С.
Разогрев Протоземли способствовал дифференциации ее вещества: во внутренние
части постепенно опускались тяжелые вещества, а на периферии скапливались
сравнительно легкие. Эти процессы привели к разделению земных недр на ядро и
мантию. Мантия Земли действует как гравитационный сепаратор, который
доставляет к границе внешнее ядро — мантия свежее вещество. Тяжелые соединения
железа остаются, а легкие возвращаются в верхние слои.
Сепарация вещества в недрах Земли протекала довольно медленно, и мантийное
вещество множество раз совершало кругооборот. Некоторые исследователи
связывают полный круг обращения мантийного вещества с длительностью глобальных
геологических процессов, в частности вулканической активностью,
горообразованием , трансгрессией (наступление) моря.
Долгое время после своего рождения Земля оставалась безжизненной и неуютной
планетой. Только космический холод и солнечный ветер господствовали на
поверхности планеты. Твердая оболочка на ее поверхности была тонкой и хрупкой,
потоки раскаленного материала из глубин Земли быстро достигали ее поверхности
и растекались на огромные расстояния.
Атмосферы еще не существовало и это делало земную поверхность очень
уязвимой для обстрела из космоса метеоритами и космической пылью. Над планетой
поднимались тучи пепла и газов, поступающих из недр во время грандиозных
извержений. К земной поверхности медленно двигался свободный кислород,
освобождаемый в процессе дифференциации вещества. Кислород впервые появился на
границе ядра и мантии, т. е. там, где происходили сепарация и переработка
вещества. Увлекаемый конвективными потоками кислород постепенно уходил вверх, и
долгое время весь он расходовался на окисление железа и его соединений.
Рождение
атмосферы и
гидросферы
Атмосфера возникла в начальные периоды формирования земной коры. Существуют
две гипотезы ее образования. В первой атмосфера рассматривается как
производная первичного материала, оставшегося от упрощенных флюидов, которые когда-то
обрамляли расплавленную Землю. По второй гипотезе, атмосфера рассматривается
как вторичное образование, возникшее при освобождении свободных химических
элементов и соединений из лавы, извергавшейся на земную поверхность.
Благодаря этой лаве была создана первичная земная кора. Большинство ученых
придерживаются второй гипотезы происхождения атмосферы, считая, что в противном
случае любая первичная атмосфера на ранней стадии развития Земли была бы
сравнительно быстро ей утеряна.
Таким образом, условно можно считать, что источником веществ, составляющих
первичную атмосферу, служили продукты выплавления горных пород земной коры,
мантии и ядра. Считается что она была бескислородной. Крупнейший американский
геохимик Г. Юри высказал мнение, что атмосфера могла состоять из смеси
водяного пара, водорода, метана, аммиака и сернистого водорода. Английский
геохимик П. Клауд считает, что в ранней атмосфере преобладали вода, углекислый
газ, окись углерода, азот, хлористый водород, водород и сера. Следовательно,
атмосфера состояла только из летучих и легких газообразных веществ, которые в
момент формирования Земли входили в состав твердых веществ. Свободной воды не
существовало, она была связана в гидроокислах, азот — в нитридах и, возможно,
нитритах, кислород — в окислах металлов, углерод — в карбидах и карбонатидах
и т.д.
Увеличение мощности атмосферы и возникновение гидросферы объясняется
освобождением из пород верхней мантии при интенсивных вулканических процессах
водяного пара и газов. Действительно, газы, выделяющиеся при извержении
современных вулканов, содержат большое количество водяного пара. Например, при
извержении вулканов гавайского типа1 в газах при температуре 1000-1200 °С
содержится около 80 % воды и не менее 6 % углекислого газа. Встречается также
значительное количество хлора (40 %), метана (до 3-5 %) и аммиак. Из лав при
высокой температуре, кроме водяного пара, выделяются такие соединения, как
борная, соляная и фтористая кислоты, сероводород и др.
Основываясь на химическом анализе газовых пузырьков в кварцитах катархей-
ского и архейского возраста, советский литолог Ю. П. Казанский попытался
определить состав древней атмосферы. По его мнению, в архее и катархее
атмосфера имела азотно-аммиачно-углекислый состав. В ней кроме преобладающего
углекислого газа (до 60 %) находились азот, сероводород, аммиак, серный газ, пары
соляной и фтористой кислот. Первичная атмосфера была довольно разреженной, ее
температура у земной поверхности мало отличалась от температуры так
называемого лучистого равновесия2. Сравнительно низкая температура способствовала
конденсации водяного пара из вулканических газов. Таким образом водяной пар
превращался в жидкость, которая, заняв пониженные участки, дала начало
формированию гидросферы.
Доказательством наличия гидросферы не только в архее, но и даже в катархее
Вулканы гавайского типа характеризуются излиянием базальтовой подвижной
магмы, бедной газам; застывание происходит медленно.
2 Температура лучистого равновесия определяется отношением величины потока
солнечного тепла, поглощенного поверхностью, к величине потока уходящего
(отраженного) излучения земной поверхности. Последняя пропорциональна четвертой
степени температуры этой поверхности.
является обнаружение на Земле древнейших осадочных пород в Гренландии и Южной
Африке, возраст которых оценивается в 3,8 млрд. лет. Причем надо отметить,
что это возраст метаморфизма, а, следовательно, время их образования, должен
быть еще более ранним.
При описании состава первичного океана необходимо остановиться на двух
источниках привноса растворенных соединений. С одной стороны, это растворенные
в воде атмосферные газы, а с другой — соли и соединения, входящие в состав
годных пород, обнаженных на земной поверхности в пределах древних первичных
континентов. Перешедшие из атмосферы в воды океана угольная и другие кислоты,
сера, сероводород и аммиак создавали высокую кислотность древнейших
океанических вод. Высокая агрессивность природных вод способствовала интенсивному
разложению обнаженных на земной поверхности вулканических горных пород и
усиленному извлечению из них щелочей и щелочноземельных элементов и соединений.
Со временем доля последних возросла, одновременно с этим снизилась
кислотность океанических вод и сравнительно быстро установилось кислотно-щелочное
равновесие.
«Все анионы морской воды возникли в результате дегазации мантии, т. е.
удаления из нее газов, а катионы — при выветривании горных пород», — таков один
из основных тезисов известного геохимика, академика А. П. Виноградова.
Действительно, содержание в морской воде таких анионов как хлор и бром, в десятки
и сотни раз превышает их количество в горных породах. Следовательно, они
могли возникнуть только в результате дегазации мантии. Исходя из этого можно
предположить, что соленость первичного океана должна была быть близкой к
современной, хотя содержание катионов могло сильно отличаться и приближалось к
современному только по мере возрастающего разрушения и растворения горных
пород первичных континентов.
Об отсутствии кислорода в древней атмосфере и океане свидетельствует
наличие в большом количестве не только в изверженных, но и в осадочных горных
породах элементов и соединений, не подвергшихся окислению. Так, например, в ка-
тархейских карбонатных породах имеется много неизмененных зерен пирита и
уранинита и отсутствует окисленная сера. Все эти породы характеризуются большой
величиной отношения закисного железа к окисному.
Ввиду того, что свободного кислорода в атмосфере длительное время не было,
озоновый экран отсутствовал. Атмосфера легко пропускала ультрафиолетовое
излучение Солнца. В таких условиях не могло быть и речи о возможном
существовании каких-либо живых организмов на суше. Под воздействием ультрафиолетового
излучения в водах морей и океанов начали образовываться сложные органические
соединения вплоть до аминокислот. Этому, возможно, содействовала и
относительно высокая температура земной поверхности, так как насыщенность атмосферы
углекислотой способствовала задержке теплового излучения.
Свободный кислород первоначально расходовался на окисление аммиака, и при
этом выделялся свободный азот. Метан и окись углерода окислялись до
углекислоты , основная часть которой уходила в океан. Сера и сероводород окислялись
до сернистого и серного ангидрита. В океане осаждались карбонатные и
сульфатно-карбонатные осадки, а морская вода становилась хлоридно-карбонатно-
сульфатной.
Появление гидросферы и атмосферы было весьма важным качественным рубежом в
истории Земли. Их развитие усложнило и дифференцировало процессы, протекающие
в древнейшей географической оболочке. Земная кора, гидросфера и атмосфера
вступили в сложные взаимоотношения путем обмена энергии и веществ. Активно
происходили процессы преобразования горных пород на земной поверхности. В
бескислородной атмосфере процесс выветривания протекал весьма своеобразно в
обстановке повышенных температур и высокой кислотности природных вод и
атмосферы .
Только в раннем протерозое, по мнению Ю. П. Казанского, атмосфера стала ки-
слородно-азотно-углекислой. Подтверждением этого является наличие не только
мощных толщ джеспилитов, т. е. пород, состоящих из кварца и окисного железа —
гематита, но и разнообразных красноцветных пород, пигментирующее вещество
которых состоит из окисного железа. Эти породы могли образоваться только при
наличии в атмосфере свободного кислорода. Однако наряду с окислительными об-
становками в протерозое существовали и восстановительные условия.
Главнейшими газами атмосферы были углекислый газ, аммиак, азот, а
сопутствующими — кислород, серный ангидрит, сероводород, пары соляной и фтористой
кислот, метан. По сравнению с археем общее количество кислот сильно
снизилось . Тенденция к снижению паров кислот, метана, соединений серы и аммиака
существовала на протяжении всего протерозойского времени. Одновременно общее
количество азота в атмосфере продолжало увеличиваться.
Имеется и другая точка зрения по поводу появления свободного кислорода в
атмосфере. По расчетам Л. Беркнера и Я. Маршалла, его содержание в атмосфере
в одну тысячную долю от современного (так называемая точка Юри) было
достигнуто примерно 1,2 млрд. лет назад, т. е. в середине рифея. С этим выводом
хорошо согласуются многие палеонтологические и геохимические материалы.
Наличие свободного кислорода, пусть даже в небольших количествах,
благоприятствовало появлению организмов, потребляющих кислород, остатки которых
найдены в породах протерозоя.
Критическим уровнем содержания свободного кислорода в биологическом
отношении является так называемая точка Пастера, когда количество кислорода в
атмосфере составляло одну сотую от современной и организмы взамен анаэробного
брожения стали пользоваться более эффективным потреблением энергии —
окислением при дыхании. По расчетам Л. Беркнера и Л. Маршалла, данный уровень был
достигнут около 600 млн. лет назад. В это время произошел экологический взрыв
— массовое распространение животных почти всех известных в настоящее время
типов.
С изменением содержания кислорода в древней атмосфере тесно связано
количество углекислоты. Углекислый газ попал в атмосферу, а затем в гидросферу,
являясь продуктом дегазации мантии. Он возник в результате взаимодействия
гранита с водой при высоких температурах, разложении карбидов,
высокотемпературной диссоциации карбонатитов, а также путем окисления метана и, главное, как
продукт, выделяющийся при вулканических извержениях
Углекислый газ удалялся из атмосферы и гидросферы благодаря химическим
реакциям (образование карбонатов) или биологическим путем, когда огромные массы
его расходовались на образование скелетов организмов.
Так, в катархее и архее карбонатных пород известно очень мало. Только в
раннем протерозое, когда в атмосфере появился кислород, а океаническая вода
стала хлоридно-карбонатной, их объем стал увеличиваться. Большое содержание
углекислого газа в морской воде и высокий щелочной резерв последней
обеспечивали образование мощных известково-доломитовых и доломитовых толщ.
В конце протерозоя количество растворенного в морской воде углекислого газа
и его концентрация в атмосфере уменьшились, однако все это связано с
усилением поглощения углекислого газа водорослями в процессе фотосинтеза. Морская
вода приобрела хлоридно-сульфатный характер, и среда стала нейтральной, что,
по-видимому, привело к появлению твердого скелета у организмов.
Происхождение жизни
и эволюция биосферы
в докембрии
Жизнь на Земле зародилась еще в катархее, т. е. более 3 млрд. лет назад. И
это повлекло за собой весьма существенные качественные преобразования в
географической оболочке. Жизнь на Земле появилась не случайно. Она была
обусловлена всем ходом планетарного развития. В этом весьма значительную роль
сыграли процессы дифференциации первичного земного вещества, которые привели к
образованию земной коры, атмосферы и гидросферы.
Эволюция органических соединений от простейших углеводородов, возникших
абиологическим путем, до их высокополимерных соединений вначале происходила в
древней атмосфере под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца и
электрических разрядов, а позднее продолжалась в гидросфере. Здесь возникли
высокомолекулярные соединения и комплексы, которые приобрели такие основные
признаки живого вещества, как возможность обмена веществ, способность
размножения, реакция на внешние раздражители. Отсутствие свободного кислорода в
атмосфере обусловило анаэробный характер энергетического обмена первичных
организмов . Эти организмы в ископаемом состоянии не сохранились. Предполагается,
что вряд ли они были похожи на вирусы или бактерии, имеющие довольно сложное
строение. Скорее всего они напоминали современные ультрамикробы — существа,
лишенные оболочки и клеточного ядра, размножающиеся делением.
Живые организмы возникли в водной среде, так как она облегчила обмен
веществ и служила основным компонентом живого вещества. Кроме того, водная
среда являлась наиболее теплоемкой системой. В ней равномерно протекали
колебания температур, в то время как на земной поверхности температуры могли
изменяться в широком диапазоне, а это отрицательно сказывалось на развитии
простейших организмов.
С течением времени ведущее положение заняли организмы, обладающие
способностью продуцировать органическое вещество из углекислоты и воды под действием
солнечного света, т. е. возникли формы, обладающие фотосинтезом. Другая часть
организмов сохраняла прежние формы питания, используя те органические
соединения, которые возникали путем фотосинтеза. Таким образом произошло
разделение органического мира на царство растений и животных.
В осадочных породах архея и раннего протерозоя обнаружены многочисленные
следы жизнедеятельности древнейших организмов. В породах Южной Африки с
возрастом 3,1-3,4 млрд. лет распространены изолированные палочки длиной 0,45—0,7
мкм и диаметром 0,18—0,22 мкм, нитеподобные образования, шаровидные, диско-
видные и многоугольные оболочки однолетних водорослей (акритархи). В породах
с возрастом 2,9 млрд. лет встречены продукты жизнедеятельности цианофитов
(сине-зеленые водоросли) и бактерий (строматолиты и онколиты). В более
молодых отложениях рифея нередко встречаются строматолиты, причем их остатки
образуют тела, весьма похожие на рифы.
Биосфера в архее была тонкой и прерывистой. Жизнь существовала только в
водной среде, в условиях теплого климата. Обширные пространства суши
вследствие значительных суточных температурных контрастов (ввиду маломощности
атмосферы архея сильно сказывалась разница в температурах дня и ночи) были лишены
жизни и представляли собой биологические пустыни. Масса живого вещества в
архее была небольшой, о чем свидетельствует малый объем органогенных пород
этого возраста.
Появление многоклеточных организмов было связано с постепенным увеличением
содержания кислорода в атмосфере и гидросфере. Переход от брожения к
кислородному дыханию у многоклеточных сопровождался выигрышем энергии в 15 раз и
более. Благодаря жизнедеятельности бактерий и сине-зеленых водорослей стали
возникать органогенные породы. Фотосинтезирующая деятельность водорослей
способствовала появлению в атмосфере и гидросфере свободного кислорода.
Ландшафты архейского возраста были однообразные. В это время существовали
линейно вытянутые горные цепи, горные массивы, плато и выровненные
возвышенности. Увеличение площади суши, возрастание контрастности рельефа и уменьше-
ние притока внутриземнохю тепла, постепенный рост объема мощности и плотности
атмосферы, возникновение озонового экрана способствовали первой, слабой
дифференциации климата. Можно только предположить, что на фоне высокого
температурного режима существовали области, как с высоким увлажнением, так и с
дефицитом влаги.
Природные условия
протерозойской эры
Как уже упоминалось, в протерозое сформировались все ныне известные
платформы и щиты. В середине протерозоя древние платформы были объединены в один
суперконтинент Мегагею. В рифее все платформы южного полушария были
объединены в один материк Гондвану, а платформы северного полушария (Северо-
Американская, Восточно-Европейская, Сибирская, Китайская) составляли материк
Лавразию.
Платформенные области длительное время сохраняли большую тектоническую
подвижность , и рельеф их оставался достаточно контрастным и динамичным. Довольно
интенсивно происходили процессы размыва, переноса и аккумуляции осадков. На
выровненных приподнятых участках под воздействием экзогенных процессов
возникли довольно мощные коры выветривания, что объясняется существованием
высоких температур большого количества влаги и свободного кислорода в атмосфере.
Благодаря деятельности водорослей в протерозое атмосфера и гидросфера
обогатились свободным кислородом, возник озоновый экран, предохранявший Землю от
жесткой радиации. Высокое содержание углекислоты в атмосфере повлияло на
формирование парникового режима на земной поверхности. Климат, как и в настоящее
время, был в основном обусловлен солнечной радиацией. Увеличение площади
материков привело к разделению климата на морской и континентальный.
Наряду с показателями влажных и жарких условий в протерозойскую эру
встречаются индикаторы аридного и даже холодного типов климата. Имеющиеся
немногочисленные фактические данные позволяют считать, что эпохи господства аридного
климата в определенные отрезки времени сменялись гумидными. Обращает на себя
внимание присутствие среди толщ протерозоя типичных ледниковых образований —
тиллитов. Они обладают всеми чертами современных морен и встречаются наряду с
такими неоспоримыми показателями деятельности льда, как отполированные ложа,
«курчавые скалы», «бараньи лбы», эрратические валуны, ледниковые штриховки и
т. д.
Наиболее древние образования, напоминающие тиллиты. встречаются среди
архейских толщ в пределах Канадского щита и в юго-западной части Австралии.
Однако достоверных следов возможного оледенения такого древнего возраста до сих
пор к обнаружено.
Одно из первых оледенений в истории Земли произошло около 2,5 млрд. лет
назад в протерозое. Следы этого оледенения найдены в Южной Африке. Они
представлены сильно переработанными отложениями горных ледников. Один из
крупнейших ледников располагался в Канаде.
Более молодые ледниковые отложения имеют возраст 700-800 млн. лет. В
Экваториальной Африке в позднем рифее обнаружены два ледниковых горизонта.
Оледенением, возраст которого оценивается в 740-780 млн. лет, была охвачена
территория Анголы, Замбии, Намибии и ЮАР. Близкий возраст имеют ледниковые
образования Австралии, распространенные от южных до северо-западных частей этого
материка.
Тиллиты обнаружены и в Европе, но они моложе. Их возраст 550-670 млн. лет.
Близкий возраст имеют тиллиты Западной Африки, Австралии, Южного и
Центрального Китая. Это позволяет предполагать, что в конце рифея на Земле
установились довольно холодные условия и обширные территории покрывались мощными лед-
никовыми толщами.
На основании встречающихся пачек осадочных пород, переслаивающихся с тилли-
тами, можно предполагать, что ледниковые эпохи неоднократно сменялись
межледниковыми и, следовательно, в этом отношении между четвертичным, раннепротеро-
зойским и тем более вендским оледенениями практически отсутствуют какие-либо
различия. Следовательно, ледниковые горизонты протерозоя должны были
образоваться в результате действия принципиально тех же геологических процессов,
что и моренные и генетически связанные с ними отложения в период
четвертичного оледенения.
Итак, в протерозое имели место оледенения, однако в течение большей части
этого времени на Земле было довольно жарко. Доказательства жаркого аридного
климата встречаются в рифее. Это красноцветные континентальные карбонатные
песчаники с трещинами усыхания, дюнной косой слоистостью, ветровой рябью и
следами ветровой эрозии на поверхностях напластований. Наряду с ними
встречаются толщи, сформированные в обстановке обильного увлажнения, — разнообразные
аллювиальные (пойменные, дельтовые) отложения с характерной косой
слоистостью , каолинитовые глины, кварцевые пески и т. д.
Несмотря на климатическую дифференциацию, особенно в конце протерозоя, надо
признать, что по сравнению с современной эпохой на Земле в те далекие времена
климат был однообразнее. Это объясняется небольшой толщиной атмосферы,
высоким содержанием в ней углекислого газа и значительной площадью океанов и
морей. Парниковый режим определял существование высокой среднегодовой
температуры. В позднем рифее среднегодовые температуры, судя по характеру карбонато-
накопления (обилие рифогенных толщ), широкому развитию кор выветривания,
своеобразных организмов, а также данным определения абсолютных значений
температур методом изотопной и магнезиальной палеотермометрии, были довольно
высокими. Исходя из соотношения тяжелого и легкого изотопов кислорода в
кремнистых и карбонатных породах протерозоя, средняя температура земной поверхности
составляла 50-60 °С а снизилась до 40 °С.
Все возрастающие процессы фотосинтеза привели к значительному обогащению
атмосферы и гидросферы свободным кислородом. Это в свою очередь отразилось не
только на развитии биологических процессов, но и на процессах выветривания и
осадконакопления. Сокращается объем формирования железных руд, и места их
образования постепенно смещаются в прибрежные и даже на континентальные
участки. Появление атмосферного кислорода обусловило переход этих соединений в
окисные формы и резко ограничило миграционные способности железа и марганца.
Постепенно сократились площади доломитообразования, и в конце протерозоя они
сместились в области с сильно засушливым климатом.
В растительном царстве рифея господствовали водоросли (главным образом
сине-зеленые) . Животное царство было гораздо менее обильным, но
характеризовалось довольно значительным разнообразием в систематическом отношении.
Наиболее многочисленной группой организмов в течение всего протерозоя были
бактерии, принимавшие активное участие в процессах разложения, окисления и
даже аккумуляции разнообразных веществ. Активное участие бактерий в породооб-
разовании способствовало широкому распространению различных железистых пород,
в том числе и осадочных железных руд, графитовых сланцев, высокоуглеродистых
и высокоглиноземистых горных пород. Вероятно, не последняя роль в процессах
выветривания горных пород принадлежала микроорганизмам.
В течение протерозойской эры развивались основные группы водорослей — от
примитивных сине-зеленых до более высокоорганизованных. Они играли ведущую
роль в постепенном удалении из атмосферы углекислого газа и увеличении
свободного кислорода. Велика их породообразующая роль, особенно в рифее, когда
широким распространением пользовались разнообразные водорослевые известняки и
доломиты. Из рифейских отложений известны многочисленные строматолиты, онко-
литы и катаграфии — известковые и доломитовые стяжения, возникшие в
результате жизнедеятельности водорослей.
Строматолиты — это различной величины слоистые стяжения в виде наростов,
имеющие караваеобразную и столбообразную формы. Онколиты — это
концентрические желваковые образования, а катаграфии — стяжения неправильной формы без
слоистости в виде комков. Концентрическое строение строматолитов и онколитов
вызвано, вероятно, сезонным развитием водорослей, подобно кольцам нарастания
у современных деревьев умеренного пояса. Известь откладывалась вокруг нитей и
клеток колоний.
До недавнего времени о жизни в докембрии могли судить только по остаткам
разнообразных водорослей, грибов, бактерий.
ij[,iriT,,iS|,,vi,'Te|,^,7iV7V,i,n,,,l,№T
Dickinsonia, плоское сегментированное существо
обнаруженное в вендских отложениях.
Возникшие в последние годы биохимические и палеонтологические направления
позволили обнаружить многочисленные остатки организмов в докембрийских
породах. В наиболее молодых комплексах рифейских образований были обнаружены
остатки древнейших многоклеточных животных. Уникальность этой фауны состоит в
том, что она, обладая значительным разнообразием, была представлена
организмами, у которых полностью отсутствовали минеральные скелетные образования.
В настоящее время бесскелетная фауна позднего докембрия обнаружена в районе
Эдиакара в Южной Австралии (поэтому вся древнейшая фауна часто называется
эдиакарской), в Великобритании, на юго-западе Африки и Ньюфаундленде, в СССР
— в Подольском Приднестровье и Карелии.
Эдиакарская фауна состояла в основном из кишечнополостных — медузоподобных,
червей, членистоногих и организмов систематическое положение которых пока не
ясно. Она сыграла большую роль в развитии органического мира, являясь
предшественником скелетной фауны, хотя прямого и непосредственного продолжения в
палеозойскую эру все же не имела. Как считают многие исследователи,
эдиакарская фауна скорее всего была побочной ветвью эволюции организмов.
Советский палеонтолог М. А. Федонкин на берегу Белого моря обнаружил
огромное количество вендской бесскелетной фауны. Эти организмы представлены
свободноплавающими бентосными (донными) формами размерами от нескольких
миллиметров до 30 см.
Одной из особенностей вендской фауны является наличие среди многоклеточных
форм ископаемых остатков, напоминающих личинок современных беспозвоночных. В
толще вендских пород были найдены остатки, очень похожие на личинки
трилобитов и иглокожих, но все они имели размеры крупнее, чем те, которые обнаружены
в более молодых осадках.
Органический мир протерозоя в основном развивался в морской среде.
Отсутствие у организмов позднего протерозоя твердого скелета, возможно, было вызвано
высоким содержанием углекислоты в атмосфере и гидросфере. Это приводило к
резкому увеличению растворимости извести и затрудняло ее извлечение из воды.
Ландшафты протерозоя, особенно в рифейское время, по сравнению с архейскими
более дифференцированы. Хотя насыщенность ландшафтов организмами возросла,
мощность биосферы оставалась небольшой, и она не имела повсеместного
распространения. Суша в биологическом отношении представляла собой пустыню.
Таким образом, палеогеографические условия протерозоя даже для конечных
этапов рифея и венда вырисовываются в довольно общих чертах. К концу
протерозоя содержание кислорода в атмосфере увеличилось и составило 1-2 %,
образовался озоновый экран, который существенно уменьшил жесткую ультрафиолетовую
радиацию, резко повысилась соленость океанических вод и возникла
климатическая зональность.
ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ
ПАЛЕОЗОЙСКОЙ ЭРЫ
Палеозойская эра, или эра ранней жизни, имеет продолжительность около
350 млн. лет. В течение этого времени существенному изменению подверглись
площади эпиконтинентальных морей и конфигурация суши, взаимное расположение
материков, возникали и исчезали океаны и моря, появлялись наземные и
подводные хребты, перемещались полюса и менялась климатическая зональность. Все это
не могло не отразиться на развитии, эволюции и расселении представителей
животного и растительного царства.
Ранний палеозой — качественно
новый этап развития биосферы
В кембрийском периоде в южном полушарии масса суши приходилась на Гондва-
ну. В состав этого материка входили повернутая на 180° Южная Америка, Африка,
Антарктида и Австралия. Значительная часть последней находилась в северном
полушарии. Гондвана простиралась от 15° с.ш. до Южного полюса и таким образом
занимала более четверти окружности земного шара. Общая площадь материка
превышала 100 млн. км2. Южный полюс находился в пределах окраинного моря,
располагавшегося на месте современной северо-западной части Африки.
Северо-Американский, Восточно-Европейский, Китайский и Сибирский континенты
были рассредоточены в северном и южном полушариях и примыкали к древней
приэкваториальной зоне. Большая часть Китайского континента находилась между 15
и 60° с.ш.1, в экваториальной зоне он соединялся узким перешейком с Сибирским
континентом.
В кембрии существовали два крупных океана — палео-Атлантический и палео-
Азиатский, в центральных частях которых находились срединно-океанические
хребты.
Большая часть Гондваны на протяжении почти всего кембрия оставалась сушей,
в пределах которой находились разнообразные возвышенные и низменные равнины и
горные массивы. Море периодически вторгалось лишь в окраинные части Гондваны.
Морской режим существовал на протяжении всего кембрия лишь на Сибирском и
Китайском континентах. Временами он устанавливался на Северо-Американском и
Восточно-Европейском континентах. В акватории окраинных морей располагались
многочисленные острова, которые окаймлялись низменными побережьями с большим
числом лагун и дельт рек. Соленость морской воды в лагунах и окраинных морях
периодически повышалась в результате отделения их от открытого моря и
способствовала накоплению мощных толщ каменных и калийных солей, гипсов и
ангидритов . В это время были сформированы крупнейшие месторождения солей в пределах
Сибирской платформы и в Пакистане.
Положение литосферных плит и срединно-океанических хребтов в кембрийском
периоде (по А. М. Городницкому и Л. П. Зоненшайну) - описание ландшафта
смотрите ниже. Континенты и микроконтиненты: ЗЕ — Западно-Европейский;
Ик — Индокитайский; К — Китайский; СА — Северо-Американский; Сб —
Сибирский.
Положение континентов дается по градусной сетке, рассчитанной для
соответствующих эпох и периодов палеозоя.
Моря и океаны
Области древней суши
Области современной суши
Срединно-океанические хребты
Контуры древних континентов и
микроконтинентов
Системы островных дуг
Активные континентальные
окраины
Зоны столкновения
континентальных окраин
с островными дчгами
к* •" J Границы тропического пояса
Границы субтропического
пояса
Границы умеренного пояса
Границы нивального климата
Органический мир кембрийского периода хотя и являлся в некотором роде
архаичным, но, тем не менее, поражал обилием сообществ. В кембрии возникли почти
все известные типы позвоночных. Богатство особями и систематическое
разнообразие организмов вместе с их способностью построения твердого скелета вначале
хитиново-фосфатного, а затем и известкового отличают органический мир кембрия
от вендского и рифейского. В истории жизни это был настоящий «биологический
взрыв».
В это время возникли и в геологическом смысле очень быстро расселились
такие скелетные животные, как трилобиты, брахиоподы, гастроподы, губки,
археоциаты, радиолярии и др. Наиболее интересны и характерны для кембрийского
периода археоциаты и трилобиты. Первые — это прикрепленные донные животные,
населявшие мелководные теплые моря. Они жили крупными колониями и, подобно
кораллам, которые появились значительно позже, строили крупные рифовые
сооружения. Археоциаты просуществовали очень недолго и уже в середине кембрия
почти все вымерли. Большого расцвета в кембрии достигла трилобитовая фауна. Эти
древние членистоногие обитали на илистом дне, но некоторые формы вели
планктонный образ жизни. Трилобиты имели плоское тело, покрытое хитиновым
панцирем, который в продольном направлении делился на головной, хитино-головной,
туловищный и хвостовой. Туловище и хвост состояли из подвижно соединенных
сегментов. С нижней стороны отходили двуветвистые конечности. Наружная ветвь
каждой конечности исполняла функцию органов дыхания, а внутренняя — служила
органом передвижения по мягкому субстрату.
В кембрии появились первые представители головоногих моллюсков — наутилои-
деи. Одни из них обладали прямой вытянутой раковиной, а другие имели раковину
в виде рога. Все они прекрасно чувствовали себя в воде. Наутилоидеи были
морскими хищниками, и некоторые их экземпляры достигали длины 4 м.
Брахиоподы, или плеченогие, представляли особый тип морских беспозвоночных.
Они прикреплялись к твердому грунту с помощью ножки. Мягкое тело животного
было заключено в раковину, имеющую створки разного размера. Раковины имели
гладкую или покрытую различными скульптурными элементами поверхность.
В конце кембрия появились первые примитивные бесчелюстные панцирные
позвоночные , похожие на рыб.
В кембрийском периоде растительность на суше отсутствовала. Однако в конце
кембрия появились своеобразные земноводные споровые растения — псилофиты.
Псилофиты похожи на небольшие кустарники, полностью лишенные листьев. Они
обитали на прилегающих к суше мелководных выровненных участках морей и
океанов и основное время проводили под водой, лишь изредка во время сильных отли-
bob они оказывались воздушной среде, обильно насыщенной влагой.
Атмосфера кембрия приобретала кислородно-углекисло-азотный характер.
Основную массу атмосферы составлял азот, количество углекислого газа достигало
0,3%, а содержание кислорода по сравнению с рифеем увеличилось в несколько
раз.
После вендского похолодания и развития покровного оледенения в начале
кембрия наступило значительное потепление, практически на всех континентах
установились жаркие тропические условия. По степени увлажнения выделяются области
аридного и равномерно-влажного типов климата. Индикаторами жарких аридных
условий являются соли, гипсы, ангидриты, доломиты, карбонатные гипсоносные
красноцветы, которые пользовались большим распространением в северной части
Североамериканского континента, в пределах Сибирского и Китайского
континентов . В Гондване аридный климат господствовал лишь центральных районах Южной
Америки, Африки и Австралии.
Со временем область засушливого климата постепенно уменьшалась, что
выразилось в значительном сокращении площадей соленакопления и пустынных районов. В
конце кембрия на материках стали господствовать влажные жаркие условия.
Состав теплолюбивой фауны и способность некоторых из ее представителей
участвовать в построении рифовых массивов, подобных современным коралловым
рифам, позволяют предполагать, что температура воды в это время вряд ли
опускалась ниже 20 ° С.
Климатическая зональность в кембрийском периоде проявлялась довольно слабо.
Это было вызвано тем, что многие континенты располагались в низких широтах.
Только часть Североамериканского и Сибирского континентов, а также южные
области Гондваны находились в средних широтах, поэтому климат должен был быть
близким к субтропическому. В средних широтах и полярных областях в основном
располагались морские бассейны.
Своеобразие природных условий кембрия пока еще не благоприятствовало
формированию месторождений полезных ископаемых органического происхождения. Однако
для платформ в этом периоде были характерны мощные залежи калийных и каменных
солей и фосфоритов, а для подвижных областей с их интенсивным вулканизмом —
накопления фосфоритов, марганца, ванадия, асбеста и железа.
Ордовикский
и силурийский
периоды
В течение последующего ордовикского периода лик Земли и ее органический мир
заметно преобразились. Размеры многих континентов и их положение на земной
сфере претерпели существенные видоизменения. Лишь Гондвана в раннем и среднем
ордовике сохраняв прежние размеры и примерно то же местоположение. Как ранее,
существовали два крупных океана — палео-Атлантический и палео-Азиатский. По
сравнению с кембрием увеличились площади эпиконтинентальных морей,
располагавшихся на территории современной Австралии и Южной Америки.
В северном полушарии происходили сближение Сибирского и Китайского
континентов, временное замыкание южной части палео-Атлантического океана и
формирование океана палео-Тетис. Последний отделял Лавразию от Гондваны.
В позднем ордовике морские бассейны, расположенные на окраинах континентов,
исчезли, и в результате регрессии сильно увеличилась площадь суши. Южный
полюс в это время располагался на суше на южной окраине Гондваны.
Сильная изрезанность береговой линии эпиконтинентальных морей создавала
необходимые предпосылки для периодического возникновения лагун. В лагунах, где
соленость была не очень высокой и не превышала 40 %ь, обитали некоторые эври-
галинные организмы, т. е. формы, которые существовали в широком диапазоне со-
лености от опресненных до засоленных условий. Такими были гигантские раки и
панцирные рыбы. При сильном возрастании солености в лагунах, изолированных
почти полностью от открытого моря, шло соленакопление, но уже в меньших
масштабах, чем в кембрии. Соленакопление в раннем и среднем ордовике было
сосредоточено на севере Канады и в некоторых районах США.
Характерной особенностью ордовикского и силурийского периодов является
резкое возрастание тектонической и вулканической деятельности. Интенсивные
поднятия осуществлялись на перифериях платформенных областей, в ордовике, затем
они усилились на границе ордовика и силура и, наконец, достигли максимума в
конце силурийского периода. В результате сильных тектонических движений,
вызванных столкновением литосферных плит, на окраинах платформ возникли
горноскладчатые сооружения — так называемые эпикаледонские горные сооружения. В
это же время сформировались устойчивые, но небольшие по размерам массивы
(срединные массивы, микроконтиненты или микроплиты), площадь платформ
увеличивалась за счет присоединения новых областей, испытавших складчатость.
Каледонский тектонический этап сопровождался интенсивным магматизмом,
образованием крупнейших разломов или расколов земной коры и активным перемещением
жестких участков земной коры или литосферных плит. В результате столкновения
жестких литосферных плит края их дробились, откалывались и нагромождались
друг на друга. Горные массивы Скандинавии, севера Британских островов,
Шпицбергена , Гренландии, Ньюфаундленда, приатлантической части Северной Америки
образовались в результате интенсивных воздыманий в течение ордовикского и
силурийского периодов. Каледонские складчатые структуры известны на Новой
Земле, в Центральном Казахстане, Северном Тянь-Шане, Алтае, Саянах, Забайкалье,
Таймыре и в других районах Земли.
Положение литосферных плит и срединно-океанических хребтов в ордовикском
периоде. Континенты и микроконтиненты: BE - Восточно-Европейский; ЗЕ -
Западно-Европейский; Ик - Индокитайский; СА - Северо-Американский; Сб -
Сибирский; ЮА - Южно-Американский.
Тектонические движения приводили к крупнейшим трансгрессиям и регрессиям
моря. Если в начале ордовика происходило постепенное наступление моря на ма-
терики и площадь морских акваторий по сравнению с поздним кембрием возросла
почти на 20 %, то с середины ордовика стала развиваться обширная регрессия и
свыше 20 % площади материков освободилось от моря.
Рельеф земной поверхности в конце силурийского периода стал возвышенным и
контрастным. Он сильно отличался от равнинного рельефа ордовика и тем более
кембрия. Приморские низменности и выровненные равнинные области чередовались
с возвышенными, значительно приподнятыми участками фундамента, испытавшими
блоковые перемещения, и с молодыми горно-складчатыми сооружениями каледонид.
Ввиду того, что каледонские движения сильнее всего проявились в северном
полушарии, расположенные здесь континенты обладали более контрастным и
возвышенным рельефом по сравнению с Гондваной.
Значительные контрасты имело в силуре дно морей и океанов. Широкие шельфо-
вые участки сменялись глубоководными зонами. По-видимому, максимальные
глубины силурийских океанов не превышали 4 км.
Органический мир в течение ордовика и силура был очень интенсивно развит. В
морях и океанах господствовали беспозвоночные. В растительном царстве главную
роль играли водоросли. Возросла роль прибрежной псилофитовои флоры, появились
первые мхи и плауновые. Основным местообитанием растительности служили
обширные участки морского мелководья и приморские низменности, периодически
подверженные затоплениям. Суша была заселена только бактериями, а в пресноводных
бассейнах развивались планктонные одноклеточные водоросли. Главной ареной
жизни являлись морские просторы. Ведущая роль вначале принадлежала таким
древним представителям органического мира, как трилобиты, граптолиты,
кишечнополостные и брахиоподы. Большим распространением в ордовике пользовались
трилобиты, имеющие прочный и толстый известковый панцирь. В силуре начиналось
их угасание.
В ордовике появились и получили широкое развитие граптолиты — кустистопо-
добные полухордовые колониальные подвижные и прикрепленные морские организмы.
Они обладали наружным хитиновым скелетом, состоящим из прямых и прогнутых
ветвей, свободно расходящихся в виде паучка или соединенных перемычками.
Граптолиты развивались в силуре, но в конце силурийского периода многие их
представители вымерли.
Важной группой являлись кишечно-полостные. Впервые появились строматопоры,
или гидроидные полипы, примитивные четырехлучевые кораллы, известные под
названием ругоз и гелиолитов. Прикрепленные кишечно-полостные жили крупными
колониями и принимали участие в построении рифов. В конце ордовика и в силуре
появились другие группы кораллов — табуляты.
В отличие от кембрия брахиоподы представлены, как беззамковыми с хитино-
фосфатной раковиной, так и многочисленными замковыми формами с известковой
раковиной. Замковые брахиоподы совместно с иглокожими принимали участие в
бентосных сообществах. Иглокожие состояли преимущественно из морских пузырей
(цистойдей) и морских лилий (криноидей).
В ордовике и силуре среди беспозвоночных ведущая роль принадлежала наути-
лоидеям. Они обладали прямой огромной многокамерной раковиной, вели активный
придонный образ жизни и были хищниками. Размеры их раковин составляли 2-3 м.
Крупными хищниками были гигантские ракоскорпионы. Они имели плоское тело,
состоящее из головогруди и длинного членистого брюшка, которое заканчивалось
шипом с ядовитой железой. От головогруди отходили ротовые и двигательные
конечности. Длина взрослых ракоскорпионов обычно превышала 3 м.
В морях с нормальной соленостью жили примитивные позвоночные — бесчелюстные
панцирные рыбы величиной от нескольких десятков сантиметров до 3 м. Они были
снабжены специальными, выбрасывающими электрические заряды органами, которые
служили средством защиты или нападения.
В морях ордовика и силура существовали и другие группы организмов. К ним
относятся свободноплавающие и донные фораминиферы, радиолярии, губки, черви,
остракоды, двустворчатые моллюски и мшанки, участвовавшие вместе с кораллами
и брахиоподами в построении рифов, морские ежи и морские звезды.
На суше появились членистоногие — скорпионы и многоножки.
Ландшафт дна силурийского моря (по 3. Шпинару и 3. Буриану).
В течение ордовика и силура продолжалось дальнейшее наращивание атмосферы и
изменение ее химического состава. Неуклонно возрастала концентрация
свободного кислорода. Хотя содержание углекислого газа сильно уменьшилось, все же его
концентрация превышала современную более чем в пять раз. По сравнению с ран-
некембрийской атмосферой общее количество углекислого газа уменьшилось почти
в два раза, и это несмотря на довольно интенсивный вулканизм в течение
ордовика, который должен был бы обеспечивать поступление большого количества
углекислоты. Основная масса углекислоты растворялась в океанических и морских
водах, а это благоприятствовало накоплению мощных толщ карбонатов, и
поглощалась огромной массой водорослей и бактерий.
Климатические условия в течение ордовика и силура были довольно
разнообразными. В позднем ордовике выделяются пояса экваториального, тропического,
субтропического, умеренного и нивального типов климата.
Экваториальные равномерно-влажные условия в ордовике существовали на юге
Канады, в Гренландии, европейской части СССР, на Урале, в Западной Сибири,
Центральном Казахстане, Прибалтике, Забайкалье, в центральных областях
Северной Америки.
По степени увлажнения в пределах тропического пояса выделяются области
(секторы) аридного и гумидного климата. Северный аридный сектор в ордовике
располагался на Аляске, в пределах современного Канадского Арктического
архипелага, Восточной Сибири, Южного Китая и Индостана, а южный — на территории
США, Прибалтики, на юге Скандинавии и в Австралии.
В начале позднего ордовика, а возможно, и несколько ранее сильно
похолодало. В тропических областях среднегодовые температуры снизились на 3-5°, а в
субтропических — на 10-15°. Наиболее сильное похолодание произошло в высоких
широтах. В южнополярном районе в это время находилась возвышенная суша Гон-
дваны, в пределах которой сначала возникли горные, а позднее и обширные
материковые ледники. В настоящее время в Южной Америке и на северо-западе Африки
довольно широко развиты отложения донных и конечных морен позднеордовикского
возраста. Ледниковые отложения и следы воздействия движущегося льда на земную
поверхность в виде долин вспахивания, ледниковых шрамов и штриховок
обнаружены на Аравийском полуострове, в Испании и Южной Франции. Древние центры
покровного оледенения существовали в Бразилии и Западной Сахаре.
В начале силурийского периода на континентах, располагавшихся в средних и
высоких широтах, продолжали господствовать прохладные условия. Ледниковые
образования этого времени сохранились в пределах современной Боливии, на севере
Аргентины и на востоке Бразилии.
Во второй половине силурийского периода в высоких широтах климат вновь стал
умеренно теплым, близким к субтропическому.
В течение всего силурийского периода тропические условия существовали на
значительной части Северо-Американского и Евразиатского континентов
Поздний палеозой —
время природных
катастроф
На протяжении позднего палеозоя сильному видоизменению подвергались не
только морские, но и континентальные ландшафтно-климатические области и зоны.
Это было время интенсивного развития и заселения суши.
В течение девонского периода Гондвана медленно смещалась на юго-запад и ее
значительная часть перешла в западное полушарие.
В раннем девоне, около 390 млн. лет назад, южная часть палео-Атлантического
океана вновь раскрылась и через затопленный участок Западно-Европейского
континента соединилась с палео-Тетисом. Северная ветвь палео-Атлантического
океана временно прекратила существование. Сильно уменьшился в размерах палео-
Азиатский океан, в пределах которого появилась крупная система островных дуг.
Гондвана перемещалась в юго-западном направлении и в конечном итоге
соприкоснулась с Западно-Европейским континентом. Продолжавшееся смещение в юго-
восточном направлении Восточно-Европейского континента привело к его
соединению с Северо-Американским и образованию нового материка в северном полушарии
— Еврамерики.
Для этого периода характерно образование красноцветных континентальных, со-
леносных, карбонатных, обломочных и вулканогенных отложений. Обширные участки
современных континентов занимали моря с нормальной соленостью. На их окраинах
располагались лагуны с повышенной соленостью и широкие дельтовые участки,
переходящие в лиманы. Внутри континентов находились озера, размер некоторых из
них превосходил даже современное Каспийское море. По низменностям протекали
полноводные реки. На дне морей и на суше находились крупнейшие действующие
вулканы, которые извергали огромные массы вулканических образований. В раннем
девоне преимуществом пользовались континентальные ландшафты, а в среднем
девоне — морские. В это время морские акватории увеличились почти на 25 % по
сравнению с концом силура и началом девона.
Положение литосферных плит и срединно-океанических хребтов в раннем
и среднем девоне. Континенты и микроконтиненты: Ик - Индокитайский;
К - Китайский; Кз - Казахстанский; Сб - Сибирский.
Раннедевонская эпоха была отчетливо выраженной теократической эпохой1, в
течение которой завершились каледонские тектонические движения. В обстановке
значительной регрессии моря, усилившихся поднятий и, как следствие,
интенсификации денудации суши в наиболее прогнутых участках платформ, например на
озерно-аллювиальных внутриматериковых низменностях или в пределах обширных
дельт рек, в большом объеме происходило накопление обломочных отложений
разной размерности. Обширные пространства Северо-Американского и Восточно-
Европейского континентов покрывались мелководными морями с максимальной
глубиной не более 400 м. На заключительной стадии каледонского горообразования в
результате дифференциации тектонических движений и их значительной амплитуды
в пределах геосинклинальных поясов и на окраинах платформ, испытавших
активные поднятия, образовались межгорные и предгорные прогибы и впадины.
Максимальная высота континентов в это время не превышала 2000 м над уровнем моря.
Морские ландшафты характеризовались большим разнообразием. Низменные и
возвышенные морские побережья были сильно изрезаны. Наряду с заливами
существовали лагуны и эстуарии, часто отгороженные от моря песчаными косами, барами
или цепочкой береговых рифов. От морских побережий в сторону моря далеко
простирались мелководные шельфовые зоны, которые сменялись материковыми склонами
и далее глубоководными участками с глубинами более 1500 м.
В середине девона активность земной коры не снизилась, и этот процесс
сопровождался интенсивным подводным вулканизмом. В пределах многих континентов
и микроконтинентов поднятия нередко сменялись прогибаниями, и только
Китайский, Индостанский, Южно-Американский и Африканский континенты в течение
всего девонского периода были вовлечены в общее поднятие, в результате чего
возникли крупные разломы земной коры.
Преобладание континентальных условий развития в девонском периоде на многих
материках предопределило интенсивную денудацию и постепенное выравнивание
Теократическая — эпоха регрессии моря, активного воздымания и вулканизма.
контрастного рельефа, возникшего в результате каледонских тектонических
движений .
В течение позднего палеозоя значительному видоизменению подвергся
органический мир. Уже к концу раннего палеозоя произошло угасание и вымирание
архаических форм организмов. К этому времени уменьшилось разнообразие трилобитов,
граптолитов, иглокожих и наутилоидей. Вместе с тем в начале позднего палеозоя
появились новые, более прогрессивные формы, определившие дальнейшее развитие
органического мира и его облик.
Характерная и важнейшая особенность развития органического мира позднего
палеозоя состояла в том, что организмы заселяли не только мелководные эпикон-
тинентальные моря, но и стали распространяться в глубь обширных
континентальных пространств. Поздний палеозой — это время появления и постепенного
освоения суши растительностью, ее пышного расцвета, время появления и развития
наземных позвоночных.
Столь существенные изменения в составе органического мира, происшедшие в
середине палеозойской эры, явились отражением не только эволюционного
развития жизни на Земле вообще, но и, в частности, были связаны с преобразованием
лика Земли в завершающую фазу проявления каледонских движений и
возникновением областей, весьма благоприятствовавших в ландшафтно-климатическом отношении
развитию и расселению жизни.
Водная флора в девонском периоде была представлена бактериями и
водорослями, а наземная флора раннего и среднего девона — преимущественно псилофитами,
которые произрастали на сильно заболоченных приморских низменностях. Наряду с
псилофитами в это время уже существовали все основные группы споровых
растений: плауновидные, членисто-стебельные и папоротники. В позднем девоне псило-
фиты вымерли. В конце девона появились голосеменные.
Каким же образом произошло заселение суши? Мнение о том, что высшие
растения происходят от водных, высказывалось неоднократно, начиная еще с прошлого
века. Многие ученые считают, что произраставшие у берега некие водоросли
каким-то образом оказывались на некоторое время над водой и, привыкнув к сильно
насыщенной водяными парами атмосфере, постепенно стали заселять приливно-
отливную зону моря. В результате дальнейших эволюционных преобразований они
превратились в высшие растения и полностью вышли на берег.
Известный советский палеоботаник С. В. Мейен обращает внимание на то, что в
основе этой гипотезы лежат чисто умозрительные построения и исследователи, в
том или ином виде высказывавшие ее, опирались на очень общие представления о
процессах развития всех органических форм за время существования Земли.
Берега современных морей заселены растениями в несколько ярусов. Однако одни из
них (например, водоросли) живут только в воде, другие заселяют приливно-
отливную зону, а третьи довольствуются брызгами волн и водяными парами,
находящимися в воздухе. Низменные берега заняты высшими растениями, развитие
которых протекает в очень влажной атмосфере. Так, исходя из экологического
разнообразия и условий жизни современных растений можно представить процесс
выхода растений на сушу и возникновение высших растений. Превращение водорослей
в высшие растения сопровождалось появлением у них способностей образовывать
стебли, корни, распространять споры по воздуху и размножаться в воздушной
среде.
С. В. Мейен считает что заселение суши водорослями произошло не в девоне, а
еще в досилурийское время, однако преобразование водорослей в высшие растения
осуществлялось целиком в наземных условиях.
Среди наземных беспозвоночных животных в это время существовали
паукообразные (крупные скорпионы), многоножки и насекомые, а в позднем девоне
появились первые земноводные — стегоцефалы. Основным местом их обитания
служили сильно заболоченные приморские низменности.
В целом ландшафт суши девонского периода был довольно свеобразным.
Растительность произрастала только на приморских низменностях и вокруг крупных
озерных водоемов. Берега были покрыты низкорослыми, полностью лишенными
листьев растениями, напоминающими голые или шиповатые прутья и палки. Удаленные
от моря пространства, полностью лишенные даже этой примитивной
растительности, представляли собой пустыни.
Ландшафт позднего силура (по. 3. Шпинару и 3. Буриану) . В этот
период времени появились первые наземные растения — псилофиты.
Поверхность суши, удаленная от водных бассейнов, была лишена почвенного
покрова. После дождя (а дожди в то время были продолжительными и весьма
обильными) вода по неровностям рельефа скатывалась в низины и при этом смывала
весь рыхлый поверхностный слой. Сток воды ничем не сдерживался, и это
продолжалось до тех пор, пока поверхность суши не выравнивалась. Лишь с освоением
суши первыми растениями, объединенными в сообщества, стало возможным
регулирование поверхностного стока. В это время появились почвы. Растения стали
защищать склоны возвышенностей от непрерывной эрозии и быстрого размыва.
Палеоботанические данные свидетельствуют о том, что уже с середины девона
появилась определенная зональная дифференциация растительного покрова. Так,
флора Сибири и севера Европы отличалась от среднеевропейской и тем более от
флоры Южной Африки и Южной Америки, что было вызвано главным образом
климатическими условиями в пределах их местообитания.
Очень интересна и своеобразна морская фауна девонского периода. В ней
господствовали рыбы, поэтому девонский период нередко называют периодом рыб. В
это время жили гигантские рыбы, достигающие в длину 10 м. Их голова и
передняя часть туловища была покрыта мощным панцирем из крупных костных пластин.
Эти рыбы вели малоподвижный донный образ жизни, и в конце девонского периода
многие них вымерли.
В девоне значительное распространение имели хрящевые рыбы — акулы, скаты,
двоякодышащие и кистеперые. Кистеперые рыбы обладали веретенообразным телом и
мощными плавниками, которые они использовали не только для плавания, но и для
перемещения по дну, особенно в период пересыхания водоемов. Скелет плавников
кистеперых рыб обладает определенным сходством со скелетом конечностей первых
наземных позвоночных — земноводных. Поэтому их обычно считают предками четве-
роногих животных. Кистеперые рыбы имели внутренние носовые отверстия для
дыхания атмосферным воздухом и вначале обитали в водоемах аридного климата, а
позднее переселились в моря. Возможно, что появление и расселение
двоякодышащих рыб объясняются периодическим, но кратковременным обмелением и
пересыханием мелководных девонских, водоемов. Долгое время считалось, что ни одна
древняя рыба не дожила до сегодняшнего дня. Однако около 25 лет назад1 во
время океанологических исследований в Индийском океане в трал попалась
довольно необычная на вид рыба, которая при ближайшем рассмотрении оказалась
кистеперой рыбой, получившей название латимерия. Это удивительный пример
живущей в настоящее время реликтовой формы девонской рыбы. Одно из чучел этой
уникальной рыбы выставлено в фойе Института океанологии АН СССР.
Морская фауна беспозвоночных девона временами была многообразной и
дифференцированной в географическом плане. Это определялось в основном изоляцией
эпиконтинентальных морей и различными климатическими условиями. В начале
девонского периода продолжали существовать реликтовые формы раннего палеозоя —
граптолиты, беззамковые брахиоподы, примитивные кораллы и т. д. Позднее
появились представители новых, ранее неизвестных групп, такие, как замковые
брахиоподы и головоногие моллюски. Брахиоподы, населявшие различные глубины и
участки моря с нормальной соленостью, отличались богатством видов, сильной
изменчивостью и обширными ареалами.
В начале девона появились, а впоследствии широко распространились
представители головоногих моллюсков — хюниатиды, обладавшие спирально-плоской слабо
скульптированной раковиной. Одновременно с этим произошло исчезновение
представителей другой группы головоногих моллюсков — наутилоидей. Дальнейшее
развитие получила коралловая фауна. В то время как роль табулят — этих
коралловых полипов — уменьшилась, большое значение приобрели четырехлучевые кораллы.
Береговые и барьерные рифы девонского периода поражают исследователей
своими размерами. В тропических морях Евразии их длина была соизмерима с длиной
современного Большого Австралийского рифа.
Значительные палеогеографические изменения, происходившие в девонском
периоде, были связаны с изменением соотношения суши и моря, развитием
континентальных условий в раннем и морских в позднем девоне, существованием
контрастного рельефа суши в раннем девоне и его постепенным нивелированием в конце
девона, развитием каледонских горных цепей и массивов различного простирания
и оказали влияние на формирование и географическое распространение климата.
Палеоклиматические индикаторы позволяют реконструировать климатическую
зональность и даже выразить значение температурного режима в абсолютных цифрах.
Поскольку в девоне широким распространением пользовались многочисленные
представители теплолюбивой фауны, температурный режим на многих континентах вряд
ли был ниже, чем в современном тропическом поясе. Климатическая
дифференциация в это время выражалась только в распределении и количестве атмосферных
осадков. На основании соотношения изотопов кислорода и по магнезиальности
кальцитовых раковин и скелетов беспозвоночных, которые накапливались в
равновесии с температурами среды обитания, были установлены значения абсолютных
температур. Оказалось, что в раннем девоне среднегодовые температуры на
Северном Урале составляли 26 °С. В среднем девоне в Закавказье температуры
достигали 23-28 °С, а на Северном Урале и на востоке Восточно-Европейской
платформы 26 и даже 30 °С. Это наряду с составом и распространенностью кор
выветривания и бокситов позволяет считать, что в раннем и среднем девоне
экваториальный пояс охватывал Урал, а в Закавказье располагался тропический пояс
южного полушария. Довольно высокие температуры существовали и на других
материках. Например, в Австралии они равнялись 28-30 °С, а в Северной Америке 27 -
1 В 1938 г.
30 °С. На основании этого можно предполагать, что здесь был распространен
экваториальный климат. В позднем девоне температурный режим снизился на 2-5 °С.
Аридные условия существовали на большей части Северо-Американского, Еврази-
атского и Гондванского (Африка, Австралия) континентов. Сильный дефицит влаги
вызвал образование пустынь и полупустынь на суше и мелководных морей с
повышенной соленостью. Во второй половине девона аридность климата стала
уменьшаться .
Гумидные (равномерно-влажные) условия, которым свойственно не только обилие
атмосферных осадков, но и их более или менее равномерное выпадение в течение
года, господствовали на значительной части Евразии, севере Северо-Амери-
канского, Южно-Американском и северо-западе Австралийского континентов. В
областях гумидного климата Евразии в среднем девоне появились обширные поймы и
дельты рек, а также крупные озерно-болотные системы. В пределах последних в
среднем девоне впервые стали формироваться угленосные толщи. Углеобразовате-
лями этого времени были псилофиты, а позднее — папоротникообразные растения.
Энергичнее угленакопление протекало в приморской зоне, т. е. в зоне наиболее
насыщенной растительностью.
На протяжении каменноугольного, или карбонового периода
палеогеографическая обстановка существенно изменялась. Основной причиной этого были герцин-
ские орогенические движения. Они выразились в образовании обширных поднятий,
складкообразовании, внедрении интрузий и развитии вулканизма различного
состава, а также регрессии моря. На протяжении позднего девона и раннего
карбона происходило сближение континентов. В результате перемещения Гондваны в
юго-западном направлении Южный полюс постепенно сместился на сушу. Сибирский
континент вместе с Казахстанским продолжал мигрировать на север. Все сильнее
сближаются Северо-Американский, Западно- и Восточно-Европейский континенты,
которые еще в конце девона образовали континент Еврамерику.
В раннем и среднем карбоне проявилась основная фаза герцинского цикла
складчатости. Особенно интенсивные складко- и горообразовательные движения
происходили в Евразии, территория которой до этого была занята океаническим
бассейном. Большинство прежних океанических бассейнов прекратило
существование. Сближающиеся материки омывал палео-Тихий океан, а между Еврамерикой,
Китайским и Гондванским континентами возник новый океан палео-Тетис. С севера
последний обрамлялся системой вулканических островных дуг.
В позднем карбоне континенты продолжали сближаться, образовался новый
супергигантский материк Пангея, который был представлен на юге Гондваной, а на
севере Лавразией. Лавразия сформировалась за счет соединения Еврамерики с
Сибирским и Казахстанским континентами. Только Китайский континент оставался
изолированным массивом и отделялся от Пангеи океаном палео-Тетис.
В течение каменноугольного периода в северном полушарии развивались морские
трансгрессии. Несмотря на огромные размеры возникших при этом морских
бассейнов, герцинскии орогенез способствовал их быстрому осушению. Огромные
пространства Северной Америки и Восточно-Европейской, Сибирской и Китайской
платформ в течение всего периода оставались занятыми морскими бассейнами.
Рельеф земной поверхности сильно усложнился под воздействием герцинских
тектонических движений, которые вызвали многочисленные поднятия, как в
пределах геосинклинальных поясов, так и на прилегающих платформах. Среди морских
ландшафтов преобладали шельфовые области, а также глубоководные впадины и
вулканические островные дуги. Активные воздымания земной коры и действие
таких важных экзогенных факторов, как деятельность ветра и поверхностных вод на
континентах, способствовали возникновению контрастного и сильно расчлененного
рельефа. Наряду с приморскими озерно-аллювиальными и озерно-дельтовыми
низменностями в пределах континентов существовали межгорные и предгорные
низменности и возвышенности, расчлененные густой сетью речных долин.
Положение литосферных плит и срединно-океанических хребтов в раннем
и среднем карбоне. Континенты и микроконтиненты: ЗЕ - Западно-
Европейский; Ик - Индокитайский; К - Китайский; Кз - Казахстанский;
Сб - Сибирский; Ит - Итальянский; Тур - Туранский.
В течение каменноугольного периода продолжалось освоение суши. В начале
периода растительный мир был представлен формами, типичными для позднего
девона, но отличительной чертой флоры являлось резкое увеличение числа древесных
форм среди плауновых, членисто-стебельных и папоротников. Наряду с
высокоорганизованными формами продолжала развиваться флора бактерий, водорослей, мхов
и грибов.
Одними из характерных представителей каменноугольной флоры были древовидные
плауновые — лепидодендроны. Они имели так называемое дихотомическое
ветвление, т. е. раздваивание каждого побега в верхней части ствола, и очень
жесткий слой коры. На ветвях спирально располагались побеги длиной от 1 до 50 см,
которые периодически опадали, оставляя на стволе ромбические рубцы.
Лепидодендроны обладали сильно разветвленной кроной и достигали высоты 30-40 м. Они
имели толстые, обширные, углубляющиеся в почву корневища с мелкими
спиральными корнями.
Древние членисто-стебельные были как травянистыми, так и древесными
формами . Среди них обособились клинолистниковые и каламитовые. Клинолистниковые —
это лианоподобные травянистые растения с тонким членистым и ребристым стеблем
и листьями клиновидной формы. Каламитовые — древовидные растения высотой 20-
30 м, по внешнему облику напоминающие современные хвощи.
Для этого времени были характерны древовидные папоротники высотой от
нескольких метров до 30 м и примитивные голосеменные — птеридоспериды.
Последние особенно широкое развитие получили в среднем и позднем карбоне. Они дали
начало новым формам, обладавшим значительным экологическим разнообразием по
сравнению с другими группами. Среди птеридосперм различались древесные формы,
кустарники и линзы. Типичными представителями этой группы являлись первые
семенные папоротники с крупными листьями и глоссоптериды, имевшие ланцетные
листья с сетчатым жилкованием. Особую группу составляли кордаитовые,
достигающие высоты 30 м и обладающие линейными листьями величиной до 1м. В конце
карбона появляются первые хвойные и гинкговые .
В течение карбона растительность постепенно перемещалась с приморских
низменностей в глубь континентов и стала произрастать на аллювиальных и озерно-
аллювиальных внутриматериковых и межгорных равнинах. В ее распределении нашла
отражение ландшафтно-климатическая дифференциация
В наземной фауне каменноугольных ландшафтов происходил расцвет земноводных
— стегоцефалов. По внешнему облику они напоминали современных гигантских
ящериц и змей и обитали сильно заболоченных низменностях, мелких водоемах и
болотных лесах. Появились первые древние рептилии — котиломеры — хищные,
растительноядные и насекомоядные формы. Весьма богатой и разнообразной в
каменноугольном периоде была морская фауна. Среди морских позвоночных важнейшее
значение имели рыбы, особенно акуловые, которые переживали период своего
расцвета. Весьма многочисленной была фауна беспозвоночных. В это время продолжали
существовать все те типы животных, что и в предшествующие периоды. Однако
своеобразие морской фауны карбона состояло в том, что почти все древние
примитивные формы вымерли.
На протяжении раннего карбона на планете господствовал тропический и
экваториальный климат. В Северной Америке среднегодовые температуры составляли
25-30 °С, в Закавказье 25-27 °С, на Урале 22-24 °С.
Аридный тропический климат преобладал в центральных частях Северо-
Американскохю и Евразиатскохю континентов (северный аридный пояс). Его южный
аналог выделялся по распространению аридных красноцветных пород и эвапоритов
в пределах Южной Америки, Северной Африки и Северо-Западной Австралии. По
положению аридных тропических поясов видно, что экваториальные влажные условия
должны были существовать на юге США, в Мексике, Центральной Америке, Западной
Европе и на европейской части СССР. Преимущественно в Евразии, Северной
Америке и в пределах Гондваны господствовали влажные тропические условия. Более
умеренные (близкие к субтропическим) условия существовали на Сибирском
континенте и на юге Гондваны.
Перечисленным климатическим поясам были свойственны вполне определенные
ландшафты. На суше в экваториальном поясе располагались обильно увлажненные
низменности, на которых росли древовидные папоротники, птеридоспермиды и
лепидодендроны. Обилие влаги и углекислоты в этих ландшафтах способствовало
активному преобразованию горных пород. При этом немаловажную роль играли
разнообразные биохимические и биологические процессы. Под их воздействием
возникали не только почвы, но и мощные коры выветривания латеритнохю и каолинитовохю
типов. В тропическом поясе в областях обильного увлажнения располагались
густые леса. В многочисленных постепенно зарастающих озерах и обширных болотах
захоронялись погибшие деревья и кустарники, образовавшие впоследствии мощные
залежи каменного угля.
Дремучие леса каменноугольного периода, состоящие из гигантских древовидных
форм — плаунов, хвощей и папоротников, напоминали современные мангровые
заросли болотистых побережий тропических морей. Густое переплетение высоких
кустарников, деревьев и лиан создавало непроходимые заросли и сумеречные
дебри.
Увеличение объема растительной биомассы на континентах привело к усиленному
Гинкговые считались вымершими, но в 1712 году в Китае был найден Гинкго
двулопастный. В течение многих веков думали, что в диком виде это растение не
встречается, теперь известно, что дикая форма гинкго произрастает в двух
небольших районах на востоке Китая, однако данные районы возделываются
человеком на протяжении тысяч лет, так что статус этой формы по-прежнему под
сомнением. В настоящее время культивируется в большинстве ботанических садов и
парков субтропической Европы и Северной Америки.
потреблению углекислоты из атмосферы. Благодаря процессам фотосинтеза
углекислота расщеплялась на углерод, накапливающийся в органических веществах, и
свободный кислород, уходящий в атмосферу. Возрастание количества кислорода в
атмосфере способствовало усилению процессов окисления минеральных соединений
на земной поверхности. В более высоких широтах в раннем карбоне существовал
климат, напоминающий современный субтропический или умеренно теплый. Однако
его отличительной чертой было отсутствие прохладных сезонов. От тропического
типа климата он отличался сравнительно низкими среднегодовыми и
среднемесячными температурами. Северный полюс в это время располагался на суше Сибирской
платформы. Несмотря на близость полюса, климат здесь был относительно теплым,
а это позволяло развиваться сравнительно теплолюбивой растительности.
Характерной чертой природных условий высоких широт этого времени, так же как и в
современную эпоху, являлось исчезновение солнца на долгие месяцы. Наступала
длительная полярная, но, в отличие от современной, теплая ночь, в течение
которой биологические процессы или вовсе прекращались, или сильно замедлялись.
Существовавший в карбоне ландшафт был фантастическим. В отличие от своих
тропических сородичей — высоких деревьев с раскидистой кроной и толстыми
стволами — представители растительного царства (например, плауновые) высоких
широт выглядели в карбоне иначе. У них редко имелись ветвящиеся стволы. В
основном это были прямые стволы без ответвлений и веточных рубцов. Толщина
стволов зависела от широты местности — чем южнее они росли, тем были толще.
Во второй половине каменноугольного периода на Земле произошли значительные
события, вызванные крупными тектоническими подвижками и перемещениями лито-
сферных плит. В результате на больших пространствах временно прекратилось
осадкообразование, изменился состав растительного и животного мира, и
ограничивалась связь полярных морских бассейнов с экваториальными. Это, а также
сильное, почти двукратное снижение содержания углекислого газа в атмосфере,
израсходованного на фотосинтез, привело к наступлению похолодания. Вначале в
полярных областях похолодание не было столь значительным, но появление
континентальной суши с ее высокими значениями отражательной способности земной
поверхности вблизи Южного полюса вызвало появление горных, а затем и покровных
ледников. Следовательно, суша на Южном полюсе сыграла роль глобального
холодильника . В северном полярном бассейне температура воды понизилась, так как
океанические воды стали плохо прогреваться, и уменьшился приток вод из
теплых, экваториальных бассейнов. Вероятно, что древний северный полярный
бассейн, как и существующий ныне Северный Ледовитый океан, на какое-то время
покрывался льдом.
В высоких широтах северного полушария в середине карбона повсеместно
исчезли заросли плауновых, а их место заняла совершенно новая флора, в которой
ведущую роль играли голосеменные растения — кордаиты, обладающие раскидистой
кроной ветвей. А. Н. Криштофович позднепалеозоискую растительность высоких
широт северо-востока Евразии называет кордаитовой тайгой. В ней кроме кордаи-
тов широкое распространение имели хвощи и настоящие папоротники.
По своему облику позднекарбоновая растительность этих районов относилась к
умеренному типу и произрастала в условиях, когда в прохладные сезоны
температура нередко опускалась ниже 0 ° С.
Кордаитовой тайгой были заняты низменности, берега рек и озер. Кордаиты
этого времени являлись одним из основных углеобразователей. Угленакопление
происходило не только в теплых климатических поясах, но и в пределах
умеренного .
Растительность холодного (нивального) и умеренного климата произрастала и в
южном полушарии. Однако значительные расстояния и сильная изоляция за счет
огромного океана Тетис (он находился на месте современного Средиземноморья,
Средней и Центральной Азии), ширина которого превышала 3000 км, привела к то-
му, что на Гондване в условиях прохладного климата возникла совершенно иная
растительность, не похожая на северную.
Сильное похолодание на юге гондванских материков способствовало образованию
ландшафтов, напоминавших ландшафты современной Антарктиды. Ледники покрывали
значительную часть Южной Африки и распространялись вплоть до среднего течения
р. Конго (Заир). И до настоящего времени здесь сохранились фрагменты донных и
боковых морен, а также отполированные поверхности с крупными выступами —
останцами и глубокими долинами, выпаханными ледниками. По мнению геологов,
южноафриканское оледенение имело четыре самостоятельных центра. Первый,
наиболее крупный, располагался в бассейне р. Оранжевой, второй — в области Гриква-
таун, третий — в Трансваале и четвертый — в прибрежной части Индийского
океана. Ледники существовали в Южной Америке (Уругвай, Аргентина, Парагвай,
Бразилия) и перемещались на северо-запад и запад. Ледниковые отложения широко
распространены в Индии, Австралии и Антарктиде. За пределами ледникового щита
располагались ландшафты, напоминающие четвертичные приледниковые степи.
Ледниковый покров существовал сравнительно недолго. Сохранились следы
периодического его отступания и наступания. В межледниковые эпохи, а они были
довольно продолжительными, климат становился умеренным и сравнительно быстро
низменности покрывались густыми зарослями папортниковых, среди которых
ведущую роль играли глоссоптериевые. Их листья имели языковидную и овальную
форму. На материках, расположенных в низких широтах (север Гондваны, Северо-
Американский континент, Европа и юг Азии), господствовал тропический и
экваториальный влажный климат. Низменности и возвышенности были покрыты густыми
экваториальными влажными лесами.
По остаткам кальцитовых раковин брахиопод и кораллов имевших
распространение в середине карбона в тропических морях Закавказья, Урала и Средней Азии,
определялись средние температуры среды их обитания. Они равнялись 20-24 °С. В
позднем карбоне фауна кораллов обеднела. Средние температуры среды обитания
брахиопод понизились до 15 °С в Закавказье, а в Средней Азии — до 10 °С. Лишь
температуры морей экваториального пояса оставались довольно высокими и
колебались от 20 до 24 °С.
Таким образом, в позднем карбоне на Земле происходило становление многих
ландшафтно-климатических зон и климатических поясов, известных в настоящее
время. В южнополярном и, возможно, северополярном районах располагались
области нивального климата, сходные с современными арктическим и антарктическим
климатом. В южном нивальном поясе, его можно назвать Южно-Гондванским,
формировался мощный ледниковый покров, а в северном — морские льды.
Области нивального климата обрамлялись северным и южным умеренными поясами.
Наряду с низкими среднегодовыми температурами влажность здесь была
незначительной, что ограничивало развитие растительности.
В пределах южного и северного поясов субтропического и тропического климата
существовал сильный дефицит влаги. Выделялись области с сезонным проявлением
засушливого климата. В северном субтропическом и тропическом поясах таковыми
являлись территории современного Казахстана, Монголии, Северного Китая. Здесь
существовали разреженный растительный покров (ксерофильные редколесья), были
слабо развиты гидрографическая сеть и озерно-болотные системы. В наиболее
засушливых секторах располагались пустыни.
Области тропического влажного климата смыкались с экваториальной областью и
характеризовались широким развитием лепидодендроновых, каламитов, птеридос-
пермид и древовидных папоротников.
В пермском периоде завершился герцинский этап развития. Это было время
активного орогенеза, сопровождающегося интенсивным вулканизмом. Сильные склад-
кообразовательные движения происходили в тех же областях, что в
каменноугольном периоде.
Положение литосферных плит и срединно-океанических
хребтов в позднем карбоне и ранней перми (по А. М.
Городницкому и Л. П. Зоненшайну).
Главные особенности герцинского цикла развития - возникновение новых
структур земной коры и сильное сокращение площади морских ландшафтов. Вновь
возникшие поднятия земной коры уже во второй половине пермского периода
подверглись сильной денудации. Присоединение герцинских возвышенных сооружений (гер-
цинид) к денудированным каледонским структурам и устойчивым массивам привело
к значительному разрастанию площади платформ. В течение герцинского орогенеза
сформировались крупные устойчивые структуры земной коры с платформенным
развитием, которые в отличие от древних платформ носят название эпигерцинских
платформ, или плит. Такими, в частности, являются Скифская, Туранская и
Западно-Сибирская плиты.
В течение ранней перми Гондвана, располагавшаяся в южном околополярном
районе, переместилась в северо-западном направлении и соединилась с Еврамерикой.
Последняя в это время находилась в приэкваториальной области. Многие
микроконтиненты причленились к вновь созданному суперконтиненту Пангея. Только
Китайский континент был изолирован и отделялся от Пангеи океаном палео-Тетис.
Места соприкосновения, смыкания и столкновения континентов были отмечены
поясами герцинского складко- и горообразования. Особенно ярко это проявилось
в Аппалачах и на Урале. Вдоль Аппалачей соединялись Северо-Американский и
Африканский континенты, а Уральский складчатый пояс с его современным
продолжением — Мугоджарами1, Салаиром2 и Зайсаном3 и фундаментом Западно-Сибирской
Мугоджары — южный отрог Уральских гор в Казахстане, к югу от Губерлинских
гор. Представляют собой ряд невысоких каменных гряд (сопок).
2 Салаирский кряж — низкогорная возвышенность в Южной Сибири, расположенная
на территории Алтайского края, Кемеровской и Новосибирской областей.
Протяжённость кряжа около 300 километров. Ширина 15—40 километров.
3 Зайсанский район — район на юго-востоке Восточно-Казахстанской области в
Казахстане.
плиты образовался в месте столкновения Сибирского и Казахстанского
континентов с Еврамерикой.
Тектоническая активность в пермском периоде способствовала возникновению
динамичного и сильно расчлененного рельефа. Наиболее сложным и контрастным
рельеф стал во второй половине перми в северном полушарии, главным образом в
тех местах, где завершались герцинские складкообразовательные движения и
активно протекали экзогенные процессы. На платформах располагались слабо
всхолмленные равнины и низменности, разделенные увалистыми водораздельными и
выровненными возвышенностями. Крупные горные сооружения имели высоту 2000-
3000 м. На платформах в ранней перми существовала довольно хорошо развитая
гидрографическая сеть. Области активизации платформ и каледонид представляли
собой выровненный, но возвышенный рельеф с относительно глубоко врезанными
долинами рек и разветвленной овражно-балочной системой. Высокие хребты, горные
массивы и глубокие межгорные и предгорные котловины были характерны для
областей активного воздымания в пределах складчатых поясов, осложненных
процессами сильной денудации. В межгорных котловинах располагались озера, а
предгорные котловины обрамлялись крупными конусами выноса обломочных пород.
В пределах Гондваны находились платообразные поверхности и низменности с
отдельными крутосклонными крупными котловинами. Возвышенный рельеф имелся
лишь в районах сочленения платформ с растущими герцинидами. Такие сооружения
находились на северо-западе Африки, западе Антарктиды, западе и юго-западе
Южной Америки и востоке Австралии.
Под влиянием значительных изменений природных условий в пермском периоде
(главным образом сокращение акватории морских бассейнов, усиление континен-
тальности, изменение температурных условий и т. д.), и из-за естественного
эволюционного процесса органический мир стал более высокоорганизованным и
приобрел новые черты.
Среди морских беспозвоночных широкое распространение получили представители
отряда корненожек (фораминифер) — фузулиниды, и новый класс головоногих
моллюсков — аммоноидеи и брахиоподы. Несколько сократилась роль четырехлучевых
кораллов, табулят, мшанок и иглокожих, но они продолжали оставаться основными
рифостроителями. Так, в строении рифовых комплексов Предуралья, протяженность
которых составляет сотни километров, главная роль принадлежала кораллам и
мшанкам.
Конец перми ознаменовался вымиранием подавляющего большинства палеозойских
групп. Исчезли четырехлучевые кораллы, табуляты, фузулиниды и почти все нау-
тилоидеи, древние морские ежи и лилии.
Большие изменения произошли в видовом составе, фауны водных позвоночных.
Сильно уменьшилось разнообразие среди рыб. Вымерли занимавшие промежуточное
положение между хрящевыми и костными акулообразные рыбы (акантодии), многие
акуловые, древние лучеперые, резко сократилось количество кистеперых и
двоякодышащих рыб.
Изменения природных условий сказались на эволюции растительного покрова и
наземных позвоночных. Жизнедеятельность наземных организмов протекала в более
экстремальных условиях, и они больше, чем морские формы, были подвержены
действию перепада температур и влажности.
В растительном царстве высшие споровые и примитивные голосеменные утратили
ведущее положение, основную роль стали играть более высокоорганизованные
голосеменные растения — цикадовые (саговообразные), хвойные и гинкговые.
Цикадофитовые (саговообразные) по своему строению и внешнему виду
напоминали семенные папоротники. Мелкорослые формы имели короткие и клубневидные
стебли, а древовидные формы — прямые и столбообразные стволы, заканчивающиеся
широкой кроной у вершины. Листья — крупные и перистые. Гинкговые были
довольно большими деревьями с сильно разветвленной кроной и очень своеобразными ли-
стьями в виде веерной пластинки (цельной или сильно рассеченной)
представленные деревьями и кустарниками, обладали линейными или игловидными листьями.
Замена одной флоры другой наиболее интенсивно происходила в областях с
жарким климатом, а в умеренном климате долгое время соседствовали реликты кор-
даитов, глоссоптериевой и каламитовой флоры с представителями голосеменных.
Значительные изменения происходили и в животном царстве суши. Под сильным
натиском рептилий земноводные постепенно утрачивали свои позиции и уступали
жизненное пространство. В течение ранней перми постепенно исчезли некогда
многочисленные примитивные амфибии. Им на смену пришли крокодилоподобные ла-
биринтодонты. Эти животные жили в условиях переменно-влажного климата с
короткими сезонами засухи, в неглубоких озерах и широких реках со спокойным
течением. Одни из них обладали слаборазвитыми конечностями и могли только
плавать , другие имели сильные крупные конечности, которые позволяли им
передвигаться по суше.
Как известно, амфибии обладают интенсивным испарением влаги с кожного
покрова, которое сопровождается общим охлаждением тела. В жаркой и влажной
атмосфере карбона такая реакция организма животного была защитной функцией.
Однако в условиях засушливого климата пермского периода эта функция стала
действовать во вред животным, вызывая периодическое обезвоживание и
переохлаждение организма, в результате чего одни амфибии стали приспосабливаться к
изменившимся условиям, а другие вымерли.
В середине карбона появились древние группы рептилий — котилозавры и
пеликозавры, а в ранней перми они достигли своего расцвета. Прогресс этих
животных был вызван рядом преимуществ перед амфибиями. Они обладали более
совершенным легочным дыханием, интенсивным кровообращением, имели плотный роговой
покров, предохраняющий их от избыточного испарения, и были способны
размножаться на суше.
В ранней перми была ярко выражена климатическия зональность. На земном шаре
выделились экваториальный, два тропических, два субтропических, два умеренных
пояса с различными режимами увлажнения.
Тропическим и экваториальнмм морям было свойственно большое видовое и
родовое разнообразие фауны кораллов, фузулинид, водорослей, головоногих и
двустворчатых моллюсков. Например, наиболее характерная для перми группа брахио-
под превышала 300 видов. В мелководных шельфовых областях располагались
крупные рифовые массивы — барьерные, береговые и атолловые.
Континентальные пространства экваториального равномерно-влажного климата
покрывались своеобразными лесами, которые С. В. Мейен выделяет под названием
Амеросинийского царства. Наряду с голосеменными и папоротниковыми в этих
лесах продолжали существовать карбоновые реликты — гигантские плауновые (лепи-
дофиты), крупные папоротниковые, семенные растения (птеридоспермы) и
древовидные хвощевые растения — каламиты.
В пределах тропических аридных секторов южного и северного полушарий
располагались пустыни и полупустыни, существовали моря и обширные заливы с
повышенной соленостью вод. Они были крупнейшими солеродными бассейнами. Аридные
условия в течение ранней перми в северном полушарии существовали в
центральной части Северной Америки, на большей территории Европы, в Казахстане и
Средней Азии. В южном полушарии сильная засушливость была характерна для
центральной части Южной Америки и северо-запада Африки.
К северу и югу от аридных секторов тропического пояса находились районы с
относительно высокой увлажненностью, в пределах которых располагались
низменности и холмистые возвышенности, покрытые влаголюбивыми лесами, крупные озер-
но-болотные и озерно-речные системы. Долины рек имели широкие русла, крупные
поймы и старицы. Обилие влаги и богатая растительность способствовали углеоб-
разованию.
В сторону полярных областей карбонатность морских и красноцветность
континентальных отложений снижались. Это вместе с особенностями флористических и
фаунистических сообществ свидетельствовало об умеренном температурном режиме.
Среднегодовые температуры вод морей умеренного пояса изменялись в пределах
10-14 °С.
Характерным районом господства умеренного влажного климата являлась
современная Сибирь. В ее лесах полностью отсутствовали теплолюбивые лепидофиты,
древовидные каламиты и папоротники. Абсолютное господство принадлежало кор-
даитам. Они облагали годичными кольцами нарастания и периодически сбрасывали
листву. Хотя в течение ранней перми происходило значительное расширение их
ареала, однако, в конце пермского периода их ареалы сильно сократились.
Предполагается, что среднегодовая сумма осадков составляла в умеренном и
субтропическом поясах 1000-1200 мм, а в экваториальном влажном превышала 1500 мм.
Умеренно холодные условия в течение ранней перми существовали в современной
Восточной Австралии и, возможно, в Коряко-Камчатской области. В Восточной
Австралии еще в начале перми сохранились ледники, скорее всего горного типа, о
чем свидетельствуют переуглубленные долины и формы ледникового рельефа,
свойственные горным областям. В Коряко-Камчатской области обнаружены образования,
сходные с ледниково-морскими.
Со временем влажный прохладный климат сменился более теплым, а в тех
районах, где в начале перми были умеренные условия, стали преобладать
субтропические. Это отразилось не только на составе органического мира, но и на
особенностях осадконакопления и литологическом составе отложений. В течение
позднепермской эпохи сильно расширились пояса тропического и экваториального
климата, что дает нам полное основание предполагать существование повышенного
температурного режима на Земле. Средние температуры тропических морей
(например, в Закавказье) составляли 20-26 °С. Более высокие значения были
свойственны морям экваториального пояса.
По сравнению с ранней пермью сильно расширились секторы аридного
тропического климата. Обильнее шло соленакопление в пределах платформенных морей и
заливов с высокой соленостью вод. Аридизация охватила также районы с
умеренным климатом и, как следствие, пространства, ранее покрытые густыми
кордактовыми лесами, уступили место ксерофильному редколесью.
Таким образом, в палеозойский этап истории Земли в результате каледонского
и герцинского тектонического циклов были созданы новые структуры земной коры.
Многие океаны и моря прекратили свое развитие. За счет столкновения
континентов увеличивались площади устойчивых структур и образовались эпипалеозойские
платформы. В конце палеозоя впервые в геологической истории Земли между вновь
возникшими герцинскими горными сооружениями и древними платформами
образовались узкие, но протяженные прогибы, названные передовыми, или краевыми. В
ландшафтном отношении они представляли собой предгорные низменности с хорошо
развитыми озерными и речными системами.
В результате интенсивных тектонических движений и экзогенных процессов
сформировался высокий, сильно расчлененный и дифференцированный рельеф.
В позднем палеозое климатическая зональность Земли усложнилась, и вместе с
тем происходили значительные изменения климата. Наиболее мягкий морской
климат преобладал в конце девона и в раннем карбоне, а в течение раннего девона
и большей части перми господствовали аридные условия. В позднем карбоне
произошло обширное материковое оледенение, охватившее территорию многих
современных континентов южного полушария и Индию.
Весьма знаменательным событием позднепалеозойского этапа развития
органического мира явился выход на сушу животных и растений. Сравнительно быстро
растительность осваивала сушу и заняла возвышенные и сильно удаленные от моря
участки.
Неравномерное заселение суши организмами и различия в почвенно-растительном
покрове низменных котловин, приморских равнин, возвышенностей и горных
массивов создали целую гамму ранее неизвестных ландшафтных обстановок. Наиболее
активно развивались области, примыкавшие к морским бассейнам. Здесь в
условиях высоких температур и влажности активно протекали почвообразовательные
процессы и существовала обильная органическая жизнь.
Увеличение общего объема растительности в позднем палеозое активизировало
поступление в атмосферу свободного кислорода и резко понизило баланс
углекислого газа. Данный процесс оказал и важное обратное воздействие на
растительность и животный мир, так как в этом случае происходила значительная
активизация процессов обмена веществ, усилилось воздействие атмосферы на климат,
шла интенсификация почвообразовательных и корообразовательных процессов, а
также процессов осадконакопления.
?**v-
Лабиринтодонты - характерные земноводные пермского периода,
населявшие заболоченные ландшафты (по 3. Шпинару и 3. Буриану).
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Ликбез
МИР МИКРОБОВ
РЕГУЛЯЦИЯ БИОЗИНТЕЗА
Общая метаболическая активность растущего микроорганизма отражает
одновременное действие многочисленных взаимосвязанных метаболических путей, как
производящих энергию, так и биосинтетических. Каждый данный метаболический путь
состоит из ряда отдельных реакций, катализируемых особыми ферментами. Продукт
этого множества реакций — новая клетка. Для успешной конкуренции в природе
необходимо, чтобы процесс роста был быстрым и эффективным. Поэтому клетка
должна обладать способностью управлять скоростями отдельных реакций каждого
метаболического пути и общими скоростями различных путей. Клетка может также
вносить качественные преобразования в работу метаболического аппарата в ответ
на изменение потребностей, вызванное в свою очередь изменениями в окружающей
среде. Для осуществления этих функций у микроорганизмов возникли
многочисленные регуляторные механизмы.
О существовании высокоразвитой системы регуляции микробного метаболизма
свидетельствуют многие наблюдения. Одно из них состоит в том, что макромоле-
кулярный состав бактерий зависит от питательных веществ, доступных для
клеток. Первое систематическое исследование этого аспекта регуляции было прове-
дено почти 20 лет назад О. Маалё (О. Maaloe) и его сотрудниками на энтеробак-
териях, в основном Salmonella typhimurium. Энтеробактерии могут синтезировать
все клеточные компоненты из одного источника углерода и неорганических солей,
а в качестве источников углерода они могут использовать множество
органических соединений. Некоторые из них, такие, как ацетат, метаболизируются
медленно и поддерживают низкую скорость роста; другие, например глюкоза,
метаболизируются быстрее и обеспечивают более быстрый рост. Если в среду добавлены
предшественники макромолекул (например, аминокислоты), то рост идет еще
быстрее. Таким образом, изменяя состав среды при постоянной температуре, можно
добиться, чтобы время удвоения биомассы культуры S. typhimurium варьировало
от 20 мин до нескольких часов (при 37 °С). Более того, размер и состав клеток
систематически изменяются в зависимости от скорости роста (табл. 1). Клетки,
растущие с высокими скоростями, более богаты РНК, содержат меньше ДНК и имеют
более крупные размеры, чем клетки, растущие с низкой скоростью. Эти изменения
в составе клеток определяются только скоростью роста при условии, что
температура остается постоянной.
Таблица 1. Размер и состав клеток Salmonella typhimvrium,
растущих экспоненциально с различной скоростью
Время удвоения
биомассы, мин
25
50
100
300
Средний вес
клетки, мкг
0,77
0,32
0,21
0,16
Содержание1, %
ДНК
3,0
3,5
3,7
4,0
общая РНК
31
22
18
12
рРНК2
25
14
9
4
Число 7OS-рибосом
на клетку
69 800
16 300
7 100
2 000
В расчете на вес сухого вещества клетки.
2 РНК, содержащаяся в рибосомах.
Влияние скорости роста на макромолекулярный состав клеток можно объяснить
следующим образом: быстро растущая клетка должна синтезировать белок гораздо
быстрее, чем медленно растущая клетка. Для осуществления же синтеза белка с
высокой скоростью необходимо, чтобы клетка содержала большее число рибосом,
так как скорость синтеза белка одной рибосомой постоянна. Способность
бактерии регулировать число рибосом весьма важна для поддержания высокой скорости
роста в различных условиях. Очевидно, что недостаточное число рибосом будет
ограничивать скорость роста; так же будет влиять на рост и избыток рибосом,
поскольку клетке придется заниматься непродуктивным синтезом рибосомных
белков и РНК.
Сходным образом регулируются биосинтез и деградация малых молекул в
бактериях, о чем свидетельствуют следующие данные, полученные на энтеробактериях:
1. При росте на синтетических средах, содержащих только одно органическое
соединение в качестве источника энергии, бактерии синтезируют все мономерные
предшественники макромолекул (например, аминокислоты) со скоростями,
которые точно соответствуют скоростям синтеза макромолекул.
2. Как только какой-либо из этих мономерных предшественников добавляют в
среду, его эндогенный синтез немедленно останавливается при условии, что эк-
зогенно добавленный предшественник может проникнуть в клетку.
3. Образование ферментов, осуществляющих биосинтез этих мономеров, также
прекращается .
4. Бактерии часто синтезируют ферменты, ответственные за усвоение тех или
иных органических субстратов, только в том случае, если эти соединения
присутствуют в среде.
5. Если имеется два органических субстрата, то бактерия сначала синтезирует
ферменты, необходимые для усвоения соединения, которое поддерживает более
быстрый рост; только после того, как это соединение исчерпывается,
синтезируются ферменты, необходимые для усвоения второго соединения.
БИОХИМИЧЕСКАЯ
ОСНОВА РЕГУЛЯЦИИ
В клетке имеются два различных регуляторных механизма: регуляция синтеза
ферментов и регуляция активности ферментов. Оба они действуют при посредстве
низкомолекулярных соединений, которые либо образуются в клетке как
промежуточные метаболиты, либо проникают в клетку из окружающей среды. В обоих
регуляторных механизмах участвует особый класс белков, которые называются алло-
стерическими белками1. Принципиальная важность аллостерических белков как
ключевых компонентов регуляторных систем была впервые отмечена Ж. Моно (J.
Monod) в 1963 г.
Аллостерические белки — это белки, свойства которых меняются при связывании
некоторых специфических малых молекул — эффекторов. Следовательно,
аллостерические белки — медиаторы метаболических изменений, управляемых изменениями
концентрации молекул эффекторов.
Существует два класса аллостерических белков: аллостерические ферменты,
активность которых повышается или понижается при связывании с эффекторами, и
регуляторные аллостерические белки, лишенные каталитической активности и
регулирующие синтез определенных ферментов.
Регуляторные аллостерические белки присоединяются к бактериальной хромосоме
вблизи структурных генов, активность которых находится под контролем этих
белков. Связывание регуляторных белков с малыми молекулами эффекторов
приводит к изменению скорости синтеза специфических информационных РНК, кодируемых
этими генами.
Регуляция
ферментативной
активности
К наиболее изученным в настоящее время аллостерическим белкам относятся
аллостерические ферменты, примером которых может служить аспартат — карбамоил-
трансфераза (аспартаттранскарбамоилаза, или АТКаза). АТКаза катализирует
первую реакцию биосинтеза пиримидинов (рис. 1). Ее активность ингибируется одним
из конечных продуктов этого биосинтетического пути — цитидинтрифосфатом
(ЦТФ) . Следовательно, повышенная концентрация ЦТФ внутри клетки ингибирует
действие АТКазы, а значит, и дальнейшее образование ЦТФ до тех пор, пока его
концентрация не снизится до оптимального уровня. Второй эффектор АТКазы, АТФ,
активирует фермент и координирует, таким образом, синтез пуриновых и пирими-
диновых нуклеотидов.
График зависимости скорости реакции, катализируемой АТКазой, от
концентрации субстрата представляет собой S-образную кривую (рис. 2), а не гиперболу,
типичную для неаллостерических ферментов (рис. 3). Специфическое действие ал-
лостерического ингибитора, которое также показано на рис. 2, заключается в
том, что S-образная форма кривой становится более выраженной и поэтому
скорость реакции при низких концентрациях субстрата падает; такое ингибирование
почти совсем прекращается при повышении концентрации субстрата. Кроме того,
1 Слово аллостерический означает - другой формы; оно подразумевает, что
эффекторы, регулирующие активность какого-либо аллостерического фермента,
отличаются по структуре от его субстрата.
S-образный характер кривой зависимости активности фермента от концентрации
субстрата показывает, что фермент имеет более одного участка связывания
молекул субстрата (каталитические центры). Присоединение молекулы субстрата к
одному из этих центров увеличивает способность фермента связывать
дополнительные молекулы субстрата в других каталитических центрах, т. е. происходит
кооперативное взаимодействие молекул субстрата с ферментом. Таким образом, по
мере увеличения концентрации субстрата скорость возрастания активности
фермента увеличивается. Такое же явление наблюдается и при связывании молекул
эффектора: они также кооперативно взаимодействуют с регуляторными центрами
фермента.
СООН СООН
Аспартат- _ I
с=о
©
№рбамс^>
(рот
\
СН2 ггсанснариамоилаза
CHNH *
СООН
Асларагинодая
кислота
СН,
1 I
NH,—C-NH-CH
СООН
Норбамоиласларагинова^
кислота
NH2
\
/
*S
Рис. 1. Аллостеричеекая регуляция первой реакции биосинтеза пиримидинов
(конденсация карбамоилфосфата и аспарагиновой кислоты с образованием карбамо-
иласпарагииовой кислоты). Фермент, осуществляющий эту реакцию, — аспартаттранскар-
бамоилаза — аллостерически ингибируется (сплошная линия) цити-динтрифосфатом,
конечным продуктом данной последовательности биосинтетических реакций.
2,5 5,П 7,5 Ю,0 \2£ 15,0
Йот,* -j.w-m? аспартато^мМ
Рис. 2. Изменение скорости реакции, катализируемой аспартаттранскарбамоилазой, в
зависимости от концентрации одного из субстратов — аспарагиновой кислоты. Отметьте
S-образный характер кривой. Показано также влияние аллостерического ингибитора ЦТФ
на активность аспартаттранскарбамоилазы.
I
П
ё
I
«О
5 ' 10
Концентрация АТФ,мМ
Рис. 3. Изменение скорости реакции, катализируемой типичным не-
аллостерическим ферментом (нуклеозиддифосфаткиназой), в
зависимости от концентрации одного из субстратов — АТФ. Отметьте
гиперболическую форму кривой.
Судя по сложности кривых, приведенных на рис. 2, можно предположить, что
аллостерические ферменты всегда являются белками с довольно высоким
молекулярным весом и состоят из нескольких субъединиц. Как правило, эти субъединицы
идентичны, причем каждая из них содержит каталитический и регуляторный
центры. Однако АТКаза состоит из субъединиц двух типов: одни субъединицы
выполняют каталитическую функцию, другие — регуляторную. Это позволяет особенно
наглядно продемонстрировать, что аллостерический и каталитический центры
пространственно разобщены. При мягком химическом воздействии (например, п-
хлормеркурибензоатом) АТКаза диссоциирует на субъединицы. Одна из них
(каталитическая) обладает полной ферментативной активностью интактного фермента,
но нечувствительна к аллостерическому ингибированию цитидинтрифосфатом или к
аллостерической активации аденозинтрифосфатом. Другая субъединица (регулятор-
ная) не проявляет каталитической активности, но обладает способностью
связывать ЦТФ или АТФ (рис. 4). Таким образом, связывание ЦТФ с одной субъединицей
ингибирует специфическую, катализируемую ферментом реакцию, протекающую на
другой субъединице. Детальный механизм такого аллостерического ингибирования
пока неизвестен, но в нем, очевидно, участвует какое-то конформационное
изменение фермента. Когда концентрация в клетке конечного продукта (эффектора)
данного биосинтетического пути повышается, каталитическая активность
аллостерического фермента, с которым он соединяется, понижается. Поскольку
активность этого фермента в свою очередь контролирует скорость биосинтеза
конечного продукта (эффектора), образование последнего также замедляется и его
концентрация внутри клетки начинает падать. Вследствие этого снижается и уровень
аллостерического ингибирования. С помощью такого механизма регуляции по
принципу обратной связи или ингибирования конечным продуктом в клетке
поддерживается нужная концентрация биосинтетических интермедиатов. Обычно мишенью
ингибирования конечным продуктом (или продуктами) того или иного
биосинтетического пути является фермент, осуществляющий первую реакцию данного пути.
Очевидно, что в этом случае ни конечный продукт, ни интермедиаты, участвующие в его
образовании, не могут накапливаться в клетке. При посредстве такой регуляции
скорость образования метаболических интермедиатов влияет на скорость
функционирования катаболических путей.
Благодаря этому контролируется первичная скорость поступления углерода во
все биосинтетические последовательности реакций и общая скорость синтеза АТФ.
Натибныи фермент
ЛСН
Олигомерные субъединицы
Олигомерные
субъединицы
гомеры ^^*
щен
^
Протомер!
СГТТ^Э
Рис. 4. Диссоциация нативной аспартаттранскарбамоилазы на две каталитические и три
регуляторные субъединицы (олигомеры) при мягкой химической обработке, например п-
хлормеркурибеизоатом (ПХМБ). При более жестком химическом воздействии, например в
присутствии додецилсульфата натрия (ДСН), выявляется, что каждая каталитическая
субъединица состоит из трех, а каждая регуляторная субъединица — из двух полипепти-
диых цепей (протомеров). Каждый каталитический протомер содержит один
каталитический центр (s) , с которым связываются субстраты, а каждый регуляторный протомер —
один регуляторный центр (е), с которым связываются эффекторы. Каталитические
субъединицы каталитически активны, но нечувствительны к аллостерическому ингибированию
или активации. Регуляторные субъединицы каталитически неактивны, но сохраняют
способность связывать аллостерические эффекторы2.
РЕГУЛЯЦИЯ
СИНТЕЗА
ФЕРМЕНТОВ
Ингибирование конечным продуктом, осуществляемое аллостерическими
ферментами, в основном достаточно для того, чтобы все биосинтетические и катаболиче-
ские реакции протекали в равновесии друг с другом. Однако, если продукт
какой-либо последовательности реакций не нужен, ферменты, катализирующие эти
реакции, становятся избыточными. В регуляции микробного метаболизма участвуют
также механизмы, изменяющие ферментативный состав клетки; эта регуляция
осуществляется на уровне выражения генов, и ее генетические аспекты будут
обсуждаться позже.
2 Настоящая модель фермента предложена в статье Cohlberg J. A. , Pigie V. R. ,
Schachman H. К.. Structure and arrangement of the regulatory subunits in
aspartate transcarbamylase, Biochemistry, 11, 3393 (1972).
Индукция
синтеза
ферментов
Многие бактерии способны использовать в качестве источника углерода и
энергии самые разнообразные органические соединения, но в каждый данный момент в
среде может присутствовать лишь одно из этих соединений. Хотя генетическая
информация, необходимая для синтеза соответствующих ферментов, имеется в
клетке всегда, ее фенотипическое выражение определяется условиями окружающей
среды и данный фермент синтезируется только тогда, когда имеется его
субстрат .
Индукция синтеза фермента происходит под действием некаталитических алло-
стерических белков, которые являются продуктами определенных регуляторных
генов; они контролируют синтез ферментов негативно, т. е. связываются с
бактериальной хромосомой в каком-то участке вблизи структурных генов,
детерминирующих синтез этих ферментов, и препятствуют их транскрипции. Такие белки
носят название репрессоры. Если репрессор связывается со своим специфическим
аллостерическим эффектором, который называется индуктором, он утрачивает
способность блокировать транскрипцию, в результате чего начинается синтез
определенного фермента.
Этот тип регуляции синтеза ферментов был впервые обнаружен Ж. Моно и его
коллегами при изучении индукции ферментов, обеспечивающих усвоение лактозы
клетками Е. coli.
Хотя клетки Е. coli образуют ферменты, необходимые для метаболизма глюкозы,
независимо от условий выращивания (такие ферменты называются
конститутивными) , в клетках, растущих на глюкозе, с трудом можно обнаружить лишь
незначительные количества ферментов, катализирующих начальные реакции метаболизма
лактозы. Однако в клетках, растущих на лактозе, эти ферменты присутствуют в
больших количествах. Поскольку их образование индуцируется лактозой, они
получили название индуцибельные ферменты; к ним относятся галактозидпермеаза —
белок, обеспечивающий проникновение лактозы в клетку, и р-галактозидаза —
фермент, катализирующий гидролитическое расщепление лактозы на составляющие
моносахариды — глюкозу и галактозу. Галактоза, образовавшаяся под действием
р-галактозидазы, в свою очередь индуцирует ряд ферментов, участвующих в
метаболизме галактозы. Таким образом, воздействие лактозы на клетку приводит к
непосредственной индукции ферментов, осуществляющих расщепление лактозы на
составляющие моносахариды, и косвенной (вторичной) индукции ферментов
метаболизма галактозы. Такая сложная индукция называется последовательной
индукцией, так как метаболизм первого индуцирующего субстрата (в данном случае
лактозы) приводит к образованию в клетке метаболита (в данном случае галактозы),
который по своей индуцирующей способности отличается от первичного субстрата
(рис. 5).
Если сам индуцирующий субстрат — единственный доступный для культуры
источник углерода и энергии, то кинетика синтеза фермента приобретает сложный
характер, поскольку фермент необходим как для расщепления субстрата, так и для
образования АТФ и метаболических интермедиатов, которые в свою очередь нужны
для синтеза самого фермента. Таким образом, скорость синтеза фермента часто
пропорциональна количеству уже синтезированного фермента. Менее сложная
ситуация наблюдается в условиях, когда на синтез фермента не влияют
метаболические процессы, которые обычно являются результатом активности индуцируемых
ферментов. Этого можно достичь, если использовать аналог индуцирующего
субстрата, который может вызывать индукцию, но не подвергается превращению под
действием индуцируемого фермента; культура выращивается в присутствии
метаболически независимого источника углерода и энергии (например, глицерина).
Тип Индуцирующее Метаболический
фермента соединение Фермент путь
Индуцибель-
ный
Лактоза
Конститутивный
fa/юктоза
^ Лактоза (вне клетки)
Галантозид2 у |
пермеаза ^~~*\>
Лактоза (внутри клетки)
\£-1алактози-
дага
Пзлантоза
(Шлактониназа ±
Трансфераза ^
Эпимераза I
Глюкозо-1-фосфат Глюкоза
Ферменты пути
Эмбдена—Мейергофа
(люкозо-6-фосфат
i
i
Пировиноградная
кислота
Рис. 5. Изменение набора ферментов клетки Е. coli под действием
лактозы. Два индуцибельных фермента синтезируются согласованно
непосредственно под действием лактозы. Один из продуктов
катализируемой ими последовательности реакций, глюкоза, расщепляется
далее конститутивными ферментами пути Эмбдена—Мейергофа. Другой
продукт, галактоза, индуцирует согласованный синтез еще трех
ферментов, катализирующих ее превращение в глюкозо-1-фосфат (ин-
термедиат пути Эмбдена—Мейергофа).
Такая индукция синтеза р-галактозидазы неметаболизирующимися аналогами
субстрата проявляет весьма характерную зависимость от времени. После добавления
индуктора следует непродолжительная задержка, а затем начинается синтез
фермента. Он продолжается (до тех пор, пока в среде имеется индуктор) с
постоянной относительной скоростью, т. е. р-галактозидаза составляет постоянную долю
всего новосинтезированного белка клетки. Постоянство относительной скорости
синтеза фермента после индукции можно продемонстрировать, если отложить на
графике зависимость активности фермента от клеточной массы (рис. 6).
Получается прямая линия, которая показывает, что определенное увеличение общей
массы клеток все время сопровождается пропорциональным увеличением количества р-
галактозидазы. Каждому индуктору соответствует своя относительная скорость
синтеза фермента; измерение относительных скоростей позволяет количественно
сравнивать эффективность различных индукторов. Эффективность лактозы как
индуктора также можно оценить, хотя она и расщепляется р-галактозидазой (рис.
6). Довольно любопытно, что лактоза, природный индуктор р-галактозидазы,
менее эффективна, чем многие синтетические аналоги, которые не встречаются в
природе. Действительно, тщательное изучение роли лактозы как индуктора
показало, что для инициации синтеза фермента необходимо, чтобы небольшое
количество лактозы было вначале превращено (под действием каталитической активности
ничтожного количества р-галактозидазы, присутствующей в неиндуцированной
клетке) в другой галактозид, который и служит фактически индуцирующим
соединением. Следовательно, лактоза не является непосредственным индуктором
синтеза ферментов в отличие от более активных синтетических аналогов (например,
изопропил-р-тио-Б-галактозида). Эта ситуация, видимо, представляет собой
исключение из общего правила, так как обычно субстраты или основные
метаболические продукты индуцибельных ферментов действуют как их непосредственные
индукторы .
?
5
Е
3
Z00
200
W0
иптгюг'м
ТМГ 10~4М
Добавле
ние ин
дук-
-тора
Лактоза 10~*М
10 20 30 40 50 60 70
dec сухой биомассы, мкг/мл
Рис. 6. Влияние на относительную скорость синтеза р-
галактозидазы в клетках Е. coli, растущих на минеральной среде с
глицерином в качестве источника углерода, трех различных
индукторов : естественного индуктора — лактозы и двух аналогов лактозы
— изопропилтиогалактозида (ИПТГ) и тиометилгалактозида (ТМГ).
Хотя эти аналоги не встречаются в природе и не гидролизуются р-
галактозидазой, они значительно более эффективны в качестве
индукторов, чем лактоза.
Все соединения, способные индуцировать р-галактозидазу, индуцируют также
синтез галактозидпермеазы, и соотношение относительных скоростей синтеза этих
двух ферментов всегда постоянно. Если синтез двух или большего числа
ферментов проявляет такую тесную физиологическую взаимосвязь, его называют
координированным. Координация обычно, но не всегда — следствие близости структурных
генов соответствующих ферментов на бактериальной хромосоме; другими словами,
она является фенотипическим проявлением общей системы генетической регуляции.
Если при воздействии на клетки первичного индуктора (например, лактозы,
рис. 5) происходит последовательная индукция ряда генов, то вторичная
индукция (скажем, индукция ферментов метаболизма галактозы) никогда не
координируется с первичной (т. е. с индукцией р-галактозидазы и галактозидпермеазы),
так как никакого общего генетического регуляторного механизма, связывающего
эти два процесса, не существует. Это можно продемонстрировать на физиологиче-
ском уровне: непосредственное воздействие на клетку метаболитнохю индуктора,
который обычно образуется из первичного субстрата, не вызывает синтеза
ферментов, участвующих в усвоении первичного субстрата. Поэтому клетки Е. coli,
растущие на галактозе, содержат очень мало р-галактозидазы.
Позитивная регуляция
индукции синтеза
ферментов
Хотя большинство изученных до сих пор систем индукции синтеза ферментов,
подобно лактозной системе, действует только путем негативной регуляции,
индукция синтеза ферментов метаболизма арабинозы у Е. coli находится под
контролем репрессора, который может осуществлять как позитивную, так и
негативную регуляцию. Арабинозный репрессор всегда связан с хромосомой, а его
влияние на процесс транскрипции изменяется при связывании индуктора (арабинозы).
Когда арабиноза отсутствует, репрессор блокирует транскрипцию точно так же,
как это делает лактозный репрессор. Однако, связавшись с арабинозой,
репрессор претерпевает конформационное изменение, в результате чего он превращается
в активатор, включающий транскрипцию. С физиологической точки зрения
позитивная и негативная регуляция неразличимы. Их можно различить только путем
тщательного изучения мутаций, влияющих на действие регуляторного гена.
Катаболитная
репрессия
Около 35 лет назад Ж. Моно открыл явление, которое называется диауксией. Он
заметил, что рост культуры Е. coli в среде, содержащей в качестве источника
углерода какую-либо пару соединений (например, глюкозу и галактозу), проходит
через две стадии, представляющие собой две экспоненциальные фазы роста,
разделённые отчетливой лаг-фазой (рис. 7). В течение первой стадии используется
глюкоза, в течение второй — галактоза. До исчерпания в среде запасов глюкозы
ферменты метаболизма лактозы не синтезируются (хотя индуктор все время
присутствует) . Метаболизм глюкозы препятствует индукции синтеза р-галактозидазы
и галактозидпермеазы. Подобные кривые роста получаются на средах, содержащих
глюкозу в сочетании с рядом других источников углерода, которые расщепляются
индуцибельными ферментами. Вначале считалось, что этот тип подавления
индукции синтеза ферментов возможен только в случае использования глюкозы, поэтому
его назвали «глюкозным эффектом». Дальнейшие исследования показали, что все
быстро расщепляющиеся источники энергии подавляют образование ферментов,
необходимых для усвоения более медленно расщепляющихся источников энергии, и
теперь это явление называют катаболитной репрессией.
В результате катаболитной репрессии клетка всегда в первую очередь
использует субстрат, поддерживающий наиболее высокую скорость роста. Однако, помимо
этого, система катаболитной репрессии регулирует скорость расщепления
источников углерода. Даже при росте на единственном источнике углерода количества
ферментов, необходимых для образования АТФ, регулируются с помощью механизма
катаболитной репрессии.
Уровень катаболитной репрессии пропорционален внутриклеточному содержанию
АТФ. При этом синтез всех катаболических ферментов регулируется единственным
аллостерическим белком, который обозначают БАК {белок, активируемый катаболи-
том). Его эффектор — нуклеотид, циклический аденозин-3!,5!-монофосфат
(циклический АМФ) — синтезируется из АТФ. С помощью каких-то пока еще не совсем
понятных механизмов внутриклеточная концентрация циклического АМФ изменяется в
обратной зависимости от количества АТФ. Поэтому, когда клетка растет на быст-
ро расщепляющихся субстратах, внутриклеточная концентрация циклического АМФ
низка; когда клетка растет на медленно расщепляющихся субстратах, его
концентрация высока. Циклический АМФ был обнаружен во всех исследованных бактериях.
Поскольку он не является интермедиатом какого-либо известного метаболического
пути, единственной физиологической функцией, которую циклический АМФ
выполняет в клетках бактерий, является, видимо, регуляторная функция3. Присоединение
циклического АМФ к БАК вызывает в белке аллостерическое изменение,
позволяющее ему связываться с хромосомой вблизи генов, кодирующих ферменты,
подчиняющиеся катаболитной репрессии; такое связывание стимулирует транскрипцию этих
генов. В отсутствие циклического АМФ БАК неактивен. Итак, для синтеза
ферментов, осуществляемого под контролем механизма катаболитной репрессии,
необходимо наличие БАК и относительно высоких внутриклеточных концентраций
циклического АМФ. Мутантные штаммы, у которых отсутствует способность к синтезу БАК
или циклического АМФ, не могут вследствие этого синтезировать многие
ферменты.
«ъ
**
Рис. 8.7. Диауксическнй рост культуры Е. coli на минеральной
среде, содержащей равные количества глюкозы и лактозы,
используемых в качестве источника углерода. Временное прекращение
роста примерно через 4 ч соответствует полной утилизации глюкозы.
Во время лаг-периода начинается синтез р-галактозидазы и галак-
тозидпермеазы.
Следует отметить, что эффективность действия какого-либо источника энергии
в качестве катаболитного репрессора зависит не от его химической структуры, а
исключительно от его эффективности как источника углерода и энергии. Хемо-
гетеротрофные бактерии сильно различаются по относительной эффективности
использования различных органических соединений в качестве источников углерода
и энергии. Поэтому соединения, являющиеся наиболее активными катаболитными
репрессорами у одного организма, могут быть сравнительно малоактивны у друго-
У эукариот циклический АМФ также действует как регулятор, но здесь он
участвует не только в регуляции синтеза ферментов, но и в клеточной дифференци-
ровке.
го. Например, для Е. coli глюкоза — гораздо более эффективный катаболитный
репрессор, чем сукцинат, тогда как для Pseudomonas putida наблюдается
обратное соотношение эффективностей этих двух соединений.
Репрессия
конечным
продуктом
Добавление в питательную среду соединения, являющегося конечным продуктом
какого-либо биосинтетического пути (например, аминокислоты), вызывает у
многих бактерий замедление или быструю остановку синтеза ферментов
соответствующего пути. Это явление называется репрессией конечным продуктом.
Ферменты, синтез которых обычно подавляется конечным продуктом, могут быть
дерепрессированы (т. е. могут синтезироваться быстрее, чем в норме), если
внутриклеточная концентрация конечного продукта падает до очень низкого
уровня. В частности, ферменты, осуществляющие биосинтез аргинина, часто могут
быть дерепрессированы в бактериях, растущих в среде, содержащей многие другие
аминокислоты. В таких условиях скорость синтеза белка ограничивается в первую
очередь скоростью синтеза аргинина. В результате внутриклеточная концентрация
аргинина падает, что приводит к включению механизма дерепрессии.
Таким образом, регуляция биосинтетических путей по принципу обратной связи
осуществляется двумя способами: ингибированием конечным продуктом (регуляция
активности ферментов) и репрессией конечным продуктом (регуляция синтеза
ферментов) . Хотя репрессия конечным продуктом оказывает немедленное воздействие
на скорость синтеза фермента, тем не менее, если бы не существовало другого
регуляторного механизма, биосинтетический путь все равно продолжал бы
функционировать до тех пор, пока предсуществующие ферменты не были разбавлены до
низкой концентрации вследствие продолжающегося роста клеток; в то же время
ингибирование активности ферментов конечным продуктом мгновенно останавливает
действие биосинтетического пути. Следовательно, механизмы респрессии и инги-
бирования конечным продуктом дополняют друг друга и при совместном действии
весьма эффективно регулируют биосинтетические процессы. Все биосинтетические
пути находятся под контролем механизма репрессии конечным продуктом; таким же
способом регулируются обычно и все ферменты данного пути.
Была подробно изучена репрессия конечным продуктом синтеза ферментов,
катализирующих последовательность реакций биосинтеза триптофана у Е. coli. Особый
ген (trpR) обеспечивает синтез аллостерического белка, называемого триптофа-
новым рапрессором, единственной функцией которого является регуляция
биосинтеза ферментов этой последовательности реакций. В свободном состоянии
репрессор неактивен, но при связывании с триптофаном (корепрессором) он
претерпевает аллостерическое изменение, позволяющее ему связаться с участком хромосомы
вблизи структурных генов и препятствовать таким образом их транскрипции4.
Мутанты, не способные продуцировать репрессор, становятся нечувствительными к
конечному продукту; они образуют большое количество ферментов биосинтеза
триптофана при всех условиях (т. е. они конститутивны в отношении этих
ферментов) .
Ферменты биосинтеза аргинина у энтеробактерий регулируются с помощью
механизма, аналогичного механизму регуляции ферментов синтеза триптофана; их
синтез также контролируется особым белком-репрессором, который кодируется геном
4 Регуляция синтеза ферментов, участвующих в биосинтезе триптофана или гисти-
дина, осуществляется более сложным путем: помимо регуляции на уровне
инициации транскрипции при участии репрессора имеется также регуляторный механизм,
контролирующий терминацию транскрипции в начале оперона. — Прим, ред.
argR. Однако ферменты биосинтеза гистидина регулируются по-другому. Хотя
подробно этот механизм пока не изучен, ясно, что специального белкового репрес-
сора ферментов синтеза гистидина не существует. Возможно, что один из
ферментов этого биосинтетического пути сам действует в качестве репрессора.
Изложенные общие положения, основаны в значительной степени на данных,
полученных при изучении энтеробактерии; они, вероятно, приложимы и к другим
бактериям.
Регуляторные
механизмы:
заключение
Все известные регуляторные механизмы действуют при участии аллостерических
белков, активность которых изменяется при связывании с ними небольших
молекул . Поэтому они служат чувствительными детекторами внутриклеточной
концентрации ключевых метаболитов и изменяют общую метаболическую активность клетки
таким образом, чтобы обеспечить максимальную скорость роста за счет наиболее
эффективного превращения питательных веществ в компоненты клетки. Все эти
механизмы и их характерные особенности рассмотрены вкратце в табл. 2.
Таблица 2. Основные регуляторные механизмы бактерий
Механизм
Ингибирова-
ние конечным
продуктом
(регуляция
биосинтеза
пиримидинов
по принципу
обратной
связи)5
Индукция
синтеза
ферментов ;
негативная
регуляция
(индукция р -
галактозида-
зы)
Индукция
синтеза
ферментов ;
позитивная
регуляция
(индукция
ферментов
метаболизма ара-
бинозы)
Катаболитная
Аллостериче-
ский белок
Первый
фермент
метаболического
пути (аспар-
таттранскар-
бамоилаза)
Репрессор
(продукт
гена lad)
Репрессор-
активатор
(продукт
гена агаС)
БАК
Эффектор
Конечный
продукт
таболического пути
(ЦТФ)
Индуктор
(лактоза)б
Индуктор
(арабиноза)
Циклический
Активность
аллостерического белка
свободного
Катализирует
первую
реакцию
метаболического
пути
Связывается
с
хромосомой;
препятствует
синтезу
фермента
Репрессирующая форма;
связывается
с хромосомой
и
препятствует синтезу
фермента
Не может
связанного с
эффектором
Имеет
пониженную
каталитическую
активность
Не способен
связываться
с
хромосомой; не
препятствует
синтезу
фермента
Активирующая
форма;
связывается с
хромосомой и
делает
возможным
синтез фермента
Связывается
Физиологиче-
ское
действие
Регулирует
биосинтез
небольших
молекул
(ЦТФ)
Ферменты
синтезируют-
ся только в
том случае,
если их
субстраты
присутствуют в
среде
Ферменты
синтезируют-
ся только в
том случае,
если их
субстраты
присутствуют в
среде
Дает возмож-
5 Обратите внимание на примеры действия основных регуляторных механизмов,
приведенные в скобках.
6 Лактоза не является истинным индуктором (см. в тексте).
репрес сия
(ре прессия
синтеза р-
галактозида
зы глюкозой)
Репрессия
конечным
продуктом
(регуляция
синтеза
ферментов ,
необходимых
для
биосинтеза
триптофана)
Репрессор
(продукт
гена trpR)
АМФ
Конечный
продукт био-
синтетиче-
ского пути
(триптофан)
связываться
с хромосомой
Не может
связываться
с хромосомой
с хромосомой
и
стимулирует синтез
фермента
Связывается
с хромосомой
и
препятствует синтезу
фермента
ность клетке
использовать
большинство
выгодных
источников
углерода;
регулирует
скорость
катаболизма
Регулирует
синтез
ферментов ,
участвующих в
биосинтетическом пути
(ферменты
биосинтеза
трипт о ф ана)
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
до!
ОСВАИВАЕМ СТАТИСТИКУ
Бродский Я.С.
СУБЪЕКТИВНАЯ
ВЕРОЯТНОСТЬ
В предыдущих параграфах о вероятности некоторого события говорилось в двух
случаях: при существовании большого числа статистически устойчивых опытов и
при конечном числе равновозможных исходов эксперимента.
Иногда вероятность рассматривают как некоторую меру личного доверия к
какому-либо утверждению, например, к утверждению о том, что сегодня будет снег.
Такие вероятности часто называют субъективными. Сторонники такого подхода к
оценке вероятности считают, что различные лица могут проявлять различную
степень доверия к тому или иному утверждению, исходя из одних и тех же фактов,
поэтому субъективные вероятности какого-либо события могут оказаться
различными. Они применяют теорию вероятностей не только к анализу статистически
устойчивых экспериментов и экспериментов с конечным числом равновозможных
исходов, но и многих других. Например, они могут говорить о вероятности свершения
террористического акта в том или ином регионе, в той или иной стране.
Субъективную оценку вероятности получают на основе суждения определенного
лица о вероятности некоторого события. Такой подход может показаться не
научным, однако часто оказывается, что это есть лучшее, что можно сделать в
отсутствие предыдущего опыта (т. е. не имея возможности использовать
относительную частоту) и в отсутствие равновозможности исходов эксперимента (т. е.
без возможности вычислить теоретическое значение вероятности). Один из путей
улучшения качества подхода на основе субъективной оценки вероятности состоит
в использовании мнения эксперта в данной области. Например, можно воспользо-
ваться мнением специалиста по банковским инвестициям для оценки вероятности
того, что слияние конкурирующих фирм окажется успешным, или мнением инженера
о технической осуществимости нового технологического подхода в области
энергетики, или мнением спортивного специалиста о шансах той или иной команды в
соревновании и т. д.
Когда человек говорит, что с вероятностью 0,9 он выйдет завтра утром на
прогулку, то фактически он учитывает ряд условий, к которым он пришел на
основании размышлений. Например, этими условиями могут быть следующие: к нему
никто не должен прийти, погода позволит выйти на прогулку, дела не помешают
этой прогулке, состояние здоровья не будет препятствовать прогулке и т. д.
При этом не исключается возможность того, что одно из перечисленных условий
не даст осуществить прогулку. Ясно, что приведенная вероятность носит
субъективный характер: у другого человека по поводу вероятности того же события
могут быть другие суждения.
Когда человек ставит себе задачу оценить вероятность события А, он
учитывает как природу события А, так и все, что он знает относительно различных
возможностей, которые могут благоприятствовать или не благоприятствовать
осуществлению события А.
Многие считают, что количественные оценки для вероятностей тех или иных
поступков отдельных лиц (физических или юридических) едва ли можно считать
интересными в научном плане. Эти вероятности имеют отношение лишь к данному
лицу и в большой степени зависят от его психологических и физиологических
особенностей и даже от его состояния в данный момент. Выводы, которые при этом
будут получены, несправедливы не только для других людей, но и для того же
лица в другое время. В то же время выводы, сделанные на основании
субъективных оценок вероятностей, могут представлять определенный интерес.
Пример. Против некоторой фирмы возбуждено судебное дело. Предъявлен иск на
50 000 денежных единиц. Нужно выбрать оптимальную стратегию для защиты
интересов фирмы. Для этого требуется оценить, насколько правдоподобными являются
различные возможные исходы дела. Юридическая служба фирмы предлагает уладить
дело без судебного разбирательства, путем переговоров. Возможны следующие
представляющие интерес события:
урегулирование вопроса с затратами менее 1000 денежных единица-
урегулирование вопроса с затратами от 1000 до 10 000 денежных единица-
урегулирование вопроса с затратами более 10 000 денежных единиц.
Как определить вероятности этих событий? Достаточное количество аналогичных
случаев, которое позволило бы применить статистический подход, отсутствует.
Исходы неравновозможны, поэтому неприменима и классическая модель. Остается
единственный путь — провести субъективную оценку вероятности. Изучив все
обстоятельства дела, юридическая служба представила следующие значения
субъективной вероятности:
• урегулирование вопроса с затратами менее 1000 денежных единиц — 0,10;
• урегулирование вопроса с затратами от 1000 до 10 000 денежных единиц —
0,65;
• урегулирование вопроса с затратами более 10 000 денежных единиц — 0,15.
Обратите внимание на то, что сумма этих вероятностей равна 0,90, при этом
остается вероятность в 0,10, что дело будет решаться в суде.
Эти субъективные вероятности представляют наилучшую из доступных оценок
правдоподобия различных вариантов развития событий, и из них следует, что,
вероятно, вопрос можно будет урегулировать со средними затратами, существенно
меньшими 50 000 денежных единиц. Теперь можно воспользоваться этими значения
ми вероятности для того, чтобы принять непростые решения относительно типа и
объема доводов, которые можно привести в защиту интересов фирмы.
Итак, можно говорить о трех источниках получения вероятностей для их
использования в реальной жизни: найти относительную частоту (с помощью
эксперимента) , вычислить теоретическое значение вероятности (используя формулы) или
воспользоваться субъективной оценкой вероятности (на основе экспертных
заключений) .
ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ
СЛУЧАЙНОГО ОПЫТА
В предыдущих трех параграфах были рассмотрены три способа нахождения
вероятностей случайных событий: статистический, классический и субъективный.
Каждый из них имеет свою сферу применения, свои достоинства и недостатки.
Статистическое определение вероятности имеет широкую сферу применения, оно
тесно связано с практикой. Однако требуются большие усилия по проведению
экспериментов, оно имеет много «слабых мест». Что значит «достаточно большое
количество опытов»? Насколько может отклониться частота от вероятности при
данном числе опытов? Поэтому статистическое определение не является строгим
определением вероятности.
Классическое определение вероятности более строго с математической точки
зрения, оно понятно для применения. Однако имеет очень ограниченную сферу
использования: оно применимо только к анализу экспериментов с конечным числом
равновозможных исходов. Такие случайные опыты на практике встречаются не
часто .
Понятие субъективной вероятности вообще не поддается математической
формализации. Но оно ценно тем, что иллюстрирует, как в тех случаях, когда
неприменимы ни статистическая, ни классическая вероятности для случайных событий,
могут быть определены вероятности.
Что же объединяет рассмотренные подходы к определению вероятности события?
Ответ на этот вопрос и составляет содержание настоящего параграфа. Кратко
этот ответ можно сформулировать так: каждый из этих подходов позволяет таким
образом приписывать событиям положительные числа, не превышающие 1 (их
называют вероятностями), что они обладают свойствами, подобными свойствам длин,
площадей, объемов и вообще чисел, полученных при измерении величин. Другими
словами, все эти подходы приводят к построению математической модели
случайного опыта, которую называют вероятностной моделью.
Пространство
элементарных
исходов опыта
В дальнейшем мы ограничимся рассмотрением опытов с конечным числом исходов.
Чтобы построить вероятностную модель такого случайного опыта,
проанализируем еще раз структуру решения задачи, основанного на классическом определении
вероятности. Решение начиналось с описания всех возможных исходов опыта,
взаимно исключающих друг друга. Из тех или иных соображений предполагалось, что
они равновозможны. Подсчитывалось число всех исходов опыта. Описывались все
исходы опыта, при которых наступает интересующее нас событие, и
подсчитывалось их количество. И в конце концов вычислялась вероятность события.
Описанную модель и соответствующую вероятность называют классической.
Первым шагом при построении классической вероятностной модели было описание
совокупности его простейших исходов, которую называют пространством
элементарных исходов опыта.
Пример 1. Описать совокупность простейших исходов опыта, состоящего в
подбрасывании двух различных монет.
Дать такое описание однозначно нельзя. Ответ зависит от того, что нас
интересует в эксперименте.
Если нас интересует, что выпало при каждом подбрасывании: герб или цифра,
то множество
U1 = {ГГ, ГЦ, ЦГ, ЦЦ},
где, например, ГЦ означает, что при подбрасывании первой монеты выпал герб,
при подбрасывании второй — цифра, представляет собой список всех возможных
исходов нашего опыта.
Если нас интересует число выпавших гербов, то список всех возможных исходов
опыта представляет собой множество
U2 = {0, 1, 2},
где каждый элемент соответствует числу выпавших гербов.
Можно считать простейшими исходами опыта и такие его результаты, как
«монеты упали одинаково» (обе гербом или обе цифрой вверх) и «монеты упали по-
разному» , т. е. совокупность всех возможных исходов опыта есть множество
U3 = {О, Р}, где О означает «одинаково», Р — «различно».
Исходы, которые содержатся в U1 и U3, равновозможны, исходы, входящие в U2,
неравновозможны, в чем можно убедиться с помощью проведения экспериментов.
Имеем две классические модели эксперимента, вторую модель нельзя отнести к
классическим, в ней не равны вероятности простейших исходов. Первая из
построенных моделей позволяет вычислять вероятности большего числа событий.
Так, вероятности событий «монеты упали одинаково», «монеты упали не
одинаково» можно вычислить и в модели U1, и в модели U3, а вероятности событий «герб
выпал, по крайней мере, один раз» или «цифра выпала два раза» можно вычислить
только в модели U1.
Обратите внимание на то, что каждому простейшему исходу во множестве U2
соответствует подмножество множества U1:
0 -> {ЦЦ},
1 -> {ГЦ, ЦГ},
2 -> {ГГ}.
Аналогично устанавливается соответствие между элементами U3 и
подмножествами U1:
О -> {ГГ, ЦЦ},
Р -> {ГЦ, ЦГ}.
Следовательно, с помощью множества U1 можно построить и U2, и U3. В
дальнейшем будем отдавать предпочтение описанию «самого большого» множества
исходов опыта, если не будет дополнительных требований. Такой выбор в приложениях
часто диктуется потребностями.
Таким образом, в данном примере дано описание трех совокупностей
элементарных исходов данного случайного опыта. И в этом нет противоречий. То, что
считается простейшим элементарным исходом с одной точки зрения, с другой — может
состоять из более простых элементов.
Рассмотренный пример позволяет осознать, что причиной ошибок, допущенных и
Д'аламбером, и герцогом Тосканским, является попытка применить классическое
определение вероятности к модели, которая не является классической. Эту
ошибку допускают многие начинающие изучать вероятность.
Пример 2. Описать совокупность элементарных исходов опыта, состоящего в
двукратном бросании игрального кубика.
Как и в примере 1, такое описание выполняется неоднозначно. Исходами опыта
могут служить пары цифр (i, j), i, j = 1, 2, ..., 6, где первая цифра — ре-
зультат первого броска, вторая — второго. Соответствующее множество
элементарных исходов представим в виде таблицы 14.
Таблица 14
Результат
первого броска
1
2
3
4
5
6
Результат второго броска
1
(1, 1)
(2, 1)
(3, 1)
(4, 1)
(5, 1)
(6, 1)
2
(1, 2)
(2, 2)
(3, 2)
(4, 2)
(5, 2)
(6, 2)
3
(1, 3)
(2, 3)
(3, 3)
(4, 3)
(5, 3)
(6, 3)
4
(1, 4)
(2, 4)
(3, 4)
(4, 4)
(5, 4)
(6, 4)
5
(1, 5)
(2, 5)
(3, 5)
(4, 5)
(5, 5)
(6, 5)
6
(1, 6)
(2, 6)
(3, б)
(4, б)
(5, 6)
(6, 6)
Если в качестве элементарных исходов опыта выбрать суммы выпавших очков, то
множество элементарных исходов примет вид: U = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,
11, 12}.
Рассмотренные примеры позволяют дать описание пространства элементарных
исходов опыта с конечным числом исходов.
Пусть имеется случайный опыт с конечным числом исходов ui, . . . , uN, таких,
что при любом осуществлении опыта происходит один и только один из них.
Множество U = {ui, . . . , uN} называют пространством элементарных исходов (для
краткости будем его обозначать ПЭИ) , а его элементы ui, . . . , uN —
элементарными исходами.
Основными свойствами ПЭИ являются:
• полнота: ПЭИ должно содержать каждый исход, которым может закончиться
опыт ;
• взаимная исключаемость элементарных исходов: никакой исход опыта не
должен дважды фигурировать среди элементов ПЭИ.
Составление ПЭИ опыта требует умения кодировать информацию с помощью
символов.
Пример 3. Производится опрос, связанный с планами улучшения жилищных
условий работников большого предприятия. Каждому из опрашиваемых задают два
вопроса :
• Удовлетворены ли вы качеством жилья?
• Удовлетворены ли вы удаленностью квартиры от места работы?
Описать ПЭИ опыта, заключающегося в опросе одного человека.
Будем обозначать утвердительный ответ на вопрос цифрой 1, а отрицательный —
0. Тогда запись 10 означает, что опрашиваемый на первый вопрос ответил
утвердительно , а на второй — отрицательно.
ПЭИ опыта, заключающегося в опросе одного человека, имеет вид:
U = {11, 10, 01, 00}.
Пример 4. Пусть из коробки, содержащей 2 простых (П), 2 синих (С) и 2
зеленых (3) карандаша, наугад одновременно вынимают два карандаша. Составить ПЭИ
опыта, считая, что исходами опыта является:
a. состав извлеченных карандашей без учета порядка извлечения;
b. состав извлеченных карандашей с учетом порядка извлечения;
c. состав, описываемый количеством простых и цветных (Ц) карандашей, с
учетом порядка извлечения;
d. состав, описываемый количеством простых и цветных карандашей, без учета
порядка извлечения.
Соответствующие ПЭИ имеют вид:
U1 = {2П, 2С, 23, 1П 1С, 1П 13, 1С 13};
U2 = {ПП, ПС, ПЗ, СП, СС, СЗ, ЗП, ЗС, 33};
U3 = {ПП, ПЦ, ЦП, ЦЦ};
U4 = {ПП, ПЦ, ЦЦ}.
Исходы ни одного из этих ПЭИ не являются равновозможными. Если мы хотим
иметь равновозможные исходы, то можно пронумеровать, например, числами 1 и 2
простые карандаши, 3 и 4 — синие, 5 и 6 — зеленые. Пары номеров с учетом
порядка извлечения описывают все исходы рассмотренного опыта. Они равновоз-
можны. Нет оснований один из них предпочесть другому. Соответствующее ПЭИ
имеет вид
U5 = {12, 13, 14, 15, 16, 21, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 34, 35, 36, 41, 42,
43, 45, 46, 51, 52, 53, 54, 56, 61, 62, 63, 64, 65}.
Если же исходами опыта считать пары номеров извлеченных карандашей без
учета порядка их извлечения, то ПЭИ будет иметь вид
U6 = {12, 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26, 34, 35, 36, 45, 46, 56}. В
Вероятности
элементарных
исходов
Для полного математического описания случайного опыта недостаточно
построить его ПЭИ. Например, ПЭИ опыта, состоящего в двукратном подбрасывании
монеты , может иметь вид U = {0, 1, 2}, где каждый элемент соответствует числу
выпавших гербов. Такой же вид имеет ПЭИ опыта, состоящего в извлечении двух
шаров из мешка, содержащего три белых и два красных шара. ПЭИ этого опыта имеет
тот же вид U = {0, 1, 2}, где 0 — оба шара белые; 1 — один шар белый, другой
красный; 2 — оба шара красные. Но это различные опыты: в первом случае
вероятности исходов соответственно равны 1/4, 1/2, 1/4 (эти вероятности получены
при решении примера 13 когда рассматривалась классическая вероятность); во
втором случае — 3/10, 6/10, 1/10 (их можно получить с помощью классического
определения вероятности, перебрав возможные исходы опыта). Вероятности
элементарных исходов оказались различными. Поэтому для полного описания опыта
необходимо, кроме перечисления всех возможных его элементарных исходов, еще и
указать, как часто может наступить тот или иной элементарный исход.
Второй шаг в построении вероятностной модели случайного опыта состоит в
приписывании элементарным исходам их вероятностей.
В опыте с бросанием игрального кубика, ввиду его симметричности, у каждой
грани равные шансы оказаться сверху, т. е. можно считать вероятность р
выпадения i очков равной 1/6 , i=l, 2, 3, 4, 5, 6. При этом
pi + р2 + рз + Р4 + Р5 + Рб = 1.
В ПЭИ примера 1 в связи с равновозможностью исходов пространства Ui = {ГГ,
ГЦ, ЦГ, ЦЦ} также естественно положить вероятность наступления любого исхода
равной 1/4. Точно так же в первом ПЭИ примера 2 благодаря равновозможности
исходов естественно положить вероятность выпадения любой пары очков равной
1/36.
Однако не всегда есть основания считать исходы данного опыта
равновозможными. Например, ПЭИ опыта, состоящего в одном выстреле по мишени,
содержит два, вообще говоря, неравновозможных исхода. В этом случае вероятности
исходов можно принять равными относительным частотам соответствующих исходов
при большом числе повторений опыта.
Описанным способом можно ввести вероятности исходов в примере 3. Пусть в
этом опыте 50% опрошенных положительно ответили на оба вопроса, 25% —
положительно на первый и отрицательно на второй, 15% — отрицательно на первый и
положительно на второй, 10% — отрицательно на оба вопроса. Вероятности
элементарных исходов естественно положить равными
pi = Р(11) = 0,5;
р2 = Р(Ю) = 0,25;
рз = Р(01) = 0,15;
Р4 = Р(00) = 0,1;
pi + р2 + рз + Р4 = 1.
В опыте, заключающемся в бросании стрелы в мишень, изображенную на рис.
ниже, элементарные вероятности можно ввести, положив их равными дроби,
выражающей отношение площади того или иного сектора к площади круга, а именно:
pi = 0,25;
р2 = 0,05;
Рз = 0,2;
р4 = 0,25;
р5 = 0,15;
Рб = 0,1;
Pi + Р2 + Рз + Р4 + Р5 + Рб = 1-
Здесь предполагается, что при каждом бросании стрела попадает в мишень.
Теперь можно завершить описание построения вероятностной модели случайного
опыта.
Пусть случайному опыту поставлено в соответствие пространство элементарных
исходов (ПЭИ) U = {ui, u2, ---, uN} , а каждому элементарному исходу и± —
некоторое число pi, которое удовлетворяет условиям:
1) 0 < pi < 1 для всех i = 1, 2, . . ., N;
2) pi + р2 + . . . + pN = 1.
Числа pi называют элементарными вероятностями, или вероятностями
элементарных исходов Ui, а множество U вместе с вероятностями р± — вероятностной
моделью случайного опыта.
Классическая модель получается в том случае, если все элементарные
вероятности р равны между собой и, в силу условия 2, равны 1/N.
Статистическая вероятностная модель строится на основе исследования
относительных частот элементарных исходов случайного опыта.
Вернемся к рассмотрению примера 4. Повторим описанный там опыт 100 раз,
каждый раз возвращая карандаши в коробку и тщательно перемешивая их, результаты
представим в таблицах 15—20, соответствующих ПЭИ UI—U6.
Таблица 15
Исходы U1
Частота
Относительная частота
2П
6
0,06
2С
7
0,07
23
8
0,08
1П 1С
28
0,28
1П 13
26
0,26
1С 13
25
0,25
Таблица 16
Исходы U2
Частота
Относительная частота
Исходы U2
Частота
Относительная частота
ПП
6
0,06
СЗ
12
0,12
ПС
16
0,16
ЗП
14
0,14
ПЗ
12
0,12
ЗС
13
0,13
СП
12
0,12
33
8
0,08
СС
7
0,07
Таблица 17
Исходы U3
Частота
Относительная частота
ПП
6
0,06
пц
28
0,28
ЦП
26
0,26
ЦЦ
40
0,4
Таблица 18
Исходы U4
Частота
Относительная частота
ПП
6
0,06
пц
54
0,54
ЦЦ
40
0,4
Таблица 19
Исходы U5
Частота
Относительная частота
Исходы U5
Частота
Относительная частота
Исходы U5
Частота
Относительная частота
12
4
0,04
31
1
0,01
51
3
0,03
13
3
0,03
32
4
0,04
52
4
0,04
14
4
0,04
34
3
0,03
53
5
0,05
15
3
0,03
35
2
0,02
54
3
0,03
16
2
0,02
36
2
0,02
56
4
0,04
21
2
0,02
41
3
0,03
61
4
0,04
23
5
0,05
42
4
0,04
62
3
0,03
24
4
0,04
43
4
0,04
63
3
0,03
25
4
0,04
45
5
0,05
64
2
0,02
26
3
0,03
46
3
0,03
65
4
0,04
Таблица 20
Исходы U6
Частота
Относительная частота
Исходы U6
Частота
Относительная частота
Исходы U6
Частота
Относительная частота
12
6
0,06
23
9
0,09
35
7
0,07
13
4
0,04
24
8
0,08
36
5
0,05
14
7
0,07
25
8
0,08
45
8
0,08
15
6
0,06
26
6
0,06
46
5
0,05
16
6
0,06
34
7
0,07
56
8
0,08
Как мы раньше и предполагали, пары номеров с учетом порядка извлечения,
указанные в таблице 19, представляют собой равновозможные исходы
рассмотренного опыта. Любой из 30 описанных в таблице исходов появлялся приблизительно
одинаковое число раз: от 1 до 5.
Вероятности исходов рассматриваемого опыта для каждого пространства
элементарных исходов естественно положить равными относительным частотам,
представленным в соответствующих таблицах. Во всех рассмотренных случаях сумма веро-
ятностей всех исходов равна 1.
СЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ
И ИХ ВЕРОЯТНОСТИ
Построение вероятностной модели случайного опыта отвлекло нас от главной
цели — уточнить смысл выражения «вероятность случайного события». Но именно
ради этой цели мы занимались построением математической модели случайного
опыта. В настоящем параграфе дается определение понятия вероятности
случайного события, связанного со случайным опытом.
Случайное
событие
Вы уже имеете представление о случайном событии. Теперь уточним это
понятие . Предварительно рассмотрим некоторые примеры.
Пример 1. Для опыта, заключающегося в подбрасывании двух различных монет,
описать событие А — «герб выпал один раз».
Описание этого события зависит от выбора пространства элементарных исходов
опыта. Если ПЭИ есть множество U2 = {1, 2, 3} , то событие А является
элементом этого множества, т. е. элементарным исходом, обозначенным цифрой 1: А =
{1}.
Если ПЭИ данного опыта есть множество U1 = {ГГ, ГЦ, ЦГ, ЦЦ} , то событие А
наступает при каждом из исходов ГЦ, ЦГ. Справедливо и обратное утверждение:
если наступает событие А, то наступает один из исходов ГЦ, ЦГ. Естественно
это событие отождествить с множеством {ГЦ, ЦГ} , которое является
подмножеством ПЭИ.
Точно так же подмножеству {ГГ, ЦЦ} соответствует событие В — «монеты упали
одинаково». Событие В наступает при каждом элементарном исходе, входящем в
это подмножество и только при этих исходах. Подмножеству {ГЦ, ЦГ}
соответствует событие «монеты упали по-разному», подмножеству {ГГ, ГЦ, ЦГ} — «герб
выпал по крайней мере один раз».
Пример 2. Для опыта, заключающегося в бросании игрального кубика, описать:
а) событие А, состоящее в том, что выпало нечетное число очков;
б) событие В, состоящее в том, что выпало более 4 очков.
ПЭИ данного опыта является множество {1, 2, 3, 4, 5, 6}.
а) Событие А наступает при реализации одного из исходов множества {1, 3,
5}. И обратно, если наступает событие А, то наступает один из исходов 1, 3,
5. В связи с этим событие А отождествляется с множеством {1, 3, 5}.
б) Событие В наступает при реализации одного из исходов множества {5, 6}. И
обратно, если наступает событие В, то наступает один из исходов 5, 6. В связи
с этим событие В отождествляется с множеством {5, 6}.
Пример 3. Для опыта, заключающегося в бросании игрального кубика дважды,
описать:
а) событие А, состоящее в том, что сумма выпавших очков равна 4;
б) событие В, состоящее в том, что при обоих бросаниях выпало одинаковое
число очков.
ПЭИ данного опыта является множество, представленное таблицей 14 выше.
а) Событие А — «сумма выпавших очков равна 4», есть множество {(1, 3), (2,
2), (3, 1)}. Оно наступает при любом исходе этого множества, и если оно
наступает, то наступает один из исходов этого множества. Событие А отождествля-
ется с множеством {(1, 3), (2, 2), (3, 1)}.
б) Событие В — «выпало одинаковое число очков», есть множество {(1, 1), (2,
2), (3, 3), (4, 4), (5, 5), (6, 6)}. Оно наступает при любом исходе этого
множества, и если оно наступает, то наступает один из исходов этого
множества. Событие В отождествляется с множеством {(1, 1), (2, 2), (3, 3), (4, 4),
(5, 5), (6, 6)}.
Приведенные примеры показывают, что случайное событие можно описывать с
помощью подмножеств ПЭИ.
Любое множество исходов ПЭИ можно понимать как некоторое событие. Так,
множество {2, 4, 6} в опыте примера 2 составляет событие D — «выпало четное
число очков», множество {1, 2, 3} означает событие Е — «выпало менее 4 очков».
Случайным событием (или короче, событием) называют произвольное
подмножество (часть) пространства элементарных исходов опыта.
В частности, каждый элементарный исход ПЭИ является событием, всё ПЭИ
является событием.
Графически пространство элементарных исходов изображают в виде конечного
множества точек, находящихся внутри некоторой фигуры (прямоугольника или
круга) . Тогда событие изображается в виде подмножества этого множества точек1.
На рис. 2а ПЭИ опыта состоит из 32 элементарных исходов, а событие,
связанное с соответствующим опытом, — из 9 исходов. Аналогично, на рис. 26 ПЭИ
опыта состоит из 39 элементарных исходов, а событие, связанное с соответствующим
опытом, — из 10 исходов.
б
Рис. 2
Если U = {ui, U2, . . . , uN} — ПЭИ опыта, то случайное событие А, связанное с
этим опытом, записывают перечислением элементарных исходов, входящих в А:
{u±i, ui2, . . . , uik} .
Вероятность
случайного
события
Теперь мы вплотную подошли к поиску ответа на вопрос: как определить
вероятность произвольного события, связанного с опытом, т. е. вероятность любого
подмножества пространства элементарных исходов?
Вернемся к рассмотрению примера 1. Если в качестве ПЭИ взять множество U =
{ГГ, ГЦ, ЦГ, ЦЦ} и все элементарные вероятности р± положить равными 1/4, то
Подобные рисунки называют диаграммами Венна в честь английского математика и логика Д. Венна
(1834—1923) . Они имеют вид прямоугольника, точки внутри которого изображают элементы ПЭИ.
Внутри прямоугольника находятся изображения событий в виде кругов, овалов, прямоугольников.
событие А — «герб выпал хотя бы один раз», состоящее из трех исходов, А =
{ГГ, ГЦ, ЦГ}, при проведении большого числа опытов будет очевидно происходить
в три раза чаще, чем каждый из исходов. Поэтому его вероятность естественно
считать в три раза большей по сравнению с вероятностью одного исхода, она,
очевидно, равна 3/4:
Р(А) = 1/4 + 1/4 + 1/4 = 3/4
Вероятность события «герб выпал два раза» совпадает с вероятностью исхода
ГГ и равна 1/4.
Пример 4. Производится опрос, связанный с планами улучшения жилищных
условий работников большого предприятия. Каждому из опрашиваемых задают два
вопроса :
1) Удовлетворены ли вы качеством жилья?
2) Удовлетворены ли вы удаленностью квартиры от места работы?
ПЭИ опыта, заключающегося в опросе одного человека, имеет вид U = {11, 10,
01, 00}. Вероятности элементарных исходов положили равными
pi = Р(11) = 0,5;
р2 = Р(Ю) = 0,25;
рз = Р(01) = 0,15;
р4 = Р(00) = 0,1.
Найти вероятность:
а) события А — «опрашиваемый удовлетворен хотя бы одним из исследуемых
параметров : качеством жилья или неудаленностью от места работы»;
б) события В — «опрашиваемый удовлетворен одним и только одним из
исследуемых параметров».
а) Событие А состоит из трех исходов, А = {11, 10, 01}. Так как проведенный
опрос показал, что в среднем 50% + 25% + 15% = 90% опрошенных положительно
ответили по крайней мере на один из поставленных вопросов, то вероятность
события А естественно считать равной сумме соответствующих элементарных
вероятностей, т. е. Р(А) = pi + р2 + рз = 0,5 + 0,25 + 0,15 = 0,9.
б) Событие В состоит из двух исходов В = {10, 01}. В среднем 25% + 15% =
40% опрошенных положительно ответили на один и только один из поставленных
вопросов. Поэтому вероятность события С естественно считать равной сумме
соответствующих элементарных вероятностей, т. е. Р(В) = р2 + Рз = 0,25 + 0,15
=0,4.
Рассмотренные примеры показывают, что вероятностью случайного события
естественно считать сумму вероятностей исходов, образующих это событие.
Пусть имеется вероятностная модель случайного опыта, т. е. пространство
элементарных исходов (ПЭИ) U = {ui, U2, ---, uN} и элементарные вероятности
Pi л Р21 • • • i Pn • Пусть А — некоторое событие, т. е. подмножество множества U:
А = {u±i, ui2, . . . , uik} .
Вероятностью события А называют сумму вероятностей исходов, составляющих
это событие.
Вероятность события обозначают Р(А). По определению
Р (А) = р±1 + р±2 + ... + Pik •
Сумму, стоящую в правой части этого равенства, для краткости обозначают
так:
I ft - I ft»
i: ut ^ A m = 1
Сумма, стоящая в левой части этого равенства, читается так: сумма
вероятностей тех элементарных исходов, которые образуют событие А. Тогда последнее
равенство принимает вид
PW- £ й - £ л.
i: ut ^ А т = 1
Приведем ряд примеров на вычисление вероятности события.
Пример 5. Найти вероятности следующих событий, связанных с опытом,
заключающимся в двукратном бросании игрального кубика и представленным в примере
3:
• А — «число очков, выпавших на верхней грани первого кубика, превышает
число очков на верхней грани второго кубика»,
• В — «сумма выпавших очков меньше 5».
Эти события можно выразить через исходы ПЭИ, рассмотренного в примере 3:
А= {(2, 1), (3, 1), (4, 1), (5, 1), (6, 1), (3, 2), (4, 2), (5, 2), (6,
2), (4, 3), (5, 3), (6, 3), (5, 4), (6, 4), (6, 5) } ;
В = {(1, 1), (1, 2), (2, 1), (1, 3), (2, 2), (3, 1)}.
Так как вероятность каждого исхода равна 1/36, и эти события состоят
соответственно из 15 и 6 исходов, то их вероятности равны:
Р(А) = 151/36 = 15/36; Р(В) = 61/36 = 6/36 = 1/6
Событие В можно выразить и через исходы другого ПЭИ U = = {2, 3, 4, 5, 6,
7, 8, 9, 10, 11, 12}, где в качестве элементарных исходов опыта выбраны суммы
выпавших очков. Однако для него пока не введены элементарные вероятности.
Воспользовавшись введенным определением, теперь можно и для этого ПЭИ ввести
элементарные вероятности. Обратите внимание на то, что в таблице 14 исходы,
для которых суммы выпавших очков одинаковы, расположены на диагоналях этой
таблицы. Например, событие «сумма выпавших очков равна 5» состоит из исходов
(1, 4), (2, 3), (3, 2), (4, 1). Его вероятность равна 4/36 = 1/9.
Элементарные исходы второго ПЭИ рассматриваемого опыта представлены в
таблице 21.
Таблица 21
Сумма (исход 2-го ПЭИ)
Число исходов 1-го ПЭИ
Вероятность
2
1
1/36
3
2
2/36
4
3
3/36
5
4
4/36
6
5
5/36
7
6
6/36
8
5
5/36
9
4
4/36
10
3
3/36
11
2
2/36
12
1
1/36
Пример 6. Вычислить вероятности событий, связанных с опытом, рассмотренным
в примере 4 о карандашах (предыдущий параграф).
• А — «вынуты карандаши разного цвета»;
• В — «вынуты только цветные карандаши»;
• С — «вынуты простой и цветной карандаши, причем цветной карандаш
появился раньше простого»;
• D — «первым вынут синий карандаш».
Исходы, из которых состоит событие А, можно охарактеризовать ПЭИ, представ-
ленными в таблицах 15 и 16, событие В — во всех таблицах 15—20, событие С — в
таблицах 16 и 17, события D — в таблице 16. Ни в одной из этих таблиц не
представлены равновозможные исходы. Равновозможные исходы представлены в
таблице 19.
Фактически в этом примере построено 6 различных ПЭИ одного и того же опыта.
Вычислим вероятности этих событий, приняв, как мы раньше указывали, за
элементарные вероятности соответствующие относительные частоты. По данным
таблицы 15 (ПЭИ U1) имеем:
Р(А) = Р(1П 1С, 1П 13, 1С 13) = 0,28 + 0, 26 + 0,25 = 0,79;
Р(В) = Р(1С 13, 2С, 23) = 0,25 + 0,07 + 0,08 = 0,4.
По данным таблицы 16 (ПЭИ U2) имеем:
Р(С) = Р(СП, ЗП) = 0,12 + 0,14 = 0,26;
P(D) = Р(СП, СС, СЗ) = 0,12 + 0,07 + 0,12 = 0,31.
Классическая вероятность
и ее связь со
статистической вероятностью
Рассмотрим некоторые следствия из приведенного определения вероятности
события .
Пусть дан опыт с N равновозможными исходами: U = {ui, ..., uN} . Так как
сумма элементарных вероятностей равна 1, то каждая из них равна 1/N:
Pi = Р2 = ... = Pn = 1/N .
По определению вероятность события А есть сумма вероятностей элементарных
исходов, составляющих это событие:
Р(А) = 1/N + 1/N + ... 1/N,
где число слагаемых равно числу исходов N(A), составляющих событие А.
Отсюда
Р(А)= N(A)/N.
Итак, вероятность события в опыте с N равновозможными исходами равна
отношению числа исходов, образующих событие А, к общему числу исходов.
Последнее утверждение мы ранее назвали классическим определением
вероятности. Теперь мы его получили как частный случай общего определения.
Пример 7. В урне находится пять шаров, среди которых три белых и два
черных . Из нее наудачу извлекают один. Какова вероятность того, что извлеченный
шар окажется черным?
Пронумеруем шары числами 1, 2, 3, 4, 5, причем первые три номера припишем
белым шарам. ПЭИ опыта имеет вид U = {1, 2, 3, 4, 5}, исходы равновозможны, N
= 5. Событие А составляют те исходы, которые совпадают с номерами черных
шаров: А={4, 5},2N(A) =2. Таким образом, Р(А) = 2/5.
Вернемся к примеру 6. Ранее мы фактически подсчитали относительные частоты
событий А, В, С, D, они соответственно равны: 0,79; 0,4; 0,26; 0,31. Вычислим
вероятности этих событий по данным таблицы 19 с помощью классического опреде-
ления.
Эти события можно выразить через исходы ПЭИ U5 рассматриваемого опыта
следующим образом:
• А = {13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 35, 36, 41, 42, 45, 46, 51,
52, 53, 54, 61, 62, 63, 64};
• В = {34, 35, 36, 43, 45, 46, 53, 54, 56, 63, 64, 65};
• С = {31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62};
• D = {31, 32, 34, 35, 36, 41, 42, 43, 45, 46}.
Так как U = {12, 13, 14, 15, 16, 21, 23, 24, 25, 26, 31, 32, 34, 35, 36,
41, 42, 43, 45, 46, 51, 52, 53, 54, 56, 61, 62, 63, 64, 65} и число всех
исходов опыта равно 30, то вероятности этих событий соответственно равны:
Р(А) = 24/30 = 4/5 = 0,8;
Р(В) = 12/30 = 2/5 = 0,4;
Р(С) = 8/30 = 4/15 * 0,27;
P(D) = 10/30 = 1/3 * 0,33.
Как видим, имеет место неплохое согласование между теоретическими расчетами
и результатами опыта; другими словами, относительные частоты событий близки к
их вероятностям. Точно такой же результат получим при вычислении вероятностей
событий А и В, если воспользуемся моделью, зафиксированной в таблице 20: U =
{12, 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26, 34, 35, 36, 45, 46, 56}, число всех
исходов опыта равно 15; исходы равновозможны;
А= {13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26, 35, 36, 45, 46};
В = {34, 35, 36, 45, 46, 56}.
Р(А) = 12/15 = 0,8;
Р(В) = 6/16 * 0,4.
В следующем примере используется связь между вероятностью события и его
относительной частотой.
Пример 8. Ихтиолог хотел определить, сколько в пруду рыбы, пригодной для
вылавливания. Для этого он закинул сеть с заведомо заданными размерами ячеек
и, вытянув ее, обнаружил 30 рыб. Пометив каждую из них меткой, он бросил всю
рыбу назад в пруд. На следующий день ихтиолог закинул ту же сеть и поймал 40
рыб, на двух из которых были его метки. Каким образом он по этим данным
найдет приближенное количество рыбы, пригодной для вылавливания?
Пусть в пруду N рыб, пригодных для вылавливания, тогда вероятность события
«наугад взятая рыба помечена» равна 30/N . Соответственно результатам 40
опытов (опытом считаем вылавливание одной рыбы), проведенных на следующий день,
можно подсчитать относительную частоту этого события. Она равна 2/40 = 1/20.
На основании приближенного равенства относительных частот и вероятностей
событий имеем 30/N « 1/20. Итак, можно утверждать, что N « 600.
Подобные вероятностные оценки широко используют в физике, биологии,
социологии, языкознании, экономике, политике, спорте и повседневной жизни каждого
человека. Например, такие методы используют при оценивании урожайности
культуры на поле по урожайности той же культуры на некотором количестве небольших
участков; плотности минералов по результатам взвешивания некоторого
количества образцов; влажности зерна на приемных пунктах; волокнистости хлопка и т.п.
Теперь уже можно подвести итог, ответив на главный вопрос: «Что такое
вероятность события?». Для его получения мы математически описали случайный опыт,
построили его вероятностную модель. С ее помощью определили вероятность
события. Сказанное можно четко описать следующим образом.
Пусть U = {ui, ..., uN} — произвольное конечное множество. Будем называть
его пространством элементарных исходов (ПЭИ) случайного опыта, а его элементы
ui, . . . , uN — исходами этого опыта. Произвольное подмножество (часть) ПЭИ
будем называть случайным событием (или короче, событием). Каждому элементарному
исходу Ui из ПЭИ U = {ui, U2, ... л uN} поставим в соответствие некоторое число
Pi, которое удовлетворяет условиям:
1) 0 < pi < 1 для всех i = 1, 2, ..., N;
2) pi + р2 + ... + Pn = 1.
Числа pi называют элементарными вероятностями, или вероятностями
элементарных ИСХОДОВ Ui .
Вероятностью события А называют сумму вероятностей исходов, составляющих
это событие:
*ЧА>- I Pi
i: u. ^ A
Это определение иногда называют аксиоматическим определением вероятности.
Напоминаем, что речь идет об определении вероятности в частном случае: для
опытов с конечным числом исходов.
Введение ПЭИ и элементарных вероятностей означает построение вероятностной
модели случайного опыта. Для одного и того же опыта могут быть построены
разные модели. Теория вероятностей не учит тому, как «правильно» определять
вероятности pi элементарных исходов и±. Она также не занимается поиском ответа
на вопрос о том, правильно ли построена вероятностная модель. Соответствие
модели реальному опыту проверяют на практике. Теория вероятностей лишь
отвечает на вопрос: «Как вычислять вероятности различных событий, связанных с
построенной моделью?»
В дальнейшем, говоря о вероятностях событий, мы можем не задумываться над
тем, связано ли это событие со статистически устойчивыми опытами, или с
опытом с конечным числом равновозможных исходов, или эти вероятности являются
оценками экспертов. Наличие вероятности события будет означать, что для опыта
с конечным числом элементарных исходов выполняются условия 1 и 2.
Система аксиом теории вероятностей была построена на основе теории множеств
в 1933 г. выдающимся российским математиком А. Н. Колмогоровым (1903-1992).
Более ранним является иной (и несколько менее удачный) вариант аксиоматики
теории вероятностей, предложенный в 1917 г. отечественным математиком С. Н.
Бернштеином (1880-1968). Известной книгой А. Н. Колмогорова «Основные понятия
теории вероятностей», вышедшей впервые на немецком языке в 1933 г., история
аксиоматических подходов к теории вероятностей также не закончилась.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Химичка
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ'
N-МЕТИЛИРОВАНИЕ АМИНОВ
Самый главный фокус в алкилировании аминов - это пповешатьп на атом азота
ровно одну алкилгруппу - ведь диалкиламфетамины, не говоря уже о четвертичных
амфетаммониевых солях, совершенно неактивны. К сожалению, сделать это не так-
то просто, поскольку дальнейшее алкилирование метиламиногруппы протекает
гораздо легче - поэтому при прямом алкилировании главным продуктом будет диме-
тиламфетамин, даже если взять недостаток алкилирующего агента. Таким образом,
требуются изощренные методы.
Все прописи взяты из интернета. Возможно, не все они работоспособны, они не
проверялись , а только редактировались при помещении в журнал.
Существует несколько таких методов. Первый, классический, - это формилиро-
вание этой аминогруппы муравьиной кислотой с последующим восстановлением
полученного формамида в метиламин алюмогидридом. Собственно чем этот способ и
плох. Но есть способы лучше.
Способ 1
Формальдегидом и
алюминиевой
амальгамой
а) N- Метил - амфетамины были приготовлены реакцией соответствующего
амфетамина с формальдегидом и восстановлением в отсутствии кислоты.
Таким образом, смесь свободного основания амфетамина 1 моль (136 г) и 1
моль водного формальдегида (81 мл 37% или 75 мл 40%) в спирте (350 мл) и
избыток алюминиевой амальгамы были прореагированы в течение нескольких часов
при перемешивании. Была добавлена вода, гидроксид алюминия отфильтрован,
раствор подкислен и выпарен, и свободное основание метамфетамина было выделено
щелочью. Точно так же d-амфетамин 70 г в спирте с алюминием и формальдегидом
(1 моль) дал d-метамфетамин, который был преобразован в фосфат. Фенилпропано-
ламин подобным образом выдал эфедрин.
Выход, к сожалению, не указан.
б) 100 г п-гидроксиамфетамина, 250 cm3 спирта и рассчитанное количество р-
ра формальдегида были смешаны вместе и перемешаны 6 часов с небольшим
подогревом с 70 г алюминиевых опилок. После фильтрования и испарения р-ра в
вакууме остаток был растворен в спирте, и рассчитанное количество разбавленной
H2S04 было добавлено, после чего сульфат пара- гидрокси-метамфетамина
осаждается; т. пл. свободного основания - 163 С.
Способ 2
Через основание Шиффа
с бензальдегидом.
а) п-метоксиФЭА, произведенный из 100 г (0.536 моль) гидрохлорида
перемешиванием с конц. NaOH, обработали 100 мл бензола (толуола) и 70 г (0.66 моль)
бензальдегида. Мягко экзотермичная реакция сразу началась. Смесь была нагрета
с отгонкой, пока Н20 не перестала появляться в конденсате (приблизительно 1
час), тогда, без охлаждения, ловушка Дина-Старка была убрана и р-р 82 г (0.65
моль) Me2S04 (другие классические метилирующие агенты пойдут) в 200 мл
бензола (толуола) были добавлены через конденсатор так, что смесь поддерживалась в
кипении (15 минут). Двухфазная смесь была нагрета в течение ещё 90 минут на
паровой бане, охлаждена слегка, обработана 200 мл Н20, и нагрета ещё 20 мин.
После охлаждения во льде, водный слой был промыт дважды с Et20, чтобы
удалить, непрореагировавший бензальдегид и сделан сильно щелочным с 50 % NaOH.
Две эфирных вытяжки из водного слоя были добавлены к слою амина, который
отделился, и получившийся раствор был выпарен, оставляя 90% 102 г (90%) сырого
N-метил-п-МеО-ФЭА. Этот материал был растворен в 500 мл 20 % абс. EtOH/Et20 и
обработан 50 мл конц. НС1 с помешиванием и охлаждением. Образовался белый
гидрохлорид, который был промыт ледяно-холодным 20% EtOH-Et20 и высушен, т.
пл. 185.5-186.5 С. Выход 83 г (77%)
б) 22,6 г п-гидроксиамфетамина были смешаны с 17,4 г бензальдегида и
нагреты на водяной бане с частым встряхиванием. После удаления воды, образовавшей-
ся в реакции, сиропоподобный продукт был нагрет с 70 cm3 диметилсульфата
(кстати, иногда р-ция проводится в бензоле с насадкой Дина-Старка, - причём
добавление ДМС происходит с выделением тепла, и ещё - в патенте, они говорят,
что Mel также может использоваться) и когда р-ция закончилась, смесь была
нагрета с 70 мл разбавленной НС1, пока не отделяется бензальдегид. Охлажденный
р-р встряхивают с эфиром и основание осаждают аммиаком.
Выход 23 г (90 % теории).
Способ 3
С диазометаном
Амин растворяется в гексане или эфире добавляется обезвоженный медный
купорос в количестве 1-2% от массы амина и прикапывается эквимолекулярное кол-во
р-р диазометана в гексане. Это все.
Сложности могут возникнуть при разделении смеси аминов (образуется
небольшое кол-во диметил производного).
Что бы их разделить к солянокислому р-ру солей полученных аминов
прикапывают насыщенный р-р нитрита натрия. Нитрозопроизводное вторичного амина
извлекают эфиром (третичный амин остается в водном солянокислом р-ре, он не
реагирует с нитритом натрия). Нитрозопроизводное гидролизуют.
Кроме того, при реакции с нитритом первичный амин превращается в спирт,
который так же извлекается вместе с нитрозопроизводным.
Возможно, вообще не стоит заниматься разделением смеси, тем более что кол-
во примесей ничтожно.
Выходы обычно не менее 95%. Причем большая часть примесей - до 4%
приходится на полиметилен, который вообще прекрасно удаляется при кислотно-щелочной
экстракции.
ДЕМЕТИЛИРОВАНИЕ
Лучшие результаты получаются при помощи следующих деметилирующих агентов:
хлористого водорода, бромоводорода, алюминия хлорида, алюминия бромида,
анилина гидрохлорида и пиридина гидрохлорида.
Деметилирование производят, нагревая ваниллин в подходящей среде с, по
крайней мере, стехиометрическим количеством разрушающего эфир реактива, при
температуре между 50 С и 250 С, ваниллин преобразуется в протокатеховый
альдегид и метилгалид, который отгоняется в течение реакции. Широкая группа
растворителей может быть использована для осуществления этого деметилирования,
включая воду, уксусную кислоту, бензол, нитробензол, метанол, этанол, н-
пропанол и изопропанол. Также можно произвести это деметилирование, плавя
ваниллин в отсутствии растворителя, с разрушающим эфир реактивом в тех случаях,
когда сказанный реактив не летуч при температуре деметилирования (50 - 250
С). Таким образом ваниллин может быть, деметилирован в протокатеховый
альдегид нагреванием в отсутствии растворителя с анилина гидрохлоридом,
гидрохлоридом пиридина, алюминия хлоридом, цинка хлоридом, до 50-250 С, пока не
прекращается выделение метилгалида.
Продукт реакции деметилирования состоит в основном из протокатехового
альдегида (85%-95%) с незначительными количествами непрореагировавшего ванилли-
на. Продукт реакции освобожден от деметилирующего реактива (например,
взвешиванием в воде, в которой такие реактивы являются растворимыми, и
фильтрованием протокатехового альдегида) и используется без дальнейшей очистки.
Хлористым алюминием
и пиридином
Безводный А1С13 (9.7 г, 0.0724 моль) прибавили к раствору 10 г (0.0658
моль) ванилина в 100 мл хлористого метилена в аппарате, закрытом хлоркальцие-
вой трубкой. При интенсивном перемешивании медленно прибавили 22.9 г (0.290
моль) пиридина, охлаждая колбу для поддержания температуры 30-35 °С. Реакция
протекала бурно, после прибавления всего пиридина светло-оранжевую прозрачную
смесь кипятили 24 часа с ОХ, при перемешивании (Т = 45 °С). После этого
слегка потемневшую смесь охладили до 25 °С, и, поддерживая эту температуру,
прибавляли при перемешивании 15-20% НС1 до кислой реакции по красному конго.
Верхний водный слой отделили, экстрагировали эфиром, после отгонки которого
получили 7.9 г (87%) бледно-желтых кристаллов протокатехового альдегида с т.
пл. 153-154 °С. При использовании триэтиламина вместо пиридина выход
снижается до 61.5%.
Пиридиния гидрохлоридом2
Basically the microwave demethylation fucking rocks, as far as ease goes,
shit because you need 5:1 pyridine HC1:eugenol. i made my pyridine HC1 by
gassing pyridine, this was pretty easy (just gassed it for a while, some
crystals formed but it was quite hot so i froze it, many more crystals
formed, filtered it, washed with ether, then put the crystals on the bench to
dry, came back, almost no crystals left and very sloppy, note-they are very
deliquessant and they sublime so seal (as in put in a closed container not
fish-eating, nice fur kind of seal) them immediately post production.
All I did was added eugenol in the weight ratio five parts pyridine HC1 two
parts eugenol (this is molar 5:1), put this in a round bottom flask,
stoppered it, microwaved in a normal microwave on medium low (the paper uses 215
watt oven) for two minutes, the stuff melts and turns quite hot (as in
temperature-hot not sexy-hot) , it was removed, cooled under the tap until it was
room temp again (just felt it with my hand) , then microwaved again for two
minutes etc etc, this process was repeated six times, the more you do it the
hotter it gets each time. After the sixth time i cooled it again, poured some
cold water from the fridge into into it and extracted it three times with
ether, pooled the ether extracts, removed the ether on the rot evap, the
residue had no smell of clove oil whatsoever, just the smokey smell of the
demethylated product, so i assumed quanitative yeild cause I couldnft be
fucked vac distilling a room temp solid and/or G.Cing it, also the methyla-
tion requires an excess of all other reagants anyway.
Серной кислотой3
Converting Veratic Aldehyde to Isovanillin (3-hydroxy-4-methoxy-
benzaldehyde).
Add 1000 grams of the thus-obtained veratic aldehyde over a 15 minute
period to 5500 grams of 66° Be. sulfuric acid at 83 С. The temperature rises to
92 C. Hold at 92 С ± 1° for 120 minutes. Cool the acid solution to 15 С and
pour into 32 liters of water at 16 C. The temperature rises to 60 C. Extract
2 Приводится для эвгенола, также отлично работает на ваниллине. В тексте
употребляется нелитературная лексика.
3 Приводится для вератральдегида, неясно, насколько хорошо сработает на
ваниллине .
the diluted acid with ethylene dichloride and wash the extract with 3.5 M
sodium hydroxide. Distill the solvent from the washed extract to recover about
272 grams of unreacted veratic aldehyde. Lower the pH of the aqueous sodium
hydroxide wash to 8.3 with 50 percent sulfuric acid. Wash the precipitate,
filter and dry. 515 g. of isovanillin is obtained, a yield of 71 percent
calculated on the veratic aldehyde which reacted.
Эта методика предназначена, строго говоря, для селективного мета-
деметилирования вератральдегида - т.е., из 3,4-диМеО-БА получается, в
основном, сначала изованиллин.
Протокатеховый альдегид (ПКА) образуется при дальнейшем нагревании - в этом
патенте как побочный продукт. Из приведённой в патенте таблицы легко
вычислить необходимые условия для деметилирования ваниллина - хотя и исследование
всё равно будет необходимо.
11,22 г (0,07 моль) вератральдегида были смешаны с 83,6 г (0,82 моль) H2S04
(т.е. 95,6% кислота) и нагреты до температур и в течение времени, указанных в
таблице. Смесь затем была вылита в воду и экстрагирована дихлорэтаном (ПКА
нерастворим в ДХЭ - отсюда и выбор растворителя). Далее смесь экстрагируется
щёлочью и т.д. (помните, они стараются выделить изованиллин, а не ПКА)
Деметилирование
бромом/алюминием
в ксилоле5
Это должно хорошо сработать - оптимизировано под ваниллин. Почитайте
оригинал - очень интересная деталь: ксилол образует комплекс с бромистым
алюминием, который и служит собственно деметилирующим агентом, причём для
приготовления комплекса необходимо готовить бромистый алюминий ин ситу.
Также в патенте приводится широкий обзор различных способов получения ПКА.
Вывод, который можно сделать, прочитав этот патент, однозначен: деметилиро-
вать ваниллин нелегко.
67,5 г А1 гранул (поверхностно активизированных медью - что просто означает
опустить его в водный CuS04 в течение некоторого времени, затем промывая и
высушивая), взвешен в 3,0 кг сухого технического ксилола, и бром, испаренный
в потоке воздуха (также возможно добавить его в жидкой форме - но осторожно)
пропускают через хорошо перемешиваемую смесь, с охлаждением, чтобы
поддерживать температуру в 15-20 С, пока общее количество 600 г Вг2 не было
добавлено . К получившемуся комплексу добавляется маленькими порциями с хорошим
перемешиванием, 152 г (1 моль) ваниллина.
Реакционная смесь перемешана 1 час при 15-20 С, нагрета до 95 С в ходе
часа, затем нагрета при 95-10 С в течение часа с непрерывным перемешиванием.
Метил бромид, выделяющийся в течение р-ции, может быть сжат и реиспользован.
Реакция охлаждена к КТ, вылита в 250 см3 36% НС1 кислотэ в 10 кг дроблёного
льда и перемешана, пока лед не растворится полностью.
Водная фаза экстрагирована 4x500 мл эфира, и растворитель отогнан.
Органическая фаза экстрагирована 3x1000 мл 4% едкого натра, затем подкислена конц.
НС1, охлаждена на ночь до 0-5 С, и осаждённый ПКА отфильтровывается. Водная
4 US Patent #3,367,972
5 US Patent #2,975,214
фаза экстрагирована тем же самым 4x500 мл эфиром, использованным ранее, и
эфир удален.
Выход - 126 г протокатехового альдегида, 91% от теории, т. пл. 152-153 С.
Продукт очень чистый и никауой дальнейшей очистки не требует.
Можно уменьшать соотношение бромистого алюминия к ваниллину вплоть до 1:1.
Выход уменьшается в следующей пропорции:
А1Вг3/Ваниллин Выход, %
1,0 62
1,5 71
2,0 89
2,5 91
3,0 92
То есть, из в три раза большего кол-ва ваниллина (380 г) можно получить в
два раза больше ПКА (214 г) - при том же кол-ве остальных реагентов.
Деметилирование
евгенола
йодистым литием
Раствор 354 мл (2.30 ммоль) эвгенола и 292 г (6.89 моль) хлорида лития в
3.7 л диметилформамида кипятились в общей сложности 44 часов, и после 4ч, 18
ч и затем 7 ч, ещё по 292 г (6.89 моль) хлорида лития были добавлены каждый
раз. После охлаждения, 2 л толуола было добавлено, и осадок был отфильтрован
и экстрагирован толуолом. Органические экстракты были объединены и
сконцентрированы на роторном испарителе. После флэш-хроматографии (эфир/пентан, 1:1,
Rf = 0.37) на силикагеле, 173 г (50%) 4-аллилпирокатехина было получено.
Как видите, необходим весьма большой избыток хлористого лития.
Нитробензолом и
бромистым алюминием
Внимание - нитробензол - сильный яд и канцероген!
A solution of 15.2 g (0.1 mole) of vanillin in 45 ml of nitrobenzene at
15° С is treated with a solution of 53.4 g of anhydrous aluminium bromide in
60 ml of nitrobenzene. 125 ml of nitrobenzene are added to the gel which
forms with stirring (do not breath nitrobenzene vapors or let it in contact
with the skin. If contact occurs flush area with water for 15 min). Heat the
solution to 95°С and then let cool to room temperature. Allow to stand at
room temperature for 30 minutes. The dark mixture is cooled and added to 1 L
of water containing a little HC1. The mixture is extracted with ether and the
ether is then extracted with 5% NaOH. The hydroxide solution is washed with
ether and then acidified with dilute sulfuric acid. The acidic solution is
extracted with ether, dried, and then distilled off to leave ^12.8g (93%) of
protocatechualdehyde.
Бромоводородной
кислотой6
Для 2,5-диметоксифензтиламина
6 Patent US3062884
Hydrolysis Concentrated hydrogen bromide (200 ml.) is added cautiously to
2, 5-dimethoxyphenethylamine (16 g.) and the mixture is refluxed for five
hours. Nitrogen is continually passed through the reflux mixture and water is
fractionated off continuously to maintain the highest hydrogen bromide
concentration. After refluxing, the mixture is evaporated in vacuo to dryness.
Sufiicient water to remove any traces of residual hydrogen bromide is added
to the residue and the solution again evaporated in vacuo to dryness. The
residue is dissolved in absolute ethanol and evaporated in vacuo to dryness,
after which it is dried in a vacuum desiccator. A substantially quantitative
yield of crystalline fi-aminoethylhydroquinone hydrobrcmide, melting at 160-
161 C, is obtained.
Since certain changes may be made in the above processes without departing
from the scope of the invention herein involved, it is intended that all
matter contained in the above description shall be interpreted as illustrative
and not in a limiting sense.
What is claimed is:
1. The process of preparing a 2,5-dialkoxy-phenethylamine which comprises
hydrogenating a 2,5-dialkoxy-f1 nitrostyrene in the presence of a palladi-
nized barium sulfate catalyst in a mixture of acetic and sulfuric acids as
the reaction medium.
2. The process defined in claim 1 wherein said bydrogenation is conducted
at room temperature.
3. The process defined in claim 1 wherein said 2,5-dialkoxy-B-nitrostyrene
is 2,5-dimethoXy-B-nitrostyrene and said 2,S-dialkoxy-phenethylamine is 2,5-
dimethoxy-phenethylamine.
Электроника
БЛОК ПИТАНИЯ НА СКОРУЮ РУКУ
Ака Касьян
Мною было собрано огромное количество блоков питания и хочу поделиться
конструкцией наиболее простого и стабильного сетевого ИБП (см. вкладку ниже).
Тип блока питания, как уже заметили — импульсный. Такое решение резким
образом уменьшает вес и размеры конструкции, но работает не хуже обыкновенного
сетевого трансформатора, к которому мы привыкли. Схема собрана на мощном
драйвере IR2153. Если микросхема в DIP корпусе, то диод нужно ставить
обязательно . На счет диода — обратите внимание, он не обычный, а ультрабыстрый,
поскольку рабочая частота генератора составляет десятки килогерц и обычные
выпрямительные диоды тут не подойдут.
В моем случае вся схема была собрана на «рассыпухе», поскольку собирал
только для проверки работоспособности. Мной схема практически не
настраивалась и сразу заработала.
Трансформатор — желательно взять готовый, от компьютерного блока питания
(подойдет буквально любой, я взял трансформатор с косичкой от блока питания
АТХ 350 ватт). На выходе трансформатора можно использовать выпрямитель из
диодов Шоттки (тоже можно найти в компьютерных блоках питания), или любые
быстрые и ультрабыстрые диоды с током 10 Ампер и более, также можно ставить
наши КД213А.
Схему подключайте в сеть через лампу накаливания 220 Вольт 100 ватт, в моем
случае все тесты делал инвертором 12->220 с защитой от КЗ и перегруза и
только после точной настройки решился подключить в сеть 220 Вольт.
Как должна работать собранная схема:
• Ключи холодные, без выходной нагрузки (у меня даже с выходной нагрузкой
50 ватт ключи оставались холодными).
• Микросхема не должна перегреваться в ходе работы.
• На каждом конденсаторе должно быть напряжение порядка 150 Вольт, хотя
номинал этого напряжение может откланяться на 10-15 Вольт.
• Схема должна работать бесшумно.
• Резистор питания микросхемы (47к) должен чуть перегреваться во время
работы, возможен также ничтожный перегрев резистора снаббера (100 Ом).
Основные проблемы, которые возникают после сборки:
Проблема 1
Собрали схему, при подключении контрольная лампочка, которая подключена на
выход трансформатора, мигает, а сама схема издает непонятные звуки.
Скорее всего не хватает напряжения для питания микросхемы, попробуйте
снизить сопротивление резистора 47к до 45к, если не поможет, то до 40к, и так
до тех пор (с шагом 2-3 кОм ), пока схема не заработает нормально.
Проблема 2
Собрали схему, при подаче питания ничего не греется и не взрывается, но
напряжение и ток на выходе трансформатора мизерные (почти ровны нулю)
Замените конденсатор 400 Вольт 1 мкФ на дроссель 2 мГн.
Проблема 3
Один из электролитов сильно греется.
Скорее всего, он нерабочий, замените на новый и заодно проверьте диодный
выпрямитель, может именно из-за нерабочего выпрямителя на конденсатор
поступает переменка.
Импульсный блок питания на ±г2153 можно использовать для питания мощных,
высококачественных усилителей, или же использовать в качестве зарядного
устройства для мощных свинцовых аккумуляторов, можно и в качестве блока питания
— все на ваше усмотрение.
Мощность блока может доходить до 400 ватт, для этого нужно будет
использовать трансформатор от АТХ на 450 ватт и заменить электролитические
конденсаторы на 470 мкФ — и все!
В целом, импульсный блок питания своими руками можно собрать всего за 10-12
$ и то если брать все компоненты из радиомагазина, но у каждого радиолюбителя
найдется больше половины радиодеталей, использованных в схеме.
высоковольтный источник на скорую руку1
Ака Касьян
Основные параметры источника:
• Номинальная выходная мощность - 70 Ватт
Максимальная выходная мощность - 100 Ватт
Пиковая выходная мощность - 130 Ватт
Выходное напряжение на разрядниках - 35000 Вольт
Частота искрообразования - 1200 Гц
Расстояние между выходными электродами - 30 мм
Максимальный пробой воздуха - 45 мм
Питание - аккумулятор (Ll-po 12V 1200mA)
S1
L1
Jr'K
7.2V
T1.T2IRFZ48
. ■ |C6 2n2 6.3kV
C6 Ж°305 £ k CaUti0n!
D2-D5 КЦ106Г
Использовалась мощная схема двухтактного инвертора с применением N-
канальных силовых ключей. Такая схема простого мультивибратора имеет
минимальное количество комплектующих компонентов и потребляет ток до 11 ампер, а
после замены транзисторов на более мощные, ток потребления вырос до 16 ампер
— немало для такого компактного инвертора.
Но если имеется такой мощный преобразователь, то нужен соответствующий
источник питания. Было приобретено два комплекта литий-полимерных
аккумуляторов, емкость которых составляет 1200 мА при напряжении 12 вольт. Позже
удалось накопать в сети некоторые данные про эти аккумуляторы. Из достоверных
источников стало известно, что ток КЗ достигает до 34-х ампер! Мощные
аккумуляторы при достаточно компактных размерах. Следует заметить, что 34 А — это
кратковременный отдаваемый ток короткого замыкания.
В инверторе можно использовать полевые транзисторы IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48,
можно и более мощные — IRL3705, IRF3205 (именно последний вариант использован
у меня).
Импульсный трансформатор был намотан на сердечнике от электронных
трансформаторов на 50 ватт. Такие китайские трансформаторы предназначены для питания
12-Вольтовых галогенных ламп и стоят копейки.
Изначально предназначался для использования в качестве электрошокера, но это
просто высоковольтный источник и его можно использовать, например, для питания
озонатора.
Первичная обмотка мотается 5-ю жилами
провода 0,5 мм. Обмотка содержит 2x5
витков и мотается двумя шинами,
каждая шина состоит из 5 витков.
Сразу двумя шинами по всему каркасу
мотаем 5 витков - у нас в итоге
получается 4 вывода первичной обмотки.
Обмотку тщательно изолируем 10-15
слоями тонкого прозрачного скотча и
мотаем повышающую обмотку.
Вторичная обмотка состоит из 800
витков и намотана проводом 0,1 мм.
Обмотку мотаем слоями — каждый слой
состоит из 70-80 витков. Межслойную
изоляцию ставим тем же прозрачным
скотчем, для каждого ряда 3-5 слоев
изоляции.
Готовый трансформатор можно залить
эпоксидной смолой, чего я никогда не
делаю, поскольку технология намотки
отработана и пока что ни один
трансформатор не пробивал.
Дальше с концов обмотки сдираем лак и
залужаем их.
В высоковольтной части использованы два двухтактных умножителя
последовательно соединенных. В них использованы достаточно распространенные
высоковольтные компоненты — конденсаторы 5 кВ 2200 пФ и диоды КЦ123 или КЦ106
(первые работают лучше из-за повышенного обратного напряжения).
Готовый умножитель получается довольно компактным, его нужно залить
эпоксидной смолой после того, как он будет смонтирован в корпусе.
Для заливки умножителя напряжения я использовал эпоксидную смолу, которая
продается в шприцах, вес всего 28-29 грамм, но одной упаковки хватит для
заливки двух таких умножителей.
Корпус был взят от китайского светодиодного фонарика, правда, пришлось чуть
переделать его. Аккумуляторы расположены в задней части корпуса.
В качестве предохранителя используется выключатель по питанию. Можно
использовать практически любые с током 4-5 Ампер и более. Выключатели были
сняты из китайских ночников.
С такого умножителя можно снять до 5-6 см чистой дуги, но не стоит
раздвигать выходные контакты на большое расстояние во избежание нежелательных
последствий .
Технологии
^—- ™* ?
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ НЕХОРОШИХ РАСТЕНИИ
Если нельзя, но очень
хочется - то можно.
(Народная мудрость)
КОНОПЛЯ1
Скорее всего, конопля происходит с Гималайских предгорий, хотя из-за
тесных, почти симбиотических отношений с человеком точно определить ее
происхождение невозможно. Ее выращивали ради трех основных продуктов - семян, которые
используются в пищу и для получения масла, волокна - из него делали одежду и
веревки, и смолы, содержащей ТетраГидроКаннабиол (ТГК). Растения, которые
выращивают ради семян и волокна обычно содержат крайне малое количество ТГК и
называются по-английски hemp. Разновидности с высоким содержанием ТГК
называются marijuana и выращиваются исключительно с целью получения психоделических
продуктов. Использование конопли и ее продуктов быстро распространилось по
всему миру, сейчас ее выращивают в регионах от Арктики до экватора. Она
прошла сотни и тысячи поколений естественного и искусственного отбора, в
результате чего имеется множество сортов, приспособленных к конкретному климату и
дающих максимальное количество требуемой продукции. Конопля, которую
перестают культивировать, быстро становится пдикой" и продолжает расти в
естественных условиях - например, на территории среднего запада США. (англ.: Midwest)
заросли конопли берут свое начало с заброшенных в 40-х годах плантаций. Эти
заросли образует конопля, которая на протяжении многих поколений
приспособилась к окружающим условиям.
1 Rosenthal Ed «Marijuana Growers Guide».
Вследствие селекционной работы сейчас имеется множество различных сортов
конопли, отличающихся высотой, шириной, расположением веток, размером и
формой листьев, периодом цветения, продуктивностью, психоделической активностью,
запахом и т.д. По большей части активность конопли - фактор генетический,
т.е. для каждого сорта характерно свое количество смол и ТГК. Задача
конопляного садовода - позволить сортам с высоким содержанием ТГК как можно полнее
реализовать их потенциал. Конопля является быстрорастущим однолетним
растением, однако в некоторых теплых регионах она может и зимовать. Лучше всего она
растет на плодородных почвах имеющих хороший дренаж. Конопля требует много
солнца или мощное искусственное освещение. Обычно конопля двупола, т.е.
имеются кусты как женские, так и мужские. Изредка попадаются кусты-гермафродиты,
имеющие одновременно женские и мужские цветы.
В естественных условиях сроки и размер урожая зависят только от погодных
условий, таких как количество солнечных дней, осадков, температура воздуха и
т.д. В случае же оранжерейного культивирования условия окружающей среды
полностью контролируются садоводом, что позволяет регулировать сроки цветения,
созревания семян и сбора урожая.
Рост и
цветение
конопли
Конопля регулирует сроки цветения в зависимости от изменения непрерывного
темного времени суток. Она производит гормон (фитохром) начиная с момента
прорастания. Когда уровень этого вещества достигает порога, растение
переходит из режима вегетативного роста в режим цветения. Гормон разрушается во
время даже очень коротких периодов освещенности. Ранней весной и летом
светлое время суток гораздо длиннее темного, и критический уровень не
достигается, но с уменьшением светлого времени суток уровень гормона растет и в какой-
то момент растение начинает цвести. Это происходит в разное время, в
зависимости от вида конопли и окружающих условий. Конечно же, в случае
оранжерейного выращивания режим освещенности менять очень просто. Как правило,
активность травы гораздо больше зависит от зрелости (англ.: Maturity), чем от хро-
нологического возраста. Генетически одинаковые растения в возрасте 3 и 6
месяцев (но и то, и другое с развившимися цветами) имеют одинаковую активность.
Понятно, что более взрослое растение, как более развитое, зацветает быстрее и
дает больший урожай.
Выбор места
для посадки
Любая площадь может подойти для выращивания конопли. Чердак, подвал, лишняя
комната, даже полки могут успешно использоваться. Замечательно подходят также
гаражи и оранжереи. Но есть одно обязательное условие - помещение должно быть
надежно изолировано от случайных посетителей и домашних животных, и не
просматриваться с улицы. Идеальное пространство должно быть по крайней мере
около 2-х метров длиной и площадью около 5 м2. Такая посадка может освещаться
одной металл-галидной или натриевой лампой на 1000 Вт - это дает наилучшие
результаты. Садоводы, у которых меньшие участки (по крайней мере, 0.3м
ширину и 1-2 м в длину) могут использовать флуоресцентные лампы (дневного света)
или металл-галидную/натриевую на 400 Вт. В принципе, большие сады эффективнее
маленьких. Для маленьких несущественно наличие окна или вентилятора, но для
больших это становится обязательным (для отвода тепла и обновления воздуха).
Размеры растений и
расстояния между ними
Разные сорта конопли отличаются не только по скорости роста, но и своим
потенциальным размером. Размеры кустов могут в какой-то степени регулироваться
садоводом, поскольку можно заставить их цвести при практически любом размере.
Опытные растениеводы высказывают различные соображения по поводу требуемой
площади - чем ближе размещены растения, тем меньше места каждое из них имеет
для роста.
Некоторые выращивают всего несколько кустов, но используют большие горшки.
Другие предпочитают выращивать много небольших растений. Работают оба метода,
но мелкие кусты используют площадь более рационально и, скорее всего, дадут
больший конечный выход - помните, что истинного конеплевода интересуют
прекрасные шишки, а не прекрасные растения. В основном площадь, требуемая для
каждого растения, зависит от желаемой высоты. Если, к примеру, растения
достигают около 1.8 м в высоту то им достаточно 1 м2 на каждое (расстояние между
ними около 1 м) , а для растений высотой 3 м нужно по 10 м2 (расстояние 3 м) .
Почвенные
смеси
Одна из первых книг по выращиванию растений в закрытом грунте рекомендовала
полностью засыпать пол оранжереи землей. Это эффективный, но крайне неудобный
для большинства растениеводов метод. К счастью, с тех пор стали известно
множество хороших методов, включая гидропонику. Большинство конеплиеводов
предпочитают использовать готовые смеси или составлять собственные. Почвенные
смеси могут значительно отличаться по составу, питательной ценности, рН и
способности удерживать воду. В качестве основы для смесей обычно берется
верхний плодородный слой земли, содержащий большие количества гумуса,
компоста и минералов. Землю надо обязательно сделать "легче", менее плотной - это
достигается добавлением песка, вермикулита, перлита, торфа и/или гравия.
Такие смеси могут обеспечить потребности растения в течение первых нескольких
месяцев. Готовые фабричные смеси состоят обычно из древесных волокон, компо-
ста и наполнителей типа вермикулита или торфа. Они хорошо удерживают
питательные вещества, но изначально содержат их мало. Многие из таких смесей
можно использовать для гидропоники.
Для растения в горшке основной характеристикой почвы является ее структура.
Почва должна быть рыхлой, быстро высыхать и обеспечивать хорошую вентиляцию
корням. Слишком богатые гумусом смеси могут ссыхаться или слипаться,
затрудняя корням дыхание - из-за этого растения растут хуже, возможно развитие
анаэробных бактерий на корнях (погниют, проще говоря). Подходящая консистенция
определяется так: слегка влажная смесь, слепленная в шар должна рассыпаться
от слабого толчка. Если шар держится слишком хорошо - нужно добавить
наполнитель. Как уже говорилось подходят вермикулит, перлит, и т.д. - вплоть до
пенопластовых шариков. Хорошие смеси легко приготовить, причем легче купить
землю в магазине, чем брать природную - так как в оранжерее совершенно не
нужны бактерии и насекомые-вредители которые могут в ней жить. Если вы все-
таки решили использовать "натуральную" землю, то ее нужно будет простерилизо-
вать 5% известковым раствором или 20 минут над паром в автоклаве. Можно также
использовать для стерилизации микроволновую печь - в ней землю нагревают пока
не пойдет пар (около 5 минут для 3,8 литра). Теперь проверяем на консистенцию
и если нужно прибавляем наполнитель - 1 часть на 2-3 части земли. Вот краткий
перечень основных наполнителей и их свойств:
• Поролон. Может использоваться вместо пенопласта. Легко удерживает в
ячейках как воздух, так и воду. Используется в виде шариков с горошину или
меньше, можно в смеси с пенопластом в соотношении 3:2.
• Гравий. Часто применяется как основная среда при гидропонике т.к. его
легко очищать, он недорог, не вымывается водой и не поглощает элементы из
раствора. Он замечательно вписывается и в почвенные смеси благодаря тому
что придает им одновременно пористость и вес. Внимание! Некоторые виды
гравия содержат известняк - их использовать нельзя!
• Лава. Дает наилучшие результаты, как в смеси, так и чистом виде. Лава
обладает сильно пористой поверхностью, иногда для лучшего удержания влаги
добавляют 1 часть вермикулита на 3-6 частей лавы. При этом образуется
идеальная среда, легко пропускающая и воду и воздух. Если вода поступает
сверху, то она может понемногу вымывать вермикулит.
• Перлит. Является вспененным вулканическим стеклом. Он имеет маленькую
плотность и большую площадь поверхности. При этом перлит ничего не
впитывает, только задерживает на какое-то время. В сухом виде сильно пылит,
поэтому перед работой его необходимо увлажнить, а также пользоваться
респиратором .
• Минеральная вата. Делается из камня, который расплавляется и
продавливается через очень маленькие отверстия. Минеральная вата чем-то напоминает
стекловату, но жадно впитывает воду в отличие от последней. Поставляется
обычно в рулонах или брикетах. При гидропонном выращивании на минеральной
вате рекомендуется использование капельного полива, растениеводы отмечают
при этом просто феноменальную скорость роста!
• Песок. Достаточно тяжелый материал, который часто добавляется в смеси
именно с целью утяжеления - тогда растения могут лучше закрепиться. Смеси
с песком сохнут быстрее и не слипаются. Песок бывает различного качества,
наилучший - кварцевый. Часто песок содержит некоторое количество
известняка , что приводит к росту рН и осаждению микроэлементов. Если у вас нет
другого выхода, то залейте ваш песок раствором 0,4 кг суперфосфата в 19
литрах горячей воды, выдержите 6-12 часов и слейте раствор. При этом
суперфосфат связывается с известняком, временно пассивируя его поверхность.
Песок, продающийся в садоводческих магазинах, обычно чистый и может ис-
пользоваться сразу. Если песок морской, то убедитесь, что он не содержит
соли.
• Мох сфагнум или торфяной мох добывается на болотах. Он удерживает воды
гораздо больше, чем весит сам и служит буфером для питательных веществ, т.е.
быстро впитывает их и понемногу освобождает. Это снижает вред для растений
от резких изменений состава воды. Мох сам по себе обладает кислой
реакцией, поэтому смеси должны содержать его не больше 20%.
• Пенопластовые шарики по сути своей гидрофобны (отталкивают воду) и иногда
очень полезны. Добавление их в смеси облегчает последние, не дает
слипаться (т.к. шарики не липнут ни друг к другу, ни к любому другому материалу)
и впитывать слишком много воды. Единственный недостаток - пенопласт легче
воды и имеет склонность постепенно передвигаться вверх. Применяются шарики
размером с горошину или мельче.
• Вермикулит представляет собой вспененную слюду. Как и перлит, сам по себе
достаточно легкий, но способен удерживать большое количество воды.
Вермикулит бывает с разным размером частиц, скорее всего, что самый крупный
будет обеспечивать корням наилучшую вентиляцию. Кроме того, мелкие частицы
внизу большого горшка имеют склонность слишком спрессовываться. Поэтому
чем больше горшки - тем крупнее должен быть вермикулит. В сухом виде
вермикулит сильно пылит, поэтому перед работой с ним, его необходимо
намочить .
Способность среды впитывать и удерживать воду должна быть тем меньше, чем
больше размеры горшка. Так при проращивании семян в 1-2 дюймовых емкостях
можно использовать только почву или вермикулит. Емкости до 3,8 литра объемом
должны заполняться смесью типа вермикулит-перлит или земля-перлит. Для
больших емкостей количество наполнителя должно быть увеличено, чтобы смесь быстро
просыхала и не спрессовывалась. Как уже говорилось, для этих целей хорошо
подходит гравий, песок, пенопласт и т.д.
Освещение
Зеленые растения используют свет для нескольких целей. Самое удивительное,
что свет дает им энергию для синтеза сахара из воды и углекислого газа - это
называется фотосинтезом и производит питательные вещества для большей части
биосферы Земли. Далее растения превращают сахар в крахмал, а крахмал - в
более сложные молекулы типа целлюлозы. При добавлении азота получаются
аминокислоты. Еще свет используется растениями (в т.ч. и коноплей) чтобы
определить , когда именно им нужно цвести.
Солнечный свет, который мы видим как белый, состоит на самом деле из всех
цветов видимого спектра. Эффективнее всего растения используют для своих
целей красный и синий цвет излучения для различных целей, остальной спектр
используется в основном для фотосинтеза. Фактически, они используют любой цвет
кроме зеленого, который отражают обратно (вот почему растения зеленые).
Лучшим источником света является солнце, т.к. оно не потребляет электричества,
более яркое, чем искусственные источники и не требует обслуживания! Конечно,
садоводы могут использовать дополнительную подсветку при недостатке солнца. В
домашних условиях единственные места, где достаточно солнечного света (и то
летом) - это подоконник выходящего на юг окна или балкон с той же стороны.
Вообще-то потребность в освещении сильно отличается в зависимости от сорта -
так большинство разновидностей конопли хорошо растет при освещенности 1000-
1500 люменов на 0.01 м2, хотя могут эффективно использовать до 3000 люменов.
У экваториальных видов при недостатке света могут значительно увеличится
расстояния между листьями (англ.: Internod.es), а требуют они 2500-5000 люменов
на 0.01 м2.
С другой стороны, многие садоводы не могут пользоваться солнечным светом по
каким-то причинам для выращивания конопли. Поэтому они используют
искусственное освещение, чтобы сделать возможным быстрый рост конопли и управлять ее
развитием. Чаще всего пытаются использовать лампы накаливания или кварцевые
галогенные (тоже, по сути, накаливания) лампы, которые преобразуют в свет
только 10% энергии и являются крайне неэффективными. Самое отвратительное,
что остальную часть энергии они преобразуют в тепло, с которым крайне сложно
бороться. Есть несколько альтернатив...
Флуоресцентные лампы
(дневного света)
Они являются недорогим, простым в использовании и эффективным источником
света. Растения под ними чувствуют себя хорошо, кроме того, флуоресцентные
лампы в 2-3 раза эффективнее ламп накаливания. Чаще всего они бывают прямыми,
длиной 60, 120, 180 и 240 см. В природе также существуют лампы круглые, в
форме буквы U и даже (в последнее время) лампы со встроенным
преобразователем, рассчитанные на установку в стандартный патрон. Флуоресцентные лампы
могут излучать различный спектр в зависимости от типа люминофора, который
бывает "warm white", "cool white", "daylight", "deluxe cool white" и др. Для
достижения лучших результатов обычно используется несколько типов ламп
одновременно .
Есть одна компания производящая флуоресцентные лампы, которые излучают
полный солнечный спектр. Такие лампы называются Vita-Lite и работают достаточно
хорошо. Они бывают в более эффективном варианте "Power Twist", благодаря
перекрученной трубке при той же мощности лампа испускает больше света. Лампы
"Gro-Tubes" значительно уступают даже обычным флуоресцентным лампам потому,
что испускают в основном только синие и красные лучи, а суммарная
интенсивность света получается меньше, чем у обычных (в условиях СНГ такие лампы на
порядок дороже обычных, поэтому их преимущества никак не могут компенсировать
стоимость их замены два раза в год).
Чтобы ваш сад быстро рос, нужно как минимум 20 ватт используемой мощности
на 0.1м2 (при использовании флуоресцентных ламп). Чем больше света получат -
тем быстрее будут расти, тут зависимость гораздо более резкая, чем от
остальных факторов. Соответственно, шишки тоже будут больше и лучше. Стандартные
прямые флуоресцентные лампы используют 8-10 ватт на 30 см длины. Для
освещения сада необходимо располагать лампы параллельно, по две штуки на 30-40 см
ширины. Максимум вы можете разместить четыре лампы на 40 см (это ограничива-
ется размерами ламп) . И соответственно больше чем 40 ватт на 0.1 м2 тоже не
будет... Но если использовать круглые лампы, расположив маленькую (22 ватт)
внутри большой (32 ватт) можно получить 54 ватта на 0.1 м2.
Некоторые компании производят электронные энергосберегающие балласты,
которые потребляют на 39% меньше электроэнергии, лампы при этом работают на 91%
от обычной мощности.
Еще один немаловажный фактор - форма используемого рефлектора, от нее
напрямую зависит сколько света получат растения. Не стоит размещать лампы ближе
чем на расстоянии 10 см друг от друга т.к. потери света превысят эффект от
увеличения мощности. Наилучшей конструкцией является следующая: на деревянной
рамке разместите держатели ламп таким образом, чтобы расстояние между ними
составило не меньше 10 см. Потом возле каждой лампы укрепите мини-рефлектор
согнутый в виде перевернутой V (из картона или фанеры, покрашенных в белый
цвет) таким образом, чтобы возможно большая часть света лампы отражалась
вниз. Рамку надо покрыть отражающим материалом типа кухонной фольги.
Вообще, блоки ламп не стоит делать шире 80 см, так как с большими трудно
работать. Очень рекомендуется подвешивать блоки таким образом, чтобы их
высоту можно было регулировать (вам придется постоянно делать это по мере роста
конопли, поддерживая расстояние между лампами и верхушками 5-10 см).
Опытные пользователи часто пробуют необычные варианты размещения ламп,
например , по краю сада или наоборот, в его середине. Бывает, что лампы
подвешивают вертикально среди растений - это позволяет лучше освещать нижние части
растений, которые обычно остаются в тени. Можно подвесить лампы горизонтально
между рядов, что позволит избавиться от рефлектора. Если растения имеют
сильно различную высоту необходимо использовать подставки чтобы выровнять их "по
росту", а потом повесить лампы наклонно.
Металл-галидные
лампы2
Это, наверное, наиболее популярный среди садоводов тип ламп. Такими же
пользуются при освещении дорог и стадионов, они испускают яркий белый свет.
Их просто использовать, они сразу же готовы к включению. Устройство полностью
состоит из лампы, рефлектора и длинного провода, который втыкается в стоящий
отдельно балласт. Рефлектор с лампой весят немного, и нужна только одна цепь
или веревка, чтобы его подвесить. В одном из экспериментов обнаружили, что
конопля лучше воспринимает свет, исходящий из одного источника (как от ме-
талл-галидной или натриевой), чем рассеянный (как от флуоресцентных). Под
такими лампами (по сравнению с флуоресцентными) растения вырастают крепче и
дают более мощные шишки. Нижние листья чувствуют себя лучше, потому что свет
одного источника легче проникает через верхние листья.
Металл-галидные лампы бывают горизонтальной или вертикальной установки.
Первые гораздо легче достать, но они немного уступают по эффективности
вторым. Для вертикальной лампы рефлектор должен быть не короче, чем она сама -
иначе толку от него немного. Эти лампы бывают на 400, 1000 и 1500 ватт,
причем последние не рекомендуются из-за малого срока службы. 400 ваттная лампа
может легко освещать плантацию размером до 1,5x1,5 м. В европейских
оранжереях является стандартом использование нескольких 400 ваттных ламп, подвешенных
через каждые 1,5 метра. Этот же метод может использоваться с 1000 ваттными
лампами и интервалом в 2,4 метра. При таком размещении ламп потери света
стремятся к нулю с ростом размера плантации.
2 Отечественный аналог: ДРИ - ртутно-йодные.
HPS - Натриевые лампы
высокого давления3
Натриевые лампы испускают оранжевый (янтарный) свет и в основном
используются для уличного освещения. В спектре этих ламп преобладают желтые,
оранжевые и красные лучи с небольшим количеством синего. Они производят на 15%
больше света, чем металл-галидные при той же мощности. Выглядят они похоже и
тоже имеют лампу, рефлектор и отдельный балласт4 () . Обычно садоводы
используют одну натриевую лампу на стадии цветения - считается, что ее спектр
стимулирует цветение и выработку смол. В одном из проведенных экспериментов две
одинаковые плантации освещались одна - металл-галидной, а вторая - натриевой
лампами. Плантация под металл-галидной лампой достигла зрелости (англ.:
Maturity) на неделю раньше, содержание смол было примерно одинаковое у обоих.
Хотя другие исследователи утверждают, что при использовании натриевой лампы
количество смол и ТГК в них значительно увеличивается.
Натриевая лампа может использоваться как единственный источник освещения.
Многие садоводы используют смешанное освещение с помощью натриевых и металл-
галидных ламп, в соотношении 1:2. Другие освещают плантацию металл-галидной
во время роста, а натриевой - во время цветения. Натриевые лампы бывают
мощностью 100 и 400 ватт. Лампы меньшей мощности можно использовать для
подсветки особо темных углов.
Потребляемый
ток
Освещение сада требует очень много электричества, поэтому стоит сначала
прикинуть - выдержит ли проводка? Потребляемый лампами суммарный ток
посчитать очень просто - разделите их суммарную мощность на 220 В. Обычно
квартирная проводка рассчитана на 10-20 ампер, в частном доме может быть больше.
• Хотя солнечный свет является наилучшим для растений, но их жизненный
цикл легче контролировать при использовании искусственного освещения.
• Жизненный цикл конопли определяется длиной дневного фотопериода - кол-
вом часов света в сутки.
• Молодая конопля растет быстрее при непрерывном освещении в первые два
месяца жизни.
• Лампы должны располагаться как можно ближе к верхушкам растений, но ни в
коем случае не должны их касаться!
• Лучшими являются лампы, наибольшая интенсивность излучения которых
приходится на красный и синий участки спектра.
• Флуоресцентные лампы (т.н. "дневного света") - один из самых эффективных
источников света для домашнего выращивания конопли.
• Металло-галогенные разрядные лампы лучше большинства флуоресцентных,
потому что они испускают больше света в синем участке спектра.
• Если через некоторое время после включения ваши лампы слишком горячие
чтобы до них дотронуться, скорее всего, они также слишком горячие для
близко расположенных верхушек!
• Количество света, необходимое для вашего сада зависит от его размера.
Металло-галогенные лампы потребляют больше электроэнергии, чем флуорес-
3 Отечественный аналог: ДНаТ.
4 в случае СНГ - лампа + фонарь типа уличного.
центные, но, как уже говорилось, дают лучшие результаты.
При использовании искусственного освещения конопля может вырасти на 1-
1,8м за 3-4 месяца.
В стадии вегетативного роста светлый период может составлять до 22
часов, когда он становится короче 12 часов - растения зацветают.
Чем больше света получают растения, тем быстрее они растут.
Чтобы повысить влажность воздуха в небольшом закрытом саду поставьте
открытую банку с водой.
Чтобы снизить и выровнять температуру кустов используйте маленький
вентилятор .
Если длительность светлого времени "плавает" - растения будут расти
хуже . Поэтому используйте таймер.
Если растениям не хватает света - они будут расти длинными и тощими.
Не "будите" растения включая свет в темное время суток!
Чем больше света получают растения, тем больше воды им нужно.
От ламп накаливания толку очень мало, они могут использоваться только
вместе с флуоресцентными.
Если верхушки и края листьев возле лампы скручиваются - значит, лампа
нагревает их слишком сильно.
Конопля может расти при длительности светлого времени суток 6 часов, но
для хорошего роста ей нужно более 12.
Если в комнате, где растут растения, есть окно - закройте его во
избежание нарушения фотопериода и лишнего полива.
Потолок, пол и стены комнаты должны быть выкрашены в белый цвет для
уменьшения потерь света.
Если под одной лампой растут несколько кустов - выровняйте их по высоте,
подкладывая чего-нибудь под горшки с более низкими растениями. Верхушки
должны быть примерно на одном уровне.
Длительность светлого времени суток - основной фактор, влияющий на рост
ваших растений.
После того, как светлое время установлено меньше 12 часов проходит не
меньше двух недель до начала цветения.
Не увеличивайте длительность светлого времени суток после начала
цветения!
В закрытом грунте (т.е. в помещении) конопля вырастает, обычно, более
сильной, чем на улице.
Для улучшения освещения нижних частей кустов можно смонтировать
дополнительные лампы на стенах помещения.
рН и вода
Уровень рН показывает насколько кислотной или щелочной реакцией обладает
среда. Диапазон изменения - 0-14; 0 - наиболее кислая реакция, 14 - наиболее
щелочная. Большинство питательных веществ, которые нужны растениям,
растворимы только при рН = 6-7,5, т.е. в относительно нейтральной среде. Как только
рН выходит за пределы этого диапазона, эти вещества выпадают в осадок и
становятся недоступны для растений. Естественно, что это сильно замедляет рост
растений. Обычно растения при низком рН растут очень медленно, всего на
несколько дюймов за месяц, а при высоком - выглядят бледными и вялыми и тоже
растут очень плохо.
рН можно померить при помощи специального приборчика или индикаторной
бумаги. Как пользоваться прибором написано в инструкции, а про использование
индикаторной бумаги можно спросить любого школьного учителя химии. Возьмите и
померьте рН вашей воды - если он в пределах 6-7 (а лучше 6,2-6,8) то все
нормально . Если нет - то придется принимать меры... Для нейтрализации кислой воды
можно применить натрия бикарбонат (кальцинированная сода), пепел, золу,
известь . Щелочную воду нейтрализуют азотной, серной или лимонной кислотой.
Любое из этих веществ нужно понемногу добавлять к небольшому объему воды пока
рН не установится в пределах 6-7. После этого необходимое количество добавок
легко рассчитывается для любого объема воды. Поскольку состав водопроводной
воды подвержен значительным сезонным колебаниям, рекомендует периодически
повторять такие замеры, скажем раз в две недели. Кстати о водопроводной воде -
некоторые садоводы предпочитают отстаивать ее в течение суток, чтобы вышел
весь хлор.
Измерение рН индикаторной бумагой.
При подготовке почвы ее рН также необходимо довести до 6,2-6,8. Кислые
почвы нейтрализуют прибавлением известняка (5-10 г известняка на 3,8 литра почвы
повышают ее рН на 1), щелочные - гипсом. И тот и другой слаборастворимы в
воде.
Удобрения
Конопле требуется больше азота до цветения, чем во время или после, зато с
началом цветения резко вырастает ее потребность в фосфоре. Потребность в
калии значительно увеличивается после опыления (калий нужен для развития
семян) . Растения, которые выращиваются в земле или в заранее удобренных смесях
(с помощью компоста, навоза, медленно растворяющихся минеральных удобрений)
могут вообще не потребовать дополнительной подкормки или при появлении
признаков дефицита какого-либо элемента нужно будет внести его в небольшом
количестве .
Два самых простых и наиболее удачных метода угодить растениям -
использовать готовое удобрение для гидропоники или какое-либо органическое
водорастворимое удобрение. Удобрения для гидропоники имеют полный набор питатель-
ных веществ, в то время как прочие часто состоят только из макроэлементов (N,
Р и К). Органические удобрения типа рыбной эмульсии содержат те элементы,
которые находились в исходном организме. Большинство удобрений для закрытого
грунта растворимы в воде, некоторые имеют ограниченную растворимость и
действуют через некоторое время (их подмешивают в почву при ее подготовке).
Растения, выращиваемые в земле, обычно получают достаточно микроэлементов и нужно
вносить только обычные удобрения для получения хороших результатов. При
использовании безземельных смесей, как правило, нужно вносить и микроэлементы.
С момента прорастания семян растения должны получать большое количество
азота, поэтому используются растворы удобрений с соотношением N:Р:К в районе
29-10-10 или 17-10-12. Это только две из многих возможных формул
обеспечивающих большое количество азота. Удобрения, в которых азота не сильно много
можно использовать вместе с рыбной эмульсией (воняет!) или с простым удобрением
Sudbury X (44-0-0). В моче также очень много азота, который легко доступен
растениям. При использовании мочи одну чашку разводят на 3,8 литра воды.
Высокая концентрация азота должна поддерживаться до начала цветения, после чего
переходят на удобрения состава 5-20-10 или 10-19-12 (мало азота, много
фосфора) . Садоводы, предпочитающие составлять собственные удобрения, обычно
используют следующие соотношения для разных периодов жизни конопли (даны в мг/л
воды):
Период
Прорастание (15-20 дней)
Вегетативный рост
2 недели до цветения
Цветение
Созревание семян
N
110-150
200-250
70-100
0-50
100-200
Р
70-100
60-80
100-150
100-150
70-100
К
50-75
150-200
75-100
50-75
100-150
При гидропонном способе выращивания растения можно полностью оставить без
азота в течение последних 10 дней жизни. Тогда, по мере миграции азота вверх,
засохнут сначала большие нижние листья, за ними те, которые повыше и т.д. В
итоге растение засыхает полностью. При применении этого метода шишки
получаются менее зеленые и с гораздо более слабым "ментоловым" привкусом (его дает
хлорофилл). Многие садоводы используют несколько разновидностей удобрений.
Они или смешивают их при подготовке раствора или при каждой новой подкормке
используют другое удобрение.
Потребность конопли в азоте может изменяться в разных условиях окружающей
среды. Так при высокой температуре воздуха ей нужно давать на 10-20% меньше
азота, иначе она сильно растет вверх. Растения в прохладном или холодном
климате должны получать на 10-20% больше азота. Растения, получающие больше
света, должны получать больше азота.
Садоводы, предпочитающие органические удобрения часто делают из них "чай",
настаивая на воде. Органические удобрения обычно содержат как микро, так и
макроэлементы. Навоз и мясокостная мука чаще всего используются для этого, но
есть еще немало подобных вещей (моча, например, вероятно лучший источник
азота) . Соотношения элементов в разных органических удобрениях различаются, но
обычно бывают указаны на упаковке. Вот список наиболее обычных органических
удобрений, которые можно использовать для приготовления "чая":
Удобрение
Мясокостная мука
(перемолотые отходы
скотобойни)
N
15
Р
1,3
К
0,7
Примечание
Легко освобождает питательные
вещества
Коровий навоз
(сухой)
Сухой остаток крови
Птичий помет
Древесный пепел
Гранитная пыль
Каменный фосфат
Моча (человеческая,
свежая)
1,5
13
3,5
0
0
0
0,5
0,85
3
1,5
1,5
0
35
0,003
1,75
0
0,85
7
5
0
0,003
Классический "чай". Хорошо
сбалансированный состав.
Легко освобождает питательные
вещества
Превосходный набор питательных
веществ
Хорошо растворим. Дает сильную
щелочную реакцию (кроме некоторых
"кислотных" пород вроде грецкого
ореха)
Растворяется медленно
Растворяется постепенно
Азот немедленно доступен растениям
Промышленные водорастворимые удобрения легко доступны. Рыбная эмульсия
поставляется с составами 5-1-1 и 5-2-2, и за долгие годы использования
заслужила наилучшие отзывы.
Добавки
Многочисленные добавки могут использоваться для увеличения усваиваемости
питательных веществ. Вот некоторые из них:
• Добавки, улучшающее смачивание. Используются для снижения поверхностного
натяжения, помогая воде проникать в самые сухие участки почвы. Эффективны
при подмешивании в свежую почву или при редком периодическом употреблении,
но не должны использоваться часто. В противном случае могут помешать росту
корневых волосков.
• Морская водоросль. Высушенная и измельченная, содержит многие
микроэлементы нужные растениям. Могут также содержать некие неустановленные гормоны.
• Зола водорослей. По питательной ценности аналогична водорослям. Сторонники
использования золы заявляют, что там содержится какая-то очень полезная
органика.
• Морская вода. Содержит множество микроэлементов и органических соединений.
Некоторые садоводы, использующие гидропонику, отмечают, что добавление 5-
10% морской воды в питательный раствор позволяет решить проблему с
микроэлементами , но это может быть рискованно.
И в завершение раздела - таблица симптомов, характерных для недостатка
каких-то элементов и для передозировки удобрений:
Симптомы
Пожелтение:
молодых листьев
среднего возраста
старых листьев
между прожилками
Опадание старых листьев
Листья закручиваются:
вверх
вниз
Концы желтеют у:
молодых листьев
N
^
^
Р
К
^
^
Мд
^
^
^
Fe
^
Си
^
Zn
^
В
^
Мо
^
Мп
^
^
Передоз
^
более старых листьев
Молодые листья скрюченные
Некроз
Листья чахлые
Темно-зеленые или фиолетовые
листья и стебли
Бледно-зеленые листья
Пятнистость
Растения сильно вытянутые
Мягкий стебель
Твердый хрупкий стебель
Отмирают растущие части
Корень растет слабо
Растения вялые
V
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
V
S
S
S
S
V
S
S
S
S
S
S
S
S
• Элементы азот, фосфор и калий являются важнейшими питательными веществами
для быстрого роста. Кальций используется для контроля рН.
• Добавления азота способствует быстрому росту конопли гораздо сильнее, чем
большинства других растений.
• Как и другие растения, конопле нужно больше всего фосфора во время
цветения и развития семян.
• При достаточном количестве калия конопля отращивает крепкие стебли, и ее
способность противостоять болезням повышается.
• Добавление кальция как такового обычно не практикуется, но для повышения
рН его используют все.
• Чтобы вырасти большой, конопле нужно большое количество питательных
веществ . Их обычно добавляют в воду.
• Количество добавляемых в воду удобрений зависит от размеров растений и
горшков, от общего состояния почвы.
• Обязательно поливайте растения после добавления удобрений в почву. Лучше
растворять удобрения в поливочной воде.
• Если добавить больше удобрений чем требуется растению, то ему может быть
нанесен непоправимый вред!
• Внекорневая подкормка (опрыскивание листьев слабым раствором удобрений)
является лучшим способом для подкормки больших растений.
• Дефицит питательных веществ определяется по изменениям в цвете и
состоянии листьев.
• Безземельные смеси - лучшая альтернатива использованию больших объемов
земли, потому что в них гораздо легче контролировать баланс питательных
веществ.
• Уровень рН показывает, насколько щелочная или кислотная реакция почвы.
Уровень рН зависит от содержания в почве питательных веществ.
• Хотя конопля может расти в почвах с рН от 5 до 9, но лучше всего она себя
чувствует при рН равном 7 (нейтральная реакция).
• Почвы с большим количеством органики обычно имеют слегка пониженный рН
(кислые). Это исправляется добавлением кальция.
• Большинство питательных веществ растворимы при рН между 6 и 7,5.
• Продолжительное использование удобрений с азотом, фосфором и калием
снижает рН. Исправляется добавлением кальция.
• Растения, получившие передоз удобрений, можно попробовать спасти, удалив
верхние несколько сантиметров почвы и несколько раз обильно полив землю
теплой водой.
• Поскольку крепкие и здоровые растения предпочитают постепенное
поступление питательных веществ, вы не должны удобрять их каждый день!
• Растения в бедной почве растут гораздо лучше, чем в переудобренной!
• Скорость вегетативного роста конопли можно повысить, увеличив содержание
углекислого газа в воздухе.
• Чтобы повысить рН кислой почвы можно замочить растолченную яичную
скорлупу в воде, а потом полить этой водой растения.
• Большое количество азота в почве способствует увеличению промежутков
между листьями вдоль стебля.
• Моча является прекрасным источником азота, но она слишком концентрирована
и должна всегда разбавляться водой.
• Даже в бедных почвах молодые растения (если они в больших горшках) не
требуют удобрений в течение первых нескольких недель жизни.
• Влияние состава почвы (и, в частности, содержания питательных веществ) на
качество продукта иногда проявляется очень отчетливо.
• Азот способствует быстрому росту и увеличению активности, это наиболее
эффективное средство доступное растениеводу.
• Органические удобрения менее концентрированные, чем минеральные и обычно
усваиваются дольше - поэтому меньше шанс устроить растениям передоз при
их использовании.
• Обычный порядок внесения удобрений под коноплю: после пятой недели жизни
растений, впоследствии через каждые две недели до начала цветения.
• Растения лучше усваивают меньшие количества удобрений, которые вносятся
часто, чем редкие ударные дозы!
• Обязательно убедитесь, что удобрение полностью растворилось в воде перед
тем, как будете поливать коноплю этим раствором!
• Легче всего отравить почву азотом, поэтому с азотными удобрениями следует
проявлять особую осторожность!
Домашний
сад
Многие люди, которые хотели бы выращивать коноплю сами, думают, что у них
недостаточно места для этого. Но с использованием современной техники
выращивать ее можно где угодно! Даже те, в чьем распоряжении есть только стенной
шкаф, ниша или полка могут устроить там маленькую плантацию. Наименьшее
свободное пространство, которое может быть использовано, должно иметь, по
крайней мере, 30-60 см в ширину и 0,9-1,2 м в высоту.
Сперва, вы должны как можно больше повысить отражающую способность стен.
Для этого можно использовать белую краску, белый листовой пластик или
алюминиевую фольгу. Для таких небольших площадей лучше всего подходят
флуоресцентные лампы. Для высаживания растений можно использовать самые различные
емкости, начиная с молочных пакетов на 250-500 мл и заканчивая горшками в 10-15
см.
Для защиты от окружающей среды и от посторонних взглядов, а так же с целью
более полного использования света стоит закрыть нишу занавеской (или жалюзи).
Если использовать стенной шкаф, то для освещения лучше поставить натриевую
или металл-галидную лампу. При площади 1,5 на 1,5 метров и меньше отлично
подойдет лампа на 400 Вт. Если площадь имеет прямоугольную, сильно вытянутую
форму - поставьте две или три лампы меньшей мощности.
Одной из основных проблем такого рода плантаций является вентиляция, но она
относительно легко решается. Достаточно обеспечить приток воздуха с одной из
сторон внизу с помощью простой вентиляционной решетки, и отток с
противоположной стороны вверху - с помощью вентилятора.
Горшки
Для экономии места конопля выращивается в маленьких контейнерах и по мере
роста пересаживается в большие. Проращивать семена можно на площади 5 на 2,5
см или в торфо-перегнойных горшочках. Через 7-10 дней после прорастания
вашему ростку будут нужны емкости в 180 мл, а 2-Зх недельные растения требуют
горшков в 10 см диаметром. Вообще, если вы изначально посадите коноплю в
горшки на 400-500 мл, то ее не придется пересаживать в течение 10-20 дней,
если же будут использоваться емкости в 2 литра - то она может спокойно расти
около месяца. Пенопластовые горшки с насыпанным на дно песком или гравием
(для дренажа) ничем не отличаются от прочих возможных контейнеров, а при
планируемом перемещении или пересадке растений очень удобны (то же касается и
прочих легких пластиковых контейнеров, можно даже использовать пластиковые
мешки). Существует эмпирическое правило: конопле необходимо 2 литра почвы на
каждые 60 см высоты, оно в основном справедливо для растений до 3-х метров.
Это правило применимо для тех случаев, когда подкормка удобрениями
продолжается в течение всего периода роста.
Вероятно, растения, не подвергавшиеся пересадке, растут немного быстрее -
однако значительная экономия площади с лихвой это компенсирует. Можно
сказать, что каждая пересадка эквивалентна минус 3-4 дням роста. Садоводы,
использующие 2-х ламповую систему, используют одну из ламп для первых 4-6
недель роста конопли. В системах непрерывного роста небольшая часть площади
используется для растений возрастом 3-8 недель.
Конечно, ширина и высота растений отличаются для разных сортов и условий,
поэтому приведенные данные не должны восприниматься как абсолютная истина.
Естественно, что слишком маленькие горшки существенно замедлят рост и даже
могут привести к гибели растений. Для конопли, выращиваемой в земле или
компосте без использования удобрений, размеры горшков следует несколько
увеличить (например, 3 литра почвы на 40 см высоты). Один садовод пишет: "Я
никогда не использовал горшки больше 15 литров, и растения достигали 3,6 метра
высоты без особого напряжения. Поливались они каждые 2-3 дня. Растения
возрастом 3 месяца хорошо себя чувствуют в горшках на 2 литра..." . Он всегда
использовал маленькие (2-х литровые) емкости для весенней посадки в своей
оранжерее .
Конопля, растущая в органическом субстрате, типа земля + компост + навоз не
требует удобрений в том случае, если используются достаточно большие емкости.
Для 5 месячного цикла растения в подобной почве требуют литров на 30-40 см
высоты. Для растения высотой в 1,5 м необходима емкость в 15-25 литров.
Используемые контейнеры должны слегка расширятся кверху, чтобы при
необходимости пересадки можно было легко извлечь землю вместе с кустом.
Посадка
Как правило, только 1/4-1/3 часть семян прорастают и достигают зрелости.
40-50% из них будут мужского пола. После того, как станет возможно различить
пол растений, лучшие "тетки" оставляются для дальнейшего выращивания, а
остальные кусты удаляются. Большинство свежих семян имеют высокую
жизнеспособность и прорастают около 95% из них. Семена, которые уже 1-2 года лежали или
перенесли транспортировку, прорастают хуже, получается больший процент
растений слабых или с пониженным иммунитетом. Иногда бывает, что все купленные
семечки конопли оказываются мертвыми.
Неповрежденные семена светло-коричневого или серого цвета обычно прорастают
лучше всего. Бледные, тонкокорые и треснутые чаще всего оказываются
нежизнеспособными. Иногда рекомендуют сажать самые крупные семечки из партии, однако
размер совершенно не обязательно соответствует жизнеспособности. Свежие
семена можно сразу сажать в горшки по одному. Можно также сначала использовать
меньшие емкости, пересаживая растение по мере роста - это позволяет
сэкономить место.
Подозрительные семена лучше проращивать в марле. Для этого марля ложится в
низкий поддон (на тарелку), обильно смачивается и накрывается стеклом. Семена
не должны находится в воде, т.к. им нужно дышать. Каждые 12 часов семена
осматривают на предмет прорастания. Как только корешок покажется из оболочки,
семечко пересаживают в почву корешком вниз.
При посадке в почве нужно сделать отверстие глубиной (6-12 мм) , поместить
туда семечко и укрыть его почвой, слегка утрамбовав ее. В легкие смеси семена
можно сажать глубже, до 2,5 см. Некоторые садоводы перед посадкой вымачивают
семена в растворах Bi или "укореняющего гормона", индолилмасляной кислоты,
которая входит в состав многих средств для укоренения. Почва должна быть
постоянно влажной, освещение включено непрерывно до прорастания всех семян.
Большинство семян конопли прорастает на 3-14 день после посадки, свежие
быстрее старых.
Ранний
рост
С момента прорастания семян свет должен быть включен 18-24 часа в сутки.
Некоторые садоводы считают, что нет особой разницы между ростом конопли на
этом этапе при 18 и 24 часах. Но это не так - проведенный эксперимент
показал, что рост почти пропорционален длительности светового дня. Если
планируется молодые растения пересаживать в открытый грунт, то сперва нужно дать им
адаптироваться к внешним условиям освещения - поэтому фото-период постепенно
укорачивают (на 1 час в неделю) пока он не достигнет длительности светового
дня на улице. Для периодического включения и выключения ламп очень полезен
таймер, даже можно сказать, незаменим - поскольку растения лучше себя
чувствуют при относительно постоянном фото-периоде.
В это время растения особенно чувствительны к травмирующим факторам внешней
среды. При избыточной влажности почвы стебель часто поражается бактериальной
гнилью. Если же почва сильно высыхает, растения могут легко погибнуть от
обезвоживания. Мыши, птицы, собаки и кошки могут легко уничтожить всю посадку
полностью. У растений при небольшом недостатке света или слишком высокой
температуре окружающей среды могут удлиниться стебли. Они перестанут выдерживать
вес тяжелых верхушек, и придется применять подпорки. Подпорки обычно
изготавливают из деревянных палочек, проволоки, пластмассы и т.д.
Полив
Конопля, растущая в почве или почвенной смеси, должна поливаться, как
только верхний слой почвы почти полностью высохнет. Если почва не сильно плотная
и обеспечивает хороший дренаж, то избыток воды не является проблемой, т.к.
почва высыхает достаточно быстро. У растений возникают проблемы не потому,
что почва слишком влажная, а потому что в промежутках между частицами почвы
недостаточно воздуха. Пока обеспечивается доступ влаги и воздуха к корням,
они остаются здоровыми. Если воздуха корням не хватает, то они растут слабыми
и легко поражаются бактериями.
Но все-таки основной способ дыхания у всех растений - через листья, а
осевшая на них пыль может этому помешать. Поэтому очень полезно каждые 2-4 недели
устраивать им хороший "душ" из распылителя (так чтоб вода капала с листьев).
Делать это лучше в темное "время дня", чтобы к включению света они успели
высохнуть . Если вода случайно попадет на включенную и горячую лампу - скорее
всего что лампа лопнет, это еще одна причина для "ночного" душа.
Некоторые садоводы опрыскивают коноплю еженедельно слабым раствором
удобрений. На листьях есть поры, которые способны всасывать питательные вещества.
При этом отмечается ускорение роста. Любое опрыскивание следует прекращать
перед цветением, так как высокая влажность способствует развитию инфекций и
плесени.
После того как вы посадили семена и хорошо полили землю в течение
нескольких дней поливать не надо.
Количество воды и частота, с которой нужно поливать растения зависит от
размеров горшков и растений и от количества света.
Чем больше куст и чем больше на нем листьев - тем чаще надо поливать.
Молодые ростки надо поливать очень осторожно, чтобы не смыть их!
Вода нужна растению, чтобы получать из нее водород, а также для переноса
питательных веществ.
Конопля растет лучше, если поливать ее с определенной периодичностью, но
не каждый день.
Существующее мнение о том, что чем чаще поливать растения - тем лучше
они будут расти неверно. Слишком большое количество воды замедлит рост!
Несмотря на то, что вода конопле необходима, самая распространенная
причина гибели ее - слишком много воды.
Вода придает клеткам растения упругость, и когда почва слишком высыхает
- листья начинают вянуть и опадать.
Идеальной для конопли является вода с нейтральной реакцией рН и не
содержащая хлора и прочего вредных примесей.
Никогда не позволяйте почве полностью высыхать, но и мокрой постоянно
она тоже быть не должна.
Ваши растения будут расти лучше, если поливать их утром, а не днем или,
тем более - вечером.
Лучше всего использовать воду комнатной температуры, чтобы не подвергать
корневую систему растений температурному "шоку".
Если в воде много хлора, то рН почвы будет понемногу падать. Это
компенсируется прибавлением небольшого (рассчитанного!) количества кальция.
Если в вашей воде слишком много всякой химии - лучше отстоять ее
несколько дней в открытой емкости перед использованием.
Кипяченая или дистиллированная вода не повредит растениям, но в ней нет
некоторых веществ необходимых растениям для лучшего роста.
Чем длиннее светлое время суток, тем больше воды требует конопля и тем
чаще нужно ее поливать.
После жаркого дня неплохо слегка опрыскать листья водой из
пульверизатора , чтобы охладить растение.
Кусты, простоявшие без воды несколько дней и начавшие подсыхать, могут
быть спасены, если их немедленно полить!
• Когда почва сухая на 5-6 сантиметров в глубину - пора поливать.
• Если ваши елки начинают терять больше листьев, чем обычно - это может
быть следствием слишком частого полива!
• Лучше использовать лейку с кучей мелких дырочек, чтобы струей воды не
смывать почву и не тревожить корни.
• Лучший способ полива - традиционный, не стоит использовать подгоршочники
с водой.
• Из любых правил бывают исключения - маленькие кустики в больших горшках
могут поливаться только раз в неделю, а в противоположном случае может
потребоваться ежедневный полив...
• Если во время цветения конопля испытывает небольшой дефицит воды, это
положительно сказывается на силе полученной марихуаны. Во время цветения
вычислите через сколько дней после полива растения начинают испытывать
дефицит воды, и начните регулярно поливать их на один день позже этого
срока.
• Поскольку конопля - растение очень живучее и приспособленное к сухому
климату, то она лучше растет, если поливать ее регулярно (т.е. по
графику) .
• Почаще проверяйте рН вашей воды, чтобы избежать незаметного изменения рН
почвы.
• Поскольку растения растут с разной скоростью ручной полив
предпочтительнее, чем автоматические системы.
• Дождевая вода содержит азот и другие элементы, поэтому для растений
закрытого грунта такая вода полезнее всего.
• Конопля предпочитает почву с хорошим дренажем, поэтому ничего
удивительного, если после полива часть воды окажется в подгоршочнике (или на
полу, если его нет).
• Конопля, растущая в закрытом грунте, не подвергается действию дождя и
ветра, но их вполне могут заменить вентилятор и периодический "душ" из
пульверизатора.
Обрезка
Существует много различных теорий о действии обрезки на развитие конопли и
размер урожая... Это разнообразие объясняется исключительно наличием разных
сортов с различным расположением веток и скоростью роста. В естественных
условиях индика5 склонна к интенсивному ветвлению, но основные усилия растение
сосредотачивает на развитии центральной шишки - она может достигать 7,5-10 см
в диаметре. Ветки короткие и компактные. Мексиканские, колумбийские и
африканские сорта обычно принимают вид конуса, сильно смахивая на
идеализированную новогоднюю елку. У них также развивается мощная центральная шишка.
Растения регулируют рост с помощью особых гормонов - ауксинов. Один из них
вырабатывается самой верхней почкой роста, и способствует замедлению роста
ветвей. Если верхушку удалить, то две самых верхних ветки как бы превращаются
в продолжение стебля, и начинают интенсивно расти, вырабатывая тот же самый
ауксин. Однако он будет действовать на другие ветки уже в меньшей степени.
После нескольких обрезок растение сильно увеличивается в ширину, что
позволяет эффективнее использовать доступную площадь. Первый раз верхушка
удаляется после появления 2 или 3 пары листьев, второй - после появления 6-8 пары. В
5 Cannabis indica Lam. — Конопля индийская, иногда классифицируется как Cannabis sa-
tiva subsp. indica
некоторых случаях проводят еще одну или две дополнительных обрезки, после
этого кусты становятся максимально широкими при минимальной высоте.
Если вам жалко срезать верхушки, можно поступить иначе - верхушка
подвязывается таким образом, чтобы она оказалась ниже соседних. Это производит такой
же эффект как и обрезка, но если отвязать верхушку она продолжит расти. В
скором времени она опять начнет доминировать, но соседние ветки все равно
останутся выше, чем они были бы без подвязывания. Можно даже заставить ветки
расти горизонтально, чтобы основные шишки получали больше света (от этого они
тоже будут больше).
Один достаточно опытный растениевод использовал оригинальную методику: он
врыл на огороде деревянный столб и прибил к нему горизонтальные перекладины
на расстоянии 22 см, длина каждой - 1,2 метра. Каждая ветка соседнего куста
подвязывалась к своей перекладине, так что в итоге растение стало практически
плоским, и все шишки получали максимальное количество света. Другой
коноплевод, живущий в Мендосино, производил обрезку верхушки после появления
четвертой пары листьев и позволял развиваться только 4 веткам, удаляя остальные
боковые побеги. В результате получались 4 гигантских шишки и растения занимали
очень мало места.
Растения высотой всего 30-60 см при сокращении фото-периода могут цвести
очень своеобразно - центральный стебель полностью покрывается цветами, но
ветки развиваются слабо. Такой куст требует всего около 30 на 30 см (точнее
столько же, сколько его горшок). Выход шишек с одного растения получается
невысоким, зато выход с единицы площади сильно увеличивается. Один владелец
теплицы обрезал верхушки метровым растениям, в результате каждое образовало по
4 ветви в течение нескольких недель. После этого он сократил длительность
фото-периода, чтобы вызвать цветение. Урожай с каждого растения выглядел как 4
длинные мощные шишки.
Растения высотой более метра могут быть подвязаны таким образом, чтобы
ветки росли горизонтально. После этого новые побеги все равно растут
вертикально, но соотношение площадь/высота радикально меняется в пользу площади.
Большинство садоводов соглашаются, что обрезка не должна производиться,
когда растение находится на стадии предцветение (pre-flowering - появление пары
мелких "ненастоящих" цветков на каждом узле). Опытным путем установлено, что
это может серьезно уменьшить выход.
В каждом саду есть места более или менее подходящие для растений. Поскольку
скорости роста разных растений отличаются (это вызывается как генетическими
факторами, так и условиями роста), то вполне вероятно, что более высокие
кусты будут затенять своих низкорослых сородичей. В таких ситуациях лучше, когда
растения растут в отдельных контейнерах, тогда можно просто передвинуть
низкие кусты в центр. Соответственно, чем выше куст, тем дальше от лампы его
следует поместить. Производить обрезку высоких кустов не стоит, гораздо лучше
повернуть мешающие верхушки горизонтально. Эта техника может применяться не
ниже, чем за 60 см от конца центрального стебля. Кусок тонкой палочки
привязывается одним концом к ветке, а другим к верхушке таким образом, чтобы
образовался треугольник.
Вопреки мифам, большие листья удалять нельзя кроме тех случаев, когда они
уже засыхают. Эти листья - маленькие фабрики по производству сахара, которые
превращают энергию света в химическую, и запасают ее. Удаление листа лишает
растение одного из источников энергии и его рост замедляется. Если вы в это
не верите - проведите эксперимент: найдите любое растение с парой больших
листьев, друг напротив друга, и маленькими веточками, растущими из пазухи
каждого «лопуха». Удалите один из «лопухов» и посмотрите, какая веточка будет
расти быстрее...
Каждый раз, когда вы удаляете почку роста - конопля выпускает две новых
из пазух ближайших листьев. Со временем они образуют ветки.
Обрезка - сравнительно простой способ управления ростом растения без
риска нанести ему серьезный вред.
Не обрезайте верхушки у молодых растений до начала вегетативного роста
(пока не появятся первые листья с пятью лопастями).
Если провести обрезку в начале второго месяца жизни растений они сразу
начинают отращивать ветви, быстро заполняя все доступное пространство по
горизонтали.
Растущие верхушки - наиболее сильная часть растения и, если растениям
больше трех месяцев, прут они замечательно.
Вы можете проводить обрезку у растений практически любого возраста - но
не перестарайтесь! Если обрезать слишком много за раз, то растениям
будет нанесен серьезный вред.
Лучше заранее спланировать стратегию проведения обрезки, чем делать это
случайным образом.
После срезания каждой верхушки растению требуется несколько дней, прежде
чем ветка опять начнет расти.
Степень разрастания после обрезки ограничена генетикой растения и
условиями окружающей среды.
Обрезка приносит больше пользы на ранних стадиях развития конопли, чем в
конце вегетативного роста или во время цветения.
Обрезку лучше проводить утром, чтобы у растения был лишний день для
восстановления .
Не стоит обрезать все верхушки, проделайте это с каждой второй или
каждой третьей - так у растения будет время, чтобы придти в себя.
Верхушка срезается на несколько миллиметров выше того места, откуда
растет последняя пара листьев.
Использовать маленькие ножницы лучше, чем обрывать верхушки руками.
Ножницы должны быть чистыми!
Не проводите обрезку, если вы заметили ухудшение его состояния после
предыдущей (например, растение быстрее теряет листья).
Естественно, что обрезанные верхушки вы скурите - но помните, что
обрезка делается в первую очередь для растения, а не для вас!
Обрезка во время цветения может существенно снизить ваш урожай.
Cannabis Indica обычно меньше и образует более густые кусты, чем Sativa
- поэтому обрезать ее надо меньше.
Никогда не срезайте больше, чем почка роста и, может быть, одна пара
листьев с каждой ветки!
У необрезанной конопли верхушки гораздо более быстро растущие.
Обрезайте верхушки на самых высоких ветках, чтобы нижние росли быстрее -
растение образует густую крону, которая будет эффективнее использовать
свет.
На месте среза часто выступает прозрачная жидкость. Это сок растения,
содержащий нужные для заживления среза вещества.
Рекомендуется удалять засыхающие листья, однако вы должны противостоять
соблазну прихватить заодно некоторые здоровые.
Для того чтобы получить сенсимиллу (неопыленные шишки без семян) вам
нужно удалить все мужские растения, как только они будут обнаружены. Для
этого отрежьте их стебли возле самой земли - а что делать дальше, думаю,
вы уже догадались.
• Конопля, подвергавшаяся обрезке, развивается лучше - но не обязательно
производит больше шишек.
• Еще одна возможная цель обрезки - получить черенки для последующего
выращивания на гидропонике.
• Садоводы, выращивающие коноплю, часто обрезают ее для того, чтобы сильно
высокие кусты не были обнаружены.
• Если вам сильно жалко обрезать верхушки - можно просто изогнуть их вниз
и закрепить их в таком положении с помощью шнурка.
• Если при уборке урожая вы не срежете растение полностью, а удалите
только шишки - оно может расти дальше.
• Частая обрезка снижает сопротивляемость конопли против естественных
врагов, типа насекомых, грибков и бактерий.
• Обрезанные верхушки можно измельчить и заварить из них чай, выдержав
несколько минут в кипящей воде.
• Конопля - растение очень живучее и способно перенести серьезные
повреждения листьев, веток и стебля. Однако урожай более чем зависит от
здоровья растений!
Запомните! Срезая верхушку, вы срезаете наиболее быстро растущую часть
растения, не давая ей шанса достигнуть полной зрелости.
Подрезка растений.
Цветение
Способ, которым конопля определяет время своего цветения, был описан выше.
Она чувствует начало осеннего периода, определяя длительность темного времени
суток. Когда ночь становится достаточно длинной - растение зацветает. Этот
порох1 отличается у разных сортов, например Equatorial Sativa6 начинает цвести
при 12 часовом периоде темноты. Большинство разновидностей Indica зацветают
при увеличении темного периода с 8 до 12 часов. Мужские растения зацветают
раньше женских, и чувствительны к свету только частично. У некоторых
разновидностей мужские растения зацветают после нескольких месяцев роста независи-
6 Скорее всего это Cannabis sativa subsp. Sativa - Конопля посевная, завезенная в
свое время из экваториальной области.
мо от режима освещения.
Так как женские растения полностью следуют режиму, то при использовании
искусственного освещения можно заставить растения цвести простым щелчком
таймера. После начала цветения конопля быстро вырастает еще на 30-60 см, поэтому
стоит вызывать цветение до того как она станет слишком высокой. Есть
несколько слегка различных способов сделать это. Можно при переходе с 18-24 часового
светлого периода резко уменьшить его до 12-14 часов. Этот крайне простой
способ подвергает растения неоправданному шоку и происходит одно из двух - или
они так и не могут до конца от него оправится, или, наоборот, начинают
интенсивно расти. Можно наоборот, постепенно снижать длительность светлого периода
в течение нескольких недель. После 4-5 недель мощного цветения можно
уменьшить "день" на один час, подождать месяц, и опять уменьшить-подождать. Это
может быть особенно полезно для некоторых тропических разновидностей, которые
не достигают полной зрелости до середины "зимы" (настоящей зимы в тропиках,
как известно, нет).
Сбор
урожая
Женское растение конопли при цветении проходит несколько стадий. Сперва
возникает несколько цветков, остальные появляются вокруг них. Цветы также
появляются также везде, где черенки листьев отходят от веток. Бутоны
увеличиваются, так что целые участки ветвей (те самые шишки!) становятся толстыми из-
за торчащих во все стороны пестиков (длинные ворсистые нити). Пестики обычно
белые или бледно розовые, иногда бледно-лиловые. Они выглядят свежими и
влажными . Некоторые вянут, окрашиваясь в красный, багровый или коричневый цвет.
Как только участок принимает завершенный вид, начинается новая волна
цветения, обычно на более-менее свободных участках. Такие волны могут наблюдаться
в течение нескольких недель, потом цветы закрываются и их чашечки начинают
набухать. Это "ложные семена", т.к. цветы не опылялись и нормальное семя
произвести не могут. Эти стручки покрыты капельками смолы, которые после
достижения полной зрелости блестят под лампой как драгоценные камни. Отдельные
капельки под увеличением выглядят прозрачными. Когда они станут янтарного цвета
- пора собирать урожай.
Разные сорта достигают зрелости по-разному: некоторые сразу полностью,
другие постепенно, начиная сверху или снизу. Один заслуженный садовод сказал
как-то: "Большинство моих растений созревали снизу вверх, последней -
основная верхушка". Под искусственным освещением созревание идет наоборот, сверху
вниз. Кстати, наружная сторона ветвей созревает быстрее внутренней. Всего
может пройти около месяца пока урожай не будет полностью собран. Если срезать
небольшие участки за раз, то на следующие за ними попадает больше света, и
они быстрее дозревают.
Проблемы
с урожаем
Некоторые экваториальные разновидности требуют так много света для
окончательного созревания, что практически невозможно обеспечить эту потребность с
помощью только искусственного освещения. В таких случаях цветы вырастают, но
их меньше и они полностью открываются в течение нескольких месяцев. Они даже
могут не образовывать плотную шишку, а достаточно редко располагаться на
стебле. Эта проблема решается только улучшением освещения. Один коноплевод
заметил, что снижение температуры в помещении также способствует образованию
более плотных шишек. Из-за вышеперечисленных недостатков ваши шишки могут
иметь меньшую коммерческую ценность, но они будут такими же сильными.
Обычно, растения, выращиваемые в помещении менее компактные, чем те,
которые росли в открытом грунте, но зато они сильнее. Окружающая среда в
помещении гораздо мягче и ТГК производится без помех.
Плесень
Плотные шишки часто атакуются плесневыми грибками, споры которых постоянно
находятся в воздухе. В подходящих условиях споры быстро прорастают, а
подходящими для них являются: высокая влажность, малая освещенность и температура
около 16°С. В открытом грунте эти условия чаще всего реализуются во время
сбора, когда температура ниже, а высокая влажность и низкая освещенность
реализуются в плотных шишках без проблем. Любое загрязнение или область
повышенной влажности легко притягивают споры, и чудесные шишки могут превратиться в
грибницу или слизь всего за одну ночь.
При выращивании в помещении образованию плесени также немало способствует
низкая освещенность и повышенная влажность. Есть несколько способов осложнить
плесени жизнь: выдерживать температуру около +21°С, использовать генератор
отрицательных аэроионов для очистки воздуха от спор.
Также помогает снижение влажности с помощью осушителя воздуха или просто
усиленной вентиляции.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
================================== ПОДВАЛ ===================================
МИФЫ О
РАСТИТЕЛЬНЫХ
ПСИХОДЕЛИКАХ
Миф №1.
Банинидин
Якобы наркотическое вещество, которое якобы получается из шкурки бананов,
якобы подобное по действию каннабинолам. Интересно то, что кроме автора
знаменитой "Поваренной книги анархиста" об этом веществе никто не слышал. По-
видимому , именно он и является автором сего мифа7. Естественно, что народ,
едва узнав о столь доступном благе, сразу же ринулся скупать бананы. Но все
оказались сильно разочарованы - искомый бананидин не оказал практически
никакого заметного действия на испытывавших его, если не считать легкой приятной
теплоты (да и та, скорее всего, психического свойства).
Миф №2.
Буфотенин
Мы не знаем, сколько земляных лягушек было замучено энтузиастами в попытках
выделить это вещество. Во всяком случае, мы не встречали других упоминаний о
его эффективности, кроме как в уже упомянутой нами "Поваренной книге
анархиста". Но, что нам доподлинно известно, так это то, что помимо буфотенина в
коже жаб содержится ещё несколько токсичных алкалоидов, которые могут вызвать
Сам автор позже написал, что это была шутка.
роскошное отравление.
Миф №3.
Канареечник
Всё началось с известной статьи Джеймса Декорна. При этом все как-то
забыли, что он высказывал теоретическое предположение и приводил теоретически
возможный метод экстракции. Существует великое множество разновидностей
канареечника и колебания содержания ДМТ в них могут находиться в пределах от нуля
до максимума. Подобные же колебания могут происходить даже в пределах одного
вида. На это влияет масса условий, учесть которые в полном объёме не
представляется возможным. Один респондент сообщил нам, что после экстракции по
общеизвестному способу он получил едва заметное сухое пятнышко, которое не
оказало абсолютно никакого ожидаемого воздействия. Вторая проблема состоит в
том, что канареечник, наряду с ДМТ, иногда содержит весьма токсичные
вещества. Узнать об этом заранее невозможно. Нам известен случай, когда два
человека серьёзно отравились, пытаясь курить экстракт. Одним словом, не всё так
просто...
Миф №4.
Гибриды
марихуаны
В некоторых руководствах описана методика прививания стебля хмеля на
корневой узел марихуаны. Типа, выглядит как обычный хмель, а действует как
конопля. Какой-то шутник написал даже, что в США, в связи с этим, пытаются
запретить свободную продажу ростков хмеля... По этому поводу были проведены
доскональные исследования и выяснилось, что хмель, привитый к марихуане
практически совсем не содержит каннабинолов. Естественно, этого и следовало ожидать,
иначе вокруг бы уже давно колосились бескрайние плантации хмеля!
Миф №5.
Гортензия
и колеусы,
полынь, хмель,
можжевельник
и иже с ними
Якобы при курении дают наркотический эффект. Да, дают. Плюс сильное
отравление в придачу. В принципе, тоже можно сказать и о множестве других подобных
рекомендаций "употреблять травы". Имеется достаточное количество растений,
обладающих психотропными свойствами, но, к сожалению, практически все они ещё
и токсичны. А разделить токсичные и нетоксичные алкалоиды возможно только в
биохимической лаборатории с солидным оборудованием.
Миф №6.
Мескалин
Собственно, не миф. Просто дело в том, что практически невозможно получить
полноценный домашний опыт на мескалине. Естественно, если у вас есть чистый
мескалин-сульфат, то тогда без проблем. А вот с кактусом Лофофора, в котором
он содержится, всё намного сложнее.
Во-первых: Лофофора, выращенная в горшке содержит намного меньше мескалина
и других алкалоидов, чем её "дикая" подружка. Во-вторых: необходимо около де-
сятка взрослых кактусов, чтобы получить одну дозу. В третьих: кактус
полностью вызревает только через 10-15 лет роста. Молодые кактусы содержат мало
мескалина. В четвёртых: сами кактусы обладают отвратительным вкусом, так что
придётся морочиться с экстракцией. А теперь подумайте: стоит ли выращивать
целую оранжерею кактусов в течение 15 лет, чтобы употребить её за 2-3 раза?
Мексиканцам-то хорошо - Лофофора у них как сорняк растёт...
Компьютер
ПРОГРАММИРОВАНИЕ В QSL НА ПРИМЕРАХ
Введение
QSL (Quick Script Language) - это просто небольшой диалект языка PERL,
немного более близкий к языку «С», чем сам PERL. Интерпретатор QSL был сделан
из интерпретатора PERL. QSL оптимизирован для манипулирования данными в среде
операционной системы Microsoft Windows. QSL, также как и PERL, является
легким, нежестким языком программирования. Строгих правил и деклараций
переменных нет. Писать программы (скрипты) на нем можно так, как вам больше
нравится, корректируя их по результатам их работы или по выдаваемым сообщениям об
ошибках. Интерпретатор QSL независим от периферийных устройств компьютера,
команды языка используют доступ к устройствам и файлам, предоставляемый
операционной системой. Такими устройствами могут являться, например,
параллельный , последовательный порт и т.п. QSL поддерживает только текстовую консоль.
Создавать скрипты для QSL можно с помощью любого текстового редактора.
В рамках данной статьи используется версия QSL 3.0. Основное отличие от
предыдущей версии1 - добавлены команды для манипулирования файлами и
директориями и вызов внешних программ («Работа с операционной системой»).
Сам интерпретатор можно скачать здесь:
ftp://homelab.homelinuxserver.org/pub/arhiv/2016-05-al.rar
1 Разработка системы «Бригада» - Домашняя лаборатория №4 за 2016 г.
Там же включены все источники (язык Си) для желающих что-то изменить или
исправить баги.
О замечаниях, исправлениях и багах можно сообщать по адресу:
homelab@Inbox.com.
Полное описание QSL приведено в приложении.
Договоримся использовать для файлов с QSL скриптами расширение «.qsl». Для
того чтобы было удобно вызывать скрипт на выполнение можно поместить qsl.ехе
(точнее QSL v.3.0) в какую-нибудь директорию, например, Program Files,
Windows или любую записанную в переменной path окружения. Кликнув первый раз по
файлу с расширением «.qsl», можно задать вызов qsl.exe для всех файлов с
расширением «.qsl» (с помощью кнопки «Other...» в возникшем диалоге «Open
With»). Этот способ вызова, к сожалению, срабатывает не на всех системах.
Так, например, в Windows 7 (и вероятно в более новых) он отказался работать,
хотя в этой системе вызов через ярлыки (shortcuts) функционирует нормально (в
ярлыке надо прописать что-то вида «c:\windows\sql.exe c:\work\test.sql»). Это
не очень удобно, потому что нужно иметь по ярлыку для каждого скрипта. Другой
путь - просто вызвать sql.ехе и в диалоге открыть файл со скриптом.
Описание
примера
Нижеприведенный скрипт служит для сжатия по технологии djvu сканов2 книг
после обработки в ScanTailor3.
Для сжатия используется утилита documenttodjvu.exe из программного пакета
Lizardtech Document Express Enterprise (DocumentExpressEnterprise_5.1.0.rar в
ftp://homelab.homelinuxserver.org/pub/programs), который должен быть
установлен на компьютер (эти утилиты для MS-DOS). Для сшивания djvu файлов
используется утилита djvubundle.exe из того же пакета. Дополнительно должен быть
установлен WinRAR (wrar320ce.exe - там же).
Утилита documenttodjvu.exe вызывается с множеством опций, но поскольку
основная обработка графических файлов осуществляется в ScanTailor, то
достаточно сообщить программе dpi, цветность, степень сжатия, качество (для цветных
сканов) и количество страниц в библиотечном файле (количество страниц,
обрабатываемых за один раз). Насчет первых трех параметров спрашивается
пользователь , последний параметр в скрипте определяется автоматически. Все остальные
опции - по умолчанию.
Чтобы не возиться с названиями файлов, в скрипте используются названия
l.rar для файла на входе в процесс обработки, и l.djvu для файла на выходе.
Нужные вам названия файлов можете хранить в названии какого-нибудь текстового
файла или в нем самом.
Работа
скрипта
Текст скрипта приведен ниже. Для удобства описания строки скрипта
пронумерованы. В реальном тексте скрипта этой нумерации нет (это не QBasic) и быть
не может. Скрипт без нумерации можно взять в упаковке с QSL (d2d.qsl).
В скрипте все надписи на английском - так принято (не зря же вы его
проходили в школе, если проходили не мимо) - можете изменить, если возможно.
2 Файлы формата pdf можно декодировать постранично в графический формат, например,
бесплатной программой STDU Viewer. Файлы формата djvu - например, программой DjvuOCR
(ftp://homelab.homelinuxserver.org/pub/programs).
3 Знакомство с портным. - Домашняя лаборатория №10 за 2010 г.
1) #Options
2) $input ="l.rar";
3) $output="l.djvu";
4) $compression=3; # lossless(0) quasilossless(1) conservative(2) lossy(3)
aggressive(4)
5) $dpi=300;
6) $threshold = 'true';
7) $quality = 70; #for color
8) $batchsize = 60;
9) #Paths & files
10) $DEE_path="C:/Program Files/LizardTech/Lizardtech Document Express
Enterprise/bin" ;
$TEMP_path="c:\\temp";
$Dir_list = "dir.txt";
$File_list = "list.txt";
$Temp_filel = "tempi.djvu";
$Temp_file2 = "temp2.djvu";
#Programs
$DEE = 'documenttodjvu.exe';
$ADD = 'djvubundle.exe';
$RAR = "C:/Program Files/WinRAR/rar.exe";
######################################################################
$tmp = 0;
$ret = 0;
@comp = ('lossless', 'quasilossless', 'conservative', 'lossy',
'aggressive ' ) ;
print "Parameters?\n";
print "dpi($dpi):";
$ret = read (CONSOLE, $tmp, 5); #plus \n\r
$dpi = $tmp if($ret == 5);
print "color(0):";
$ret = read (CONSOLE, $tmp, 3);
if($ret == 3) {
$threshold = '' if(ord($tmp) == 49);
}
print "compression: lossless(0) quasilossless(1) conservative(2) lossy(3)
aggressive(4)";
print "compression($compression):";
$ret = read (CONSOLE, $tmp, 3);
$compression = $tmp if($ret == 3);
warn "Ready to proceed.";
if(-e $input) {
$ret = call("$RAR", "x $input $TEMP_path", 1);
die "Can not make unrar!" if(!$ret);
41) }
#Directory list
open (DATA, ">$Dir_list" ) ;
select (DATA) ;
@files = readdir("$TEMP_path");
foreach(@ files) {
print "$TEMP_path/";
print ;
print п\гЛпп;
}
close DATA;
$len = @files;
$tmp = int($len/$batchsize);
if($tmp==0)
{$batchsize = $len;}
else
{$batchsize = int(($len + $tmp -l)/$tmp);}
$param = "—filelist=$File_list";
$param .= " --dpi=$dpi";
$param
$param
$param
$param
$param
" --tobitonal=$threshold";
" --quality=$quality";
" --pages-per-dict=$batchsize";
" --$comp[$compression]";
" $Temp filel";
#making djvu
print CONSOLE "Making djvu...\n";
open (DATA, "<$Dir_list" ) ;
$ret = 1;
while($len >0) {
open(LIST, ">$File_list") ;
select (LIST);
for ($i =0; $i < $batchsize; $i++) {
$str = <DATA>;
break if(!defined($str));
print $str;
print "\n";
}
close LIST;
$ret &= call("$DEE_path/$DEE", $param, 1);
$len -= $batchsize;
if(-e $output) {
call("$DEE_path/$ADD", "$output $Temp_filel $Temp_file2", 1);
unlink($output);
rename($Temp file2, $output);
85) }
86) else
87) { rename($Temp_filei, $output); }
88) unlink("$File_list") ;
89) }
90) close DATA;
91) select (CONSOLE);
92) print "Deleting temporary files...\n";
93) unlink("$Dir_list");
94) unlink($Temp_filel);
95) foreach(@files) {
96) unlink ("$TEMP_path\\$_") ;
97) }
98) print "Done." if($ret > 0) ;
99) warn " " ;
Все что после символа # интерпретатором QSL игнорируется - это комментарии.
Пробелы тоже игнорируются, если не в текстовой строке.
Каждая отдельная инструкция интерпретатору в скрипте завершается точкой с
запятой.
В первой части (строки 1-20) определяются (присваиваются значения) нужные
переменные. Конечно, в QSL переменные можно определять перед использованием
или самим использованием, но удобнее иметь их все в одном месте. Имя
переменной всегда начинается с символа $.
2) $input ="l.rar";
Имя входного файла. Текст (текстовая строка) заключается в двойные или
одинарные кавычки - в данном случае особой разницы нет, но вообще специальные
символы и переменные в тексте между двойных кавычек будут заменены их
значениями.
3) $output="l.djvu";
Имя выходного файла.
4) $compression=3;
Степень сжатия по умолчанию. Пять уровней, начиная с нуля. Раз кавычек нет,
значит, в переменную записывается число.
5) $dpi=300;
DPI (количество точек на дюйм) по умолчанию. Утилита для djvu конвертации
по умолчанию количество точек в графическом файле не меняет, она просто
записывает это величину в каждую страницу для djvu читалок.
6) $threshold = ftruef;
Эта переменная хранит указание как обрабатывать графические файлы - как
цветные (в том числе серые) или как черно-белые. По умолчанию (true) - как
черно-белые.
7) $quality = 70;
Если обработка в цвете, то с таким качеством (максимум 100).
8) $batchsize = 60;
Количество страниц в файле библиотеки (она содержит повторяющиеся
комбинации точек). Больше библиотека - меньше выходной djvu файл. Это же количество
страниц, обрабатываемых за один раз. Скрипт может изменить значение этой
переменной .
10) $DEE_path="C:/Program Files/LizardTech/Lizardtech Document Express
Enterprise/bin" ;
Имя директории с утилитами. Обратите внимание, что в пути используется
обычная косая черта, а не обратная. Это срабатывает в большинстве случаев и
создает меньше проблем.
11) $ ТЕМР_раth="с:\\temp";
Имя временной директории куда будут записываться графические файлы для
обработки (или же мы сами должны поместить их туда). В этом случае используется
обратная косая черта, потому что потом удаленные файлы отправятся в
«корзину», а в ней Windows не переносит обычную косую черту. Обратная косая черта
создается спецсимволом \\, поэтому двойные кавычки обязательны.
12) $Dir_list = "dir.txt";
Имя текстового файла для хранения содержимого директории.
13) $File_list = "list.txt";
Имя текстового файла для хранения содержимого списка файлов для обработки
за один раз.
14) $Temp_filel = "tempi.djvu";
Имя временного djvu файла.
15) $Temp_file2 = "temp2.djvu";
Имя временного djvu файла.
17) $DEE = 'documenttodjvu.exe';
Переменная хранит имя главной утилиты. Это скорее удобство, чем
необходимость .
18) $ADD = 'djvubundle.exe';
Имя программы для сшивания файлов djvu.
19) $RAR = "C:/Program Files/WinRAR/rar.exe";
Путь и имя утилиты для работы с гаг файлами.
Далее следует исполнительная часть (условно, конечно, QSL не имеет такого
деления).
Вначале несколько переменных.
21) $tmp = 0;
Мы будем использовать ее для вводимых ответов пользователя и для
промежуточных вычислений.
22) $ret = 0;
А в эту помещать то, что возвращают команды.
23) @comp = (flosslessf, fquasilosslessf, 'conservative', flossyf,
Aggressive f ) ;
Это массив (одномерная матрица) comp, состоящий из текстовых строк, которые
характеризуют степень сжатия. Мы их в него и записали, используя круглые
скобки. Мы вводили число, но для documenttodjvu.exe нужны не числа, а слова -
мы их и будем выбирать из массива по номеру ячейки (0-4).
Работа пошла.
24) print "Parameters?\n";
Команда print выводит то, что сказано, а это в данном случае текст в
двойных кавычках (и в них еще специальный символ \п - приказ перейти на новую
строчку после вывода), в файл, который должен быть представлен специальным
объектом - дескриптором файла. Дескриптор файла создается командой open
(открыть) и должен иметь собственное имя. Раз дескриптор файла не указан -
значить он уже есть по умолчанию. Но мы пока ничего не открывали. Тем не менее,
один файл открыт всегда - это текстовая консоль. Да консоль в QSL - это тоже
файл и его дескриптор имеет имя CONSOLE. Значит, консоль появится на экране.
Если строго, то эта строчка должна быть: print CONSOLE "Parameters?\n";. В
целом же этот вывод - просто украшательство.
25) print "dpi($dpi):";
Аналогично. Скрипт просто сообщает пользователю, что он ожидает от него
ввод данных, а именно dpi. Текст в двойных кавычках - значит вместо имени
переменной $dpi будет выведено ее содержимое (300).
26) $ret = read (CONSOLE, $tmp, 5);
Эта команда читает данные из файла в переменную $tmp в количестве 5 байт
(символов). В переменную $ret она запишет сколько байт действительно
прочитала. Раз файл CONSOLE, то скрипт остановится и будет ждать ввод пользователя.
Почему будет ждать 5 байт ведь dpi это, как правило, 200, 300, 400 или 800,
то есть 3 байта. Дело в том, что для ввода нужно нажать Enter - а это значит,
что консоль добавит его код (\г) , и плюс к тому еще код перехода на новую
строку (\п).
27) $dpi = $tmp if($ret == 5);
Эта строчка обозначает: Запиши в переменную $dpi содержимое переменной
$tmp, если в переменной $ret записано число 5. А если в $ret не 5, а 2, то
есть пользователь согласен с dpi по умолчанию (300), и просто нажал Enter -
ну, тогда ничего не меняется в переменной $dpi.
28) print "color(O):";
Аналогично 25), только в отношении цветности. Ввод 1 будет означать -
обрабатывать страницы как цветные, 0 (по умолчанию) - как черно-белые.
29) $ret = read (CONSOLE, $tmp, 3); Аналогично 26), но ожидается ввод всего
одной цифры (и значит плюс к тому \г\п).
30) if($ret == 3) {
31) $threshold = ff if(ord($tmp) == 49);
32) }
Эта конструкция означает: если содержимое переменной $ret равно 3, то нужно
выполнить несколько последующих инструкций, заключенных в фигурные скобки
(это называется блок). В данном случае в блоке всего одна инструкция, но это
не важно. Данная конструкция занимает 3 строки, но это просто для лучшей
читаемости , можно было написать и так:
if($ret == 3) {$threshold = ff if(ord($tmp) == 49);}
Инструкция внутри блока означает: переменная $threshold должна быть очищена
(то есть в нее записывается пустая строка) если десятичное значение первого
символа (функция ord) в переменной $tmp равно 49. Число 49 - это десятичный
ASCII код символа 1 (при вводе с клавиатуры).
33) print "compression: lossless(0) quasilossless(1) conservative(2)
lossy(3) aggressive(4)";
В следующем вводе скрипт будет также ожидать один символ (цифру), но уже в
интервале от 0 до 4, и эта строка просто выводит напоминание, что означает
каждая цифра в отношении степени сжатия.
34) print "compression($compression):";
А это уже приглашение ввести степень сжатия. Текст в двойных кавычках -
значит вместо $compression будет выведено содержание этой переменной (3).
35) $ret = read (CONSOLE, $tmp, 3);
Ожидание ввода цифры в переменную $tmp.
36) $compression = $tmp if($ret == 3);
В переменную $compression поместить содержимое переменной $tmp если
содержимое переменной $ret равно 3.
37) warn "Ready to proceed.";
Эта команда останавливает работу скрипта, создает окно диалога и выводит
указанную текстовую строку. Нужно дать ответ кнопкой. «Да» продолжит скрипт,
«Нет» - закончит его.
38) if(-e $input) {
39) $ret = call("$RAR", "x $input $TEMP_path", 1);
40) die "Can not make unrar!" if(!$ret);
41) }
Опять встретилась конструкция if () {} , но теперь она сложнее. Что же она
делает? Чтобы начать обрабатывать графические файлы, нужно, прежде всего,
распаковать упаковку l.rar (входной файл) с ними, но зачастую этой упаковки
просто нет. В самом деле, мы и так знаем имя временной директории, в которую
нужно поместить графические файлы. Следовательно, скрипт должен проверить
есть эта упаковка или нет. Это и делает команда <<-е» (первая буква
английского слова exist). Имя входного файла она берет из переменной $input. Таким
образом if (-е $input) { } означает: если существует файл l.rar, то выполнит
блок. Значит в блоке должна быть команда вызова распаковщика гаг.ехе.
Специальной команды для этого в QSL нет, но есть команда вызова любой
внешней программы - call. Она воспринимает в круглых скобках три параметра.
Первый из них - путь и имя внешней программы. В данном случае он берется из
переменной $RAR (потому что она в двойных кавычках).
Следующий параметр - опции, которые нужно передать вызываемой программе.
Поскольку текст в двойных кавычках, то произойдет замена переменных их
содержимым.
Последний параметр - инструкция скрипту ждать ли завершения вызываемой
программы (1 - ждать, 0 - продолжить работу).
Если вызов программы прошел удачно, то call возвращает 1 (в данном случае
записывает в переменную $ret) , иначе 0. И что с этим делать? Строка 40)
недвусмысленно приказывает скрипту: умри, если в скобках if что-то больше нуля.
Если все хорошо, то содержимое переменной $ret больше нуля. Умирать в этом
случае не стоит - значит, нужно содержимое переменной $ret считать
противоположным - это и делает операция обозначаемая символом «!». Предсмертная
записка скрипта - это текст после команды die, он выведется в виде диалога.
Вообще говоря, содержимое блока можно построить проще:
call("$RAR", ЛЛх $input $TEMP_path", 1) || die "Can not make unrar!";
где | | - это логическое ИЛИ. Смысл такой: выполни первое ИЛИ если оно не
удалось - выполни второе. Но дело в том, что распаковщик может сделать все
правильно, но при этом вернуть 1 (код предупреждения). Если такое будет
происходить , то использованная конструкция блока лучше - просто в ней нужно
использовать if($ret>l).
43) open (DATA, ">$Dir_list" ) ;
Эта команда создает дескриптор файла (DATA) и файл, имя которого в
переменной $Dir_list (двойные кавыки, без них название файла было бы $Dir_list, а не
dir.txt, далее об этом напоминаний не будет - уже пора запомнить). Символ «>»
указывает, что файл будет использоваться для записи в него.
44) select(DATA);
Замечательная вещь «по умолчанию», значительно укорачивает команды. В
данный момент мы имеем два дескриптора файлов: CONSOLE и DATA. Куда выводит «по
умолчанию»? Эта команда говорит, что в DATA.
45) @files = readdir("$TEMP_path");
С массивами мы уже встречались (см. 23). В этот массив @files мы записываем
командой readdir имена файлов в данный момент находящихся во временной
директории (туда была распакована упаковка l.rar).
4 6) foreach(@ files) {
47) print "$TEMP_path/";
48) print ;
49) print "\r\n";
50) }
Здесь опять блок. Эта конструкция говорит скрипту: для каждого элемента из
масива @files нужно выполнить команды из фигурных скобок (т.е. блок).
Первая команда блока выводит имя временной директории и косую черту...
Куда? По умолчанию в DATA, то есть в файл dir.txt. А вот что делает вторая
команда блока. Она выводит имя файла из массива. Это хитрый трюк. Если в
команде foreach не указана переменная для временного помещения элемента массива,
то по умолчанию используется предопределенная переменная $_. Эта же
переменная по умолчанию используется в print.
И последняя команда блока выводит разделители записей - возврат каретки и
перевод строки (\г\п) - в этом случае файл dir.txt можно просматривать
программой notepad.exe («Блокнотом»).
Зачем все это нужно? Чтобы выполнять операции над графическими файлами,
нужно знать не их имена, а их имена вместе с путем к ним (где они находятся).
Чтобы не путаться, QSL не меняет директории - скрипт все делает в той
директории, в которой находится он сам.
51) close DATA;
Больше дескриптор файла DATA нам не нужен. В файл dir.txt мы больше ничего
записывать не будем. Эта команда закрывает его. Когда файл понадобится для
чтения - откроем его заново.
52) $len = @files;
Таким образом скрипт узнал сколько всего файлов во временной директории -
сейчас это число в переменной $1еп. Переменные мы можем вводить где хотим -
здесь создается самим использованием.
53) $tmp = int($len/$batchsize);
54) if($tmp==0)
55) {$batchsize = $len;}
56) else
57) {$batchsize = int(($len + $tmp - l)/$tmp);}
Это все расчет количества страниц в файле библиотеки (сколько страниц
скрипт будет обрабатывать за один раз) . Символ «/» - это операция деления.
Функция int() берет и записывает целую часть числа.
Далее конструкция «if() блок else блок». Она работает таким образом: если
содержимое переменной $tmp равно нулю, то в переменную $batchsize нужно
поместить число из переменной $1еп, иначе (то есть если не равно нулю) нужно в
переменную $batchsize поместить результат вычисления int(($len + $tmp
l)/$tmp).
'--filelist=$File_list";
" --dpi=$dpi";
" --tobitonal=$threshold";
" --quality=$quality";
" --pages-per-dict=$batchsize";
" --$comp[$compression]";
" $Temp_filel";
Итак, скрипт узнал все, что ему нужно для выполнения задания. Пора
формировать опции для программы documenttodjvu.exe. В этих строчках это и делается.
В первой строчке в переменную $param записывается <<--filelist=list.txt». Это
список файлов для обработки за один раз. На самом деле файла list.txt еще
нет, но будет - скрипт пока ничего и не обрабатывает.
В остальных строчках список опций удлиняется с помощью операции «.=».
Выходной файл будет tempi.djvu (последняя строчка).
58)
59)
60)
61)
62)
63)
64)
$param =
$param .
$param .
$param .
$param .
$param .
$param .
66) print CONSOLE "Making djvu...\n";
Выводим на консоль сообщение, что скрипт приступил к обработке файлов.
Конечно, дескриптор файлов DATA закрыт, но пока никто не отменял, что он
является «по умолчанию», так что приходится указывать CONSOLE в команде
вывода. Другой дескриптор «по умолчанию» нам еще понадобится, так что проще
указать куда выводить, чем дважды выбирать дескриптор по умолчанию.
67) open(DATA, "<$Dir_list");
Вновь открываем дескриптор DATA, но уже для чтения (символ <)
68) $ret = 1;
Будет объяснено позже.
\-~ C:\WINDOWS\QSL.EXE
lExtractingс:/temp\150.tif
|Extracting с:/tenp\151.tif
lExtracting с:/tenp\152-tif
lExtracting с:/temp\153.tif
lExtracting с:/temp\154.tif
lExtracting с:/temp\155.tif
lExtracting с:/tenp\156.tif
lExtracting с:/temp\157.tif
lExtracting с:/tenp\158.tif
lExtracting с:/tenp\159.tif
lExtracting с:/temp\160.tif
lExtracting с:/temp\161.tif
lExtracting с:/temp\162-tif
lExtracting с:/tenp\163.tif
lExtracting с:/temp\164.tif
lExtracting с:/tenp\165.tif
lExtracting с:/tenp\166.tif
lExtracting с:/tenp\167.tif
lExtracting с:/temp\168.tif
■Extracting с:/temp\001.tif
lExtracting с:/tenp\0O2.tif
lExtracting с:/terop\003-tif
All OK
making djuu...
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^Яш
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
EM
^B
^H
^H
^B
^B
^B
^B
^B
^B
^B
^B
^fl
^И|
^B
^B
^B
^B
^B
^B
^B
^B
9
69) while($len >0) {
Это начинается «длинный» блок (когда он закончится - будет сказано). Смысл
здесь такой: пока содержимое переменной $1еп больше нуля выполнять блок раз
за разом. В переменную $1еп записано число файлов во временной директории.
70) open(LIST, ">$File_list");
Создаем дескриптор LIST файла list.txt,
и сам файл.
Вместе с дескриптором будет создан
71) select (LIST);
Теперь по умолчанию вывод будет в дескриптор LIST (т.е.
в файл list.txt)
for ($i =0; $i < $batchsize; $i++) {
$str = <DATA>;
break if(!defined($str));
print $str;
print "\n";
}
72)
73)
74)
75)
76)
77)
Это оператор цикла. Вот что он делает:
1. Сначала присваивает переменной $i нуль (еще одна переменная появилась).
2. Если содержимое переменной $i меньше содержимого переменной $batchsize,
то выполняет последующий блок.
3. Затем увеличивает содержимое переменной $i на единицу.
Таким образом, блок должен быть выполнен число раз, записанное в переменной
$batchs±ze.
В первой строчке блока читается текущая строка из дескриптора DATA (из
файла dir.txt) в переменную $str. Она содержит путь и имя графического файла. А
что если строк в файле меньше, чем значение $batchs±ze. Тогда оператор О
вернет неопределенную строку и переменная $str станет неопределенной. Цикл
нужно прервать. Это и делается в строчке 74): прервать цикл (break) если (if)
переменная $str не определена (!defined()).
Далее мы выводим содержимое переменной $str в дескриптор по умолчанию и
затем выводим разделитель записей (\п). Две последних команды блока можно было
употребить как одну команду: print "$str\n";. Разбиение было сделано для
наглядности .
78) close LIST;
Закрываем дескриптор LIST. Список файлов для конвертации в djvu готов.
79) $ret &= call("$DEE_path/$DEE", $param, 1);
Выполняем самое главное - вызываем программу documenttodjvu.exe со строкой
опций $param и ждем ее завершения. Возврат команды call логической операцией
«И» объединяем с содержимым переменной $ret (1). Вызов программы будет
осуществляться несколько раз, если хоть один из них провалиться, то в $ret всегда
будет ноль, а мы будем знать, что не все прошло гладко, если проверим $ret.
80) $len -= $batchsize;
Содержимое $1еп уменьшается на то число файлов, которые должны быть
обработаны .
81) if(-e $output) {
82) call("$DEE_path/$ADD", "$output $Temp_filel $Temp_file2", 1) ;
83) unlink($output);
84) rename($Temp_file2, $output);
85) }
86) else
87) { rename($Temp_filei, $output); }
Итак, поскольку конвертация графических файлов в djvu осуществляется
порциями ($batchsize) - djvu куски надо сшивать.
После конвертации первого куска файла l.djvu еще не существует. Проверив
это (-е $output) переименовываем tempi.djvu в l.djvu - rename($Temp_filei,
$output).
В последующих выполнениях «длинного» блока файл l.djvu уже будет - тогда
вызываем программу djvubundle.exe, которая подшивает файл tempi.djvu к файлу
l.djvu и записывает результат как temp2.djvu.
Короткий файл l.djvu удаляем (unlink), и файл temp2.djvu переименовываем в
l.djvu (rename).
88) unlink("$File_list") ;
Удаляем файл list.txt - он больше не нужен. Если это не делать, то при
записи в него последнего куска, в нем могут остаться последние записи
предпоследнего куска.
89) }
Это конец «длинного» блока. Его надо бы отметить комментарием, но в
реальном скрипте границы блока видны за счет отступов, так что в этом нет
необходимости .
90) close DATA;
Закрываем то, что еще осталось открытым.
91) select (CONSOLE);
Можно не делать, но тогда придется указывать CONSOLE в print.
92) print "Deleting temporary files...\n";
Информируем пользователя, чем сейчас занят скрипт.
93) unlink("$Dir_list");
93) unlink($Temp_filei);
Удаляем все оставшиеся вспомогательные файлы.
94) foreach(@ files) {
95) unlink("$TEMP_path\\$_");
96) }
Удаляем графические файлы во временной директории.
97) print "Done." if($ret > 0);
Если все похоже нормально ($ret > 0) выводим Done.
98) warn " ";
Это просто задерживаем консоль, иначе она исчезнет с завершением скрипта.
Неважно что нажмем - это все - КОНЕЦ.
^jnjjKJ
Extracting с:/temp\151.tif
Extracting с:/temp\152.tif
Extracting с:/tenp\153.tif
Extracting с:/temp\154.tif
Extracting с:/temp\155.tif
Extracting с:/temp\156.tif
Extracting с:/temp\157.tif
Extracting с:/tenp\158.tif
Extracting с:/temp\159.tif
Extracting с:/temp\160.tif
Extracting с:/temp\161.tif
Extracting с:/temp\162.tif
Extracting с:/tenp\163.tif
Extracting с:/temp\164.tif
Extracting с:/temp\165.tif
Extracting с:/tenp\166.tif
Extracting с:/tenp\167.tif
Extracting с:/tenp\168.tif
Extracting с:/tenp\0Ol.tif
Extract ing с:/tenp\0O2.t if
Extracting с:/temp\0O3.tif
fill OK
Making djvu...
Deleting temporary files...
Done.
QSL
Continue?
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОПИСАНИЕ QSL ver. 3.0
СКРИПТ
Скрипт может состоять из инструкций с модификаторами и комментариев.
Инструкции описывает, какие действия должны быть выполнены. Инструкция может быть
командой, функцией или оператором (операцией).
Все команды, операторы и функции работают с переменными, массивами
переменных и данными.
Скрипт может быть разбит на блоки и подпрограммы, которые выполняются как
инструкции.
Пробелы и специальные символы игнорируются (за исключением внутри строки).
Символ л;' используется в качестве разделителя инструкций.
Все инструкции должны быть в нижнем регистре. Остальные имена (подпрограмм,
переменных, массивов, дескрипторов файлов и меток) чувствительны к регистру,
то есть COM, Com и com являются разными именами.
Каждый элемент QSL имеет свое собственное именное пространство. Вы можете,
не опасаясь конфликта, использовать то же имя для переменной, массива,
ассоциативного массива, дескриптора файла, имени подпрограммы и метки.
Комментарии
Комментарий обозначаются символом #, и продолжаются до конца строки.
Пример:
# Это комментарий
Переменные и
массивы
переменных
QSL использует переменные для хранения и изменения данных. QSL создает
переменные в памяти при первой записи данных в переменную скриптом. Переменные
обозначаются символом Л$'. Переменные различаются именами. Допустимые символы
для имени являются буквы, цифры и символ подчеркивания, но первый символ
должен быть буквой. Имена переменных чувствительны к регистру (например, $Data и
$data являются разными переменными). Каждая переменная может хранить
различные типы данных.
QSL использует два типа массивов: обычные массивы переменных и
ассоциативные массивы переменных. Обычные массивы (просто массивы) индексируются по
номеру (в []), а ассоциативные массивы по словам (в {}). Многомерные массивы не
поддерживаются напрямую. Целые массивы обозначаются '@' а целые ассоциативные
массивы обозначаются т % т . Таким образом:
$days # переменная
@days # массив days[]
%days # ассоциативный массив days{}
Элемент массива является переменной, то есть:
$days[28] # 29-й элемент массива @days
$days{'Feb'} # значение из ассоциативного массива %days
Часть массива (слой массива) также обозначается т@т, например:
@days[3,4,5] #это ($days[3], $days[4], $days[5])
@days{faf,fcf} # это ($days{'a'}, $days{fcf})
Так как переменные и массивы всегда начинаются с ! $ ! , ! @! , или ! % ! , то в
них допустимо использование "зарезервированных слов", но в именах меток и
дескрипторов файлов "зарезервированные слова" использовать нельзя.
Предопределенные
переменные
$
$.
$!
$?
$"
$;
$>
$<
Описание
Содержит последние считанные из файла данные
(строку). Можно менять содержимое.
Содержит номер последней считанной строки из
файла. Можно только читать.
Если из нее берется число, то это номер
последней системной ошибки. Если из нее
используется строка, то это краткое описание той же
ошибки. Эта переменная изменяется такими
файловыми функциями, как open, aopen, read,
write, getc, mkdir, print, tell, seek, <>,
call и т.п.
To же самое, но для mci системы.
Разделитель данных, когда массив преобразуют в
строку, заключенную в двойные кавычки (или в
аналогичную). По умолчанию - пробел. В эту
переменную можно только записывать.
Разделитель данных в эмуляции многомерного
ассоциативного массива. Если вы записываете
элемент ассоциативного массива как
$foo{$a,$b,$с}, то на самом деле это
записывается как $foo{join($;, $а, $Ь, $с)}. По
умолчанию 0x1с. В эту переменную можно только
записывать .
Текущий атрибут (цвета) при выводе на
консоль . Запись любого числа в эту переменную
откроет консоль. Поддерживаются следующие коды
цвета:
текст синий - 0x01
текст зеленый - 0x02
текст красный - 0x04
текст яркий - 0x08
фон синий - 0x10
фон зеленый - 0x20
фон красный - 0x40
фон яркий - 0x80
Остальные цвета формируются суммой кодов.
По умолчанию: белый на черном - 0x07.
Скорость коммуникации последовательного порта,
Мнемоника
Что-то над курсором в
файле.
Номер строки в этой
точке файла.
Где ошибка - там и
восклицание .
Мы спрашивали (?) mci
что-то сделать, это
ответ .
Двойные кавычки строки.
Если запятая -
разделитель при перечислении
данных в массиве, то
точка с запятой -
разделитель в эмуляции
многомерного массива.
">" часто используется
как символ вывода.
"<" часто используется
$А
бод. По умолчанию: 9600.
Если в ней не нулевое значение, то mci
уведомляет об окончании действия (или DDE сообщение
пришло). Нуль значит ожидание.
как символ ввода.
Что там, наверху?
Данные
Данные могут быть числовые, строковые и для массивов (списки).
Числовые данные задаются в любом из обычных с плавающей запятой или
целочисленных форматов:
12345
-12345.67
.23Е-10
Oxffff # шестнадцатеричное
0377 # восьмеричное
Строковые данные (STR) выделяются одинарными или двойными кавычками. В
строках с двойными кавычками осуществляется автоматическая замена входящих в
них переменных и массивов их содержимым и замена специальных символов
(обозначенных Л\') их кодом. В строках с одинарными кавычками такие замены не
делаются .
Специальные символы следующие:
Символ
\а
\ь
\е
\£
\п
\г
\s
\t
\\
\"
V
\$
\@
\%
\1
\и
\L
\и
\Е
\ci
\0ii
\xii
Код
0x07
0x08
0x1b
0х0с
0x0a
0x0d
0x20
0x09
0x5с
0x22
0x27
0x24
0x40
0x25
Назначение
звонок
стирание влево
ESC
прогон страницы
новая строка
возврат каретки
пробел
горизонтальная табуляция
обратная косая черта, поскольку "\" используется для файлов
двойная кавычка
одинарная кавычка
символ доллара
символ адреса
символ процента
следующая буква в низком регистре
следующая буква в высоком регистре
далее в низком регистре до \Е
далее в высоком регистре до \Е
конец смены регистра
управляющий символ (Ctrl-i, где i - ANSI символ)
восьмеричный символ (i - это восьмеричная цифра)
шестнадцатеричный символ (i - это шестнадцатеричная цифра)
Подстановка (замена) переменных и массивов в строке имеет некоторые
ограничения - она делается для идентификаторов начинающихся с $ и с @ (в том числе
с последующими фигурными скобками, то есть для слоя массива). Следующий
скрипт выведет на консоль "The price is $100."
$Price = f$100f; # нет подстановки
print "The price is $Price.\n"; # подстановка
warn " "; # задержка консоли
Заметим, что фигурные скобки вокруг идентификатора отделят его от
последующих буквенно-численных символов. Следующий скрипт выведет на консоль "The
price is $1001."
$var = f$100f;
$varl = f f;
print "The price is ${var}l\n"; # 1001, без пробела.
warn $varl;
Подстановка массива осуществляется преобразованием его в строку с двойными
кавычками и разделителем из $" (по умолчанию пробел).
Пример:
$" =
$days[0] = "Mon";
$days[l] = "Fri";
print "The working days: @days."; # The working days: Mon-Fri.
warn " ";
Данные массивов, или другими словами - список данных - (LIST), записываются
в круглых скобках и разделяются запятой, например: (fccf, f-Е!, $Ьаг). Так
список данных (@foo, @bar, &SomeSub) содержит все элементы @foo, за которыми
идут все элементы @bar, и затем все элементы, возвращенные подпрограммой с
именем SomeSub. Заметим что некоторые команды и функции могут принимать
(LIST) как параметр или аргумент, например:
print $one;
print ($one);
print ($one, $two, $tree);
В логическом смысле величина интерпретируется как TRUE (верно) если она не
нулевая строка (null) или не 0, иначе как FALSE (неверно).
Операции с
переменными
и массивами
Общий формат операций с переменными и массивами есть
var op par,
где var - это переменная или массив, ор - это операция и par - данные,
функция, переменная, массив или выражение из них. Что угодно может быть
записано в переменную (делая ее определенной - defined) применением операции '=',
например:
$days = fFriday1;
$days = 5;
Но если в переменную попытаться записать данные массива, то запишется
только последний элемент данных, например, следующая операция запишет в массив
foo все данные массива (LIST):
@foo = (fccf, f-Ef, $bar);
но в случае переменной в foo запишется только значение переменной $Ьаг
$foo = (fccf, f-Ef, $bar);
Заметим, что действительная величина массива - это его размер (длина).
Следующий пример присвоит переменной $foo число 3.
@foo = (fccf, f-Ef, $bar);
$foo = @foo; # $foo равно 3
Вы можете уменьшить размер массива до нуля присвоением ему нулевого массива
данных (списка данных):
@days = () ;
Список данных может также индексироваться как обычный массив:
$digit = (faf,fbf,fcf,fdf,fef,fff)[$digit-10];
Одному списку данных может быть присвоен другой, но только если все
элементы левого списка допускают присвоение (lvalue):
($а, $Ь, $с) = (1, 2, 3);
($map{fred1}, $тар{'blue'}, $map{fgreenf}) = (OxOOf, OxOfO, OxfOO);
Последним элементом списка в этом случае может быть как массив, так и
ассоциативный массив:
($а, $b, @rest) = split;
local($a, $b, %rest) = @_;
Конечно, вы можете поместить массив в любом месте левого списка, но первый
массив в этом списке может заполучить все значения из правого списка, так что
остальным в левом списке достанутся только пустые значения.
Список данных для ассоциативного массива должен содержать пары значений,
которые интерпретируются как индекс и значение:
# то же самое как присвоение тар в предыдущем примере
%тар = (fred1,0x00f,fblue1,0x0f0,fgreenf,OxfOO);
В следующем примере при присвоении массива переменной будет присвоено
количество элементов получившихся после операции в правой части:
$х = (($foo, $bar) = (7,6,5)); # $х равна 3, не 2
Числовое содержание переменой может быть изменено следующими операциями:
Операция
+=
-=
•=
/=
**=
%=
++
—
«=
»=
&=
1 =
л=
Действие
добавление (увеличение)
вычитание (уменьшение)
умножение
деление
возведение в степень
взятие модуля
самоувеличение на единицу
самоуменьшение на единицу
сдвиг числа влево
сдвиг числа вправо
побитовое И (AND)
побитовое ИЛИ (OR)
побитовое исключающее ИЛИ (XOR)
Примеры:
$num = 5;
$num += 2;
$num++; # результат: num равно 8;
Строковое содержание переменной может быть изменено операциями:
Операция
.=
х=
Действие
присоединения
повторения
Например, следующий скрипт
$sep =
$sep .= f*f;
$sep x= 10;
print $sep;
warn " ";
выведет на консоль: =*=*=*=*=*=*=*=*=*=*
Команда undef может быть использована для очистки переменной или целого
массива. Она всегда возвращает неопределенную величину.
Примеры:
undef $foo;
undef $bar{fblurf1f};
undef @ ary;
undef %assoc;
return undef;
Выражения
Выражениями (EXPR) в QSL могут быть созданы комбинированием данных,
функций, переменных и/или массивов с последующими операциями круглыми скобками,
там, где необходимо. Используются следующие операции:
Операция
+
-
•
/
**
%
&
i
л
«
»
==
1 =
>
>=
<
<=
<=>
&&
11
Действие
прибавление
вычитание
умножение
деление
возведение в степень
взятие модуля
побитовое И (AND)
побитовое ИЛИ (OR)
побитовое исключающее ИЛИ (XOR)
побитовый сдвиг влево
побитовый сдвиг вправо
логическое равно
логическое неравно
логическое больше чем
логическое больше чем или равно
логическое меньше чем
логическое меньше чем или равно
логическое сравнение, возвращает -1, 0, или 1
логическое И (AND)
логическое ИЛИ (OR)
Например:
$num = ($idx « 3) + ($х % 5);
$des = $x >= $у || $z == 5;
open(DATA, "\temp\data.txt") || die "Can not open file";
Также в QSL включены специальные строковые операторы (операции) для
создания выражений:
Операция
.
X
Действие
соединение двух строк
повторения строки
Операция повторения строки повторяет содержимое левого операнда столько
раз, сколько показывает содержимое правого операнда. В случае списка данных в
круглых скобках - повторяется весь список:
print f-f x 80;
print f-f x80;
@ones = (5) x @ones;
# выводит строку тире
# ошибочно, х80 является идентификатором
# присваивает 5 всем элементам
eq - логически строки равны
пе - логически строки неравны
gt - логически строка больше чем
де - логически строка больше чем или равна
It - логически строка меньше чем
1е - логически строка меньше чем или равна
стр - сравнеие строк, возвращает -1, 0, or 1
Например:
$des = $strl eq "exit" || $str2 eq "kill";
$out = $cmd . "\n";
Числовые данные и числовое содержимое переменных может быть инвертировано в
выражениях следующими операциями:
Операция
*N*
1
Действие
побитовое инвертирование
логическое инвертирование
Пример:
$zero = !1;
print $zero; # выводит на консоль 'О'
Также следующие специальные операторы очень полезны для создания выражений.
?
Условный оператор. Возвращает одно из двух значений в зависимости от
значения логического выражения. Его общий формат:
Логическое выражение ? значение1 : значение2
Значение 1 возвращается, если логическое выражение верно. В противном
случае возвращается значение2.
Например:
$cnt = ($х > 5)? 11 : 0;
$cnt > 0 ? print "no errors" : die "error in script";
Оператор диапазона возвращает массив значений считая от левой величины до
правой. Он полезен для написания циклов типа "for (1..10)" и для выполнения
операций над слоями массива. Оператор диапазона использует алгоритм
автоматического приращения, если минимальный и максимальный параметры являются
строками.
Примеры:
@alphabet = (fAf .. 'Z');
@х = (Ч- , '2', '3' , '4', '5') ;
@у = @х[2. .4] ;
print "@y"; # вывод: 345
print @alphabets-
defined (EXPR)
defined EXPR
Возвращает логическую величину (TRUE или FALSE) сообщающую о том, что EXPR
определено или нет (lvalue), то есть, записано ли в EXPR реальное значение.
Многие операторы (операции) возвращают неопределенное значение в
исключительных условиях, например, конец файла, неинициализированные переменные,
системные ошибки и тому подобное.
Эта функция позволяет различать неопределенную нулевую строку и
определенную нулевую строку (то есть нулевой длины) в операциях, которые могут
возвращать реальную строку с нулевым символом, в частности, при ссылке на какой-
либо элемент массива. Вы также можете проверить реальность массива.
Например:
$str = fabed1;
print defined($str) ? M$str\nM : '$str not exist1; # abed
undef $str;
print defined($str) ? M$str\nM : '$str not exist1; # $str not exist
warn " ";
QSL имеет следующий приоритет для выполнения действий (от низкого к
высокому) . Приоритет некоторых действий зависит от того слева или справа от
выражения или идентификатора стоит действие:
print printf sort reverse die return
слева ,
справа = += -= *= etc.
справа
9
слева
слева
слева
слева
1 1
&&
1 Л
&
== != <=> eq ne emp
<><=>= It gt le ge
exit reset sleep rand etc
-e -z -f etc.
слева
слева
слева
справа
справа
++ —
слева
« »
+ - .
* / % х
! ~ -(одиночный)
**
' С
Если в списке аргументов в какой-либо команды или функции (print, например)
имеется левая скобка на той же строке, то аргументы взятые в скобки, обладают
наивысшим приоритетом, так же, как при обычном вызове функции.
Например:
rand 10 * 20; # rand (10 * 20)
rand(10) * 20; # (rand 10) * 20
rand (10) * 20; # (rand 10) * 20
rand +(10) * 20; # rand (10 * 20)
КОМАНДЫ И ФУНКЦИИ
Ввода-вывода
Эти команды и функции используют специальный идентификатор - дескриптор
файла (FILEHANDLE) для доступа к файлам и портам.
Дескриптор файла CONSOLE уже предопределен. Консоль в основном используется
для отладки скриптов. Другие дескрипторы могут быть созданы командой open.
Рекомендуется для дескрипторов использовать верхний регистр, поскольку это
улучшает читабельность скриптов и помогает избегать конфликтов с
зарезервированными словами, то есть лучше писать open(LOG, 'logfile') чем open(log,
'logfile f) .
open(FILEHANDLE,EXPR)
open(FILEHANDLE)
open FILEHANDLE
Открывает файл с именем EXPR, и ассоциирует его с FILEHANDLE.
Если в EXPR есть начальный и/или конечный пробел - они будут удалены.
Если FILEHANDLE является выражением, то его значение является именем
нужного дескриптора.
Если EXPR опущено, то значит, имя файла одновременно является и именем
дескриптора .
Если впереди имени файла стоит "<" или ничего нет, то файл будет открыт для
чтения.
Если впереди имени файла стоит ">" , то файл будет открыт для записи.
Если впереди имени файла стоит "»", то файл будет открыт для добавления
(продолжения).
Вы можете поставить !+! впереди !>! или !<! чтобы показать, что вы желаете
открыть файл как для чтения, так и для записи.
Если кроме упомянутых модификаторов ничего больше нет, то CONSOLE будет
открыта как FILEHANDLE.
В именах файла по возможности следует использовать V вместо Л\' (то есть
с:/temp, вместо с:\temp), SQL допускает это.
Имя файла может быть именем последовательного порта (ЛЛС0М1", "COM2" и т.д.,
но об этом см. специальный параграф в конце описания QSL) или именем
параллельного порта ("LPTl").
Команда возвращает ненулевое значение в случае успешного открытия, в
противном случае - неопределенную величину.
Примеры:
$console = "+";
open console;
warn "console opened";
open(LOG, f » \temp\log.txt1) || die "Can not open log file";
close LOG;
$file = "log.txt";
open(DATA, "\\temp\\$file") || die "Can not open $file";
warn "$file opened";
close DATA;
open (LPT, ">LPT1") | | die ЛЛ";
print LPT ллHello, world !\r";
close LPT;
Вы также можете использовать имя файла, начинающегося с & - в этом случае
последующая часть строки будет интерпретироваться как имя уже открытого деск-
риптора (QSL его просто скопирует).
Вы можете использовать & после >, », <, +>, +» и +<, но запрошенные
модификаторы должны соответствовать тем, что есть у уже открытого дескриптора.
Пример:
$file = flog.txtf;
open (FIRST, n»\\temp\\$fileff) || die '';
open(SECOND, ">&FIRST");
print SECOND "test for appending\r\n";
close SECOND;
warn " ";
aopen(FILEHANDLE ,EXPR)
To же самое как open(FILEHANDLE,EXPR), но пользователь может изменить имя
файла в процессе диалога с QSL.
Пример:
aopen(DATA, "") | | die "Can not open or user cancel";
warn " ";
close DATA;
select(FILEHANDLE)
select
Когда открыто несколько дескрипторов (CONSOLE всегда открыта), делает
FILEHANDLE текущим.
Без аргумента возвращает тот, что является в данный момент текущим.
Это, во-первых, приводит к тому, что команды print и printf без упоминания
дескриптора будут по умолчанию выводить в текущий. Во-вторых, команда getc
без упоминания дескриптора будут по умолчанию читать из текущего. FILEHANDLE
может быть выражением, которое даст имя реального дескриптора.
Пример:
open (TEMP, "»\\temp\\temp.txt") || die
select(TEMP);
print CONSOLE select; # TEMP
warn " ";
close(FILEHANDLE)
close FILEHANDLE
close
Закрывает файл ассоциированный с FILEHANDLE. Вы можете закрыть файл, если
вы хотите открыть другой файл с тем же самым FILEHANDLE. FILEHANDLE может
быть выражением, которое даст реальное имя дескриптора. Если FILEHANDLE
опущен, будет использован текущий дескриптор.
Пример:
close (TEMP) ;
read(FILEHANDLE,SCALAR,LENGTH,OFFSET)
read (FILEHANDLE , SCALAR, LENGTH)
Пытается прочитать LENGTH байтов данных в переменную SCALAR из дескриптора
файла FILEHANDLE. Возвращает число байтов действительно прочитанных, или
неопределенную величину, если там была ошибка. SCALAR будет увеличиваться или
уменьшаться в соответствии с числом действительно прочитанных байтов. OFFSET
используется если нужно начать чтение с другого места, нежели начало файла.
Если FILEHANDLE есть CONSOLE, то он будет открыт автоматически.
Пример:
open(DATA,f\temp\log.txtf) | | die Л' ;
$x =
read( DATA, $x, 10) ;
print "$x: $!\n";
close DATA;
warn " ";
write(FILEHANDLE,SCALAR,LENGTH,OFFSET)
wri te (FILEHANDLE, SCALAR, LENGTH)
Пытается записать LENGTH байтов данных из переменной SCALAR в дескриптор
файла FILEHANDLE. Возвращает число байтов действительно записанных, или
неопределенную величину, если там была ошибка. OFFSET используется если нужно
начать запись с другого места, нежели начало файла. Если FILEHANDLE есть
CONSOLE, то он будет открыт автоматически.
Пример:
open (DATA, f »\temp\data. txtf) | | die f f ;
$x = f4114554f;
write( DATA, $x, 3, 1); # 114
close DATA;
warn " ";
tell(FILEHANDLE)
tell FILEHANDLE
Возвращает текущую позицию указателя файла в FILEHANDLE (или -1 если
ошибка) , открытом для чтения. Это должно использоваться только с командой "read".
FILEHANDLE может быть выражением, которое даст реальное имя дескриптора, (см.
пример далее).
seek(FILEHANDLE,POSITION,WHENCE)
Устанавливает позицию указателя файла относительно WHENCE в FILEHANDLE,
открытом для чтения. Это должно использоваться только с командой "read".
FILEHANDLE может быть выражением, которое даст реальное имя дескриптора.
Возвращает 1 при успехе и 0 в противном случае. Параметр WHENCE может быть
одной из следующих величин:
0 - начало файла.
1 - текущая величина указателя файла.
2 - конец файла.
Пример:
open(DATA, f\temp\data.txtf) | | die f f ;
$x =
read (DATA, $x, 7) ;
$pos = tell DATA;
read (DATA, $x, 7) ;
print ff$x\nn;
read (DATA, $x, 7) ;
seek(DATA, $pos, 0);
read(DATA, $x, 7); # повторное чтение данных с позиции 7
print "$x\n";
close DATA;
warn " ";
print(FILEHANDLE LIST)
print(LIST)
print FILEHANDLE LIST
print LIST
print
Выводит строку или список строк (LIST). Возвращает ненулевую величину при
успехе. FILEHANDLE может быть именем переменной, если переменная содержит имя
дескриптора. Если FILEHANDLE опущен, вывод будет осуществляться в текущий
дескриптор (по умолчанию) . Если по умолчанию текущий дескриптор есть CONSOLE,
он будет открыт автоматически. Если LIST тоже опущен, будет выведено
содержимое $_ в дескриптор по умолчанию.
printf(FILEHANDLE LIST)
printf(LIST)
printf FILEHANDLE LIST
printf LIST
Эквивалентно "print FILEHANDLE sprintf(LIST)".
getc(FILEHANDLE)
getc FILEHANDLE
getc
Возвращает следующий байт из открытого для чтения файла в FILEHANDLE, или
нулевую строку, если достигнут конец файла (EOF). Если FILEHANDLE опущен, то
читает из дескриптора по умолчанию. Если текущий дескриптор по умолчанию
является CONSOLE, он будет открыт автоматически.
Пример:
open(DATA,f\temp\data.txtf) ;
$x = getc DATA;
print "$x\n";
$y = getc DATA;
print "$y\n";
close DATA;
warn " ";
<FILEHANDLE>
Читает следующую строку из дескриптора файла в угловых скобках. Если
достигнут конец файла, то возвращается неопределенное значение. Кроме того ,
меняет значение "$.".
Пример:
open(DATA,f\temp\data.txtf) | | die f f ;
$x = <DATA>;
print "line $.: $x\n";
close DATA;
warn " ";
Обычно необходимо присвоить считанную строку переменной, но есть одна
ситуация, когда происходит автоматическое присвоение. Если (и только если) этот
оператор является единственным внутри условного или " while" цикла,
прочитанная строка автоматически присваивается переменной п$_".
Специальный случай, когда нет дескриптора внутри О. В этом случае чтение
осуществляется из дескриптора по умолчанию (текущего). Если текущий
дескриптор по умолчанию является CONSOLE, он будет открыт автоматически.
Пример:
$х = О;
print $x;
warn " ";
Если внутри угловых скобок стоит переменная (типа <$foo>), тогда эта
переменная должна содержать имя дескриптора из которого осуществляется ввод.
Пример:
open (DATA, f\temp\data.txtf) ;
$file = DATA;
$x = <$file>;
print $x;
warn " ";
Интерфейс
пользователя
die(LIST)
die LIST
Закрывает программу с кодом 0 (нормальный выход с кодом 1) и показывает
диалоговое окно с сообщениями из списка LIST. Если LIST просто пустая строка,
то сообщение будет системной ошибкой из переменой $!.
Примеры:
mkdir('\temp\testf) | | die f f ;
mkdir(f\temp\testf) || die fCan not make new directory1;
warn(LIST)
warn LIST
Аналогично "die", но пользователь будет иметь возможность принять решение
(YES - продолжить программу, N0 - выход из программы). Если решение
пользователя будет N0, то выход из программы будет с кодом 0 (нормальный выход с
кодом 1). Если вместо LIST будет пустая строка, сообщение будет "Something
wrong!" («Что-то нет так, выходим?»).
Пример:
warn "Please check out output\n";
ask(LIST)
ask LIST
Показывает диалоговое окно с сообщениями из списка LIST, возвращает строку
ответа пользователя. Если вместо LIST пустая строка, то сообщение будет
"QSL".
Пример:
$answer = ask "Message?";
print $answer;
warn " ";
sleep(EXPR)
sleep EXPR
Погружает скрипт в сон (пауза) на EXPR миллисекунд. Возвращает 1. Если
EXPR < 0 то показывает диалоговое окно для решения пользователя и возвращает
1 если YES и 0 если N0.
Примеры:
sleep 500;
sleep -1;
Числовые
функции
atan2(Y,X)
Возвращает арктангенс от Y/X в диапазоне от -я до я.
Пример:
print atan2(l,2);
warn " ";
sin(EXPR)
sin EXPR
sin
Возвращает синус от EXPR (выражение в радианах) . Если EXPR опущено -
возвращает синус от $_.
Пример:
print sin(0.5);
warn " ";
cos(EXPR)
cos EXPR
cos
Возвращает косинус от EXPR (выражение в радианах). Если EXPR опущено -
возвращает косинус от $_.
Пример:
print cos(0.5);
warn " ";
exp(EXPR)
exp EXPR
exp
Возвращает константу «е» в степени EXPR. Если EXPR опущено - возвращает
ехр($_) .
Пример:
print exp(2);
warn " ";
log(EXPR)
log EXPR
log
Возвращает логарифм (по основанию «е») от EXPR. Если EXPR опущено -
возвращает 1од($_).
Пример:
print log(10);
warn " ";
sqrt(EXPR)
sqrt EXPR
sqrt
Возвращает квадратный корень от EXPR. Если EXPR опущено - возвращает
квадратный корень от $_.
Пример:
print sqrt(9) ;
warn " ";
int(EXPR)
int EXPR
int
Возвращает целую часть EXPR со знаком. Если EXPR опущено - используется
$_.
Пример:
print int(-125.432); # -125
warn " ";
cents(EXPR)
cents EXPR
cents
Возвращает дробную часть EXPR, умноженную на 100 и округленную до целого,
без знака. Если EXPR опущено - используется $_.
Пример:
print cents(-125.432); # 43
warn " ";
abs(EXPR)
abs EXPR
abs
Возвращает величину EXPR без знака. Если EXPR опущено - используется $_.
Пример:
print abs(int(-125.432)); # 125
warn " ";
time
Возвращает количество секунд прошедщих с 00:00:00, 1 января, 1970 г.
Используется как аргумент date().
Пример:
print time;
warn " ";
srand(EXPR)
srand EXPR
srand
Инициализирует генератор псевдослучайных чисел по EXPR. Если EXPR опущено -
делает srand(time).
rand(EXPR)
rand EXPR
rand
Возвращает случайное дробное число в диапазоне от 0 до EXPR. Если EXPR
опущено - возвращает число между 0 и 1.
Пример:
srand;
$х = rand(10);
print rand(10);
warn " ";
Анализ
строк
index (STR, SUBSTR, POSITION)
index (STR, SUBSTR)
Возвращает позицию первого положения подстроки (SUBSTR) в строке (STR) или
первого положения после позиции POSITION, если оно присутствует. Счет
позиций начинается с 0. Если подстрока не найдена, то возвращает что-нибудь
меньшее нуля, обычно -1.
Пример:
$str = fsadabcdefabcd1;
$ sub = f abcf;
print index($str,$sub) ;
print index($str,$sub, 6); # вывод 39
warn " ";
rindex(STR,SUBSTR,POSITION)
rindex(STR,SUBSTR)
Работает аналогично index за исключением того, что возвращает позицию
последнего положения подстроки в строке. Если POSITION указано, то возвращает
последнее положение подстроки до POSITION.
Пример:
$str = fsadabcdefabcd1;
$ sub = f abcf;
print rindex($str,$sub) ;
print rindex($str,$sub, 6); # вывод 93
warn " ";
ord(EXPR)
ord EXPR
ord
Возвращает десятичную величину (ASCII код) первого символа EXPR. Если EXPR
опущено - используется $_.
Пример:
print ord(f0377f); # вывод 48
warn " ";
chr(STR, POSITION)
Возвращает десятичную величину (ASCII код) символа строки (STR) в
положении POSITION. Если POSITION вне строки, то возвращает 0.
Пример:
print chr("abcd", 2); # 99
warn " ";
oct(EXPR)
oct EXPR
oct
Возвращает десятичное значение EXPR интерпретируемого как восьмеричная
строка. (Если EXPR начинается с «Ох», то будет интерпретироваться как шест-
надцатеричная строка). Если EXPR опущено - используется $_.
Пример:
print oct(f0377f); # вывод 255
print "\n";
print oct(f0x377f); # вывод 887
warn " ";
hex (EXPR)
hex EXPR
hex
Возвращает десятичное значение EXPR интерпретируемого как шестнадцатеричная
строка. Если EXPR опущено - используется $_.
Пример:
print hex(fIff) ; # вывод 31
dec(EXPR)
dec EXPR
dec
Возвращает десятичное значение EXPR интерпретируемого как десятичная
строка. Если EXPR опущено - используется $_.
Пример:
$х = dec("-125.34") ;
$х += 120;
print $x; # -5.34
warn " ";
length(EXPR)
length EXPR
length
Возвращает длину строки EXPR (число символов). Если EXPR опущено -
возвращает длину строки в $_.
Пример:
print length(f sadabcdefabcf) ; #12
warn " ";
Преобразование
строк
sprintf(FORMAT,LIST)
Возвращает форматированную строку. Спецификация формата, которая состоит из
обязательных и необязательных полей, имеет следующий вид:
%[флаг][ширина][.точность]тип
Простейшая спецификация формата состоит только из знака процента и символа
типа:
Тип
%с
%d
%i
%о
%х
%Х
Описание
одиночный символ
десятичное целое
десятичное целое
восьмеричное целое
шестнадцатеричное целое,
шестнадцатеричное целое,
использует "abcdef"
использует "ABCDEF"
%е | величина имеет вид [-]d.dddd e [-]ddd
%f | величина имеет вид [-jdddd.dddd
%g | величина выводится в %f или %е формате, в котором наиболее компактна
%sI строка
Дополнительные поля, которые стоят до символа типа, управляют другими
аспектами форматирования, а именно:
• ширина - число символов в выводе строки (%s) ; число цифр в выводе
числа с предшествующими нулями слева;
• точность - число цифр после десятичной точки (%е, %f).
• флаг - выравнивает вывод и добавляет символ, улучшающий читаемость:
| Флаг | Описание |
| # [добавляет слева 0, Ох, или ОХ (%о, %х, %Х соответственно) |
| 0 | добавляет 0 слева от числа до нужной ширины вывода (те же форматы) |
| + | добавляет слева знак (+ или -) если выводимая величина знаковая
| !!| добавляет слева пробел, если выводимая величина знаковая |
| - | выравнивает по левому краю, если указана ширина |
В спецификации формата можно использовать несколько флагов.
Пример:
$х = sin(0.5);
$xl = sprintf("%+.2f", $x);
$у = time;
$yl = sprintf("%016d", $y);
print $xl,"\n",$yl;
warn " ";
pack(TEMPLATE,LIST)
Берет массив или список значений и упаковывает его в бинарную структуру,
возвращая строку, содержащую эту структуру. TEMPLATE представляет собой
последовательность символов, которые дают порядок и тип значений, следующим
образом :
Символ
А
а
с
С
s
S
i
I
1
L
п
N
f
d
Р
Действие
ASCII строка, пустые места дополняются пробелами
ASCII строка, пустые места дополняются нулями
Одиночный знаковый байт
Одиночный беззнаковый байт
Знаковое короткое целое
Беззнаковое короткое целое
Знаковое целое
Беззнаковое целое
Знаковое длинное целое
Беззнаковое длинное целое
Короткое целое в "network" порядке
Длинное целое в "network" порядке
С плавающей точкой, одиночной точности в естественном формате
С плавающей точкой, двойной точности в естественном формате
Указатель на строку
X
X
е
u
b
В
h
H
Нулевой байт
Перевернутый байт
Заполнение нулями по адресу
Закодированная строка (miencode)
Битовая строка (порядок битов по возрастанию)
Битовая строка (порядок битов по убыванию)
Шестнадцатеричная строка (младший полубайт первым)
Шестнадцатеричная строка (старший полубайт первым)
Каждая буква может сопровождаться числом, которое указывает количество
повторов . Символ * вместо количества повторов означает использование до самого
последнего символа строки.
Все типы, кроме "а", "А", "В", "В", "h" и "Н" могут взять всю строку.
Типы "а" и "А" берут столько символов из строки, сколько указано повторов,
дополняя нулями или пробелами в случае необходимости. Аналогично, "Ь" и "В" в
отношении числа битов. Типы "h" и "Н" берут количество полубайт, указанных
числом повторов.
Примеры:
$foo = pack("cccc",65,66,67,68);
$foo = pack("c4",65,66,67,68);
$foo = pack("ccxxcc",65,66,67,68);
$foo = pack("a4","abed","x","y","z");
$foo = pack("aaaa","abcd","x","y","z");
$foo = pack("al4","abcdefg");
reverse(LIST)
reverse LIST
Меняет порядок символов в строке на противоположный (переворачивает
строку) .
Пример:
$orig = fabcdeff;
print "$orig\n";
$rev = reverse $orig;
print "$rev\n";
chop(LIST)
chop (VARIABLE)
chop VARIABLE
chop
Отрезает последний символ строки и возвращает его, как строку. Используется
в первую очередь, чтобы удалить \r (MS-DOS и MS Windows текстовые файлы) или
\п (консоль) от конца прочитанной или введенной строки (см. <FILEHANDLE>).
Если параметр пропущен, используется $_. Если воздействует на список (LIST),
каждый элемент списка обрезается, но только значение последнего обрезанного
возвращается.
Пример:
# foo равно "ABCD"
# то же самое
# foo равно "AB\0\0CD"
# "abed"
# "axyz"
# "abcdefg\0\0\0\0\0\0\0"
# abedef
# f edeba
open(DAT, f\temp\data.txtf) ;
$х = <DAT>;
chop $x;
print $x;
print f more f;
close DAT;
warn " ";
trim(LIST)
trim (VARIABLE)
trim VARIABLE
trim
Удаляет пробелы в начале и конце строки, возвращает длину укороченной
строки. Если параметр пропущен, используется $_. Если воздействует на список
(LIST), каждый элемент списка обрезается, но только длинна последней
обрезанной строки возвращается.
Пример:
$s = f test f ;
$n = trim($s) ;
print "$n:$s!"; # 4:test!
warn " ";
join(EXPR,LIST)
join (EXPR, ARRAY)
Соединяет отдельные строки списка (LIST) или массива (ARRAY) в одну строку
с разделителем EXPR, и возвращает строку.
Пример:
$drive = !с:!;
$dir = f tempf ;
$file = 'data.txt';
$path = join("\\", $drive,$dir,$file); # c:\temp\data.txt
print $path;
warn " ";
substr(STR,OFFSET,LEN)
substr(STR,OFFSET)
Возращает подстроку из строки STR начиная с позиции OFFSET (счет позиций с
0) и длиной LEN или до конца строки, если LEN не указано. Если OFFSET за
концом строки, то возвращается нулевая строка.
Пример:
$str = fabcdefghf;
$sub = substr($str, 3, 3) ;
print $sub; # def
warn " ";
replace(STR,SUBSTR,POSITION)
replace(STR,SUBSTR)
Заменяет часть строки STR начиная с позиции POSITION (или с 0, если позиция
не указана) подстрокой SUBSTR. Возвращает длину новой строки STR или 0, если
позиция POSITION за концом строки STR.
Пример:
$sl = fabcdeff;
$s2 = fefghij f ;
$len = replace($sl,$s2,4);
print "$len:$sl"; #10rabcdefghij
warn " ";
Преобразование
массивов
date(EXPR)
date EXPR
date
Конвертирует количество секунд, полученное функцией time в 9-элементный
массив с учетом временного пояса. Обычно используется как:
($sec,$min,$hour,$mday,$mon,$year,$wday,$yday,$isdst) = date(time);
Все элементы массива числовые, $mon (месяц) в диапазоне 0..11 и $wday
(день недели) в дипазоне 0..6. Если EXPR опущено, выполняет date(time)
самостоятельно .
Пример:
($ sec, $min, $hour , $mday, $mon) = date ;
printf("Today is %d of %d month", $mday, $mon+l);
warn " ";
unpack (TEMPLATE , EXPR)
Эта команда является обратной команде pack: она берет строку, содержащую
структуру, и распаковывает ее в массив величин, который возвращает. TEMPLATE
использует тот же самый формат, что и pack.
Пример:
$foo = раск(пссххссп,65,66,67,68);
print "$foo\n";
@у = unpack("ccxxcc", $foo);
print "у = @у"; # у= 65 66 67 68
warn " ";
reverse(LIST)
reverse LIST
Возвращает массив, сформированный в обратном порядке из элементов LIST.
Пример:
$х[0] = '12' ;
$х[1] = »34»;
$х[2] = -56';
$х[3] = '78' ;
@у = reverse @x;
print "y= @у"; # у= 78 56 34 12
warn " ";
sort(LIST)
sort LIST
Сортирует список LIST (в порядке сравнения строк) и возвращает
отсортированный массив. Несуществующие элементы массива отбрасываются.
Пример:
@х = ('56', '34', '78', '12') ;
@у = sort @х;
print "x= @х\п"; # х= 56 34 78 12
print "y= @у\п"; # у= 12 34 56 78
warn " ";
split(STR,DELIM,LIMIT)
split(STR,DELIM)
split(STR)
split
Разбивает строку STR на массив подстрок по разделителям из строки DELIM, и
возвращает его. Если возврат присваивается переменной, не массиву, то
записывается число полученных подстрок. Если DELIM опущен, то считается что он
состоит из пробела и табуляции " \t" . Если STR также опущено, то разбивается
строка из $_. Если LIMIT указан, то возвращается массив с количеством
элементов не более LIMIT.
Пример:
$path = 'с:\temp\data.txt';
$tok = "\\";
($drive,$dir,$file) = split($path,$tok);
print $dir; # temp
warn " ";
grep(SUBSTR,LIST)
Возвращает массив, состоящий из строк содержащих подстроку SUBSTR. Если
возврат присваивается переменной, то записывается число найденных строк.
Пример:
$х[0] = '123456'
$х[1] = '789012'
$х[2] = '653421'
$х[3] = '210987'
$z = '34' ;
@у = grep($z, @x) ;
print @y; # 123456653421
warn " ";
splice(ARRAY ,OFFSET,LENGTH,LIST)
splice(ARRAY,OFFSET,LENGTH)
splice(ARRAY,OFFSET)
Удаляет элементы массива ARRAY начиная с позиции OFFSET и в количестве
LENGTH и возвращает их. Если список LIST имеется, то вместо удаленных
элементов подставляются из списка LIST (при этом массив растет или уменьшается как
необходимо). Если LENGTH опущена, то удаляется все начиная с позиции OFFSET.
Пример:
$х[0] = '12';
$х[1] = '34';
$х[2] = '56';
$х[3] = '78';
$z = ' 00' ;
@у = splice(@х, 1,
print "x= @х\п";
print "y= @у\п";
warn " " ;
pop (ARRAY)
pop ARRAY
2, $z, $z) ;
# x= 12 00 00 78
# y= 34 56
Удаляет и возвращает последний элемент массива ARRAY (то есть, укорачивая
его на 1). Если в массиве нет элементов, то возвращается неопределенная
величина.
Пример:
@х = ('12' , '34' , '56' , '78');
$у = pop @х;
print "y= $у\п"; # у= 78
print "x= @х\п"; # х= 12 34 56
warn " ";
push(ARRAY,LIST)
Добавляет элементы из списка LIST в конец массива ARRAY. Размер массива
ARRAY увеличивается на длину LIST.
Пример:
@х = ('12', '34');
@у = ('56', '78');
push(@x, @y);
print "x= @х\п"; # х= 12 34 56 78
warn " ";
shift(ARRAY)
shift ARRAY
Сдвигает массив ARRAY влево на 1. Возвращает удаленный левый элемент. Если
элементов в массиве нет, то возвращает неопределенную величину.
Пример:
@х = ('12', '34', '56', '78');
$у = shift @x;
print "y= $у\п"; # у= 12
print "x= @х\п"; # х= 34 56 78
warn " ";
unshift(ARRAY,LIST)
Добавляет элементы из списка LIST в начало массива ARRAY и возвращает число
элементов в новом массиве.
Пример:
@х = ('34', '56', '78');
$n = unshift(@x, '12');
print "array of $n = @x\n"; # array of 4 = 12 34 56 78
warn " ";
Преобразование
ассоциативных
массивов
each (ASSOC_ARRAY)
each ASSOC_ARRAY
Читает в случайном порядке ассоциативный массив и возвращает прочитанный
индекс и соответствующее ему значение. Когда массив полностью прочитан,
возвращается пустой массив (который при присваивании выдает FALSE). Следующий
вызов после этого снова начнет итерацию. Итератор можно сбросить только путем
считывания всех элементов из массива. Вы не должны изменить массив во время
прохода по нему.
Пример:
%тар = ('red',0x00f,'blue',0x0f0,'green',Oxf00);
@x = each %map;
print "x= @x\n"; # x= red 15
@x = each %map;
print "x= @x\n"; # x= blue 240
warn " ";
keys (ASSOC_ARRAY)
keys ASSOC_ARRAY
Возвращает обычный массив состоящий из всех индексов указанного
ассоциативного массива. Индексы возвращаются в случайном порядке, но это тот же
порядок, что использует функция each() при условии, что данный ассоциативный
массив не был изменен.
Пример:
%тар = ('red',0x00f,'blue',0x0f0,'green',0xf00);
@x = keys %map;
print "x= @x\n"; # x= red blue green
warn " ";
values (ASSOC_ARRAY)
values ASSOC_ARRAY
Возвращает обычный массив состоящий из всех значений указанного
ассоциативного массива. Значения возвращаются в случайном порядке, но это тот же
порядок , что используют функции keys() и each() на том же самом ассоциативном
массиве.
Пример:
%map = (fred1,OxOOf,fbluef,OxOfO,fgreen1,Oxf00);
@x = values %map;
print "x= @x\n"; # x= 15 240 3840
warn " ";
delete $ASSOC{KEY}
Удаляет элемент ассоциативного массива ASSOC по индексу KEY и возвращает
его или неопределенную величину, если такого элемента не было.
Пример:
%тар = (fred1,0x00f,fbluef,0x0f0,fgreen1, Oxf00);
$key = fbluef;
print ff$map{$key}\nn; # 240
delete
$map{$keyImprint n$map{$key}\nff; #
warn " ";
use(EXPR)
use EXPR
use
Открывает dbf файл (*.dbf) с именем EXPR для использования с ассоциативными
массивами. Возвращает число записей в этом dbf файле. Закрывает ранее
открытый dbf файл. Если EXPR опущен, то просто закрывает ранее открытый dbf файл.
dbf(EXPR)
dbf
Конвертирует запись номер EXPR (счет от 0) dbf файла (см. use) в
(ассоциативный) массив строк и возвращает его. Если присваивается переменой, не
массиву , то возвращается число найденных и разделенных полей в @_ массиве. Если
EXPR опущено, используется $_.
Пример:
$rec = use ftest.dbf1;
%db = dbf(0);
$size = dbf(0);
print "rec = $rec, size = $size\n";
@x = keys %db;
print Mkeys= @x\n";
@x = values %db;
print "values= @x\n";
use;
warn " ";
БЛОКИ И
ПОДПРОГРАММЫ
В QSL последовательность инструкций можно рассматривать как одну команду
(BLOCK) , заключив их в фигурные скобки. Блок может иметь имя (в этом случае
он называется подпрограммой) в виде:
sub SUBROUTINE BLOCK
где SUBROUTINE - это имя для BLOCK. Следующие команды предназначены для
использования с блоками и подпрограммами.
do BLOCK
Возвращает значение последней функции (команды) в последовательности
инструкций, обозначенных блоком BLOCK.
Пример:
print do { $x = 5; $у = $х + 4;}; #9
warn " ";
do SUBROUTINE (LIST)
Выполняет подпрограмму SUBROUTINE и возвращает значение последнего
вычисленного выражения в ней. SUBROUTINE может быть переменной, в этом случае
переменная должна содержать имя подпрограммы для выполнения. Круглые скобки
обязательны. Подпрограммы могут вызываться рекурсивно (то есть вызывать
изнутри саму себя).
Пример:
sub test {
$х = 5;
$у = $х + 4;
}
print(do test()); # 9
warn " ";
Все аргументы переданные в подпрограмму, поступают в нее как массив @_, то
есть ($_[0] г $_[1] , . . .) . Массив @_ является локальным (существует только
внутри подпрограммы), но его значениями являются ссылки на фактические
значения параметров.
Пример:
sub test {
$х = $_[0];
$у = $х + 4;
}
print(do test(5)); # 9
warn " ";
&SUBROUTINE (LIST)
&SUBROUTINE
В качестве альтернативной формы, вы можете вызвать подпрограмму, предваряя
имя амперсантом: &Foo(@args). Если вы не передаете подпрограмме никаких
аргументов , то не должны использовать круглые скобки. Если опустить скобки, то
массив @_ не передается в подпрограмму. Эта форма также используется для
использования подпрограммы с "defined" и "undef".
Пример:
sub test {
$х = 5;
$у = $х + 4;
}
print(Stest); # 9
warn " ";
local(LIST)
Перечисленные переменные в LIST будут локальными по отношению к блоку или
подпрограмме, содержащими эту команду. Это означает, что только они будут
используются в этой подпрограмме, даже если вне нее есть переменные с такими же
именами (глобальные). Все перечисленные элементы должны допускать присвоение
данных (lvalue). Обычно это используется для перечисления параметров
подпрограммы.
Пример:
sub test {
local($num) = $_[0];
$num += 4;}
$num = 5;
do test($num);
print "num = $num"; # num = 5
warn " ";
return LIST
Возвращает из подпрограммы указанные величины из LIST.
Пример:
sub test {
local($num) = $_[0];
$num += 4;
return 0;
}
$num = 5;
$num = &test($num);
print "num = $num"; # num = 0
warn " ";
sort(SUBROUTINE LIST)
sort SUBROUTINE LIST
Команда sort может использовать внешнюю подпрограмму SUBROUTINE, для
сравнения сортируемых элементов массива, вместо своего встроенного алгоритма.
Подпрограмма должна возвращать целое число меньшее нуля, равное нулю или
большее нуля в зависимости от того, как элементы массива должны быть
отсортированы .
В интересах эффективности нормальный механизм вызова обходится: аргументы
передаются не через @_, а как $а и $Ь. Они передаются по ссылке, так что
изменять их нельзя. Подпрограмма не должна быть рекурсивной.
Вместо SUBROUTINE может быть имя переменной - в этом случае содержимое
переменной должно давать имя подпрограммы.
Пример:
sub reverse {
$a It $b ? 1 : $a gt $b ? -1 : 0;
}
@harry = (f dogf , f catf , f xf , fCainf , f Abelf) ;
print sort @harry; # AbelCaincatdogx
print ff\nn ;
print sort reverse @harry; # xdogcatCainAbel
warn " ";
МОДИФИКАТОРЫ
Выполнение любого оператора (инструкции) может быть изменено с помощью
модификаторов, поставленных перед точкой с запятой завершающей инструкцию.
Возможные модификаторы: if, unless, while, until.
STATEMENT if EXPR
STATEMENT unless EXPR
Оператор STATEMENT выполняется, если значением выражения EXPR является TRUE
для модификатора "if" или FALSE для модификатора "unless".
Пример:
$х = 5;
print "$x" if($x > 0) ; #5
($х++, print "$x") if $х > 0; #6
do {$x--; print $x;} unless($x == 0); #5
warn " ";
STATEMENT while EXPR
STATEMENT until EXPR
Оператор STATEMENT выполняется до тех пор пока значение выражения EXPR
является TRUE для модификатора "while" или FALSE для модификатора "until".
Пример:
$х = 5;
do {print $х; $х—;} while ($х > 0); # 54321
print "\n";
($х++, print $x) until $x==5; # 12345
warn " ";
ОПЕРАТОРЫ
ВЫПОЛНЕНИЯ
Блок инструкций BLOCK будет выполняться или нет в зависимости от логических
значений выражений EXPR.
if (EXPR) BLOCK
if (EXPR) BLOCK else BLOCK
unless (EXPR) BLOCK
unless (EXPR) BLOCK else BLOCK
if (EXPR) BLOCK elsif (EXPR) BLOCK ... else BLOCK
Оператор if прост, так как BLOCK всегда ограничен фигурными скобками, там
никогда не бывает двусмысленности насчет if (если) и else (иначе). Если вы
используете unless вместо if, смысл теста меняется на обратный. Вместо elsif
можно использовать более понятное elseif (иначе если).
Пример:
$х = 5;
if($х>0)
{print пх > 0\п";} # х > О
elseif($х < 0)
{print пх < 0\п";}
else
{print пх = 0\n";}
unless($x==0) {print "x = $x\n";} # x = 5
warn " ";
while (EXPR) BLOCK
until (EXPR) BLOCK
Оператор "while" выполняет блок BLOCK до тех пор, пока значением
выражения EXPR является TRUE (то есть не нулевая строка или не 0). Если вместо
оператора while используется оператор until, то смысл теста заменяется на
противоположный. В любом случае тест EXPR проводится до выполнения блока BLOCK.
Пример:
$х = 5;
while ($x) {print $x—;} # 54321
print "\n";
until($x==5) {print ++$x;}; # 12345
warn " ";
for (EXPR; EXPR; EXPR) BLOCK
Оператор цикла for работает точно так же как оператор while:
for ($i =1; $i < 10; $i++) {
}
это то же самое как
$i = 1;
while ($i < 10) {
$i++;
}
Пример:
for($i=l; $i <= 5; $i++) {
print $i;
} # 12345
warn " " ;
foreach VAR (ARRAY) BLOCK
Оператор цикла foreach выполняет блок BLOCK для каждого элемента массива
ARRAY. Для этого он присваивает поочередно значение каждого элемента
локальной (для него) переменной VAR. Исходное значение переменной восстанавливается
по завершении цикла. Если VAR опущена, то $_ используется вместо нее. Если
массив ARRAY является действительным массивом (то есть не содержит ссылки на
другой массив), то вы можете изменить каждый элемент массива путем изменения
VAR внутри цикла.
Пример:
@х = ('12' , '34' , '56' , '78');
foreach $y(@x) {
print "$y; ";
} #12; 34; 56; 78;
print "\n";
foreach(@х) {
print;
} # 12345678
warn " ";
КОМАНДЫ
УПРАВЛЕНИЯ
continue
Команда continue вызывает выполнение следующей итерации цикла, в котором
она применена.
Пример:
for($i=l; $i <= 10; $i++) {
print $i;
continue if $i < 3;
$i++;
} # 123579
warn " ";
break
Команда break произведет немедленный выход из цикла, в котором она
применена.
Пример:
$i = 1;
while(1) {
print $i++;
break if $i==6;
} # 12345
warn " ";
exit(EXPR)
exit EXPR
exit
Оценивает выражение EXPR и немедленно выходит из скрипта с этой величиной
в качестве кода выхода. Если EXPR опущено, выход осуществляется с кодом 1
(нормальный).
Пример:
print fHello, world!1;
exit($! == 0);
debug(EXPR)
debug EXPR
debug
Оценивает выражение EXPR и если оно TRUE начинает процесс отладки, иначе
его прекращает. Возвращает величину EXPR. При отладке QSL будет
останавливаться перед каждой выполняемой инструкцией и спрашивать хотим ли мы
продолжить выполнение скрипта, хотим ли выйти из него (с кодом 0) или же хотим
закончить процесс отладки. Если EXPR опущено, то просто начинается процесс
отладки .
Пример:
@х = ('12' , '34' , '56' , '78');
foreach $y(@x) {
print "$y; ";
} # 12; 34; 56; 78;
debug;
print "\n";
foreach(@x) {
print;
} # 12345678
debug 0;
warn " ";
goto LABEL
Находит инструкцию с меткой по имени LABEL (метка имеет на конце двоеточие)
и передает выполнение этой инструкции. Эта команда не рекомендуется для
использования (может все спутать), но, тем не менее, может быть использована
внутри простых скриптов без блоков и подпрограмм, или же только внутри
блоков .
Пример:
$i = 1;
loop: print $i++; # 12345
goto loop if $i <= 5;
warn " ";
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО
ПОРТА
Для взаимодействия с внешними устройствами (типа Arduino/Genuino) через
последовательный порт он, прежде всего, должен быть открыт как файл для записи
и/или чтения.
open(FILEHANDLE,EXPR)
open(FILEHANDLE)
open FILEHANDLE
Имя порта (С0М1, COM2, COM3...) должно предваряться символом #. В этом
случае произойдет инициализация порта с параметрами (9600, 8, N, 1). До открытия
порта скорость коммуникации может быть изменена в переменной $<. В остальном
работа с портом аналогична работе с обычным файлом.
Пример:
open(ARD, "+#СОМЗ") || die "";
@fr = (1,0,1,0);
while (1) {
print ARD $fr[0], $fr[l], $fr[2], $fr[3];
$data = f f;
read(ARD, $data, 4) ;
$hex = substr($data, 1) ;
print hex($hex), ff\nn;
sleep(1000);
}
Если имя порта не предваряется символом #, то порт может быть открыт только
для чтения или только для записи, но не для обоих операций одновременно.
Будут использованы параметры порта определенные (или измененные) в «Диспетчере
устройст» операционной системы.
РАБОТА С
ОПЕРАЦИОННОЙ
СИСТЕМОЙ
call (PROGRAM, PARAMETERS, WAIT)
call (PROGRAM, PARAMETERS)
Вызывает на выполнение программу PROGRAM с коммандной строкой PARAMETERS и
ждет ее завершения если WAIT больше нуля. Если WAIT опущено или равно нулю,
то скрипт не ждет завершения вызванной программы. Возвращает 1 при успехе и 0
в противном случае.
Пример:
$ret = call(!с:\windows\notepad.exe1, "");
print ЛЛProgram return = $ret\n;
warn " ";
mkdir(FILENAME)
Создает директорию с именем FILENAME. В случае успеха возвращает 1, иначе
возвращает 0.
Пример:
mkdir(!\temp\test!) | | die f f ;
readdir(FILENAME)
Возвращает массив, состоящий из имен файлов в директории или неопределенную
величину, если прочитать директорию не удалось. В возвращенном списке имена
директорий будут предваряться символом *. Если директория пуста - возвращает
пустую строку.
Пример:
@files = readdir(!с:\tempf) ;
foreach(@ files) {
prints-
print ff\nn ;
}
warn " ";
unlink(FILENAME)
Удаляет файл с именем FILENAME. Возвращает 1 при успехе и 0 в противном
случае.
Пример:
$file = "log.txt";
open(DATA, ">/temp/$file") || die "Can not open $file";
print DATA "Just test";
close DATA;
warn "File $file was created";
unlink("/temp/$file");
rename (OLD_FILENAME , NEW_FILENAME)
Переименовывает директорию или файл с OLD_FILENAME на NEW_FILENAME. Файл
или директория с именем OLD_FILENAME должны существовать. Файл или директория
с именем NEW_FILENAME не должны существовать до применения этой команды. Файл
при переименовывании на новое место будет перемещен. Директорию можно только
переименовать.
Пример:
$file = "log.txt";
open(DATA, ">/temp/$file") || die "Can not open $file";
print DATA "Just test";
close DATA;
warn "File $file was created";
rename("/temp/$file", "/work/$file");
-z
Оператор проверки файла. Этот оператор берет в качестве аргумента, или имя
файла или дескриптор файла, чтобы получить некоторую информацию о файле. Если
аргумент опущен, используется $_. Он возвращает !1! если «да» (TRUE) и !!
если «нет», или же неопределенную величину, если файл не существует или не
может быть проверен. Если аргумент дескриптор, то проверяется только файл
открытый для чтения. Оператор может использоваться в одной из следующих форм:
-е Файл существует (exist).
-z Файл имеет нулевой размер (zero).
-s Файл имеет ненулевой размер (size), возвращает размер.
-f Файл является обычным (file).
-d Файл является директорией (directory).
Если в качестве аргумента используется специальный дескриптор файла,
состоящий из одиночного подчеркивания, то стат структура предыдущего теста
файла используется.
Пример:
print -e "test.qsl" ? "exist\n" : "not exist\n";
print "size=", -s _;
warn " ";
ФИЗИКА ДЛЯ САМЫХ МАЛЕНЬКИХ
Александр Никонов
ЧАСТЬ I. ИЗ ЧЕГО ЖЕ, ИЗ ЧЕГО ЖЕ, ИЗ ЧЕГО ЖЕ...
Что такое свет? Почему не всякая радиация вредна? Почему небо
синее, а закат красный? Из чего сделана молния и что такое
огонь? Почему далекие предметы кажутся нам маленькими, а при
сближении словно вырастают в размерах? Отчего светят звезды? Что
такое время? Чем порядок отличается от беспорядка? Из чего
сделано тепло? Почему, если предоставить какую-нибудь вещь самой
себе, она когда-нибудь в конце концов разрушится? Что такое
тепловая смерть?.. На все эти вопросы отвечает физика.
Обычно изучать физику начинают с механики. Видимо, потому, что
так исторически сложилось, ведь человека окружает мир твердых
тел, с них он и начал путь познания, набивая по дороге знаний
шишки о те самые твердые предметы.
Но мы с вами начнем с элементарных частиц. То есть с азов - с
тех мельчайших частичек вещества, из которого это вещество и
складывается. Если вы не против, конечно...
ГЛАВА 1. ОТКУДА ВЗЯЛИСЬ АТОМЫ И ЗАЧЕМ ОНИ НУЖНЫ?
Атомы придумали древние греки. Так уж вышло, никто не виноват.
Впервые мысль о том, будто все вещество состоит из мельчайших неделимых
частичек, выдвинули именно жители Древней Греции. И я вам по секрету скажу,
большого ума для рождения этой идеи не требовалось! Древняя Греция - детство
человечества. А любой ребенок в состоянии задуматься:
что будет, если я начну вещество делить все дальше и дальше?
Ну, например, кусочек сахара или мела? Неужели этот процесс будет
происходить до бесконечности? Если до бесконечности, то есть до беспредельно
ничтожных размеров, то фактически получается, что все вещество состоит из пустоты?
Или все-таки когда-то я доберусь до самого маленького неделимого элемента
вещества?
Но что значит неделимого? А если по нему ударить хорошенечко? Может, он и
разделится, но уже не будет обладать свойствами указанного вещества - вот что
имеется в виду.
Кстати, а что такое свойства? И какие они бывают?
Веществ разных в мире много. Есть камень, стекло, вода, железо, дерево,
пластмасса... И у всех веществ разные свойства - твердость, цвет, плотность,
хрупкость, способность проводить электрический ток, нагреваться и так далее.
Дерево плавает, а железо тонет. Дерево горит, а железо нет. Железо проводит
электричество, а дерево нет. У железа высокая теплопроводность, попробуйте
сунуть гвоздь в огонь - через очень короткое время он нагреется так, что его
станет невозможно держать в руке. А вот горящую деревянную палочку (например,
спичку) можно держать в руках долго - до тех пор, пока огонь не доберется до
пальцев. Потому что у дерева теплопроводность очень низкая, очень плохо оно
проводит тепло. А железо и все прочие металлы - отлично!
А кроме теплопроводности есть еще такое свойство, как теплоемкость. Это
способность вещества накапливать тепло. Возьмите тонну воду и тонну золота и
нагрейте градусов до 50 °С. Вода потом будет еще долго-долго оставаться
теплой , а золото очень быстро остынет. Не запасает оно тепло. Низкая у золота
тепловая емкость.
Зато золото гораздо плотнее воды! Представьте два одинаковых по размеру
кубика из золота и воды. . . Не знаете, как сделать кубик из воды? Ну, спросите
папу, он поможет - разольет воду в специальную форму, похожую на вафлю, сунет
в морозилку, потом вытащит замороженную воду в виде кубиков, один кубик
отдаст вам, погладив по голове, а остальные бросит себе в бокал с алкоголем.
После того, как папа станет добрый, попросите у него еще такой же по размеру
кубик золота. И когда папа достанет его из кармана, возьмите два полученных
кубика и быстро бегите взвешивать, пока ледяной кубик совсем не растаял.
Кстати, вот еще одно характерное свойство вещества - температура
замерзания.
Результат взвешивания покажет, что золотой кубик примерно в 20 раз тяжелее
ледяного. 20 ледяных кубиков уравновесили бы на весах один золотой. Потому
что золото плотнее. Физики говорят так: у золота выше плотность. Плотность -
это количество вещества в одном объеме - например, в одном стакане,
кубическом сантиметре или одном кубическом метре. Один кубический метр воды весит
одну тонну, а кубометр золота чуть ли не 20 тонн. Не всякий поднимет!
Одинаковые кубики разных веществ весят по-разному: золото - 19300
кг, ртуть - 13600 кг, свинец - 11300 кг, сталь - 7800 кг, алюминий -
2700 кг, стекло - 2500 кг, сахар - 1600 кг, вода - 1000 кг, лед -
900 кг, дуб - 900 кг, подсолнечное масло - 900 кг, сосна - 400 кг,
воздух - 1,3 кг, водяной пар - 600 г, водород - 90 г.
И раз уж пошла такая пьянка (у папы), я вам больше скажу, друзья мои! Зря
мы соблазнили папу и замораживали воду, переводя ее в твердое состояние.
Потому что плотность твердой воды (льда) отличается от плотности жидкой воды.
Плотность льда чуть меньше, чем плотность воды, поэтому твердая вода в жидкой
воде плавает словно дерево - вы сами сто раз видели, как лед плывет по реке.
Дерево плавает в воде по той же причине - его плотность меньше плотности
воды.
Одно и то же вещество может находиться в разных состояниях.
Как известно любому мальчику, дяденьке и пенсионеру, одно и то же вещество
- вода, например, - может находиться в разных состояниях. Вода может быть
жидкой. Такой она бывает, когда тепло. Вода может быть твердой, когда
холодно . И она может быть газообразной или, попросту говоря, газом. Газообразная
вода называется паром. Если воду налить в кастрюлю и начать нагревать, в
конце концов, она вся выкипит. То есть превратится в водяной пар. Ну и черт с
ней! Не жалко, еще из крана нальем.
У каждого вещества своя температура замерзания (она же температура
плавления) . Температура замерзания/плавления воды - ноль градусов по Цельсию.
Температура кипения - 100 градусов. Как же так удивительно получилось? Что за
чудесное совпадение? Почему так ровно - ноль и сто? Эта вода нарочно что ли
так себя ведет для нашего удобства? Неужели сама природа об этом
позаботилась?
Нет, конечно. Просто тот мужик по имени Цельсий, который придумал градусную
шкалу, нарочно принял за ноль градусов температуру замерзания, а за сотню -
температуру кипения воды. Оттого нам теперь и удобно. А вот другой дядька по
имени Фаренгейт придумал другую температурную шкалу, крайне неудобную - по
Фаренгейту вода замерзает при +32°, а кипит при +212°. Это отвратительно!
Шкалой Фаренгейта теперь пользуются в Америке. Все у них не как у людей...
Но как же он так опростоволосился, этот Фаренгейт? Я вам отвечу. Вместо
воды он замораживал смесь воды, нашатыря и соли. А за сто градусов принял...
думаете, температуру кипения этой смеси? Нет! Температуру человеческого тела.
Причем, что интересно, в качестве тела он использовал собственную жену. У
которой в то время температура была повышенная, поскольку она болела. Очень
непростой был парень этот Фаренгейт!
Вообще температурных шкал довольно много, и все они названы в честь
физиков, которые их придумали - шкала Реомюра, шкала Кельвина, шкала Делиля,
шкала Ранкина... Но мы с вами в быту пользуемся только шкалой Цельсия. Она очень
удобна. Летом температура имени Цельсия плюсовая, зимой минусовая, все
прекрасно и привычно. На улице минус двадцать? Мороз! Плюс тридцать? Жара!.. А
под мышкой? У здорового человека 36,6 градуса. Выше - заболел. Ниже - помер.
Два термометра - Цельсия и Фаренгейта. Какой вам больше нравится?
В общем, самых разных свойств у разных веществ целое море. Веществ же на
свете еще больше. И каждое вещество характеризуется своим набором свойств.
Теперь дальше следите за мыслью древних греков - как они додумались до
атомов*
Килограмм одного и того же вещества имеет такие же свойства, как и полкило,
что понятно: и большое оконное стекло пропускает свет, и маленькое обладает
свойством прозрачности. И короткий кусок медного провода пропускает
электрический ток, и длинный электропроводен. И маленький кусок дерева плавает в
воде , и большой. От размеров свойства не зависят.
Но действительно ли не зависят?
Есть ли предельный по малости кусочек вещества, который еще обладает
свойствами этого вещества, а после дробления - уже не обладает, и мы получим
нечто другое?
Есть, решили греки и назвали его атомом! Мне кажется, к этому соображению
их привели следующие рассуждения.
Вот смотрите... Из двух разных веществ можно сделать третье - с совершенно
другими свойствами, которыми не обладают первые два. Ну, например, можно в
расплавленную медь добавить другой металл - олово. И получится сплав под на-
званием бронза, который обладает особой твердостью, которой ни медь, ни олово
по отдельности не обладают. Бронза тверже меди и тверже олова. Значит, если
мы будем долго делить бронзу на части, в конце концов, останется самая малая
частичка бронзы, которая уже при делении распадется на медь и олово. И бронзы
уже не будет.
Логично?
Но отсюда один шах1 до следующей идеи - а может, все вещества в мире тоже
состоят из более простых элементов? И быть может, элементов этих не так уж
много? Как из цветной мозаики или нескольких красок можно сделать бесконечное
множество картин, как из малого числа букв можно сделать сотни тысяч слов и
миллионы разных книг, так и из ограниченного числа этих элементов
складывается бесконечно множество веществ?
Богатая идея.
Древняя Греция - это, как я уже сказал, детство человечества. Никаких наук
в нашем понимании этого слова тогда еще не было. Греки практически ничего не
знали о строении вещества, но зато много фантазировали, пытаясь силой мысли
проникнуть в самую суть вещей. И додумались до следующей картины мира...
Они решили, что все огромное разнообразие самых разных веществ в мире на
самом деле состоит их четырех простых элементов - земли, воды, огня и
воздуха. Милые смешные греки! Они, конечно, ошибались, но их ошибка была
гениальной. Греки сделали большой шаг вперед - отказались от мифологических,
религиозных объяснений и применили к познанию мира научный принцип анализа, начали
говорить о взаимопревращении веществ. Направление их мысли оказалось верным,
и в дальнейшем наука подтвердила: действительно все многообразие мира
складывается из простейших составляющих. Эти «простейшие вещества» так и назвали
«элементарными» или просто «химическими элементами».
Сколько же существует элементарных веществ?
Не буду вас томить, отвечу сразу - около сотни. Не так уж мало. Многие из
них вы знаете. Золото, например. Железо. Свинец. Вообще, все известные
металлы - это химические элементы, то есть простейшие вещества. И многие газы.
А сталь? Сталь - это сплав двух элементов - железа и углерода. В чистом
виде железо нигде не используется, поскольку оно мягкое. Углерод же вы
прекрасно себе представляете, он является основой угля (поэтому так и называется -
«углерод», то есть «рождающий уголь»). Соединение железа и углерода дает нам
сталь или чугун (в зависимости от количества добавленного в железо углерода,
если мало углерода - сталь, много - чугун).
А воздух? Воздух, которым мы дышим, тоже «сплав», точнее, смесь разных
газов , среди которых кислород, азот и углекислый газ.
Химики записывают углекислый газ короткой формулой - С02. Понять
формулу немудрено: один атом углерода (С) и два атома кислорода (О).
Кислород и азот - химические элементы, то есть простейшие вещества. А вот
углекислый газ - сложное вещество, состоящее из двух простых элементов -
кислорода и углерода. Одна частица углекислого газа состоит из одной частицы
углерода и двух частиц кислорода. На рисунке это прекрасно видно.
А вода - составное вещество или элементарное?
Вода вещество составное. Она сделана из двух элементарных газов - водорода
и кислорода: одна частица воды состоит из двух частиц водорода и одной
частицы кислорода. Самая маленькая частица воды называется молекулой. И не только
воды, кстати. Самая маленькая частица любого сложного вещества называется
молекулой. А самая маленькая частичка элементарного вещества называется атомом.
Молекулы строятся из атомов.
Так, молекула воды сделана из двух атомов водорода и одного атома
кислорода. А водород так назвали именно потому, что он рождает воду.
Молекула воды — Н20, то есть два водорода (Н) и один кислород (О) .
Воду можно дробить на капельки не бесконечно - в конце концов у нас
останется самая маленькая частица воды - молекула. И если разделить молекулу
воды , она развалится на кислород и водород. То есть на атомы.
Еще раз: молекулы сделаны из атомов. Атомы - простейшие, неделимые,
элементарные вещества, а молекулы - вещества сложные, составные.
Что же у нас получается?
Получается, что атомы - это детальки конструктора, из которых собираются
разные вещества. Деталек довольно много, около сотни, но все же ограниченное
количество. Однако из них можно собрать тысячи, миллионы разных конструкций!
Самые сложные молекулы содержатся в нашем теле. Они могут состоять из
миллионов атомов!
А как определить, что перед нами - элементарное вещество или сложное?
Понятно, что если речь идет о живом веществе, то оно не просто сложное, а очень
навороченное! А если нет? Вода, золото, соль, серебро, свитер, резина,
майонез, бумага - как узнать, это составные вещества или элементарные?
Да очень просто! Взять и посмотреть в специальную табличку. Там все детали
мирового «конструктора» прописаны. Это очень знаменитая табличка! Ее составил
один умный русский дядя по фамилии Менделеев. С тех пор она так и называется
- таблица Менделеева.
Дмитрий Иванович Менделеев очень любил заниматься химией. Помимо химии, у
Иваныча было еще одно увлечение, - старик очень любил делать чемоданы.
Я вообще рекомендую вам, если вы родитель, купить ребенку, наряду с
географической картой мира, столь же большую таблицу Менделеева и повесить в
детской комнате.
А если вы ребенок, строго возьмите папу-маму за палец, отведите в ближайшую
субботу в большой книжный магазин и потребуйте незамедлительного приобретения
таблицы Менделеева с последующим размещением ее на вашей любимой стенке -
рядом с картой мира. Периодически к таблице нужно подходить, вдумчиво смотреть
на нее, выискивать какой-нибудь элемент и читать про него в этом рассказе, в
самом конце. А потом рассказывать маме, поражая ее невероятным умищем. После
чего как бы невзначай просить немного денег на карманные нужды. Знания должны
приносить доход!
И еще. . . Никого не должен смущать тот факт, что в этом рассказе про физику
мы некоторое количество букв и времени уделим химии. Потому что химию можно с
полным правом назвать одним из разделов физики - вот так!
Ну, а пока на стенке большой таблицы у вас нет, посмотрите на нее здесь.
Таблица красивая, как мозаика. Это химическая палитра. Это краски, которыми
нарисован мир. На цифры и буквенные обозначения элементов пока никакого
внимания не обращайте, просто почитайте для интереса названия химических
элементов, их которых сделан весь наш мир - миллионы разных веществ, звезды,
планеты , мы. Поищите знакомые. Найдите золото. Найдите свинец, серебро, железо.
Поищите кислород, который необходим нам для дыхания.
(Химические элементы в табличке для краткости обозначаются буквами
латинского алфавита и являются простыми сокращениями латинских слов. Например,
золото на латыни «аурум», оно так и обозначается - Аи от латинского aurum.
Свинец по-латински «плюмбум» - РЬ. Серебро - Ад от латинского «аргентум». И так
далее. Запоминать ни в коем случае не надо! Оно само потом запомнится так,
что не отлепишь.)
Теперь, если вам нужно определить, какое вещество папа налил в рюмку -
сложное или элементарное, - достаточно поискать его в таблице. Например, папа
налил в рюмку кефир. Ищем в таблице Менделеева кефир. Есть он там, среди
простейших веществ? Нету тут никакого кефира! Значит, кефир - сложное вещество,
сконструированное из простейших элементов, которых всего около сотни, и все
они у нас теперь как на ладони. Спасибо старику Менделееву!
Сразу скажу - чего бы вы ни хватились, в таблице Менделеева вы, как
правило , этого не найдете.
Нет там воды, стекла, мела, пластмассы, дерева, кожи, селедки и прочих
тысяч веществ и существ. Вывод? Он прост: нас окружают сложные вещества - их
кругом миллионы! А вот простые вещества из таблицы Менделеева вокруг себя еще
поискать нужно - какую-нибудь алюминиевую ложку или отрезок медной проволоки,
кусочек свинца, мамино золотое колечко, воздушный шарик, внутри которого
накачан газ гелий (найдите перечисленное в таблице)...
В общем, принцип понятен: из атомов простейших веществ (химических
элементов) , которые дедушка Менделеев смел своей бородой в табличку, собираются
молекулы сложных веществ. Вода, как мы уже знаем, собрана из двух атомов
водорода и одного атома кислорода.
4
н
iВОДОРОД
1
100794
Li
ЛИТИЙ
3
(.94,
Na
НАТРИЙ
11
273МП
к
КАЛИЙ
19
39.091,
29
63.54,
Rb
РУБИДИИ
37
8V4E7,
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМ
Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА
ЕНТОВ
им
4-
VIII
II
Be
БЕРИЛЛИЙ
9.0171В
Mg "
Ь 24.305
МАГНИЙ
Са
КАЛЬЦИЙ
20
4<Ш
30
out
Zn
цинк
Sr
СТРОНЦИЙ
38
87.62
III
5
10.81
в
БОР
13 А1
?6saib4
АЛЮМИНИЙ
Sc "
44.М59
СНАНДИЙ
31
(9.7?
G
ГАЛЛИЙ
а
Y 39
6Ш59
ИТТРИЙ
IV
6
12.011
УГЛЕРОД
14
28.08S,
Ti
ТИТАН
Si
КРЕМНИЙ
22
47.90
32
72.5,
Ge
ГЕРМАНИЙ
Zr
ЦИРКОНИЙ
40
91.22
' N
14.0067
АЗОТ
Р
ФОСФОР
V 23
ВАНАДИЙ
1Ь
30.97376
50.9415
33
74.9216
As
мышьяк
Nb
НИОБИЙ
41
92.9064
Н)
VI
2
4.00260
8
15.999.
О
КИСЛОРОД
S
_ it»
Сг "
16
32.06
9
i 18.998403
17
35.453
ХРОМ
34
78.9»
51.996
Se
СЕЛЕН
Мо
МОЛИБДЕН
42
95.94
Mri
54.9310
ДАРГАНЕЦ
35 Вг
79.904
БРОМ
43
F!
ФТОР
С1
ХЛОР
25
Тс
ТЕХНЕЦИЙ
90.906?
Не
ГЕЛИЙ
Ne
HEOi
Аг
АРГОН
Fe *
10
?0.17,
18
39.94.
ЖЕЛЕЗО
36
55.84,
63.10
Кг
КРИПТОН
Ru
РУТЕНИЙ
44
Ю1.0,
Периодический закон открыт
Д.И.МЕНДЕЛЕЕВЫМ в 1869 году
Со
КОБАЛЬТ
27
51933?
Ni
НИКЕЛЬ
28
5В.70
Rh 45
1023055
РОДИЙ
Pd
ПАЛЛАДИЙ
46
106.4 I
47
107J6»?
СЕРЕБРО
48
П2.41
Cd
КАДМИЙ
49
М4Д2
In
ИНДИИ
50
111.6,
Sn
ОЛОВО
51
121.7,
Sb
СУРЬМА
52
127.6.
Те
ТЕЛЛУР
53
126.9045
ИОД
54
131.30
Хе
КСЕНОН
Cs
ЦЕЗИЙ
55
1323054
Ва
БАРИЙ
56
137,33
La^Lu7'
*
Hf
ГАФНИЙ
72
170.4,
Та "
180.947,
ТАНТАЛ
W
ВОЛЬФРАМ
74
183.8,
Re
РЕНИЙ
75
166.207
Os
ОСМИЙ
76
1907
1г
ИРИДИЙ
77
Pt
ПЛАТИНА
78
ИМ,
79
19(4665
Au
золото
Fr
ФРАНЦИЙ
87
[223]
80
200,5,
Hg
РТУТЬ
81
204J,
Т1
ТАЛЛИЙ
82
207.2
РЬ
СВИНЕЦ
83
208.9104
Bi
ВИСМУТ
84
[2091
Ро
полоний
85
1210)
At
АСТАТ
86
1222!
Rn
РАДОН
Обозначение элемента Атомный номер
Ra
РАДИЙ
88
226.0254
kc^(LrJ03
**
Ku
КУРЧАТ0ВИЙ
104
1261]
Ns ,cs
12611
НИЛЬСБОРИИ
i-s змиеигы|
-d зпеиенты
Li
литий
3
6.94,-
Атомная
масса
* лантаноиды
-р-зиеменгы
Дюнные массы пршведемы по Международно! таОше 1981 года.
Точность nocienei значаще! шфры tl ш *-3.еш она вьшенз иеши шрифтом.
6 квадратны! скобках приведены массовые числа наиболее устошвых шош.
ILa "
138.905,
ЛАНТАН
Се 5В
ЦЕРИЙ
140.1?
Рг 59
140.3077
ПРАЗЕОДИМ
Nd
60
НЕОДИМ
144Z
61
Рт
(145)
ПРОМЕТИЙ
62
Sm
150.4
САМАРИЙ
Ей"
1S1.96
ЕВРОПИЙ
Gd64
157.2,
ГАДОЛИНИЙ
Tb"
IS8.92S4
ТЕРБИЙ
66
" 167.5.
ДИСПРОЗИЙ
Но67
164.9304
ГОЛЬМИЙ
Ег"
167.2.
ЭРБИЙ
Тт
69
ТУЛИЙ
168,9342
Yb70
1710,
ИТТЕРБИЙ
711
Lu ,
174.9671
ЛЮТЕЦИЙ
^актиноиды
Ас 89
АКТИНИЙ
Th90Pa
2320381
ТОРИИ
91
231Л359
ПРОТАКТИНИЙ
U 92
23102,
УРАН
93
Np
л 237.048?
НЕПТУНИЙ
Pu94
!?44-
ПЛУТ0НИЙ
Am95
[243:
АМЕРИЦИЙ
Cm
КЮРИЙ
96
247;
Вк97
!?47!
ЬЕРКЛИЙ
Cf 98!Es.99 Fm'00 Md'°' (No)'
1?5I]
i254i
(257)
12561
,102
1255]
КАЛИФОРНИИ ЭЙНШТЕЙНИЙ ФЕРМИИ МЕНДЕЛЕВИЙ (НОБЕЛИЙ)
(Lr)1031
1256] I
(ЛОУРЕНСИЙ)!
Ну а, например, соль? Та самая белая поваренная соль, которая хранится у
вас дома в солонке?
Это сложное вещество. Молекула соли состоит из одного атома металла по
имени натрий и одного атома газа по имени хлор. Нашли их в таблице?
Натрий - очень редкий и мягкий металл, его можно ножом резать. Если кусок
натрия бросить в воду, то лучше сразу убежать подальше. Потому что натрий
зашипит, начнет бегать по поверхности воды, выделяя белый дым, затем вспыхнет и
загорится ярким пламенем, а потом и вовсе взорвется, если кусок достаточно
велик. Очень активный металл!
А хлор - это очень ядовитый газ. Этот газ во время Первой мировой войны
применяли для удушения противника - дожидались, когда ветер подует в сторону
врага и открывали вентили баллонов. Газ несло ветром на вражеские окопы и
надышавшиеся солдаты гибли. (Подробнее об этом вы можете почитать чуть дальше,
в специальном разделе, посвященном газам.)
Но каков фокус! Из двух таких крайне агрессивных веществ, как натрий и
хлор, получается вполне безобидная и даже полезная соль. Металл - блестящий,
взрывающийся, он проводит электрический ток. Газ - ядовитый, зеленоватый и
летучий. А соль? Вы ее прекрасно видели - белая, неопасная, не летучая и не
ядовитая, ее можно есть. И никакого электрического тока она не проводит.
Совершенно другие свойства!
По-научному поваренная соль называется хлоридом натрия и записывается
химиками так - NaCl (натрий хлор).
Как устроен кристаллик хлорида натрия? Вот он, на рисунке, посмотрите.
Белые шарики - это атомы хлора, а серые - атомы натрия.
*Wfl
НАТРИИ wV - ХЛОР
Кристаллик поваренной соли
Кто-то может спросить:
- А почему белые шарики больше серых? Неужели атомы газа хлора больше, чем
атомы металла натрия?
Именно так!
Посмотрите в волшебную таблицу старичка на букву М. - чем ниже и правее
атом, тем он больше по размеру и тяжелее. Чем он левее и выше - тем легче.
Почему это так, мы поймем немного позже, когда вы с помощью этого рассказа
познаете, как устроен мир до таких глубин, коих не знает в вашем возрасте
никто.
Дошкольники и школьники младших классов не знают, потому, что им не попался
такой чудесный рассказ, как этот.
Взрослые - потому, что все уже давно забыли.
А школьники старших классов - потому, что дурака валяют на уроках вместо
того, чтобы учиться.
Один вы умный и хороший.
Теперь, умный и хороший, еще раз гляньте на картинку соляного кристаллика.
То, что вы видите, называется кристаллической решеткой. Вот этот кубик, эта
вот жесткая пространственная структура, в которой атомы находятся каждый на
своем месте и неподвижно стоят там, как солдаты в строю, носит гордое звание
кристаллической решетки. Именно жесткостью этой решетки и объясняется
твердость вещества.
Кристаллическую решетку называют решеткой, потому что она похожа на
решетку . Вот так вот все сложно в этой физике!
Молекулы воды, когда она превращается в лед, выстраиваются именно в форме
такой вот жесткой решетки. Поэтому лед твердый.
А когда вода жидкая, как расположены молекулы?..
А когда вода жидкая, ее молекулы расположены в хаотическом беспорядке, они
суетятся, толкаются друг с другом, меняются местами - в общем, ведут себя,
как толпа в метро. Они все еще тяготеют друг к другу, но уже очень подвижны
от накачанного тепла, поэтому вода жидкая. Ткнул в нее пальцем и легко
раздвинул молекулы. А в льдышку с ее жесткой кристаллической решеткой сколько
пальцем ни тыкай, толку будет мало, если не считать сломанного пальца.
А если вода превращается в газ и вылетает из носика чайника в атмосферу,
что происходит тогда?..
А вот тогда она полностью теряет всякую структуру. У любого газа, включая
водяной пар, молекулы уже не притягиваются друг к другу, а стремятся
разбегаться во все стороны. Расстояние между ними становятся во много-много раз
больше, чем в жидкости, поэтому газ такой неплотный и летучий. Его молекулы
можно сдержать вместе только в какой-нибудь оболочке, типа баллона или
воздушного шара. Но стоит в оболочке образоваться дырке, как молекулы начинают
оттуда разлетаться.
То, что чуть выше написано касательно жидкости, было прекрасно
продемонстрировано еще в XIX веке английским ученым по фамилии Броун. Интересно, что
Броун не был физиком, а был безобидным ботаником, изучал растения и свое
открытие в физике сделал случайно.
Броун изучал под микроскопом пыльцу растений и заметил, что маленькие
частички пыльцы, находящиеся в воде, все время дрожат и немного двигаются то в
одну сторону, то в другую. В общем, они хаотически, то есть беспорядочно,
перемещаются , словно живые. Позже выяснилось, что так же ведет себя не только
пыльца растений, но и любое вещество, растертое в мельчайшую пыль.
Оказалось, хаотичное движение пылинок, их дерганье туда-сюда вызывается
беспорядочным движением молекул воды, которые барабанят в пылинку. Конечно,
даже самые микроскопические пылинки любого вещества - настоящие гиганты по
сравнению с молекулами воды! Молекула по сравнению с пылинкой - все равно,
что кошка по сравнению с небоскребом. Кошка не может сдвинуть небоскреб.
Пылинка состоит из миллионов и даже миллиардов молекул. Но ведь и вокруг
пылинки тоже беспорядочно мечутся миллионы и миллиарды молекул воды! И когда в
какой-то момент с одной стороны пылинку случайно толкает чуть больше молекул,
чем с другой стороны, она чуть смещается в ту сторону. Потом в другую. Так и
ползает туда-сюда, беспорядочно дергаясь каждую секунду туда, куда ее стука-
нуло больше молекул.
В честь первооткрывателя этого явления ботаника Броуна подобное
бессмысленное движение частичек в воде называют броуновским движением. Оно и вправду
совершенно бестолковое, случайное.
Теперь вот какой вопрос. Понятно, что все молекулы любого вещества имеют
свойство притягиваться друг к другу. Иначе вещество просто разваливалось бы
на молекулы. А так все вокруг прекрасно существует и не разваливается. Стоит
шкаф и не рассыпается на молекулы. И книжка перед вами даже не думает
разлетаться в пыль.
Почему же тогда у молекул газа это свойство притяжения теряется? Если воду
превратить в газ, она разлетится во все стороны...
Все дело в том, что у газа процесс притяжения молекул полностью
пересиливается другим процессом. Каким? Отталкиванием, что ли? Но разве могут частички
вещества одновременно обладать свойством и притяжения, и отталкивания друг к
другу?
Разгадка в том, что в твердом веществе молекулы вещества почти неподвижны.
Они находятся в узлах кристаллической решетки, сцепившись, и только чуть-чуть
трясутся. Оттого твердое вещество такое прочное. В жидкости же скорость
молекул больше, и они уже не удерживаются в плотной застройке структурной
решетки , а топчутся бесформенной толпой. А вот в газе скорость молекул еще больше.
Она такая большая, что молекулы просто проскакивают друг мимо друга,
поскольку мечутся с огромными скоростями.
Эти скорости молекулам сообщает нагрев. Нагрели лед - он растаял. Нагрели
воду - закипела, превратилась в пар. Но что такое нагрев и что такое тепло? К
этому вопросу мы еще вернемся, а пока вот вам наилучшая аналогия твердого,
жидкого и газообразного.
Дети в классе - это кристалл. Они сидят за партами по своим ячейкам
решетки , образованной рядами парт.
Дети на уроке физкультуры - жидкость. Они бегают по всему залу, прыгают, но
из зала не выходят, а держатся все вместе, одним классом.
А вот хаотичные дети на переменке - это сущий газ! Класс распадается, и
ужасные дети, приобретя энергию безумия, начинают носиться по всей школе,
сталкиваясь друг с другом в броуновском движении и норовя сбить с ног толстые
пылинки случайных взрослых посетителей или учителей. Так они и будут
носиться , пока их не заморозит школьный звонок.
Газы!
Кислород 02
Самый важный для человека газ. И не только для человека. Все живое на Земле
дышит кислородом. Без кислорода человек может существовать всего несколько
десятков секунд. Раньше была такая казнь - через удушение: человеку
затягивали горло веревкой, перекрывая доступ кислорода в легкие, и организм
переставал функционировать.
Атомы кислорода держатся парами, образуя одну молекулу кислорода, поэтому
сей газ обычно записывают с маленькой двоечкой внизу (см. выше). Кстати, то
же самое касается и многих других простейших газов.
Азот 78,9%
Кислород 20,95%
Аргон 0,93%
Углекислый газ 0,03% I
Земная атмосфера на 21 % состоит из кислорода, что весьма недурственно.
В нашем организме кислород участвует в процессе окисления разных веществ.
Окисление - научное название горения. Дрова в костре окисляются, то есть
горят, и мы видим результат этой бурной реакции в виде пламени. При этом
выделяется много тепла и света. Можно сказать, что горение происходит и внутри
человека, только без огня, потому что оно очень медленное и неспешное. А
топливом для внутреннего костра является проглоченная нами пища. Кстати говоря,
тот факт, что человек теплый - результат внутреннего медленного горения, то
есть реакции окисления.
Водород Н2
Самый легкий газ на свете. Поэтому раньше, до эпохи самолетов, им наполняли
дирижабли. И точно так же, как легкие деревяшки всплывают из-за того, что
дерево легче воды (точнее было бы сказать, что дерево менее плотное, чем вода)
- так и дирижабль, наполненный легким газом, всплывает в более плотной
атмосфере . Он ведет себя, как деревяшка в воде.
Дирижабли, наполненные водородом, сто лет назад перевозили пассажиров,
совершая трансатлантические рейсы из Европы в Америку. Но поскольку водород
очень горючий газ, порой из-за случайно искры случались ужасные катастрофы.
Наиболее известная из них - катастрофа, случившаяся с «Гинденбургом». Это
был самый большой воздушный корабль в мире. Размером он был практически, как
«Титаник» - самый большой в мире на тот момент пассажирский корабль. И обоих
гигантов постигла печальная участь:
«Титаник» утонул, столкнувшись с айсбергом, а «Гинденбург» сгорел,
встретившись со случайной искрой. Случилось это так...
Вечером б мая 1937 года «Гинденбург», перелетевший Атлантический океан, на
малом ходу подруливал к посадочной мачте в Нью-Йорке. Его пассажиры
любовались городом, а внизу горожане глазели на летящую махину дирижабля. И
посмотреть было на что!
ш)
Воздушный гигант был оснащен четырьмя дизельными двигателями марки «Дайм-
лер-Бенц», каждый из которых имел мощность в 1200 лошадиных сил. Дирижабль
мог поднять 100 тонн полезной нагрузки (то есть, не считая пассажирского
салона, разного оборудования, моторов и дизельного топлива, коего на борту было
60 тонн). С помощью пропеллеров «Гинденбург» разгонялся в безветренную погоду
до 135 километров в час. Не очень большая по нынешним временам скорость,
конечно. Но по сравнению с пароходами это все-таки большой прогресс, ведь
скорость того же «Титаника» была всего 40 км/ч и считалась большой. Правда,
«Титаник» брал на борт больше тысячи пассажиров, а «Гинденбург» всего 72.
^ -««■_■■■■ • Боинг-75м
Титаник - 269 м
Дирижабль в Германии отвязывали от причальной мачты, легкий газ водород
поднимал махину вверх, включались моторы, и пропеллеры тащили корабль вперед,
в Америку. Полет через океан длился не неделю, как на пароходе, а всего три
ночи и два дня, которые пассажиры проводили с комфортом. Конечно, бассейна,
как на «Титанике», на дирижабле не было, но были вполне комфортабельные
каюты, ресторан, библиотека, музыкальный салон, прогулочная палуба и даже
курительная комната.
Да-да, курительная комната! Несмотря на страшную опасность пожаров из-за
большой летучести и горючести водорода, конструкторы понимали, что два дня
курильщикам без курения не продержаться.
Поэтому оборудовали курительный салон. Именно там и находилась единственная
на борту электрическая зажигалка, не дававшая открытого пламени. Техника
безопасности строго соблюдалась: перед входом на борт все, включая членов
экипажа, сдавали зажигалки и спички, а внутри курительной комнаты создавалось
избыточное давление, чтобы чрезвычайно летучий и постоянно просачивающийся
через оболочку водород не мог проникнуть в курительный салон. Входили в
курительную комнату через особый шлюз, выравнивающий давление.
Несмотря на то, что огромный водородный баллон обладал большой подъемной
силой, конструкторы экономили каждый грамм веса, поэтому пассажирский салон
дирижабля был для облегчения сделан из самого легкого доступного металла -
алюминия. И даже рояль в музыкальном салоне был алюминиевым. Что понятно: чем
меньше необходимой нагрузки, тем больше полезной.
Кстати, найдите-ка в таблице бородатого Менделеева этот самый металл -
алюминий. Нашли? Видите, где он там находится? Ближе к верхнему левому углу. Чем
левее и выше вещество в таблице, тем оно легче (менее плотное). А самое
легкое какое вещество в мире? Посмотрите в табличку...
Правильно, водород!
В общем, как уже было сказано, водородный пузырь «Гинденбурга» подлетал к
Нью-Йорку. Из-за сильного встречного ветра он опаздывал почти на 10 часов, и
это было не единственной неприятностью - на месте посадки бушевала гроза. Что
и послужило причиной катастрофы. Очередной разряд вызвал вспышку водорода, и
несчастный «Гинденбург» сгорел за считанные секунды. Из 97 человек,
находящихся на борту немецкого дирижабля (пассажиры и члены экипажа), погибло 35.
При спасении людей большое мужество проявил немецкий пилот Эдуард Боециус.
Находившийся в то время у власти Гитлер даже наградил его за отвагу.
Но пожар на «Гинденбурге», как мы уже знаем, не единственная катастрофа с
водородными дирижаблями.
В 1913 году в Германии сгорел дирижабль LZ18. Погибло 28 человек.
Пятью годами позже над островом Мальта сгорел дирижабль военно-воздушных
сил Германии LZ104. Он готовился бомбить британскую военную базу, но не успел
- водородный пузырь охватило пламя, он взорвался и унес жизни более двадцати
человек.
В 1922 году в США. сгорел, задев высоковольтную линию, армейский дирижабль.
Погибло 34 человека.
На следующий год над Средиземным морем из-за удара молнии взорвался
французский дирижабль «Диксмуд». Погибло 48 человек.
В 1930 году вспыхнул и взорвался огромный английский дирижабль R101. Это
был его первый дальнемагистральный перелет. Погибло почти пятьдесят человек.
А можно ли было чем-то заменить взрывоопасный водород? Да, есть другой
легкий газ - гелий. Найдите его в таблице Менделеева. . . Газ гелий, правда, в 2
раза тяжелее (правильнее сказать, плотнее) водорода, а значит обладает
меньшей подъемной силой, но зато он совершенно не горючий! . . Правда, в ту пору,
когда сгорел «Гинденбург», месторождения, на которых шла добыча гелия,
были открыты только в США. А американское правительство не хотело снабжать
ценным газом гитлеровское правительство.
Почему же сами американцы не стали строить гелиевые дирижабли? Потому что к
тому времени эти воздушные динозавры проиграли эволюционную гонку более юрким
самолетам, скорость которых была много выше, чем у громоздких дирижаблей.
А что же водород? Он не исчез с технической арены. Многие предрекают ему
большое будущее. Считается, что водород может стать топливом для наземного
транспорта завтрашнего дня. Он будет сгорать в автомобильных двигателях
вместо бензина. По сравнению с бензином у водорода есть большое преимущество -
при его окислении (горении) не образуются вредные вещества, а получается
только чистая вода.
Хлор С12
Зеленоватый ядовитый газ. Открыли его еще в XVIII веке, но широкомасштабно
применить придумали только в начале ХХ-го, во время Первой мировой войны -
для удушения солдат противника.
Идея была грамотная, но немецкие военные в нее не верили, считая каким-то
чудачеством ученых. Они привыкли к осязаемой смерти - пуля, снаряд, штык... А
тут какой-то газ. Несерьезно. Однако боевой эксперимент решили провести,
ждали только попутного ветра, который должен был подуть в сторону вражеских
окопов, а иначе свои задохнутся.
Любопытно, что французы, против которых немцы воевали, знали о том, что
немцы готовят какое-то новое оружие. В апреле 1915 года возле деревни Ланге-
марк французские солдаты захватили в плен немца. Во время обыска у него были
найдены зашитые в марлю куски ткани и пузырек с какой-то жидкостью. Это сочли
перевязочными материалами и даже не обратили на них внимания. Однако на
допросе пленный немец сказал, что указанные предметы - часть подготовки для ис-
пытания нового немецкого чудо-оружия.
Солдат про оружие никаких подробностей, разумеется, не знал, но заявил, что
оно представляет собой какие-то металлические цилиндры, зарытые на
нейтральной полосе ночью. И вот для защиты своих солдат от этого оружия немецких
бойцам и раздали марлевые повязки с пузырьками - ткань нужно намочить жидкостью
из пузырька и через нее дышать.
Французы немцу не поверили. А между тем их радиоразведка доносила, что
немецкое командование в радиопереговорах очень интересуется погодой. Точнее
ветром. Все время об этом говорят... Но и на эти донесения никто внимания не
обратил.
Между тем изобретатель нового чудо-оружия немецкий доктор Фриц Габер тоже с
нетерпением ждал нужного ветра. Этот штатский человек в пенсне наивно
полагал, что его оружие ускорит конец кровопролитной войны, поскольку быстро
принесет победу Германии.
И вот 25 апреля, дождавшись устойчивого ветра в сторону вражеских окопов,
немцы открыли вентили. Зеленоватые клубы хлора полетели в сторону французов.
Те сначала ничего не поняли и с интересом наблюдали за приближением
зеленоватого тумана, стелившегося вдоль поверхности земли. Затем они почувствовали
неприятный запах. Потом резь в глазах. Затем удушье. Газ буквально выжигал
легкие, глаза! Ослепшие солдаты бегали, кричали, падали, корчились в
судорогах и умирали, умирали, умирали.
Немногие тогда выжили. Вот как описывал выживших английский военный
журналист : «Среди нас, шатаясь, появились французские солдаты, ослепленные,
кашляющие, тяжело дышащие, с лицами темно-багрового цвета, безмолвные от
страданий, а позади их в отравленных газом траншеях остались, как мы узнали,
сотни их умирающих товарищей».
Передовая перед наступающими немцами оказалась полностью очищенной от
французских солдат. Но этот успех оказался столь неожиданным для самих немцев,
которые хотели всего лишь провести боевые испытания, что они как следует не
подготовились и не смогли воспользоваться своим успехом: в пробитую, точнее
протравленную хлором брешь в обороне противника ввели лишь один пехотный
батальон. А могли через эту дырку, воспользовавшись эффектом неожиданности,
взломать весь фронт!
О том, что случилось, написали все мировые газеты. Сразу выяснилось, что
спастись от хлора не очень сложно - нужно дышать через повязку, смоченную
раствором соды. А если нет соды, то хотя бы намочить портянку в ближайшей
луже или просто помочиться на нее. Неприятно, конечно, но если жить захочешь, о
брезгливости лучше забыть.
Именно поэтому вторая газовая атака немцам уже не удалась. Они атаковали
позиции французских союзников - канадцев, выпустив несколько баллонов с
хлором по ветру. Канадцы вооружились мокрыми повязками и переждали ползущее
облако , которое сначала накрыло их, а потом было унесено ветром в тыл. Когда же
вслед за зеленым туманом на траншеи стали наступать немцы, их встретил
плотный огонь канадских пулеметов. Стреляли те канадцы, которым с помощью мокрых
повязок удалось выжить и сохранить зрение.
Применяли немцы газовое оружие и против русских войск. В мае того же года
они распылили 12 тысяч газовых баллонов по фронту шириной в 12 километров.
После чего пошли в атаку. Русские потеряли 75 % личного состава, однако
оставшиеся в строю 25 % пулеметным огнем остановили противника.
Впрочем, и самим немцам на своем веку пришлось «хлебнуть газку»! Во время
одной из газовых атак со стороны французов молодой немецкий ефрейтор Адольф
Гитлер был сильно отравлен и даже на время потерял зрение. Жалко, что не
умер.
ГЛАВА 2. ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛО?
Ой, ребята, в свое время ученые головы себе сломали, раздумывая над этим
вопросом!
Таких вопросов в истории науки было множество. Например, что такое время?
Ну, в самом деле? Что такое вещество, мы понимаем, его можно потрогать, об
него можно набить шишку. Ясно, что такое пространство. Это место, где
вещество помещается. А вот что такое время? Что это за неуловимая субстанция
такая? .. В этом рассказе мы ответим и на этот вопрос. А сейчас вернемся к
теплу .
Вот лежит холодное тело. Мертвый мужик. Нет, лучше кирпич. Да, холодный
кирпич. А рядом другой такой же кирпич, но теплый. Или даже горячий. Чем они
отличаются?
Температурой, говорите вы?
А что это такое?
Состав вещества у кирпичей один. Свойства одинаковые - цвет, хрупкость,
пористость, плотность, шершавость и т. д. Но один кирпич теплый, а другой
холодный. Что такого есть в теплом кирпиче, что отличает его от холодного?
По простоте душевной ученые прежних времен предположили, будто теплота -
это такая невидимая и невесомая жидкость, которая притекает в физическое
тело . И чем ее больше притекло, тем горячее стало тело. Этой жидкости даже
название дали - теплород, то есть рождающий тепло.
Вот какие фантазеры!
Но вы-то уже знаете, что такое тепло. Точнее, того, что вы уже знаете,
вполне достаточно для ответа. Нужно только сделать одно маа-ааленькое усилие,
чтобы догадаться.
Я вам помогу. Подтолкну, так сказать, на скользкую дорожку знаний.
Смотрите, мы нагреваем тело, то есть, накачиваем в него тепло, и что же с
ним происходит? Сначала тело расширяется. Почему? А все тела при нагревании
расширяются, так как амплитуда, то есть размах колебаний, молекул этого тела
увеличивается.
Потом тело постепенно нагревается до температуры плавления, тает,
становится жидкостью, а затем, достигнув температуры кипения, и вовсе быстренько ис-
паряется, превращаясь в газ. При этом мы уже знаем, что происходит с
молекулами этого тела.
С повышением температуры они начинают двигаться все быстрее и быстрее и
быстрее .
Если раньше в твердом теле они чуть шевелились, шлепая синими губами от
холода, то потом ускорились настолько, что разломали всю кристаллическую
структуру i B которой состояли. Как солдаты, отпущенные из строя, ломают строй,
разбредаясь в разные стороны.
Вот почему тело при нагревании расширяется.
Затем, по мере дальнейшего нагрева, молекулы становятся еще более активными
и быстрыми. Им тесно в сумасшедшей толчее! Расстояние между молекулами
растет . И, в конце концов, их скорости становятся такими большими, что
пересиливают взаимное притяжение, самые шустрые улетают прочь, испаряясь. И, в конце
концов, вся жидкость превращается в газ - ее молекулы разлетаются в разные
стороны к чертовой матери.
Отсюда, кстати, понятно, почему летают воздушные шары, наполненные горячим
воздухом. Потому что теплый воздух легче холодного! Что это значит? Это
значит, что один объем теплого воздуха весит меньше, чем тот же объем воздуха
холодного. Почему? А потому что в теплом воздухе скорости молекул и
расстояния между молекулами больше, чем в холодном. При нагревании предметы
расширяются , и газ - не исключение. Значит, в одном и том же объеме теплого воздуха
помещается меньше молекул. Оттого и вес меньше.
Вот почему горячий воздух легче холодного — там вещества меньше!
Или, иначе говоря, теплый воздухразряженнее.
А что происходит, когда мы даем телу тепло?
Что мы делаем? Мы разгоняем его молекулы, сообщая им все большую и большую
скорость.
То есть что такое тепло? Тепло - это и есть скорость молекул, составляющих
тело!
Еще раз: тепло - это средняя скорость движения частичек тела. Чем выше
температура , тем выше скорость молекул.
В холодном кирпиче молекулы еле шевелятся. В горячем уже энергично пихаются
и активно толкаются локтями. Вот именно эти толчки мы, приложив руку к
кирпичу, ощущаем, как тепло. Поняли? Молекулы активно барабанят по нашей ладони, а
мы думает, что это «тепло». Никакого отдельного от физического тела «тепла»
нет. Оно всего лишь - наши ощущения от скорости движения его молекул.
Чем больше скорость колебания молекул, тем горячее нам кажется. А чем
меньше - тем холоднее. Но тогда получается, что должна быть предельно низкая
температура, ниже которой уже и быть не может - когда молекулы тела уже
практически не дрожат, а замерли в оцепенении.
Именно так! Это для высокой температуры пределов практически нет - внутри
Солнца, например, температура достигает 20 миллионов градусов - вот как
быстро там носятся частицы. А для низкой температуры предел есть, он называется
Абсолютным нулем температуры. Существует даже температурная шкала, названная
по имени британского ученого шкалой Кельвина, которая начинает свой отсчет от
абсолютного нуля. Абсолютный нуль Кельвина по привычной нам шкале Цельсия
составляет минус 273 градуса. Ниже температур не бывает.
Ладно. А как передается тепло?
Ну, как мы нагреваем тело, то есть разгоняем его молекулы? Как мы сообщаем
им дополнительную скорость? С помощью чего? С помощью другого нагретого тела,
а как же иначе! То есть с помощью других энергичных молекул! Например, мы
можем нагреть сковородку, поставив ее на горячую печку или раскаленную плиту.
Мы можем нагреть холодный камень, положив его в горячую воду. Вода нагреет
камень, а сама остынет. Их температуры сравняются. Это значит, что очень
энергичные, то есть быстрые молекулы воды начинают барабанить по лежащему в
воде камню. Точнее, по его еле шевелящимся холодным молекулам. И расталкивают
их! При этом молекулы камня начинают двигаться быстрее (то есть камень
нагревается) , а молекулы воды «стынут», то есть начинают двигаться медленнее,
поделившись с молекулами камня своим движением.
Другими словами, вода поделится с камнем своей энергией. И вскоре, как уже
было сказано, температуры воды и камня выровняются. Это просто.
Но вы заметили, что я постепенно и незаметно ввел в оборот новое слово -
«энергия»?
Это что еще такое?
Это весьма смутная категория в физике. И вместе с тем очень простая для
понимания .
Думаю, интуитивно, что такое энергия, ясно каждому ребенку и в особых
объяснениях не нуждается.
Мальчик бежит быстро, он весь красный и взъерошенный. Это очень энергичный
мальчик! А вялый мальчик, который лежит на диване бледный, обладает низкой
энергией. Ему нужно побольше каши есть, то есть подзарядиться слегка.
Если батарейка села, мы говорим, что энергия в ней кончилась.
Если мы разогнали тело до большой скорости - например, пулю, - то она стала
высокоэнергичной и может пробить толстую доску. А пуля низкой энергии, то
есть брошенная рукой, доску не пробьет. И газету может не пробить, если
скорость низкая. Видите, энергия может быть связана со скоростью. Такая энергия
называется кинетической (от греческого слова kinetikos - движение).
Автомобиль накапливает энергию для движения путем заполнения бака горючим.
А почему оно называется «горючим»? Да потому что горит (окисляется, то есть
химически реагирует с кислородом) и при этом выделяется много энергии. В
бензине уйма энергии - если бензин сжечь, она высвободится в виде тепла и света.
Это внутренняя, химическая энергия, запасенная внутри самого вещества.
Вещество нужно разрушить, чтобы она высвободилась.
А еще энергия может быть связана с положением тела в пространстве. Часы с
кукушкой видели? Они работают от гири с цепочкой. У вас есть такие часы? Если
нет, это совершенно недопустимо, нужно непременно приобрести! Велите маме.
Потому что это очень хорошие часы. Гирю поднимаешь, и она начинает постепенно
опускаться. А цепочка, на которой висит гиря, медленно крутит шестерни часов.
И они идут себе. Настоящее механическое чудо. Кукушка кукует. Плохо ли?
Когда гиря коснулась пола и опускаться ей больше некуда, часы, естественно,
останавливаются. Но горевать не надо. Нужно просто потянуть за цепочку и
поднять гирю снова. Что мы таким образом сделали с точки зрения энергетики?
Запасли в гире энергию, изменив ее высоту. Если тело на высоте, оно в принципе
может падать к земле. Значит обладает энергией. Какой? Такая энергия
называется потенциальной, то есть возможной. Отпустим тело с высоты, чтобы оно
падало, и этот потенциал реализуется - тело начнет набирать скорость и его
потенциальная энергия будет переходить в кинетическую, то есть в скорость.
Выводы? Они прекрасны! И их два.
Первый. Энергия одних видов может переходить в другие, например,
потенциальная в кинетическую, химическая в тепловую.
Второй. Энергию можно запасать. Поднял гирю - запас энергию.
Сжал пружину - запас энергию.
Зарядил аккумулятор - запас энергию.
Покушал - запас энергию в виде жира на боках.
Разогнал тело - придал ему энергию.
Значит, что такое энергия? Это некое свойство, способность тела совершить
полезное действие, какую-то работу. Запустить ход часов, если это гиря. Вы-
толкнуть присоску на палочке из ствола детского пистолета, если это сжатая
пружина. Зажечь лампочку, если это батарея или аккумулятор. Разогнать машину,
если речь о бензине. Насытить хилого мальчика, придав ему скорость, если речь
о пище.
Вот что такое энергия.
Ну, а если нужно что-то сделать, а энергии нету?
Идите ищите! Не будет энергии - не будет работы. Чудес не бывает. Сходите в
магазин, купите аккумулятор. Постройте электростанцию. Разверните солнечную
батарею. Поднимите гирю. Покушайте.
Но помните - за все за это придется заплатить. И за батареку, и за еду из
магазина. И за электричество в розетке. Даже на поднятие гири часов вы
потратите свою личную энергию, которую получили из пищи. Совсем немножечко, но
потратите .
Так уж устроен этот мир, что за все хорошее в нем приходится платить - за
любое строительство, за любое созидание. Только за разрушение платить ничего
не нужно: если опустить ручки и ничего не делать, все рано или поздно
разрушится или испортится. Отчего это так, мы поймем позже. А пока нам нужно
запомнить то, что все и так знают: энергия из ниоткуда не берется. Сколько
позаимствовал , столько и потратишь, и ни капелькой больше.
А где позаимствовать? Где взять энергию? Откуда она вообще в природе
берется?
Ну, за всю природу говорить пока рано, а вот откуда энергия на нашей
планете, я скажу вам по секрету. В конечном счете - от Солнца! Почти вся энергия,
которой мы пользуемся - солнечная. Исключение - энергия земных недр, которую
мы выковыриваем в виде полезных ископаемых. Например, топливо для атомных
электростанций - ископаемый дар планеты. А вот энергия гидроэлектростанций
имеет солнечную природу. Если б не было Солнца, все на планете вымерзло бы,
не текли бы реки, а, значит, их течение не вращало бы турбины электростанций.
Энергия ветра, который крутит лопасти ветряков, - тоже солнечная в конечном
итоге. Ведь Солнце нагревает атмосферу, отчего и случаются ветры, дожди,
ураганы. . .
И пища, которую мы едим, - тоже дар звезды по имени Солнце. Потому как без
света не могут расти растения, которые мы кушаем. Растениями питаются также
животные, которых мы едим. Кушать было бы нечего без Солнца!
В Солнце энергии много, ее хватит еще на сотни миллионов лет, а там что-
нибудь придумаем...
Про энергию мы еще поговорим. А сейчас я озвучу один хитрый вопрос, который
должен был прийти вам в голову еще в прошлой главке.
Вот мы говорили о делимости вещества. Узнали, что все сложные вещества
состоят из простых (элементарных). Простых веществ, которые еще называют
химическими элементами, около сотни, и все они занесены в табличку Менделеева.
Самая маленькая частичка сложного (то есть сложенного из простых) вещества
называется молекулой. И если молекулу разделить, получатся атомы уже совсем
других веществ - те самые детальки мирового конструктора. У них уже совсем
другие свойства: поваренная соль белая и полезная, а натрий и хлор, из
которых сделана соль, очень даже агрессивные и ведут себя совершенно по-другому.
Это понятно.
Но что будет, если попробовать разделить атом химического элемента, то есть
детальку конструктора? Атом вообще делим?
Вот какой вопрос должен был прийти вам в голову. Приходил?
ГЛАВА 3. КАК УСТРОЕН АТОМ И ВООБЩЕ ВЕСЬ МИР
Да, друзья мои, атом делим! Эту радостную новость я вам сообщаю сразу.
Атом тоже являет собой составную конструкцию. Получается, что детальки тоже
устроены из деталек, только более мелких. Почему же греки называли атом
неделимым? Мы уже знаем ответ: потому что деление мельчайшей крошки вещества -
атома - приводит к тому, что вещество перестает существовать в своем
привычном виде! Как перестает существовать автомобиль, если его разобрать на
отдельные части - колеса, поршни, гайки, рычаги...
Все в мире сделано, как мы уже выяснили, из примерно сотни атомов
(химических элементов) . А сами атомы? Они состоят всего из трех деталек, только в
разных сочетаниях.
Всего из трех!
В это трудно поверить, но все многообразие окружающей нас природы - звезды,
планеты, мама с папой, хлеб, собака, воздух - это всего лишь разные наборы
трех частичек, которые сначала складываются в атомы, а уж затем атомы
составляют молекулы, строящие мир. Но в основе мира - всего три частицы. Частицы
эти называются элементарными.
Опять возникает это слово «элементарные»!
Простейшие химические вещества, которые занесены в таблицу Менделеева,
называют химическими элементами. И частицы, из которых сделаны эти элементы,
тоже называются элементарными.
А имена у них есть?
Есть. Знакомьтесь:
Протон, Нейтрон, Электрон. Вся святая троица.
Но прежде, чем рассказать про них подробнее, я отвечу на закономерный
вопрос , который должен был снова у вас возникнуть: а из чего сделаны
элементарные частицы? Может, они тоже из каких-то еще более мелких деталюшек состоят?
Не вдаваясь в ненужные подробности, отвечу так: нет! Не состоят!
- Позвольте! - скажет мне какой-нибудь умный ребенок, поправляя пальчиком
круглые очки. - Позвольте! Весь мой опыт говорит о том, что если по чему-то
сильно стукнуть, оно развалится на части. Чашка на осколки, молекула на
атомы, атомы - на эти ваши элементарные частицы. А если стукнуть по частицам, на
что они развалятся, гражданин хороший?
- Какой умный мальчик! - отвечу я с некоторой робостью. - Проник в самую
суть вещей! Стукнуть, говорит, надо. Именно так и поступают физики, когда
изучают частицы! Они разгоняют их в специальных ускорителях и стукают друг об
друга. А чем их еще стукнуть, чтобы разломать, если они - самые маленькие в
мире? Вот их друг об друга и стукают.
И как вы думаете, что получается?
Элементарные частицы не разваливаются на составляющие, а превращаются в
другие элементарные частицы. Причем эти превращения, которые называют
ядерными реакциями, зависят от скорости, до которой разогнали частицы. То есть от
той энергии, которую частицам сообщили. Дело в том, что энергия (скорость)
может превращаться в вещество, в массу. И более того - при глубоком
рассмотрении оказывается, что это одно и то же - энергия и масса, представляете! Мир
един. Но об этом мы поговорим позже.
А сейчас познакомимся поближе с элементарными частицами. Они ужасно милые!
(Вообще говоря, элементарных частиц довольно много. Но главных, из которых
сделано все вещество в мире, всего три, как уже было сказано. Ими мы и
займемся , а остальной вселенский мусор оставим взрослым физикам.)
С чего начнем?
Давайте с электрона. Он самый маленький, а маленьких обижать нельзя.
Итак, под свет прожекторов на сцену нашего внимания, раскланиваясь, выходит
электрон. Что мы можем о нем сказать? Какого он цвета? Он шершавый? Он
влажный, твердый, газообразный? Он теплоемкий?
Нет! Все те свойства, к которым мы привыкли в нашем большом мире (он
называется макромир), не имеют никакого отношения к миру элементарных частиц
(микромиру). Нет в микромире ни цвета, ни запаха, ни шершавости, ни
твердости. Это все свойства макромира. Все эти свойства складываются из множества
частиц, это макросвойства. А по отдельности частицы этих свойств не имеют.
А что же они имеют?
Ну, что есть у того же электрона? Ведь какие-то свойства у него должны
быть! Иначе бы его не существовало! Ведь существовать - это значит проявлять
себя как-то, то есть иметь свойства!
Да, некоторые свойства у электрона есть. У него есть масса. Про нее мы уже
говорили - электрон очень легонький, самый легонький из всей троицы.
Электрон в 1820 раз легче протона. Для сравнения: если протон - это танк,
то электрон - это одна канистра с топливом. Если протон - человек, то
электрон - это авторучка в его кармане. Вот такая разница в массе.
Заметили, кстати, новый физический термин необыкновенной сложности -
«масса»? Я его как бы между делом ввел. Надеюсь, не огорчил.
Что это такое? Масса - это просто количество вещества. Чем тело тяжелее,
тем оно массивнее. Папа массивнее ребенка. Танк массивнее автомобиля. Солнце
массивнее Земли.
Массу не нужно путать с весом. Хотя многие взрослые путают. Даже генералы и
начальники. А, может, и сам президент. Между тем это совершенно разные вещи!
Вес - это сила, с которой Земля притягивает массу. Сила, с которой массивное
тело давит на опору, на которой лежит, или растягивает подвес, на котором
висит . В космосе, в невесомости никакого веса нет, потому невесомость так и
называется. Но все равно даже в невесомости толстый космонавт гораздо массивнее
щуплого. И если они оттолкнутся друг от друга, то полетят в разные стороны с
разными скоростями - толстый медленно, а щуплый быстро!
Потому что количество вещества в их телах разное, в толстом вещества много,
а в худом кот наплакал.
Вес и масса физиками даже измеряются в разных единицах - масса в
килограммах, а сила в особых единицах - ньютонах. Массу определяют с помощью весов, а
силу с помощью специальных приборов - ньютонометров. Усекли?
Массу ученые люди еще называют мерой инертности тела. Действительно,
массивное тело очень инертное, чтобы его разогнать, нужно много усилий
потратить . А легкое тело и разогнать легче, его инертность мала.
Электрон очень легок. Его масса составляет столь мизерную величину, что ее
написание потребует от меня особой внимательности - чтобы в нулях не
ошибиться: 0,0000000000000000000000000009 грамма - вот сколько весит электрон.
А еще у электрона есть размер. Он тоже крохотный: 0,00000000000000001
миллиметра - вот какого электрон диаметра.
Электрон можно представить себе, как маленький шарик, который вращается
вокруг своей оси. Этакая малюсенькая планетка.
Причем, как вы понимаете, электрончик может вращаться или в одну сторону,
или в другую, как это показано на рисунке ниже. И это тоже одно из свойств
электрона - левое вращение или правое. По научному вращение электрона
называют спином. Не спиной, поскольку никакой спины у шарика нет, а спином. Спин -
это собственное вращение электрона, от английского слова «spin» (вращение).
Вращение летящего в направлении стрелки электрона
может быть правым или левым.
Если в винтовочном стволе правая нарезка, то вылетевшая из ствола пуля
будет иметь вращение вправо. А если левая - влево. Теперь представьте, что мы
стреляем в мишень, свободно закрепленную в центре и могущую вращаться. В этом
случае пули с правым вращением, впиваясь в мишень, будут передавать ей свое
вращение, постепенно раскручивая в ту же сторону - примерно как отвертка
крутит винт.
Если мы не знаем, в какую сторону крутятся вылетающие из ствола пули, можно
поставить опыт, стреляя по крутящейся мишени. В какую сторону она завертится,
в такую и пули крутятся.
Правые пули закрутят мишень вправо, левые — влево.
Но спин - это сущая ерунда по сравнению с последним и самым загадочным
свойством электрона. Свойство это называется зарядом. Но заряд не в том
смысле, что электрон чем-то заряжен, как винтовка патроном, потому что патрон из
винтовки можно вынуть. А этот загадочный заряд из электрона вынуть нельзя. Он
ему присущ, он его часть. Он - главное его свойство. Электрон, собственно
говоря, и есть заряд!
Что же такое заряд?
Этого никто не знает. Но зато мы знаем, как загадочный заряд проявляет
себя . И вы сейчас это узнаете.
Давным-давно люди заметили, что если кусочек янтаря натереть шерстяной
тканью, он начнет притягивать маленькие кусочки бумажки. Янтарь - это
окаменевшая сосновая смола. Наверняка у вашей мамы есть янтарные безделушки - кулон-
чик или сережки. Безделушки надо приспособить к делу! Возьмите кулон,
тщательно выковыряйте из оправы желтоватый янтарь (маме он больше не
понадобится) , возьмите шерстяной носок, нарвите бумагу на крохотные кусочки. После
чего, потерев янтарь, попробуйте притянуть им бумажные клочки.
Надеюсь, вам не влетит за смелые исследования.
На указанное явление впервые обратили внимание те же древние греки, весьма
вдумчивый народец. По-гречески янтарь - «электрон». И вы, наверное, уже
догадались, что за притягивание бумажек отвечают электроны, раз эти частички
физиками были названы в честь янтаря.
Действительно, в этом простом эксперименте человечество впервые столкнулось
с действием электрических сил, которые обусловлены электрическим зарядом.
Теперь-то мы к электричеству привыкли. Теперь мы без него жить не можем.
Теперь у нас кругом розетки, которые больно бьют током догадливых детей,
додумавшихся сунуть туда свой тонкий пальчик. Теперь нас просто окружает
электричество, без коего и шагу не ступить. Стиральные машины, лифты, лампы,
холодильники, троллейбусы и электрички, радиоприемники и телевизоры, заводы и
фабрики - все работает на электричестве. Линии электропередач передают
потребителям электрический ток, который вырабатывается электростанциями.
А что такое электрический ток?
Нет ничего проще! Поток электронов - вот что такое электроток. Как река -
это течение триллионов и биллионов молекул воды по руслу, так и электрический
ток - это течение миллиардов электронов по металлическому проводу. Все
металлы очень хорошо проводят ток. Это отличительное свойство металлов, на которое
ученые давно обратили внимание. Сегодня в кристаллической решетке металла мы
умеем организовывать организованное течение мириадов элементарных частичек
под названием электроны. Греки добывали чуть-чуть электричества, натирая
шерстью янтарь. У нас же теперь - целые электростанции, которые занимаются
производством электроэнергии. Уйму тока дают!
Короче говоря, заряд электрона - это некое свойство, которое
характеризуется. .. чем? Ясно, чем характеризуется масса. Инертностью! Чем массивнее тело,
тем труднее его разгонять. Попробовали потолкать - ого! Тяжеленное! А заряд
как обнаружить?
А заряд проявляет себя тем, что он притягивается к другому заряду -
противоположному .
Существуют два вида зарядов - положительный и отрицательный. Ничего
положительного и отрицательного в бытовом смысле в них нет, они не хорошие и не
плохие, просто их так назвали когда-то да и все. Обозначают положительный
заряд знаком плюс «+», а отрицательный знаком минус «-». Эти знаки вы тыщу раз
видели на разных батарейках. А если не видели, сходите да посмотрите. Мне
кажется, лучше всего попробовать выломать батарейку из папиных часов с помощью
молотка и отвертки.
Электрон является носителем отрицательного заряда, а протон -
положительного. Разноименные заряды притягиваются друг к другу, одноименные
отталкиваются . Это прекрасно видно на рисунке.
Вот так мы и к протону незаметно перешли. Посмотрим-ка на него внимательно.
Если электрон маленький, легонький и электроотрицательный (минус), то про-
тон большой, тяжелый и электроположительный (плюс). Полная противоположность!
При этом протон и электрон притягиваются друг к другу.
Притяжение и отталкивание электрических зарядов.
А почему, собственно говоря, разноименные заряды притягиваются? И почему
одноименные отталкиваются?
Этого никто не знает. Но это так! Уж такое это свойство - электрический
заряд . Именно так оно себя проявляет. Понять, почему именно так, на современном
этапе развития науки нельзя, можно только привыкнуть. Привычка вполне заменят
понимание. Можно сказать, что привычка и есть понимание. Привык - и вроде как
понимаешь.
Электрон и протон - на вид очень разные ребята. И масса, и размер у них
разные. А вот заряд одинаковый - заряд протона в точности равен заряду
электрона, только знак имеет противоположный.
Что еще сказать о протоне? По сравнению с электроном он просто гигант! Если
вы забыли, я напомню - протон в 1820 раз тяжелее электрона. И по размерам,
соответственно, больше.
Поскольку плюс и минус притягиваются, протон и электрон притягиваются друг
к другу и могут образовать пару, напоминающую звездную систему. Только в
звездной системе планета кружится вокруг светила, а тут электрон будет
кружиться вокруг протона.
Самая простая подобного рода система состоит из одного протона, вокруг
которого крутится один электрон.
Аналогичные, казалось бы, системы. Только одна из них (звездная) существует
в макромире, а другая (атомная) в микромире. Но разница, тем не менее, есть.
И состоит она, главным образом в том, что планета и звезда электронейтральны,
то есть не обладают зарядом (никто еще не догадался потереть Солнце шерстяной
тряпочкой). А электрон и протон обладают зарядом, то есть их притягивает друг
к другу электрический заряд. А планету к звезде притягивает сила всемирного
тяготения, которая действует на все массивные тела. Та самая, которая бросает
вас на землю, когда вы спотыкаетесь и падаете. Та самая, которая неудержимо
влечет вниз любимую мамину чашку, которую вы взяли без разрешения и уронили.
Почему она на пол-то летит, свинья такая?
Притягивается.
Все тела, имеющие массу, притягиваются друг к другу. И чем больше масса,
тем сильнее.
Латинской буквой «Р» в научном мире обознается протон, а значком
«е» — электрон. Плюсик обозначает положительный заряд у протона,
минусик — отрицательный у электрона. Впрочем, это вы и так уже
поняли, я думаю.
Вообще-то говоря, электрон и протон тоже имеют массу и потому притягиваются
друг к другу без всякого заряда. Но их массы такие крошечные, что не смогли
бы устроить между ними устойчивую связь без помощи зарядов.
А знаете, что это такое у нас получилось - ну, когда один электрон мы
запустили крутиться вокруг одного протона?
Это атом водорода.
Самый легкий химический элемент. Самое простое вещество на свете. Номер
первый в таблице Менделеева. Всего-навсего один протон и один электрон - и
вот мы уже имеем газ водород. Вообще-то, строго говоря, в атомарном состоянии
водород как газ не встречается. Он существует в виде молекулы из двух атомов
водорода - Н2. Два атома водорода сцепляются вместе и образуют молекулу газа
по имени водород. Но это уже мелочи. Главное, что нам удалось собрать всего
из двух элементарных частиц первое химическое вещество. Для этого даже третья
элементарная частица не понадобилась - нейтрон.
Нейтрон - парень скромный. Он не обладает таким ярким характером, как
протон, хотя они очень похожи. У нейтрона почти такая же масса, как у протона, и
практически такой же размер. Но заряда у нейтрона нет. Он нейтральный.
А на фиг он тогда нужен?
И вправду, мы вон вполне удачно собрали первое, правда, пока самое простое
вещество всего из двух элементарных частичек. Так зачем нужен нейтрон?
Разгадку этой загадки я открою чуть позже. А пока скажу обтекаемо: природе
нейтрон зачем-то понадобился. И уже в следующем химическом элементе он
присутствует .
Давайте попробуем собрать что-нибудь посложнее водорода!
Как? Простая логика подсказывает: если у нас в простейшем веществе две
частички, надо добавить еще одну - третью. Вот вокруг нашего Солнца вращается
около десятка планет. И поскольку атом напоминает планетную систему, давайте
запустим вокруг протона еще несколько электронов.
Это будет сложновато! Я ведь не зря выше сказал, что заряды протона и элек-
трона равны. Положительный заряд протона уже скомпенсирован отрицательным
зарядом электрона, который кружится вокруг него. У протона уже силенки не
хватит притянуть и удержать еще один электрон.
К тому же надо вот на что внимание обратить - атом водорода
электронейтрален, то есть минусовый заряд электрона компенсируется в нем плюсовым зарядом
протона. Потому и говорят, что для внешнего наблюдателя атом нейтрален. Все
вещество, которое нас окружает, электронейтрально. А если случайно на нем
накопится заряд, как на синтетической кофте, которую снимают через голову, или
на янтаре, когда его шерстью потрешь, то вещество начнет притягивать мелкие
предметы, потрескивать и даже искрить. Потрите резиновый воздушный шарик о
голову, и он начнет волосы притягивать. Но это редкость, обычно вещество у
нас в руках не искрит, не трещит, никуда ничего не притягивает и вообще ведет
себя прилично. Нейтрально.
Поэтому если нам надо создать вещество, поимеем в виду, что оно должно быть
электронейтрально, то есть число плюсиков в его атоме должно быть равно числу
минусиков.
Значит, чтобы собрать что-то посложнее водорода, нужно в дополнение ко
второму электрону на орбите всобачить ему в центр (в ядро) еще один протон.
Потому что один протон два электрона не удержит, заряда не хватит. А два
протона запросто удержат два электрона. И тогда все уравновесится - в ядре атома
будет два плюсовых заряда от двух протонов, а вокруг будут крутиться два
электрона с двумя минусовыми зарядиками. И в целом атом останется
электронейтральным .
И таким образом что у нас получилось?
У нас почти получился гелий - вещество номер 2 в таблице Менделеева. До
настоящего гелия ему не хватает только двух нейтронов в ядре. Добавим их, и
получится гелий.
Атом гелия - два протона, два нейтрона, два
электрона . Отлично поработали!
Природа устроила так, что количеству протонов в ядре атома приблизительно
соответствует количество нейтронов. То есть если мы будем сооружать атом,
например, с 10 протонами в ядре и 10 электронами на орбитах, то нам придется
вдуть в ядро еще с десяток нейтронов. Балласт.
Поскольку протоны и нейтроны очень похожи (за исключением заряда), их часто
называют одним словом - нуклоны. Ядро атома состоит из нуклонов, а вокруг
кружатся в бесконечном вальсе электроны. Прелестно!
Ну, вот, собственно, и все! Вся природа у нас в кармане! Теперь нами понят
ее главный принцип.
Как собрать следующий, третий по счету химический элемент в таблице
Менделеева? Очень просто. Берем три протона, три нейтрона и три электрона. Нуклоны
скатываем, как снежок, в одно ядро, вокруг запускаем три штучки электрончиков
- и получаем литий. Литий - это уже не газ. Это уже легкий металл. Самый
легкий металл на свете.
Вы, надеюсь, уже нашли водород, гелий и литий в таблице Менделеева...
Из этих трех деталюшек складывается весь наш мир.
А теперь поступим так. Найдите-ка в таблице наше родное и всеми горячо
любимое золото. Стойте!.. Лучше, чтобы вы не листали туда-сюда, я просто сам
перенесу из таблицы Менделеева клеточку с золотом сюда. И расположу ее чуть
ниже золотых слитков.
Золото. Согласитесь, посмотреть приятно! Эти бы
слитки да в хорошие руки!
А вот клеточка из таблицы Менделеева, где томится золото.
79 All
196,9665
Aurum
Золото
Мы видим тут значок золота - Аи (аурум) - и две цифры. Верхняя - это
порядковый номер элемента в таблице Менделеева. У золота № 79. Почему такой?
Отчего золото оказалось в периодической таблице элементов под номером 79?
Не знаете? А могли бы и догадаться! Вспомните, как мы строили первые три
простейшие вещества. У первого, водорода - один протон и один электрон. У
второго, гелия - по два. У третьего, лития - по три. Уловили закономерность?
Порядковый номер - это количество протонов в ядре атома и электронов на
орбите, вот и все! Если элемент стоит в таблице Менделеева пятым, то это только
потому, что у него пять протонов в ядре, а вокруг кружатся 5 электронов.
А вторая цифра, которая внизу, что значит? Выглядит она страшно, но
пугаться не стоит. Это атомная масса. Только выражена она не в килограммах или
граммах, а в атомных единицах, где гирькой служит нуклон. 1 нуклон - это одна
единица массы. Два нуклона - две единицы атомной массы. Крайне просто.
Иногда еще атомную массу называют атомным весом.
Мы знаем, что вес и масса - разные вещи, но так сложилось в науке, что
атомный вес является синонимом атомной массы. Примем это как данность. Жалко
что ли? Мы же говорим «чайник закипел», хотя кипит вовсе не чайник, а вода в
чайнике.
В мире атомов вес измеряется в атомных единицах
Так вот, каков атомный вес водорода? Одна атомная единица! Потому что в его
ядре один нуклон. А у гелия? Четыре! Потому что в ядре гелия четыре нуклона -
две гирьки протонов, а еще и две гирьки нейтронов. (Электроны при определении
атомного веса не учитываются из-за чрезвычайной легкости.)
Проще говоря, атомная масса, которая указана возле каждого элемента в
таблице Менделеева до запятой - это общее количество нуклонов (протонов и
нейтронов) в его ядре.
Посмотрите, в ядре атома золота 196 частиц. Протонов там, как мы уже
выяснили, 79 штук. Все остальное - нейтроны. Возьмите калькулятор и посчитайте...
Не хотите? Ну, ладно, я за вас посчитаю:
196-79 = 117
Получается, у золота 117 нейтронов в атоме.
Внимательный детский глаз может, еще раз оглядев клеточку золота,
вырезанную из менделеевской таблицы, послать сигнал в хитрый детский мозг, и мозг
озаботится ненужным вопросом:
- Дяденька писатель! А что там еще за цифры стоят после запятой? Ну, после
196?
Ох, не хотел я вам этого говорить, дети, хотел утаить, но раз к стенке
приперли, придется расколоться.
Это очень трудно, друзья мои! Не каждый взрослый об этом знает! А вы
поймете за одну минуту.
В обычном нормальном атоме золота, как мы уже выяснили, 117 нейтронов и 79
протонов. Но иногда встречаются атомы-уродцы. Довольно редко. У них есть
лишние нейтроны. Как иногда у людей бывает по шесть пальцев на руках. Нечастое
явление.
Предположим, на тысячу нормальных атомов приходится один дефектный. И если
в норме в атоме золота 117 нейтронов, то иногда встречаются «вспухшие»
уродливые атомы, в которых 118 нейтронов. Все помидорчики как помидорчики, а у
одного помидора какой-то уродский вырост на боку. Ничего, мы и такой съедим.
Атомы-уродцы называют изотопами. Именно из-за них, кособоких паразитов
средний вес всех атомов отличается от целого числа. Что понятно: если у нас
из десяти атомов все десять имеют атомный вес в 6 единиц, то и средний
атомный весь будет равен ровно шести:
(6+6+6+6+6+6+6+6+6+6): 10 = 6
А вот если один из десяти атомов имеет вес в 7 единиц, средний вес
изменится:
(6+6+6+6+6+7+6+6+6+6): 10 = 6,1
Видите, после запятой появилась циферка, которая говорит о том, что не «все
шестерки одинаковы».
Если вы внимательно посмотрите на атомные веса элементов в таблице
Менделеева, то увидите, что все они не являются целыми числами. Значит, каждое
элементарное вещество имеет уродливые атомы. Даже водород. Хотя, казалось бы,
проще водорода ничего быть не может - один протон, вокруг которого крутится
один электрон, вот и весь атом. Эта не какой-нибудь свинец, у которого в ядре
больше двух сотен нуклонов, а вокруг этого огромного ядра кружится больше
восьмидесяти электронов!
Однако все же бывают атомы водорода, в ядре которых, кроме протона, есть
еще и нейтрон. Один. А порой и два! Такой водород называют тяжелым. Потому
что его атом тяжелее обычного.
На рисунке ниже нарисованы атомы нормального водорода и редкие уродики, а
также написано, как эти уродики называются.
Но так как атомы-уродцы встречаются редко, говорить мы о них пока
прекращаем. Я рассказал вам про изотопы лишь затем, чтобы объяснить наличие циферок
после запятой. Вы на эти циферки просто внимания не обращайте да и все.
Водород Дейтерий Тритий
Вы теперь и так знаете слишком много! Вы представляете, по каким принципам
строится вещество. Берите любой атом из таблицы Менделеева и рассказывайте
про него маме или даже папе. Задавайте контрольные вопросы. Проверяйте
усвоенный материал.
А пока взрослые морщат лоб и мычат в свое оправдание что-то типа «я,
конечно, в школе учи-и-ил, но забы-ы-ыл», мы с вами возьмем сейчас тот же хлор и
натрий, из которого ранее соль поваренную делали, и посмотрим, что тут к
чему.
Натрий. Легкий металл. Как он сделан? Его номер 11-й. Значит, 11 протонов и
11 электронов. Атомный вес натрия - 22. То есть в ядре 22 нуклона.
22 нуклона минус 11 протонов = 11 нейтронов. Все. Атом натрия готов.
Теперь хлор надо собрать по инструкции дяденьки Менделеева.
У хлора номер 17. То есть 17 протонов и 17 электронов. Атомный вес (число
нуклонов в ядре) - 35.
35-17 = 18 нейтронов. Все, собрали хлор.
Теперь соединяем два этих атома - хлора и натрия, - зацепив один за другой
колечками самых дальних электронных орбит, и получаем сложное вещество -
молекулу поваренной соли.
CI Na
Молекула поваренной соли — хлорид натрия. Кушать подано!
Так строятся все вещества - сцепляясь дальними орбитами электронов. При
этом дальние электрончики, которые крутились на этих орбитах, становятся как
бы общими для обоих ядер.
Все, можно стереть пот со лба. Мы освоили химию и физику элементарных
частиц. Слава Менделееву! Науке слава!
Теперь осталась одна маленькая деталь, которую нужно знать каждому
приличному ребенку. Один маленький штрих, который завершит картину мироздания,
сделав ее в ваших блестящих глазах более полной и блестящей.
Итак, мы знаем, что практически все окружающее нас вещество
электронейтрально . Если вы дотрагиваетесь до шкафа, он не бьет вас током. Потому что в
веществе шкафа количество положительных зарядов равно количеству
отрицательных. Его атомы электронейтральны.
Но что будет, если атом потеряет один или два электрона? Вот такой
рассеянный атом. Может такое быть? Может! Какое-нибудь сильное воздействие может
парочку электрончиков у атома оторвать.
Вы скажете (подсмотрев в таблицу Менделеева):
- Ха! Даже если такое случится, невелика потеря! Вокруг ядра атома могут
крутиться под сотню электронов! Например, у радия их 88. Некисло так!
Подумаешь , пару потеряет...
Однако потеря даже одного отрицательного заряда означает избыток заряда
положительного . Если атом теряет электрон, значит у него остается один
«лишний» , нескомпенсированный протон. И атом в целом таким образом приобретает
положительный заряд +1.
А если атом теряет два электрона, то он приобретает заряд +2.
Бывает и наоборот - когда к атому присоседится какой-нибудь приблудный
лишний электрон. В этом случае атом получает один отрицательный заряд -1.
Нейтральный Положительный Отрицательный
атом ион ион
А А -А
Случаи бывают разные...
Такие заряженные атомы называются ионами.
Когда происходит подобное? Из-за чего атомы могут, например, терять
электроны?
Это бывает при высоких температурах, то есть тогда, когда атомы газа имеют
большую энергию и скорости, носятся, как сумасшедшие, сталкиваются друг с
другом. Мы ведь с вами помним, что частота и скорость соударений и есть
температура. В обычном воздухе скорость соударений молекул невелика. А вот на
Солнце раскаленный газ имеет температуру в тысячи (на поверхности Солнца) и
даже десятки миллионов градусов (внутри нашего светила). Я сказал «на Солн-
це»? Это немного неточно. Скорее, «в Солнце». Потому что Солнце представляет
собой раскаленный газовый шар. В основном оно состоит из водорода с небольшой
примесью гелия.
Так вот в этих условиях скорость соударения атомов водорода такова, что
«крышу срывает» у атомов на всю катушку. Атомы разрушаются, электроны слетают
со своих орбит и начинают метаться одни, так же, как и протоны. Получается
хаотическая электронно-протонная смесь или, иначе говоря, ионизированная
плазма.
Плазма - горячая смесь ионов. Огонь - это тоже плазма. Только в обычном
пламени костра или свечи содержание ионов не такое большое, как на Солнце,
потому что температура ниже.
Я загрузил вас новыми словами - «ионы», «плазма». Но зато теперь вы можете
похвастаться тем, что знаете целых четыре состояния вещества!
Первое - твердое. Атомы и молекулы в таком веществе крепко держатся друг за
друга, никуда не бегают, а только чуть-чуть дрожат и топчутся на одном месте,
образуя кристаллическую решетку.
Второе состояние вещества - жидкое. Здесь уже энергетика частичек вещества
такова, что они ломают кристаллическую структуру, рушат тесные ряды и
начинают хаотически бродить, будучи не в силах удержаться в твердой структуре.
Растекаются. Но еще не разлетаются друг от друга.
Разлетаться они начнут в третьем состоянии вещества - газообразном, которое
наступит при дальнейшем нагреве, то есть дальнейшей накачке вещества
энергией. Тогда скорость атомов станет уже такой, что силы их притяжения не смогут
сдерживать энергичность расшалившихся атомов. Они просто разлетятся друг от
друга и рассеются в пространстве.
Если же газ собрать в каком-то закрытом объеме или просто удерживать мощной
силой гравитации (как на Солнце) и продолжать нагревать, то энергетика атомов
станет уже такой огромной, что при столкновении друг с другом будут
разрушаться уже сами атомы - с них начнет срывать электронные шубы. И останутся
только ионы, ионизированный газ - плазма. При этом газ начнет светиться, что
говорит о его высокой температуре. Плазма - это прекрасно. Мы любим смотреть
на плазму...
ГЛАВА 4. СИЛА ЕСТЬ - УМА ПАЛАТА!
Все вроде у нас хорошо, не правда ли? Мы познали основу основ - как
устроено вещество.
Теперь, подойдя к папе, а лучше к маме, потому как папа может еще что-то
помнить из института, можно устроить женщине строгий экзамен по теории
вещества и уличить в полной научной беспомощности. После чего патетически
воскликнуть : «И этот человек запрещает мне ковырять в носу!».
Однако остались еще некоторые тонкости, которые наверняка ускользнули от
вашего внимания. И самая главная непонятка вот какая...
Мы теперь знаем, что плюсовый заряд и минусовый притягиваются, поэтому
электрончик охотно тянется к протону, образуя атом. А вот одноименные заряды
отталкиваются. Почему же тогда плюсовые протоны группируются вместе кучкой в
центре атомного ядра?
Хороший вопрос. Умеете вы задавать трудные вопросы!
Действительно, если подумать, то ведь протоны должны разлететься друг от
друга со страшной силой!
Вообще говоря, именно так и происходит. Если мы возьмем два свободных
протона и начнем их осторожно подкатывать друг к другу, то нам это сделать не
удастся - они не захотят даже приближаться друг к другу и будут отталкиваться
с ужасной силой. И только приложив к ним еще более страшную силу и добавив
немного нейтронов, мы вдруг увидим чудо - склеились!
Как же так? Почему? Что их удерживает, если силы электростатического
отталкивания стремятся раскидать протоны, которые отталкиваются друг от друга,
потому что положительно заряжены? Что пересиливает? Что держит?
Отвечу: ядерные силы.
Ядерные силы - это очень мощные силы, которые намертво скрепляют нуклоны в
ядре.
Но силы эти очень короткодействующие. Если силы электромагнитные действуют
на дальних дистанциях, то ядерные - лишь в пределах размеров атомного ядра.
То есть, прикладывая громадные усилия по противодействию
электростатическому отталкиванию, нам надо сблизить нуклоны настолько, чтобы короткие, но
очень мощные ручки ядерных сил схватили их и начали противостоять длинным, но
тонким и относительно слабым ручкам электростатики.
(As)
Отталкивающая пружина — электрические силы. Крючки — ядерные силы.
Ядерные силы - самые мощные силы в природе. Их по-другому даже так и
называют - сильное взаимодействие.
Еще раз: сильное взаимодействие - это сцепление нуклонов на короткой
дистанции, в пределах размеров атомного ядра.
Но даже этих мощных сил не хватило бы, чтобы удержать в ядре одни только
протоны, без нейтронов. Вот вам и ответ, зачем природе понадобились нейтроны.
Для склейки ядер! Поскольку у нейтронов заряда нет, а ядерные силы есть,
нейтроны таким образом «разбавляют» общий положительный заряд ядра, уменьшая
электростатическое отталкивание. И только потому большие ядра могут стабильно
существовать.
Причем чем больше номер химического элемента, то есть чем больше в нем
протонов и, стало быть, электростатического отталкивания, тем больше требуется
нейтронов для разбавления. И потому чем ниже и правее расположен элемент в
таблице Менделеева, чем он тяжелее, тем больше в нем нейтронов по сравнению с
протонами. Если у углерода на 6 протонов приходится 6 нейтронов, то у ртути,
например, на 80 протонов идет не 80, а целых 120 нейтронов.
И еще момент. Вы, разглядывая таблицу Менделеева, не задавались вопросом: а
отчего в этом наборе элементарных веществ (химических элементов) всего
порядка сотни наименований?
В таблице Менделеева на сегодня больше ста элементов, но самые тяжелые из
них, с номером более 92 в природе не встречаются и были получены искусственно
учеными в ядерных реакторах. Почему же сверхтяжелые элементы (так называют
элементы тяжелее урана) не встречаются в природе?
Потому что их ядра нестойкие. Даже образовавшись, они вскоре распадаются.
Они такие большущие, что их размеры превышают радиус действия
короткодействующих ядерных сил. Которые уже не могут дотянуться с одного края атомного
ядра до другого. И ядро разваливается, как разделяется слишком большая капля
под собственным весом.
Именно поэтому в нашем мире меньше сотни элементов. Ничего, хватает, чтобы
построить целый мир и озадаченно ковырять в носу, разглядывая его...
Ну, и раз уж мы заговорили о стабильности, надо упомянуть один постыдный
факт из жизни нейтронов. Он заключается в следующем - в отличие от протонов и
электронов свободные нейтроны нестабильны.
В ядрах атомов нейтроны прекрасно существуют. А вот оставшись в
одиночестве, быстро «умирают». Время жизни свободного нейтрона всего 15 минут.
Что же с ними случается? Свободный, одинокий нейтрон распадается на протон
и электрон. Нейтрон как бы выстреливает электроном, который уносится в
пространство . И на месте бывшего нейтрона остается одинокий протон.
Помните, мы говорили, что нейтрон и протон имеют практически одинаковую
массу? Их масса различается практически на один электрон. Иными словами,
нейтрон тяжелее протона всего лишь на массу одного электрона. Нейтрон как бы
состоит из протона и электрона в одном флаконе. Но именно «как бы», поскольку
он является самостоятельной солидной частицей со своими свойствами, и
никакого электрона «внутри» нейтрона не содержится, электрон образуется в момент
распада, в результате распадной реакции.
И я вам больше скажу: в атомном ядре нейтроны и протоны постоянно
превращаются друг в друга, словно перебрасываясь плюсовым зарядом. Эта перепасовка
выглядит так - бросил протон нейтрону подачу и превратился в нейтрон. А
нейтрон, принявший пас, стал протоном. Вот так они и живут там, внутри ядра - в
постоянной паутине зарядовых перепасовок. Поэтому физики иногда говорят, что
протон и нейтрон - это одна и та же частица, только в разном зарядовом
состоянии. Поэтому их и объединили под общим названием - нуклон. Нормально?
Теперь сообщу вам еще одну тонкость, без которой наше погружение в микромир
будет неполным. Эта тонкость столь тонка, что доставила в свое время ученым
немало головной боли. Они давно обнаружили, что при распаде нейтрона
образуются протон и электрон, но у них не сходился энергетический баланс. Ну, то
есть до реакции распада в системе (у нейтрона) была одна энергия, а после
распада - чуть меньшая: в сумме протон и электрон не давали той энергии,
которую имел нейтрон. Куда-то исчезал кусочек. Таких вещей физики не любят!
У физиков самые суровые законы - это законы сохранения массы, энергии,
заряда. . .
Сколько было чего-то до эксперимента, столько и должно остаться после
опыта. Это понятно: если вы взяли вазу и ударили ее молотком, разбив на куски,
то все осколки вместе будут весить столько же, сколько целая ваза. Потому что
масса не может исчезнуть или взяться из ниоткуда!
То же самое с энергией - если до реакции было столько-то энергии, значит
после реакции ее должно столько же и остаться. Она ведь никуда не исчезает и
не берется из ниоткуда, она просто переходит в другие формы.
То же самое с зарядом. Общий заряд до эксперимента должен быть равен общему
заряду после эксперимента.
С зарядом все обстояло прекрасно. Нейтрон заряда не имеет, то есть заряд у
него нулевой. А после распада нейтрона получается протон с зарядом +1 и элек-
трон с зарядом -1. Плюс один и минус один дают в сумме ноль. То есть и после
реакции распада общий заряд системы остался нулевым. А вот небольшая доля
энергии куда-то постоянно исчезала.
- Может быть, при этой реакции образуется еще одна какая-то частичка - без
заряда и крайне маленькая, которую мы не умеем пока задержать? Она-то и
уносит недостающую энергию, - задались вопросом ученые люди, наморщив лбы.
Так оно и оказалось. Частичку эту назвали нейтрино. У нее нулевой
электрической заряд (как у нейтрона) , огромная скорость и еще одно свойство, из-за
которого ее так долго не могли поймать - она почти не реагирует с веществом.
Нейтрино может прошить свинцовую плиту толщиной от Земли до Солнца. Солнце
излучает триллионы триллионов этих нейтрино, и каждую секунду они прошивают
нас и всю Землю насквозь, а нам наплевать.
Нет взаимодействия!
Зачем я вам рассказал про нейтрино? Зачем вам обращать свое драгоценное
внимание на эту ничтожную частичку, если она нас совершенно не замечает,
прошивая насквозь, никак не реагируя?
Я преследовал две причины. Во-первых, чтобы вы понимали - хотя учеными
открыто уже довольно много всякой ерунды в микромире, типа нейтрино, но
главными для нас все равно являются вот эти три частицы - электрон, протон,
нейтрон . Из них сделано все вокруг нас.
А во-вторых, мы с вами уже имеем представление о двух главных силах в
природе или, иначе говоря, двух основных взаимодействиях, а сейчас узнаем третье
- вот как раз с помощью нейтрино.
Напомню, потому что повторенье - мать ученья, а мать надо любить:
1) есть ядерные силы, которые сцепляют протоны и нейтроны внутри ядра,
сопротивляясь силам электрического отталкивания положительно заряженных
протонов.
2) и есть эти самые силы электрического отталкивания и притяжения между
частицами.
Вот две силы природы, которые мы уже знаем. . . Только я хочу вас попросить
об одном одолжении. Уж уважьте старика! Давайте вместо «сила» будем говорить
«взаимодействие». Я понимаю, что слово «сила» вам нравится больше, потому что
оно привычнее. Но мы с вами теперь ученые люди, и нам пристали более точные
слова и выражения. А мне представляется, что слово «взаимодействие» точнее и
умнее. Так что вместо «ядерные силы» и «электромагнитные силы» скажем
«сильное взаимодействие» и «электромагнитное взаимодействие».
Вообще все, что происходит в этом мире, все-все-все движения и явления...
ну вот буквально все без исключения объясняется всего четырьмя
взаимодействиями. Половину мы уже знаем.
Сильное взаимодействие сцепляет нуклоны в ядре, позволяя ядрам
существовать . Без него ядер атомов просто не могло бы быть.
Второе взаимодействие - электромагнитное. Оно отвечает за притяжение
разноименных зарядов и отталкивание одноименных. Плюсик отталкивается от плюсика,
минус от минуса; а вот плюсик с минусиком притягиваются, словно магнитики.
Поэтому минусовые электрончики охотно подлетают к положительно заряженным
ядрам атомов и начинают вокруг них свое счастливое самозабвенное кружение.
Таким образом, электромагнитное взаимодействие обеспечивает нам
существование уже не ядер атомов, а самих атомов в сборе. А поскольку все вокруг нас
состоит из атомов, электромагнитное взаимодействие для нас является главным.
Оно отвечает за все, что происходит в макромире вокруг нас. За всю химию,
например, то есть за все химические реакции. Вся наука химия - это сплошное
электрическое взаимодействие зарядов. Сила трения - тоже проявление
электромагнитного взаимодействия. И фазовые переходы - таяние льда, испарение воды.
Горение дров в печке. Работа нашего организма. Любовь к маме. Свет в окош-
ке... Все это - проявление электромагнетизма.
Но если все вокруг нас - проявление всего двух сил, точнее, взаимодействий,
то зачем нужны еще два взаимодействия? Зачем их четыре, если можно обойтись
двумя?
Зададимся вопросом: а вот распад нейтрона - это какое взаимодействие?
Нейтрон один-одинешенек, значит, никакие ядерные силы со стороны других нуклонов
на него не действуют. И он электронейтрален - никакие электромагнитные силы
на него тоже не действуют. Но он вдруг раз - и распадается. Под воздействием
каких-то внутренних сил. Каких? Эти силы называют слабыми - в противовес
сильным ядерным.
Слабое взаимодействие! Третье по счету. Именно оно отвечает за распад
частиц . Казалось бы, пустяк. Но если бы не слабое взаимодействие, никакой жизни
на нашей планете не было бы. Потому как слабое взаимодействие отвечает за те
ядерные реакции, которые идут в Солнце и обеспечивают его свечение. Солнце -
источник жизни на Земле. Основной поставщик энергии. Без слабого
взаимодействия это было бы невозможно. Именно оно ответственно за те реакции, которые
дарят нам тепло и свет.
Ну, а четвертая сила природы, четвертое и последнее взаимодействие -
гравитационное . То, что мы ходим по поверхности планеты, а не улетаем в мировое
пространство; то, что яблоки и прочие предметы падают на пол, а Земля
крутится вокруг Солнца, подставляя ему то один, то другой бочок для обогрева и
освещения, - это следствие гравитации, то есть всемирного тяготения. Без него
нас бы тоже не было.
Все тела, имеющие массу, притягиваются друг к другу. Сила этого притяжения
невелика, поэтому между не очень тяжелыми предметами совершенно незаметна.
Вы, например, притягиваетесь к маме, но не падаете на нее, как камень на
землю, потому что силы этого притяжения слишком малы. И только там, где в ход
идут гигантские массы, типа массы нашей планеты, сила всемирного тяготения
становится заметной и набивает шишки при падении. Земля притягивает, и это
прекрасно.
Вот все четыре взаимодействия, которые существуют в природе. Больше никаких
нет. И они за все происходящее в мире отвечают. Посмотрите на рисунок, там
все прекрасно показано.
Теперь, узнав про это, вы стали необыкновенно умными. То ли еще будет!
Все происходящее в мире определяется четырьмя видами взаимодействий.
ГЛАВА 5. КОЛДУНЫ И УЧЕНЫЕ
Человечество существует десятки тысяч лет. А наука в современном понимании
этого слова существует лет двести. Ну, пусть триста. А до этого человечество
слепо тыкалось в природу, норовя путем проб и ошибок чего-то достичь в
практическом смысле. И вот, поднакопив знаний, человечество стало их
систематизировать, анализировать и заложило основу науки. После чего прогресс и развитие
цивилизации ускорились. Развитие человечества пошло невероятно быстро.
Даже вы, мой юный или не очень читатель, знаете об устройстве мира больше,
чем знало все человечество пятьсот лет назад. Вы знаете, как устроено
вещество . А раньше человечество об этом даже представления не имело. И потому в
Средние века, то есть лет пятьсот - шестьсот назад была весьма популярной
идея сделать золото из какой-нибудь дряни.
Люди, которые этим занимались, назывались алхимиками. Алхимия - предтеча
химии, то есть невзрачное сухое зернышко, из которого потом выросло
прекрасное растение науки по имени химия.
Алхимиков очень любили средневековые правители. Они выделяли им пару комнат
в своих замках, и алхимики проводили там свои опыты - нагревали в банках и
ретортах разные вещества, смешивали их в случайном порядке, пытаясь достичь
результата. В основном их работа была направлена на поиск трех вещей:
• панацеи (лекарство от всех болезней),
• эликсира бессмертия (средство для вечной жизни)
• и философского камня, который бы превращал разные вещества в золото.
В надежде на эти прелести средневековые владельцы замков и оплачивали
безумные опыты алхимиков, которых в народе считали колдунами.
Чаще всего алхимики пытались с помощью разных ухищрений превратить в золото
ртуть и свинец. Почему?
А посмотрите в таблицу Менделеева! Где расположены ртуть и свинец? Рядом с
золотом! То есть по тяжести они почти одинаковы. Точнее говоря, почти
одинаковы по плотности. Интуиция подсказывала алхимикам, что раз у этих металлов
похожи некоторые свойства (плотность), значит, копать надо в этом
направлении, сделать еще какой-то шажок, чего-нибудь добавить, и серый невзрачный
легкоплавкий мягкий тяжелый свинец превратится в желтое сверкающее мягкое
тугоплавкое тяжелое золото.
Увы! Не получилось.
И мы теперь знаем, почему.
Потому что золото - химический элемент, то есть простейшее вещество.
Сложное вещество можно собрать из простых. Сложное вещество можно разложить на
простые. И если бы золото было веществом сложным, его можно было бы
сконструировать из химических элементов, как поваренную соль можно сделать
химическими методами из натрия и хлора, а воду - из водорода и кислорода.
Но золото вещество простое, это элементарная деталька химического
конструктора природы. Из деталек можно собирать что-то более сложное химическими
методами . А вот золото собирать не из чего: оно само уже сделано из
элементарных частиц.
Почему нельзя превратить свинец в золото?
Свинец имеет номер 82 и атомный вес 207 единиц. То есть в его атомном ядре
82 протона и (207 - 82) = 125 нейтронов.
А у золота номер 79 и вес - 196. То есть в его ядре 79 протонов и 117
нейтронов .
Чтобы превратить атом свинца в атом золота, нужно как-то вынуть из его ядра
три протона и восемь нейтронов. Потом надо смахнуть с орбиты лишние
электроны. И это нужно сделать с каждым атомом свинцового слитка, а этих атомов в 1
грамме свинца больше, чем звезд на небе.
Вы не знаете ближайший магазин, где можно достать такой пинцет и такой
микроскоп, чтобы увидеть атом и с ним поработать? Нет такого пинцета! Потому что
пинцет сам состоит из атомов.
Невозможно.
Именно это слово возникло в голове у химиков, когда наука узнала, как
устроено вещество. Им оставалось только улыбаться, вспоминая наивные попытки
средневековых алхимиков.
Ну, невозможно превратить один химический элемент в другой! Никак нельзя.
И всем это стало понятно.
Каково же было удивление ученых, когда они узнали, что иногда одни
химические элементы все-таки превращаются в другие! Сами по себе. Правда, в
количестве одного атома, а не всего слитка целиком.
Почему так бывает?
А помните мы говорили про изотопы? Это такие атомы-уродцы, у которых на
один-два лишних нейтрона больше, чем у собратьев. Так вот, эти лишние
нейтроны, чувствуя свою ненужность плотной семье атомного ядра, впадают в
меланхолию и кончают жизнь самоубийством.
Распадаются.
Так бывает не всегда. Есть стабильные изотопы, в которых нейтронам живется
хорошо, они водят хороводы и всячески прославляют жизнь внутри атомного ядра,
даже не думая распадаться. Но не все изотопы столь благостны.
Газ неон, например, которым заполняют неоновые лампочки, имеет стабильные
изотопы. В норме у «здорового» атома неона 10 нейтронов на 10 протонов. Но
среди нормальных атомов встречаются и изотопные, у которых 12 нейтронов.
Ничего, прекрасно себя такой неон чувствует. Неон-22 столь же устойчив, что и
неон-20. Цифра здесь - это атомный вес, как вы поняли.
Есть стабильные изотопы и у кислорода. Например, кислород-17 и кислород-18.
В норме атомный вес кислорода - 16 единиц (если не верите, гляньте в табличку
дедушки Менделеева), но если присутствует лишний нейтрончик, то вес вырастает
17 *-> 18
на единичку, и получается О . А если два лишних нейтрона - О
Науке на сегодняшний день известно несколько сотен стабильных изотопов у
разных элементов и несколько тысяч нестабильных.
Нестабильные - самые интересные! Возьмем, например, нестабильный изотоп
углерода. Он называется углерод-14 или кратко - С14.
Углерод имеет номер 6 (проверьте, не соврал ли дядя-писатель) и атомный вес
12. То есть у нормального, прилично себя ведущего углерода 12 нуклонов в
атомном ядре - 6 протонов и 6 нейтронов.
А вот у «больного» углерода на два нейтрона больше, соответственно атомный
вес, измеряемый в гирьках нуклонов, у него составляет 14 единиц. Потому и
зовут его углерод-14.
Такой больной атом с раздутым нейтронным флюсом долго не живет. Впрочем,
смотря что называть словом «долго». Срок его существования измеряется
тысячелетиями. По сравнению с человеческой жизнью это много, конечно. Но если
сравнивать с нормальными ядрами, которые «живут» вечно, то это просто миг.
Что же происходит с С14 после «смерти»? Как он заканчивает свой жизненный
путь?
Один из лишних нейтронов распадается. Мы уже знаем, что при этом получается
- протон, электрон и нейтрино. Легкий электрон и совсем невесомое нейтрино
выстреливаются из ядра с огромными скоростями и уносятся, как пули, прочь, а
тяжелый протон остается в ядре. А что это значит?
Это значит, что в ядре стало на один протон больше, то есть углерод
превратился в азот! Именно у азота в ядре 13 протонов. Можете посмотреть в таблице
Менделеева.
Вообще, это удивительно! Свойства химического элемента, как мы знаем,
определяются количеством протонов в ядре его атома. И вот к каким переменам
приводит добавление всего одного лишнего протона... Углерод (6 протонов) -
черный , твердый, пачкающий материал. Посмотрите на грифель простого карандаша -
это чистый углерод. А азот (7 протонов) - прозрачный газ без запаха. Тем не
менее, углерод превратился в азот, стоило появиться там лишнему плюсовому
заряду. Понятно, что превратился в азот всего один-единственный изотопный атом
из миллионов окружающих его нормальных углеродных, но все равно интересно.
Срок жизни атома-уродца по имени Углерод-14 составляет... А сколько же он
составляет? Выше я написал, что несколько тысяч лет. Почему так неточно? Что
дяде-писателю помешало написать точный или хотя бы приблизительный срок жизни
С14?
А то помешало, что у атома изотопа углерода нет определенного срока жизни.
Он может прожить минуту, а может сто тысяч лет. Предсказать это никоим
образом невозможно - таковы законы микромира. Но зато мы может предсказать
другое!
Мы совершенно точно можем указать период полураспада, то есть тот срок, за
который распадется половина атомов-мутантов. Для углерода-14 он составляет
5700 лет. То есть из миллиона атомов-мутантов через 5700 лет распадется 500
тысяч. Через следующие 5700 лет распадется еще половина - 250 тысяч. Еще
через один период полураспада снова распадется половина - 125 тысяч. И так
далее.
То есть в микромире мы можем предсказывать поведение только больших
ансамблей микрочастиц. А поведение одной частицы предсказать не можем. В этом
элементарные частицы схожи с людьми, между прочим! Мы не можем предсказать,
пойдет ли конкретный Вася Пупкин сегодня в магазин или накатит рюмку и проспит
весь день дома, а в магазин отправится завтра. Но мы, изучив статистику,
можем точно сказать: ежедневно этот магазин посещают около четырех тысяч
человек . А каковы их фамилии, неважно.
Таким образом, элементарные частицы обладают своим собственным
непредсказуемым поведением.
Мы не в состоянии предсказать поведение частицы не потому, что чего-то еще
не знаем про ее свойства или устройство, а потому, что такова природа вещей -
в наш мир на уровне элементарных частиц вшита принципиальная
непредсказуемость. Именно поэтому мир не фатален, то есть непредсказуем, ведь он состоит
из непредсказуемых частиц! Мы может делать краткосрочные прогнозы с той или
иной степенью точности и уверенности, но все до конца предсказать невозможно.
Даже указанная выше статистика имеет погрешности - я имею в виду пример с
магазином. Да, мы знаем, что его ежедневно посещает около четырех тысяч человек
плюс-минус сто. Откуда мы это знаем? Из опыта! Таковы данные наблюдений со
времени открытия этого магазина. Никогда там не было за день менее 3900
человек и более 4100. А в среднем - 4 тысячи.
Значит, можно сделать предсказание: и завтра тоже придут четыре тысячи
плюс-минус сотня. Эта неточность в предсказании - следствие общемировой
непредсказуемости .
Вот, казалось бы, математически точная наука баллистика - она рассчитывает,
куда упадет снаряд из пушки при определенном угле возвышения ствола и
скорости вылета. Строгие формулы всегда дают однозначный вариант: снаряд упадет в
такую-то точку. Однако на практике снаряд может упасть чуть правее или чуть
левее, чуть дальше или чуть ближе расчетной точки. Предсказать, куда
шваркнется данный конкретный снаряд, невозможно. Но известно, что снаряды всегда
падают в некую область, которая называется эллипсом рассеивания. И потому
совершенно точно мы можем лишь сказать: с вероятностью в 100 процентов снаряд
попадет в эллипс рассеивания. Это - свидетельство несовершенства мира, его
непредсказуемости, вшитой в саму основу бытия - в законы существования
элементарных частиц.
Эллипс рассеивания. Так ложатся снаряды — гуще всего
в центре, реже по окраинам.
Запомните - любое измерение всегда неточно, всегда в пределах определенного
допуска. Каждый прибор имеет ошибку измерения. Любое предсказание тоже
неточно . Правда, в большинстве бытовых ситуаций точность расчетов такова, что
вполне нас удовлетворяет и все наши потребности покрывает. Скажем, напряжение
в розетке может чуть-чуть колебаться, отклоняясь от положенных 220 вольт. Но
приборы, рассчитанные на 220 вольт, эти небольшие штатные колебания
выдерживают , поэтому можно не волноваться. И так везде.
Вот так вот, друзья мои! Период полураспада - это вам не фунт изюму.
Но зато, зная период полураспада углерода-14, ученые придумали, как
определять возраст старинного предмета, если он содержит углерод. Как правило, речь
идет о возрасте деревяшек - например, найденных остатках древнего корабля,
стреле охотника или угольке первобытного костра. Деревяшки - это сплошной
углерод, в древесине его просто уйма. Недаром слова «уголь» и «углерод» одного
корня.
Так вот, пока дерево живет, оно дышит. Дышат растения, как знает каждый
старый и малый, углекислым газом, который мы выдыхаем. А растения, наоборот,
выдыхают кислород, которым дышим мы с вами. Поэтому растения для нас очень
полезны не только потому, что мы их едим. Мы без растений просто жить бы не
смогли.
Углекислый газ - сложное вещество, состоящее из простейших химических
элементов : одна молекула углекислого газа сделана из двух молекул кислорода и
одной молекулы углерода - С02. Дерево своими зелеными листочками поглощает
углекислый газ. Зеленые листочки - это реакторы. В них в результате сложной
реакции, проходящей при участии солнечного света, молекула углекислого газа
разрывается, кислород вылетает, а из углерода дерево строит себя - ствол. А
мы с вами потом выделенный кислород вдохнем, выдохнем углекислый газ, а ствол
срубим и сожжем, разбивая кочергой угольки в печке.
Так вот, строя свой ствол из углерода воздуха, дерево накапливает не только
нормальные атомы углерода, но и уродливые - нестойкие изотопы С14, которые
там одновременно накапливаются и потихоньку распадаются.
А когда дерево срубают на дрова или чтобы сделать из него корабль, оно
дышать перестает. А значит, в нем перестает накапливаться углерод, включая уг-
лерод-14. И дальше изотоп только распадается. Его становится все меньше и
меньше и меньше. Через 5700 лет останется половина. Еще через 5700 лет еще
половина... Зная количество углерода С14 в воздухе, и измерив, сколько его
осталось в древней деревяшке, ученые узнают, когда дерево было срублено и
отправлено в костер или на строительство.
Достали археологи со дна моря древний корабль, отдали образцы на анализ и
получили возраст, когда корабль был построен. Правда, таким методом нельзя
определить совсем уж древние образцы, потому что примерно через 40-50 тысяч
лет углерод-14 распадается почти весь, его остается так мало - буквально
считанные атомы, что определить возраст предмета уже не представляется
возможным1 .
У вас может возникнуть вопрос. Ну, хорошо, дерево срубили, оно перестало
дышать и накапливать этот изотоп из воздуха. Но в воздухе-то он откуда
берется? Почему в воздухе он до сих пор весь не распался за миллионы и миллиарды
лет существования нашей планеты? Он что, там постоянно образуется?
Конечно! Если бы не образовывался, давно бы уже не было на Земле никакого
с14.
В верхних слоях атмосферы углерод-14 постоянно образуется из атмосферного
азота под воздействием космических лучей, то есть активного солнечного
излучения. Сначала космические лучи, сталкиваясь с веществом атмосферы, вышибают
из него нейтроны. А уже эти вышибленные одинокие нейтроны сталкиваются с
ядрами атомов азота.
Что получается? Простая формулка ядерной реакции написана ниже:
n + 7N14 = бС14 + р+
Страшная формула? Да ничего подобного! Простенькая. Тут все как на ладони.
Смотрите, нейтрон (п) налетает на ядро атома азота (N), имеющего 7 протонов и
атомный вес в 14 единиц. И вышибает из него один положительно заряженный
протон (р+) . В результате получается элемент № 6, то есть с шестью протонами в
ядре, а это углерод. Можете проверить по таблице Менделеева, если не верите.
Атомный вес ядра при этом не меняется, поскольку на месте выбитого протона
остается нейтрон.
Вот так в атмосфере все время образуется углерод-14. Этого углерода в
атмосфере нашей планеты образуется каждый год... как вы думаете, сколько? Сразу
скажу: не замахивайтесь на большие числа. Правильный ответ - около 8
килограммов. А всего углерода-14 в атмосфере Земли - 75 тонн.
Способность изотопов распадаться называют радиоактивностью. Это слово вам,
наверное, известно. Оно всем известно и всех пугает, особенно взрослых. Это
слово сразу связывается в их сознании с атомными бомбами, на месте взрыва
которых остается радиоактивное загрязнение, которое убивает людей. Ведь энергию
1 Аналогично нельзя определить возраст дерева срубленного в ближайшие несколько
сотен лет - разница содержания С14 между древесиной и воздухом будет гораздо меньше
ошибки измерения.
своего взрыва атомные бомбы получают как раз за счет распада изотопов тяжелых
металлов. Так же как и атомные электростанции, кстати.
Об этом стоит поговорить подробнее...
ГЛАВА 6. МАША И РАДИОАКТИВНОСТЬ
Это теперь мы такие умные. А всего каких-нибудь сто лет назад люди ничего
ни о радиоактивности, ни о строении атомов толком не знали. Ну, то есть были,
конечно, идеи, что вещество состоит из мельчайших неделимых крупинок -
атомов . А те в свою очередь - из частичек, имеющих положительный и отрицательный
заряд. Но дальше этих идей дело не заходило.
Кроме того, было также понимание, что в нашем мире, помимо вещества,
существует еще нечто. И это нечто - лучи. Излучение. Лучший пример - свет. Ведь
свет - это же не вещество! Это нечто отличное от вещества. Ну и назовем его
лучами!
Люди изучали солнечные лучи, наблюдая, как они преломляются в стеклянных
призмах и как фокусируются стеклянными линзами. Лучи пропускали через
дырочки, решетки, наблюдали за тенями... В XVII веке английский физик Ньютон
открыл дисперсию света - он направил тонкий солнечный луч на грань стеклянной
призмы и увидел, как белый луч разложился на семь цветов радуги.
- Ага! - смекнул Ньютон. - Значит, белый цвет состоит из семи разных
цветов , это смесь!
То есть вот как получается - сложные химические вещества состоят из
элементарных, а сложный белый свет - это смесь более простых, элементарных «све-
тов». Интересно. Но что же такое свет по природе своей?..
Дисперсия света — разложение одинокого солнечного луча,
пропущенного через дырочку в непрозрачном экране на отдельные цветные
лучи2 . Схема ньютоновской установки.
Что такое свет?..
Ньютон думал, что свет - это поток летящих от Солнца мельчайших частичек
корпускул. Другие ученые считали иначе. Нет, говорили они, свет - это волна!
Волна?
Последовательность цветов в спектре запомнить очень легко: Каждый Охотник Желает
Знать Где Сидит Фазан.
Почему волна? Какая такая волна? Что за странная идея?
Объясню... Что такое волны, мы прекрасно знаем. Каждый видел волны на
поверхности моря, озера или реки. . . Волна - это не вещество, волна - это
процесс , который происходит в веществе. Мы смотрим на море и видим: волны бегут.
Причем, что интересно, волны-то бегут, а вода не бежит! Вода остается на
месте. Частички воды (молекулы) просто периодически колеблются, поднимаясь то
вверх, то вниз, создавая иллюзию перемещения воды. Волна по поверхности воды
действительно распространяется, а вот сама вода остается на месте, точнее,
синхронно колеблется вверх-вниз.
Понятно? Сейчас будет понятно.
Вы можете привязать прыгалки или веревку к дверной ручке и пускать по ним
волну. Волна будет бежать по прыгалкам, но сами прыгалки, как видите, никуда
не бегут, а остаются на месте - между дверью и вашей рукой. Они просто
колеблются .
Волна бежит, а среда, по которой распространяется
волна, остается на месте.
Важнейшее свойство волны - она всегда распространяется по чему-то, по
какой-то среде. По воде, по прыгалкам, по воздуху.
Именно с помощью воздушных волн мы слышим друг друга.
Мама ртом пускает воздушную волну, она воздействует на ваши барабанные
перепонки, а вы старательно делаете вид, что не слышите, как она зовет вас
убирать игрушки или спать. Потому что спать вы еще не хотите, а убирать игрушки
вообще бессмысленное и даже вредное дело, они и так лежат там, где должны -
на полу, под рукой. Так что лучше мамину звуковую волну не слушать, а
почитать этот рассказ. В конце концов, если ей нужно, пусть сама уберет. А вы ей
это вредное дело, уж так и быть, простите, ибо великодушие ваше безмерно.
В общем, волна всегда распространяется в чем-то. А если ничего нет, то и
волны быть не может - на чем же ей распространяться, коли нету ничего!
Колебаться-то нечему! А на нет, как говорится, и суда нет.
Но раз так, то по чему, по какой такой среде распространяется свет, если он
волна? Явно не по воздуху. Потому что свет может распространяться и в
космосе, далеко от Земли, где земная атмосфера заканчивается. Именно так, через
пустоту космическое излучение и прилетает на нашу планету. Как же оно по
пустоте распространяется, если пустота - это ничто, а значит не по чему волнам
распространяться! Но лучи от Солнца запросто доходят!
И с чего вообще эти ученые, которые спорили с Ньютоном, взяли, что свет -
это волна? Что за странная идея вообще?
А эти ученые-физики занимались изучением волн - разных. Они исследовали
свойства волн. И нашли, что у волн тоже есть свойства. Ну, например, скорость
распространения. Скорость волны в среде определяется свойствами этой среды -
чем плотнее среда, тем быстрее бегут по ней волны. Скорость звука в воздухе -
330 метров в секунду. Зная ее, можно определять, насколько далеко от вас
вспыхнула молния на небе. Если после вспышки молнии звук грома донесся до вас
через 5 секунд, значит, молния ударила примерно в полутора километрах:
330 х 5 = 1650 метров = 1,65 км
А вот в металле скорость звука значительно выше, чем в газе. Если вы
ударите молотком по стальному рельсу, то звуковая волна по нему побежит со
скоростью примерно 5000 м/с. Пять километров в секунду!
Кроме того, у волн оказались и разные другие свойства. Например, волны
могли складываться или, напротив, гасить друг друга, создавать разные
причудливые картины в зависимости от разных условий.
И вот все эти свойства волн физики обнаружили у света! Значит, свет - это
волна, решили они. И значит, никакой пустоты в космосе нет, а есть особая
среда - мировой эфир, по которому бежит волна, которую мы воспринимаем как
свет. Вот так вот, милейший Ньютон!..
О том, кто оказался прав - Ньютон или его оппоненты, мы поговорим позже. А
сейчас нам надо просто знать, что к концу позапрошлого века у физиков было
довольно примитивное понимание: в мире существуют лучи и вещество. Вещество
при этом состоит из атомов. А атомы - из положительных и отрицательных заря-
диков. Нейтроны тогда еще не были открыты, хотя наука всячески пыжилась,
изучая вещество, и вот однажды столкнулась с явлением распада этого самого
вещества. Позже процесс распада вещества назвали радиоактивностью.
Обычно, рассказывая об открытии радиоактивности, говорят о Марии Склодов-
ской-Кюри. Не будем и мы отказываться от этой хорошей традиции. Тем более,
что женщина в науке - явление редкое, как изотоп, и потому достойное
тщательного разглядывания через лупу.
Мария считается французским физиком, но происхождения она польского, так
как родилась в Варшаве. А поскольку Варшава тогда была под управлением
Москвы, можно по праву сказать, что она - наша соотечественница, то есть
подданная Российской империи, которой тогда принадлежала Польша. Соответственно,
Маша прекрасно говорила по-русски. Причем есть еще сведения (правда,
оспариваемые) , что предками Марии были евреи. Иными словами, целых четыре страны
могут сегодня гордиться Марией - Россия, Польша, Израиль и Франция. Ее
портреты красовались на польских и французских деньгах, а памятники Марии Скло-
довской-Кюри ныне стоят и в Польше, и во Франции.
Польские женщины, как правило, красивые, а еврейские умные. Не была
исключением и Мария. Правда, несмотря на хорошую голову, проявиться ее таланту
поначалу было негде: родилась Мария в бедной многодетной семье. Ей стукнуло 11
лет, когда мать умерла от туберкулеза, и отец, работавший преподавателем
физики в гимназии, выбивался из сил, чтобы прокормить пятерых детей.
Но Марии повезло. Училась она хорошо, ей страшно нравилась химия, а другом
ее отца был... угадайте кто? Менделеев. Он заметил талантливую девочку и
сказал , что ее ждет великое будущее. Это напутствие весьма вдохновляло, однако
финансов не прибавляло - денег на университет у Марии все равно не было.
Поэтому она договорилась с сестрой, и они по очереди работали несколько лет,
чтобы дать возможность друг другу получить образование - работающая сестра
платила за ту, которая учится. Сначала отучилась сестра Марии, а Мария,
работая гувернанткой, обеспечивала ее. А когда сестра выучилась на врача и начала
работать, то стала в свою очередь оплачивать учебу Марии. Ловкие девки!
В Варшаве тогда женщин в университет не принимали, поэтому обе сестры
учились в Париже. Мария там же вышла замуж и больше никуда из Франции не
уезжала . Потому что во Франции хорошо.
Мужем Марии стал физик Пьер Кюри. Менять фамилию молодая жена не стала и
потому вошла в историю науки под двойной фамилией - как Мария Склодовская-
Кюри. Исследования они с мужем проводили вместе. Пьер вскоре защитил
диссертацию и стал доктором наук, а Мария, родив дочь, тоже начала искать тему для
научной работы. Чем заняться?
В ту пору в Европе стоял большой шум вокруг удивительных открытий Беккереля
и Рентгена. В особенности Рентгена, конечно. Все газеты тогда взахлеб писали
о новом чуде, которое наука в лице Рентгена подарила человечеству.
Вы, конечно, знаете, что открыл Рентген. Он открыл рентгеновские лучи, с
помощью которых теперь врачи просвечивают человека и делают рентгеновские
снимки, на которых прекрасно видны переломы костей, проглоченные пуговицы и
прочие болячки. Сейчас это дело привычное - подумаешь, рентгеновский снимок!
А тогда весь мир был буквально шокирован - ни хрена себе! Можно видеть
сквозь непрозрачные вещи, просветив их особыми лучами и сделав фотоснимок!
Газеты в ужасе писали, что теперь хулиганы будут видеть голых дам прямо на
улице, сквозь одежду, просвечивая их чудо-лучами. На полке одного книжного
магазина в Германии стоял снимок просвеченной рентгеновскими лучами
человеческой кисти - ясно виднелись кости и золотое кольцо, надетое на палец. Это
была рука супруги Рентгена.
Как же Рентген открыл свои чудо-лучи? И при чем тут супруги Кюри?
К тому времени люди уже давно экспериментировали с электричеством и
научились получать потоки свободных электронов в вакууме, то есть в пустоте. Из
стеклянной колбы откачивался воздух, при этом в колбу были впаяны с двух
сторон металлические электроды, на них подавалось высокое напряжение, и один из
электродов начинал испускать поток электронов. От этого электрода (катода)
поток электронов летел через пустоту лампы к другому электроду (аноду).
Так вот, Рентген заметил, что эти электроны, бомбардируя железяку анода,
производят некое излучение, которое проникает через непрозрачные материалы и
может засвечивать фотопластинки. То есть, направив эти загадочные лучи,
например, через человеческую руку на фотопластинку, можно получить фотографию
просвеченной человеческой руки!
Рентген начал проводить опыты и обнаружил, что эти лучи проникают и через
черную бумагу, и через доску толщиной в 3 сантиметра, и даже через лист
алюминия.
Ну, конечно, это было удивительно! Еще бы! Нашлись, кроме привычных лучей
видимого света, еще и невидимые, но очень проникающие лучи, для которых
прозрачны те вещества, которые непрозрачны для обычных солнечных лучей. Рентген
назвал их Икс-лучами.
Все сразу кинулись эти лучи исследовать, и за год учеными было опубликовано
больше тысячи работ, посвященных загадочным лучам. Тут же придумали
использовать их в медицине.
Термоионная эмиссия Электроны, ускоряемые
электронов высоким напряжением
/ J металлическую мишень
Рентгеновский снимок и рентгеновская лампа. Электроны
бомбардируют анод и генерируют лучи.
Об открытии Рентгена узнал физик Беккерель, который проводил разные
эксперименты с солями урана. Уран - это редкий и очень тяжелый металл (тяжелее
золота и свинца), а соли урана - это соединения урана с другими химическими
элементами; точно так же, как поваренная соль - соединение металла натрия с
хлором.
Присутствовавший на рентгеновских опытах Беккерель обратил внимание, что
под воздействием пучка электронов обычное стекло начинает светиться зеленым
светом. Он знал, что соли урана тоже могут светиться красивым зеленоватым
светом под воздействием прямых солнечных лучей. «А вдруг они при этом, кроме
зеленого света, и другие лучи излучают, например, рентгеновские?» - внезапно
подумал он. И решил проверить свое предположение.
Положил фотобумагу в черный, непрозрачный для солнечных лучей конверт,
сверху придавил куском урановой соли и выставил на свет. Уран засветился
зелененьким, Беккерель проявил фотобумагу, обнаружил на ней засвеченное пятно и
сделал вывод: при облучении солнечным светом урановые соли начинают испускать
рентгеновские лучи точно так же, как бомбардируемый электронами металл.
И ошибся! Причем ошибся дважды.
Первая ошибка выяснилась через несколько дней - когда выдался пасмурный
день, солнышка на небе не было, Беккерель вздохнул и ушел из лаборатории,
оставив кусок урановой соли на черном непрозрачном конверте с фотобумагой. А на
следующий день машинально проявил фотобумагу и остолбенел: бумага все равно
была засвечена! Значит, урановые соли излучают какие-то проникающие лучи не
под действием солнечного света, а сами по себе! Вот это да! . . Спасибо плохой
погоде, если бы не она, открытия б не случилось или оно случилось бы позже. В
дальнейшем Беккерель открыл, что еще сильнее излучают не соли урана, а сам
металлический уран без всяких «примесей».
Вторая ошибка выяснилась позже, когда оказалось, что это все-таки не
рентгеновские лучи. «Лучи урана» обладали еще большей проникающей способностью,
чем лучи Рентгена! А кроме того, было обнаружено, что «урановые лучи»
ионизируют воздух, то есть при столкновении с молекулами воздуха они энергично
срывают с молекул самые дальние электроны. И получаются ионы. Поэтому излучение
Беккереля назвали ионизирующим.
Разумеется, один из самых больных вопросов, вставших перед наукой, был та-
кой: если «урановые лучи» возникают не при подводе энергии извне (никакое
солнечное облучение для них, оказывается, не нужно) и являются свойством
самого урана, то откуда же этот уран берет энергию? Закон сохранения энергии
был давно уже известен, было ясно, что из ниоткуда энергия взяться не может -
она либо поступает извне, из какого-то источника (например, Солнца), либо
когда-то заранее накоплена (так мы накапливаем энергию в поднятой кверху гире
часов с кукушкой).
На вопрос об энергии (откуда она берется у урана) ответим так. Да,
действительно, внутри урана есть источник ранее накопленной энергии, которая
постепенно высвобождается при излучении, как из подвешенного дырявого ведра
постепенно выкапывает вода, пока вся не кончится. Источник этот был заложен в уран
так же, как закладывается распадная энергия в углероде-14, то есть во время
создания самого вещества. Разница только в том, что углерод-14 производится в
настоящее время в атмосфере, и его молекула запасает энергию космических
лучей, а уран был «произведен» природой миллиарды лет назад, просто период его
полураспада гораздо больше, чем у углерода-14... Впрочем, это сейчас мы с
вами знаем о распаде и можем на данный вопрос ответить. А Беккерель ничего о
распаде не знал! И никто не знал. Тогда люди просто столкнулись с необычным
явлением и заинтересовались.
Так вот, среди заинтересовавшихся была и наша знакомая Мария Склодовская-
Кюри - та самая женщина, которая потом назовет это явление радиоактивностью.
Мария задалась совершенно правильным вопросом: а нет ли других веществ,
помимо урана, которые вот так же обладают свойством испускать невидимые, но
проникающие лучи?
И прекрасным летом 1898 года она приступила к исследованиям. Вскоре
выяснилось , что, кроме урана, излучает еще и торий. А однажды, изучая урановую руду
определенного сорта из Чехии (она называлась смоляная обманка), Мария
неожиданно обнаружила, что эта смоляная обманка излучает гораздо сильнее, чем даже
чистый уран! Как такое может быть, чтобы уран с пустой породой излучал
сильнее чистого урана? Значит, в этой породе есть еще какой-то неизвестный
элемент, который излучает сильнее, чем уран, только так можно объяснить этот
феномен !
Догадка оказалась верной, в смоляной обманке (смешное все-таки название и
очень верное!) обнаружилось целых два доселе неизвестных науке металла.
Мария , как первооткрыватель, дала им названия. Первый найденный металл она
назвала в честь своей родины Польши - полонием, а второй - радием.
Для того, чтобы выделить эти металлы из горной породы в чистом виде, муж
Марии Пьер отложил свои исследования и начал помогать жене. Ими была
проведена тяжелая, огромная, очень грязная и довольно опасная для здоровья работа.
Для того, чтобы вы поняли объем этой работы, нужно отметить, что содержание
полезного вещества (радия) в руде составляло всего одну миллионную часть. То
есть на миллион атомов пустой породы приходился только один атом радия.
Чтобы выделить одну десятую долю грамма радия (причем даже не чистого
радия, а хлорной соли радия), супругам пришлось на протяжении нескольких лет в
дырявом продуваемом сарае перерабатывать в огромных чанах тонны и тонны руды,
обрабатывая ее вредной серной кислотой. Работа отнимала все время, с деньгами
было очень туго, а тут еще маленький ребенок... Но ребята справились! И через
четыре года искомое вещество - соль радия - было в наличии.
Оно было прекрасно! Если соли урана светились тусклым зеленым светом, то
соль радия не только светилась прекрасным голубоватым светом, но и испускала
тепло! Как видите, радий был весьма активен!
Все газеты того времени писали об этом удивительном радии. А русский поэт
Маяковский, иллюстрируя, как трудно ищутся нужные слова для рифм, сравнил
написание стихов с трудами Марии Кюри:
Поэзия - та же добыча радия.
В грамм добыча, в годы труды.
Изводишь единого слова ради
Тысячи тонн словесной руды.
Да, радий произвел большое впечатление на человечество. Великий ученый
Альберт Эйнштейн даже сравнил обнаружение радиоактивности с покорением огня,
настолько большое значение он придавал этому открытию.
По результатам своей тяжкой работы Мария написала и с блеском защитила
докторскую диссертацию, которая, по мнению научного комитета, была признана
величайшей из всех ранее существовавших докторских работ. Вскоре за эту работу
ей и ее мужу была вручена высшая научная награда - Нобелевская премия.
Мария считала себя самым счастливым человеком. Она говорила, что «обрела в
браке все, о чем только могла мечтать и даже больше того».
Уже позже выяснилось, что это «больше» было смертью.
Радиоактивность - очень опасная вещь. Ее воздействие на организм совершенно
никак не ощущается, но она убивает человека, разрушая его организм своим
проникающим излучением. Это называется лучевая болезнь. Страшная штука... Но
тогда об этом ничего еще не знали, поэтому исследователи брали радиоактивные
препараты голыми руками, носили их в кармане, а Мария таскала на груди кулон
с радиоактивным радием. Он был все время теплым и так красиво светился в
темноте ... В результате у Марии Кюри все руки были в незаживающих язвочках, а
сама она, в конце концов, умерла от рака крови, вызванного лучевой болезнью.
И не только она! Умерла от лучевой болезни вся ее семья - и дочь, и муж ее
дочери, поскольку они жили вместе с Марией. Не умер от лучевой болезни только
муж Марии - Пьер, да и то лишь потому, что в 1906 году погиб в дорожно-
транспортном происшествии. Только попал он не под машину, которых в Париже
тогда еще практически не было, а под конный экипаж.
Мария тяжело переживала смерть мужа и соратника по борьбе с загадками
природы . Только наука и дальнейшие исследования поддерживали ее в горе. Она
стала первой женщиной, которая читала лекции во французском университете и
возглавляла там кафедру, при этом продолжая работу в лаборатории. Ей хотелось
выделить из соли чистый металлический радий. И уже после смерти мужа, в 1910
году - через 12 лет после начала исследований - это удалось, наконец,
сделать . И за это в следующем году ей была вручена вторая Нобелевская премия.
12 лет работы с радиоактивными материалами. . . За эти годы радиоактивная
пыль пропитала буквально все в лаборатории и доме Кюри. Когда через полвека к
листочку из блокнота, в котором супруги Кюри вели свои записи, поднесли
прибор для замера ионизирующего излучения (он называется счетчик Гейгера),
счетчик тревожно застрекотал, оповещая о высоком уровне радиации. А когда этот
листок положили на фотопластинку, лучи от микроскопических радиоактивных
пылинок, застрявших в бумаге, эту пластинку засветили. На фото даже был виден
след от пальца - то ли Марии, то ли Пьера Кюри, которые когда-то держали в
руках этот радиоактивный блокнотный листок.
Так что же это были за лучи такие смертельные? И почему тяжелые металлы их
излучают?
Физик Резерфорд выдвинул гипотезу (научное предположение), что
радиоактивное излучение - это следствие распада атомных ядер. При распаде, по мысли
Резерфорд а, радий превращается в другой элемент. Как мы с вами уже знаем, эта
гипотеза потом подтвердилась.
Ученые, увлеченно изучающие распад атомных ядер, выяснили, что при этом
процессе образуются целых три вида излучения. Как выяснили? Да легко - они
пропускали таинственные лучи между полюсами обычного магнита. К тому времени
люди уже давно знали, что магнит влияет на летящие электрические заряды,
отклоняя положительные заряды в одну сторону, а отрицательные в другую. И
пытались таким образом определить: а не являются ли таинственные лучи просто-
напросто потоком заряженных частиц? Если магнит на них повлияет, значит
таинственные «лучи» - это просто поток заряженных частичек. Все гениальное
просто!
Тогда-то и выяснилось, что есть целых три сорта радиационного излучения!
Ученые назвали их альфа-излучением, бета-излучением и гамма-излучением и
обозначили для краткости греческими буквами - а, р и Y-
Оказалось, что часть «лучей» в магнитном поле немного отклоняется магнитом
вправо (эту часть излучения назвали альфа), другая часть довольно сильно
отклоняется влево (бета), а третья часть пролетает, не замечая магнита (гамма).
Зная, как действует магнит на заряды (а наука, как мы уже сказали, к тому
времени имела об этом представление), ученые сделали вывод: то, что
отклонилось немного вправо - струя положительных частичек, причем тяжелых, судя по
небольшому отклонению. Другая часть, отклоненная сильно влево - это
отрицательно заряженные частицы, причем легкие, поскольку магниту легко их
отклонить. Ну, а третья часть, которая магнитом не отклонилась -
электронейтральна.
Разделение ионизирующего излучения на три сорта —
альфа, бета и гамма.
Что такое легонькие отрицательные частицы, ученые уже знали - это
электроны . Значит, бета-излучение есть не что иное, как обычный поток электронов.
Эта загадка решена.
Альфа-излучение, то есть положительно заряженные частицы оказались ядрами
гелия (два протона, два нейтрона). Найдите гелий в таблице Менделеева, не
поленитесь . Видите - два положительно заряженных протона и вес в четыре
единицы. Получается, что тяжелые ядра некоторых металлов, распадаясь, выплевывают
сгусточек, состоящий из двух протонов и двух нейтронов.
Ну, а то, что прошло сквозь магнитное поле, не отклоняясь, то есть было
электрически нейтральным, и есть собственно лучи. Те самые, загадочные и
проникающие . Из чего они «сделаны»?
Ответа на этот вопрос у ученых не было. Видимо, из того же, из чего сделаны
лучи Солнца, то есть видимого света. Ньютон предполагал, что это поток
частичек, а другие ученые, изучавшие волны, считали, что свет - волны, то есть
колебание мирового эфира. Солнечный свет мы видим глазами, но для него мы сами
непрозрачны. А вот гамма-лучи и рентгеновские лучи глазами мы не видим. Но
зато мы для них совершенно прозрачны!
Именно эти лучи нас и убивают. Они - самая главная опасность
радиоактивности.
Гамма-лучи прошивают нас насквозь и разрушают наше тело, отчего человек
умирает в страшных мучениях. Человечество даже придумало специальный значок,
предупреждающий о радиации.
Внимание! Опасность радиации!
А что же другие виды радиации - бета и альфа?
Они неопасны или, точнее, малоопасны. Электроны и ядра гелия легко
задерживаются листом бумаги, стеклом, да и просто слоем воздуха, так что укрыться от
них не проблема. А вот гамма-лучи. . . Упаси нас боже попасть под гамма-
излучение! Это реальный жесткач! От них тоже можно укрыться, только для этого
требуется толстый слой брони или подземные бункеры. И что самое неприятное,
человек во время облучения вообще ничего не чувствует. В окружающей нас
природе нет таких мощных потоков гамма-лучей, какие научилось получать
человечество искусственно, поэтому эволюция и не предусмотрела для животного мира
никакой сигнальной системы о подобной опасности. От огня мы чувствуем боль, а
вот излучение убивает неощутимо.
Люди взрослые прекрасно знают о лучевой болезни. Ваши мама и папа, быть
может, изучали в школе плакаты о поражающем действии радиации во время атомной
войны. Поэтому у взрослых людей страх перед радиацией весьма велик. Но они
плохо помнят школьный курс и не знают, что радиация бывает разная. Опасно
гамма-излучение. А вот, например, бета-излучение даже применяется в наручных
часах - для подсветки стрелок и циферок ночью. Выглядит это свечение довольно
красиво. Во всяком случае, я бы на вашем месте серьезно задумался о том,
чтобы попросить у родителей приобрести для вас такие часы. Правда, стоят они
довольно дорого, но зато вещь отличная!
А стоят они дорого, потому что для подсветки используется тритий -
сверхтяжелый водород, то есть водород-3, в атомном ядре которого не только одинокий
протон, но и два нейтрона. Бывает еще дейтерий - просто тяжелый водород
(протон и один нейтрон), но в часах с подсветкой используется именно тритий.
Вещество это очень редкое и потому дорогое. 1 грамм трития стоит 30 тысяч
долларов . В часах используют ничтожные доли миллиграмма этого вещества. Тритием
наполняют стеклянную микроампулу, стенки которой изнутри покрыты люминофором
- веществом, которое может светиться при облучении электронами. Эти
микроампулы наклеивают на стрелки и цифры часов.
Что же происходит дальше?
Тритий радиоактивен. То есть этот изотоп нестабилен, он распадается.
Формула распада написана ниже, она проста и понятна любому умному ребенку.
iH3 = 2Не3 + е" + v
Слева тритий, обозначенный значком водорода из таблицы Менделеева (Н) , он
имеет один протон и атомную массу в три нуклона. После распада получается
нейтрино (v), электрон (е) и изотоп гелия - гелий-3, то есть второй
химический элемент в таблице Менделеева. В нем, как видите, два протона и один
нейтрон.
Электрончики, которые выстреливаются в момент распада, бомбардируют
люминофор , вызывая его свечение. Светится слой люминофора круглосуточно, просто
днем это свечение незаметно, а ночью очень даже! И светиться он будет годами,
потому что период полураспада трития 12 лет. То есть через 12 лет светимость
часов упадет вдвое. А сколько вам будет через 12 лет, друг мой юный? Страшно
представить! Столько не живут, как говорится...
В общем, выдвинув родителям требование о часах с тритием, нужно провести
среди них разъяснительную работу, объяснив:
- Ничего опасного в таких часах нет, это же бета-распад, то есть
электронное излучение, а оно, как вам должно быть известно из школьного курса физики,
задерживается чем угодно - листом бумаги, стеклом, а также быстро гасится в
воздухе.
После чего необходимо рассказать о периоде полураспада трития и уйти в свою
комнату, оставив маму или папу с открытыми ртами на кухне. Пусть придут в
себя и хорошенечко подумают, не стоит ли и вправду купить такому умному ребенку
часы с тритием? Подумаешь, половина зарплаты...
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
ПЕРЕМЕНЫ
Нил Гейман
В
Позднее будут ссылаться на смерть его сестры, на рак, пожравший жизнь
двенадцатилетней девочки, на опухоли размером с гусиное яйцо в ее мозгу,
вспоминать семилетнего, сопливого и стриженного ежиком мальчугана, который широко
распахнутыми карими глазами смотрел, как она умирает в белой больнице, и
говорить: «С этого все началось», и, возможно, так оно и было.
В биоэпопее «Перезагрузка» (реж. Роберт Земекис, 2018 г.) следующая сцена
тоже будет в больнице: подросток смотрит, как его учитель биологии умирает от
СПИДа, а затем в перебивку пойдет их спор из-за расчленения большой лягушки с
белым брюхом.
— Зачем нам ее резать? — говорит юный Раджит на фоне музыкальной темы
наплывом. — Разве нам не следовало бы подарить ей жизнь?
Его учитель, которого играет покойный Джеймс Эрл Джонс, глядит пристыженно,
потом окрыленно, когда поднимает руку с больничной койки, чтобы положить на
костлявое плечо подростка.
— Если кто-то на это способен, Раджит, то только ты, — говорит он низким
раскатистым басом.
Мальчик кивает и смотрит в камеру, и решимость в его глазах граничит с
фанатизмом .
Этого никогда не было.
ЕЕ
Серый ноябрьский день. Теперь Раджит — высокий мужчина лет сорока, в очках
с темной оправой, которых в данный момент на нем нет. Отсутствие очков
подчеркивает его наготу. Он сидит в ванне и, пока остывает вода, репетирует
окончание своей речи. В повседневной жизни он немного сутулится, хотя сейчас
— нет, и раздумывает над словами, прежде чем их произнести. Он не умеет
выступать на публике.
В бруклинской квартире, которую он делит с еще одним ученым и
библиотекарем, сегодня пусто. Его пенис в тепловатой воде съежился и стал похож на
усеченный конус.
— Это означает, — громко и медленно произносит он, — что война против рака
выиграна.
Потом он делает паузу, выслушивает вопрос стоящего у стены ванной
воображаемого репортера.
— Побочные эффекты? — отвечает он самому себе, и ответ отражается от плитки
гулким эхом. — Да, некоторые побочные эффекты присутствуют. Но насколько мы
могли установить, нет ничего, что повлекло за собой необратимые изменения,
никаких перемен мы не ожидаем.
Он выбирается из выщербленной фаянсовой ванны и голым подходит к унитазу, в
который отчаянно блюет — страх перед рампами пронзает его, как разделочный
нож. Когда блевать больше нечем, и сухие позывы сходят на нет, Раджит полощет
рот «листерином», одевается и спускается в подземку, чтобы добраться в
центральный Манхэттен.
ЕВЗ
Это открытие, как напишет журнал «Тайм», «изменит саму суть медицины так же
фундаментально, как в свое время открытие пенициллина».
— Что, если, — говорит Джефф Голдблюм, играющий в биоэпопее взрослого Рад-
жита, — что, если было бы возможно переустановить генетический код тела?
Слишком много болезней вызвано тем, что тело забыло, что ему следует делать.
Сбой в коде. Программа глючит. Что, если бы... что, если бы можно было написать
к ней патч?
— Ты сумасшедший, — отвечает в фильме его очаровательная светловолосая
подруга. В реальной жизни подружки у него нет; в реальности его сексуальная
жизнь сводится к прерывистой череде коммерческих сделок между Раджитом и
молодыми мужчинами из эскорт-агентства «Аякс».
— Только подумай, — говорит Джефф Голдблюм, облекая свои мысли в слова
лучше, чем когда-либо удавалось самому Раджиту, — это сродни компьютеру. Вместо
того чтобы один за другим, симптом за симптомом устранять вызванные глючной
программой сбои, можно просто переустановить саму программу. В ней же есть
вся информация. Нам просто придется заново запустить наши тела, перепроверить
РНК и ДНК, — если хочешь, заново прочесть программу. А потом перезагрузиться.
Светловолосая актриса улыбается и останавливает поток его слов поцелуем —
страстным, снисходительным, восхищенным.
ш
У женщины был рак селезенки, лимфатических узлов и брюшной полости:
поражение лимфообразующих тканей. Еще у нее воспаление легких. Она согласилась на
просьбу Раджита разрешить испробовать на ней новую методику. Еще она знает,
что утверждать, будто кто-то излечил рак, в Америке противозаконно. До
недавнего времени она была очень толстой. Килограммы с нее спали, и Раджиту она
напоминает снеговика под солнцем: с каждым днем она все больше теряет
очертания , тает.
— Это не лекарство в обычном понимании слова, — говорит он ей. — Это набор
химических инструкций.
Она смотрит непонимающим взглядом. Он вводит ей в вену две ампулы
прозрачной жидкости. Вскоре она засыпает.
А когда просыпается, никакого рака нет и в помине. Вскоре после этого ее
приканчивает пневмония.
Два дня, предшествовавших ее смерти, Раджит задавался вопросом, как
объяснить тот факт, что, как недвусмысленно показывает аутопсия, у пациента теперь
есть пенис, и во всех отношениях — функционально и по хромосомам — он
является мужчиной.
2
Следующая сцена — двадцать лет спустя, крохотная новоорлеанская квартирка
(хотя она с тем же успехом может быть московской или манчестерской, парижской
или берлинской). Сегодня великий вечер, и Джо/зефина поразит всех.
Выбрать предстоит между придворным платьем восемнадцатого века в стиле
полонез с кринолином (фиброглассовый турнюр, расшитый кружевами алый корсаж на
проволочном каркасе подчеркивает глубокое декольте) и репликой придворного
платья сэра Филиппа Сидни1 из черного бархата с серебряной нитью,
дополненного жестким плоеным воротником и гульфиком.
Наконец, взвесив все за и против, Джо/зефина щупает грудь над членом. Еще
двенадцать часов: Джо/зефина открывает пузырек с красными таблетками, на
каждой таблеточке значок «X», и забрасывает в рот две. Десять утра, и Джо/зефина
отправляется в кровать, где начинает мастурбировать (пенис встает лишь
наполовину) , но засыпает еще прежде, чем кончить.
Комната очень маленькая. По стенам, стульям, дверцам шкафов развешана
одежда. На полу — пустая коробка из-под пиццы. Обычно Джо/зефина громко храпит,
но в «перезагрузке» не издает никаких звуков вообще, — с тем же успехом это
может быть своего рода кома.
Джо/зефина просыпается в десять вечера, чувствуя себя хрупкой, нежной и
обновленной. Раньше, когда для Джо/зефины все только начиналось, за каждой
переменой следовал дотошный осмотр перед зеркалом, инспекция родинок и сосков,
передней плоти или клитора, попытки определить, какие шрамы исчезли, а какие
остались. Но теперь Джо/зефина в этом мастер и надевает турнюр, нижние юбки,
корсаж и платье. Ее новые груди (высокие и конические) поднимаются и
подтягиваются, нижние юбки метут пол, что означает, что под них можно надеть пару
сорокалетней давности «док-мартенсов» (никогда не знаешь, когда придется
бежать , идти или отбрыкиваться, а от шелковых туфелек проку ни на грош).
Высокий припудренный парик завершает ансамбль. Пшикнуть туалетной водой.
Потом рука Джо/зефины шарит по нижним юбкам, палец проходит между ног (трусов
Джо/зефина не носит, претендуя на аутентичность, которую сводят на нет «док-
1 Сэр Филип Сидни (1554 — 1586) — поэт и дипломат при дворе королевы Елизаветы I,
еще при жизни считался воплощением куртуазного придворного.
мартенсы»), потом наносит духи за ушами — на Удачу, быть может. В одиннадцать
ноль пять от входной двери звонит таксист, и Джо/зефина спускается вниз.
Джо/зефина едет на бал.
Завтра вечером Джо/зефина примет еще дозу; в рабочие дни начальство
требует, чтобы Джо/зефина была исключительно мужчиной.
Е
Переписание отвечающего за пол хромосомного кода Раджит всегда считал лишь
незначительным побочным эффектом. Нобелевскую премию давали за лекарство
против рака (перезагрузка, как выяснилось, излечивала большинство видов рака, но
не все).
Для человека умного, Раджит оказался на удивление близоруким. Было кое-что,
что он не удосужился предвидеть. Например...
Что некоторые люди скорее умрут от рака, чем подвергнутся перемене пола.
Что католическая церковь выступит против химического триггера Раджита, к
тому времени уже выброшенного на рынок под брэндовым названием
«Перезагрузка», главным образом потому, что перемена пола заставляла тело женщины в
процессе перезагрузки снова вбирать в себя плоть эмбриона, ведь мужчины не могут
быть беременны. Против Раджита выступил еще ряд религиозных организаций, в
основном исходя из Книги Бытия, главы первой, стих двадцать седьмой: «И
сотворил Бог1 человека по образу Своему, по образу Божию сотворил его; мужчину и
женщину сотворил их».
Среди выступивших против Раджита были ислам, русская православная церковь,
римско-католическая церковь (за вычетом ряда раскольнических голосов),
униатская церковь, ортодоксальный трек-фэндом, ортодоксальный иудаизм, альянс
фундаменталистов США..
К тем, кто выступил в поддержку применения метода Раджита по назначению
квалифицированного врача, относились большинство буддистов, Церковь Святых
Последнего дня, греческая православная церковь, церковь сайентологов,
англиканская церковь (за вычетом ряда раскольнических голосов), нью-йоркский трек-
фэндом, либеральный и реформированный иудаизм, американская коалиция нью-
эйдж.
Ни одна религиозная организация или доктрина поначалу не одобрила
использования «Перезагрузки» для удовольствия или развлечения.
Хотя Раджит сознавал, что благодаря перезагрузке любые операции по перемене
пола отойдут в прошлое, ему никогда не приходило в голову, что кто-то может
прибегнуть к ней из страсти, любопытства или ради эскапизма. Поэтому он не
предвидел возникновения черного рынка «Перезагрузки» и сходных химических
триггеров, равно как и того, что через пятнадцать лет после одобрения
«Комиссией по продуктам питания и напиткам»2 и появления его «Перезагрузки» в
аптеках нелегальные продажи аналогов его детища (или, как они вскоре будут
известны, «бутлегерских ребутов») более чем в десять раз превысят продажи
героина и кокаина.
В нескольких новокоммунистических государствах Восточной Европы владение
«бутлегами» каралось смертной казнью в судебном порядке.
По слухам, в Таиланде и Монголии мальчиков насильно перезагружали в
девочек , чтобы повысить их ценность как проституток.
2 Комитет по охране прав потребителей в США, дает разрешение на коммерческое
использование новых продуктов питания и лекарственных препаратов.
Мальчиков перезагружали в девочек, девочек перезагружали в мальчиков: семьи
экономили на чем могли ради одной-единственной дозы. Старики, как и прежде,
умирали от рака. Последовавший за тем кризис рождаемости не воспринимался как
таковой до тех пор, пока не стало поздно, предложенные для его преодоления
крайние меры оказались слишком сложными для введения и в свою очередь привели
к революции.
По сообщениям международной правозащитной организации «Эмнисти Интернэшнл»,
в нескольких панарабских странах мужчин, которые не могли с легкостью
продемонстрировать свою принадлежность к мужскому полу, иными словами, сбежавших
из-под паранджи женщин, бросали в тюрьмы, во многих случаях насиловали и
убивали. Большинство арабских лидеров отрицали не только существование в их
государствах подобного явления, но даже саму его возможность.
Раджиту — шестьдесят, когда в «Ньюйоркце» он читает, что слово «перемена»
начало приобретать вторичное значение «глубочайшая непристойность» и «табу».
Школьники смущенно хихикают, натыкаясь на такие фразы «Мне нужно переменить
обстановку», «Время перемен»3 или на уроках литературы до двадцать первого
века. На уроке английского языка в Норвиче возглас четырнадцатилетнего
подростка «Аида на перемену!» был встречен непристойным гоготом.
Представитель Английского Королевского Общества написал послание в «Тайме»,
где сожалел об утрате для английского языка вполне нормального слова.
Несколько лет спустя подростка в Ситхэме судили за появление на публике в
футболке с крупно отпечатанной надписью: «Я переменился».
^^
Джекки работает в «Бутонах», ночном клубе в западном Голливуде. Десятки,
если не сотни таких Джекки есть в Лос-Анджелесе, тысячи — в стране, сотни
тысяч — в мире.
Одни работают на правительство, другие — на религиозные организации, третьи
— в сфере бизнеса. В Нью-Йорке, Лондоне и в Лос-Анджелесе люди, подобные
Джекки, стоят на входе в тех местах, куда ежедневно приходят толпы людей.
А делает Джекки вот что: смотрит на проходящих мимо и думает: «Рожден М,
теперь Ж; рождена Ж, теперь М; рожден М, теперь М; рожден М, теперь Ж;
рождена Ж, теперь Ж...».
В «натуральные дни» (для откровенно «непеременившихся») Джекки часто
говорит: «Прошу прощения, сегодня вам нельзя». Такие, как Джекки, угадывают с
девяносто семью процентами достоверности. Статья в «Сайнтифик Америкэн»
указывала, что умение распознавать пол может передаваться по наследству, мол,
такая способность существовала всегда, но до недавнего времени не являлась
существенно необходимой для выживания.
На Джекки нападают на задней стоянке «Бутонов» под утро по дороге с работы.
И когда каждый новый ботинок врезается или ударяет Джекки в лицо, в грудь или
в пах, Джекки думает: «Рожден М, теперь Ж; рождена Ж, теперь Ж; рождена Ж,
теперь М; рожден М, теперь М...».
Когда Джекки выписывают из больницы (один глаз вообще ничего не видит; лицо
и грудь превратились в единый громадный пурпурно-зеленый синяк), дома на
столе его ждет записка, присланная с огромным букетом экзотических цветов:
Джекки ждут на работе.
Однако Джекки садится на скоростной поезд в Чикаго, а оттуда — на пассажир-
3 «Ветер перемен». Песня группы «Scorpions».
ский до Канзас-сити, и там остается: красит дома, чинит проводку, эти
специальности он приобрел давным-давно, — и назад никогда больше не возвращается.
й
Сейчас Раджиту за семьдесят. Он живет в Рио-де-Жанейро. Он достаточно
богат , чтобы удовлетворить любой свой каприз, но сексом больше ни с кем не
занимается. Из окна своей квартиры он на всех смотрит подозрительно,
вглядывается в бронзовые тела на Копакабана и недоумевает.
Люди на пляже думают о нем не больше, чем подросток, у которого хламидии,
думает про Александра Флеминга4. Большинство уверены, что Раджита давно уже
нет в живых. Ни одному нет дела, жив он или мертв.
Выдвигалось предположение, что определенные разновидности рака развились
или мутировали, чтобы устоять перед перезагрузкой. Многие бактериальные и
вирусные заболевания перезагрузке не поддаются. Десяток даже процветает
благодаря ей, а одно (штамм гонореи), согласно нынешней гипотезе, использует
перезагрузку как путь переноса инфекции: первоначально пребывает в дорматном
состоянии и становится заразным лишь тогда, когда исходные половые органы
преобразуются в гениталии противоположного пола. Тем не менее, средняя
продолжительность жизни на Западе увеличивается.
Почему одни вольноперезагрузочники (как стали называть тех, кто прибегает к
перезагрузке ради развлечения) стареют с нормальной скоростью, тогда как у
других признаки старения как будто вообще не проявляются, до сих пор ставит
ученых в тупик. Одни утверждают, что на самом деле вторая группа тоже
стареет , но на клеточном уровне. Другие придерживаются мнения, что окончательные
выводы делать еще рано и что никто ничего не знает наверняка.
Перезагрузка не обращает процесс старения вспять; однако есть
свидетельства , что в некоторых случаях она способна его остановить. Многие представители
старшего поколения, до сих пор чуравшиеся перезагрузки ради удовольствия,
начинают принимать таблетки регулярно, иными словами, вольно перезагружаться —
причём вне зависимости от того, имеются ли у них для этого медицинские
показания .
Ш
Деньги теперь не «разменивают», а «берут мелочью», школьные «перемены»
сменились «перекурами», говоря о погоде, замечают, что «небо приобрело другой
цвет».
Процесс придания иной формы или облика теперь обычно называют «сдвигом».
В своей рио-де-жанейрской квартире Раджит умирает от рака. Ему слегка за
девяносто. Он никогда не пробовал «перезагрузку»; сама мысль об этом приводит
его в ужас. Метастазы расползаются по костям его таза и семенным железам.
Он звонит в колокольчик. Короткое ожидание, пока сиделка выключает
ежедневную «мыльную оперу», ставит чашку с кофе. Наконец она входит.
— Вывезите меня на воздух, — приказывает он сиделке. Голос у него хриплый.
Поначалу сиделка делает вид, что его не понимает. Он повторяет то же самое
на плохом португальском. Сиделка качает головой.
Подтягиваясь на руках, он выбирается из кровати — съежившееся тело, ссуту-
4 Александр Флеминг (1881 — 1955) — врач-вирусолог, открыватель пенициллина, лауреат
Нобелевской премии 1928 г.
ленное настолько, что кажется почти горбатым, настолько худое, что, наверное,
хватило бы порыва ветра, чтобы его сдуть, — и с трудом ковыляет к двери из
квартиры.
Сиделка пытается его отговорить и терпит неудачу. Тогда она выходит с ним в
коридор и держит под локоть, пока они ждут лифта. Он не выходил из квартиры
вот уже два года. Даже до рака Раджит не выходил из квартиры. Он почти ослеп.
Сиделка выводит его на палящее солнце, переводит через дорогу, а оттуда на
песок Копакабаны.
Люди на пляже пораженно смотрят на старика, лысого и разлагающегося, в
древней пижаме, который озирается по сторонам выцветшими, некогда карими
глазами поверх очков в темной оправе с толстыми, как бутылочное донышко,
стеклами.
А он пораженно смотрит на них.
Они золотые и прекрасные. Кое-кто спит на песке. Большинство наги или же
щеголяют в таких купальных одеяниях, которые только подчеркивают и выпячивают
их наготу.
И тут Раджит их узнает.
Позже, много позже снимают другую биоэпопею. В последней сцене старик
падает на колени посреди пляжа, как он сделал это в реальной жизни, и из
расстегнутого клапана на пижамных штанах капает кровь, пропитывая застиранный
хлопок , темными пятнами пачкая мягкий песок. Он смотрит на них, переводит взгляд
с одного на другого, и на его лице написано благоговение, точно на лице
человека , который наконец научился глядеть прямо на солнце.
Умирая в окружении золотых людей, которые не были мужчинами, которые не
были женщинами, он произнес лишь одно слово.
Он сказал:
— Ангелы.
И люди, смотрящие биоэпопею, столь же золотые, столь же прекрасные, как
измененные люди на пляже, поняли, что это конец всему.
И тому миру, какой знал Раджит, это действительно был конец.
Литпортал
КРЕЙСЕР "КУНЖУТ"
- Гражданка, успокойтесь и расскажите, что у вас случилось?
- Сын пропал.
- Понятно. Когда, где, кто последний видел?
- Вышел в сеть свою, проклятую и не возвращается. Я пыталась снять с него
очки, но там кодовый замок.
- Какую сеть?
- Интернет. Играет там.
- Так он не пропал?
- Пропал.
- Но он же дома?
- Дома. Но там только тело, он не реагирует ни на что.
- Так, гражданка, не пудрите мне голову. Вызовите там скорую или
интернетчиков . Сын у вас не пропал.
Через несколько часов. Дома у гражданки К.
- Боюсь, что мы вам ничем помочь не сможем. Как только мы пытаемся
отключить его от сети - сразу падает давление. Так что госпитализация невозможна.
- А что мне тогда делать?
- Мы поставим ему физраствор. Памперсы взрослые купите. Но этим точно не мы
должны заниматься. Попробуйте обратиться в милицию.
- Они говорят, что это не их юрисдикция.
- Ну и не наша точно. Всего доброго.
Несколько дней спустя.
- Итак, кто вам дал мой номер телефона?
- Не знаю, - женщина начинает плакать. - Просто позвонили на домашний и
продиктовали номер.
- Понятно. Ваша проблема мне ясна. Свой гонорар я озвучил. Вы согласны?
- А у меня есть выбор?
- Если честно, никакого. Я, пока что, монополист на этом рынке услуг, - он
довольно улыбается
Через неделю после выхода в сеть.
Так-так-так. Очки виртуальной реальности и полного погружения, включая
запахи? Неплохо мальчик зарабатывал. Хотя скорее у мамы выпросил. Штука редкая
и дорогая. Да и очередь на неё у нас. Так. Он-лайн он уже 7 суток. Пока
физраствор помогает. Но сколько еще он продержится без врачебной помощи никому
неизвестно и прогнозировать очень тяжело. Где-то тут должен быть разъём для
внешнего подключения. Ага, вот он. Сейчас попробую открыть. Не поддается,
зараза. Где же паренек застрял?
Что у него тут на столе? Ключ к самой современной НФ игра «Лилит»? Она же
еще в закрытом доступе. Там даже альфа-тест толком не прошёл! Он
профессиональный тестер? Вряд ли, всего один компьютер в доме и нет профессиональной
литературы. Все очень странно. Так, что там про игру пишут: «Станьте
покорителем космоса, подчините себе тех, кто не так развит, тех, кто не может
противостоять мощи вашего разума и ваших технологий». Понятно. Очередное
разрушай и завоевывай, стань крутым на экране и не думай, что по этому поводу
скажет мама. Я рассчитывал на большее. Щелк! Ага, открылась. Сейчас подключусь и
вытащу парня. Хм... интерфейс ноутбука не поддерживается. Ладно, что хочет?
Шлем виртуальной реальности? Хорошо, у меня есть. Прошлое поколение, но
должно подойти.
Первый день на корабле.
Мерцание в глазах и белый шум в ушах. Интерфейс входа они еще не наладили.
- Здравствуйте. Вас приветствует система обучения и помощи Аристотель.
Хотите ли вы пройти базовое обучение?
- Нет
- Принято. Хотите ли вы задать вопросы?
- Да. Как отключиться от программы?
- Подойти к контрольной панели и сказать «ВЫХОД»
- Желаю попасть на тот же корабль, что и в последний раз.
- Выполняю. Крейсер «Кунжут» будет рад приветствовать вас.
Снова мерцание. Так, лежу на койке. Койка маленькая и неудобная. Значит,
отправило меня куда надо. Теперь найти парня и в реальный мир. Хм. А какое у
меня звание? Два ромбика и звезда? Это что за система.
- Аристотель. Какое у меня звание?
- Рядовой.
- Как мне поднять выше?
- Совершить подвиг. Выполнить необходимое количество поручений. Ввести
специальную команду.
- Какую команду?
- Не имею права вам сообщать.
Так. Консоль закрыта, интересно зачем? Здесь же нет простых пользователей,
только тестеры. Ладно. Коридоры узкие. Потолки низкие. Дешевенький крейсер
парню достался. Базовый что ли? Ну, за неделю можно было и что-то посерьезнее
поднять. Ладно. Идем искать. Так, вот это точно капитанский мостик. В смысле
нет доступа? А что мне делать?
- Аристотель, как мне попасть на капитанский мостик?
- Капитанский мостик открыт для игроков со званием не ниже сержанта.
- Так, а как мне тогда выйти из игры?
- Подойти к контрольной панели и сказать «ВЫХОД»
- А где находиться эта панель?
- Контрольная панель располагается на капитанском мостике.
- Но я не могу туда попасть!
- Все верно. Капитанский мостик открыт для игроков со званием не ниже
сержанта. Ваше звание - рядовой.
Черт. Вот я и нашел суть проблемы. Парень не смог докачаться до сержанта.
Но вроде не такой тупой? В чем же дело.
- Аристотель. Есть ли на этом корабле еще игроки?
- Да, на камбузе игрок Светочнижнееподчеркиваниенадежды проходит квест.
Камбуз-камбуз-камбуз. Ага, вот он. И какой тут квест он выполняет? Ха, не
полы же мыть будущему покорителя космоса.
- Эй, как там тебя, Светочнижнееподчеркиваниенадежды здесь находится?
- Да, это я. Но ты такой же рядовой, так что не сможешь дать мне задание,
тупой бот.
- Я не бот. Я взломал твою виртуалку и здесь, чтобы вытащить тебя.
- Правда? Ура. Говори пароль и нас выкинет отсюда.
- В смысле пароль? Я его не знаю. Раскачать до сержанта не проще?
- Ты дурак? Посмотри сколько там опыта надо.
- Один миллиард? А за квест сколько дают?
- От одного до десяти
- Что за глупость! Быть не может. Это же баг. Нужно связаться с модератором
или администратором и нас отсюда вытащат.
- Ха, ну попробуй.
- Аристотель свяжи меня с администратором.
- К сожалению, данная функция еще не работает.
- Облом, да?
- А что ты лыбишься?
- Я не тупой, первым делом попробовал. Они по скайпу связываются, чтобы
сервер не перегружать.
- Откуда знаешь?
- У меня друг тут тестировщиком подрабатывает. Я него пароль и спер. Он на
месяц в отпуск умотал.
- И что теперь делать?
- Качаться, спасатель. Только качаться. Может, еще успеем.
8 дней после захода в сеть.
- В смысле второй пропал? Да вот же они оба сидят. Так, за ложный вызов
полагается штраф, гражданочка. А то, что они не хотят из игры выходить - так у
нас страна свободная, каждый делает что хочет.
3 недели после захода в сеть.
Сообщение на форуме тестировщиков игры «Лилит».
Уважаемые коллеги, наконец, дошли руки исправить глупый баг с ценой первого
повышения в звании. Теперь все работает корректно. Вместо миллиарда цена по-
вышения сто единиц опыта. Чтобы фикс начал работать, выйдите и войдите в игру
занова.
P.S.
Теперь нет необходимости кричать «Сим-сим откройся», чтобы открыть дверь на
капитанский мостик.
Литпортал
КОНТАКТ
Тук-тук
Тук-тук-тук.
— Олег! Олежка, проснись!
— У?. .
— Ну, проснись, Олежа! Там стучит кто-то.
— Где?
— Там!
— А кто?..
— Ой, ну, боже мой, ну откуда мне знать? Пришел кто-то, сходи, открой!
Тук-тук-тук.
— В дверь что ли стучат?..
— Олежа, ну а куда еще, не в окно же. Конечно в дверь. Открой иди.
— Какого... Принесло... Черт, два часа, ну кому не спится, вот уроды...
Олег вылез из-под теплого одеяла, и Светка тотчас же завернулась в него
целиком, чтобы не выпускать тепло. В комнате было, мягко говоря, свежо.
Официально отопительный сезон уже начался, но люди, ответственные за подачу тепла
конкретно в квартиру Олега об этом, видимо, ничего не знали. Сказав «брррр!»,
Олег немедленно покрылся гусиной кожей от форштевня до самой кормы и начал
шарить в темноте на стуле, отыскивая майку и трико. Сунув ноги в тапки, он
побрел в коридор.
— Кто там?
Тишина. Олег несколько секунд помедлил, ожидая ответа, а потом все-таки ре-
шился и открыл дверь.
За дверью было пусто.
Олег высунул голову наружу, пытаясь отыскать на площадке признаки жизни, но
не нашел. Там было тихо, пустынно и холодно. С непривычки даже тусклая
подъездная лампочка слепила глаза.
— Кто там? — крикнула Светка из комнаты.
— Да леший его знает, — неуверенно отозвался Олег. — Наверное, ушли уже. И
черт с ними.
Он тщательно закрыл дверь на оба замка и засов, и уже почти вернулся в
комнату, когда стук раздался снова.
— Нет, вот урод моральный! — возмутился Олег. — Сейчас я ему объясню, что
он неправ...
Олег пошарил рукой между шкафом и стеной, где, как он знал, специально для
нежданных гостей припасена была бейсбольная бита, приобретенная в спортивном
магазине по настоянию Светки. Светку всегда преследовал страх, что ночью в
квартиру залезут воры, и предполагалось, что тогда Олег возьмет биту и
задержит преступников. После чего Светка, позвонив в милицию, триумфально сдаст их
в руки правосудия. Однако воры все не лезли, и бита уже полгода стояла за
шкафом. Выглянув из-под одеяла, Светка поняла, что момент истины настал.
— Ой, Олежа, я боюсь, — сказала она.
Олег взвесил биту в руке, сделал пару пробных взмахов и хищно раздул
ноздри.
— Не бойся, — многообещающе сказал он и зашлепал тапками в коридор. Замки
лязгнули.
— Ну, мужик!.. — сказал Олег, толкая дверь. — Ну!..
И замолчал. За дверью никого не было.
— Ах, ты... — сказал Олег, присовокупив несколько слов, крайне негативно
характеризующих ночного посетителя.
Нахмурившись, он вышел на площадку и выглянул в проем между перилами. Людей
видно не было. Этажом ниже у батареи отопления стояла одинокая банка с
окурками. Олег сказал в пустоту несколько слов о том, что он думает и чувствует,
после чего вернулся в квартиру. Из спальни выглядывала лохматая Светка в
запахнутом зеленом халате.
— Кто там?
— Да козел какой-то! Балуется. Ты иди спи, я тут минут пять покараулю,
вдруг он снова вернется, — и Олег внушительно потряс битой в воздухе.
Козел не заставил себя ждать и постучал сразу же, стоило Светке
развернуться и зашлепать босыми пятками к дивану. Олег толкнул дверь (замки
предусмотрительно были оставлены открытыми) и с воинственным воплем рванулся вперед.
За дверью обнаружился толстячок средних лет в цилиндре и черном смокинге, с
накрахмаленным воротничком, с галстуком-бабочкой, в брюках с такой остро
наглаженной стрелкой, что ими можно было порезаться, с тростью в руке, и, в
довершение всего этого, с моноклем на цепочке, вставленным в левый глаз. Одним
словом, это был совсем не такой толстячок средних лет, какого ожидаешь
увидеть за своей дверью в два часа ночи. Бита опустилась сама собой, так и не
отведав преступной крови.
— Грипс Кальтавезер? — осведомился толстячок.
— Чего? — переспросил Олег, замерев на пороге.
Бровь толстячка поползла вверх, отчего монокль выпал из глаза и заболтался
на цепочке.
— Никт Кальтавезер?
Олег нахмурился.
— Чего надо?
— О! — обрадованно воскликнул толстяк. — Русски?
— Ясен пень, — ответил Олег. — Россия, хрущевка, два часа ночи. А ты что
тут, посла Зимбабве ожидал увидеть?
— О-о, нет, нет! Нет посла Зимбабве, хотел видеть господин Грипс Кальтаве-
зер! Простите за беспокойство, не сразу удалось... как это? Синхронизировать
нашу вселенные, да!
Олегу стало ясно, что перед ним псих. Собственно, подозрения закрались в
его душу с первого взгляда, но теперь они были подкреплены вполне
убедительными доказательствами. Бита переместилась в позицию номер один.
— Олежа, кто там? — из-за плеча выглянула Светка. Она успела причесаться и
застегнуть халат на все пуговицы.
— Кретин, — честно ответил Олег, похлопывая битой по ладони. — Звони ноль-
три, пусть присылают санитаров со смирительными рубашками.
— О-о, мадам! — восторженно взвизгнул толстяк. — Чрезвышайно рад, чрезвы-
шайно! Но санитаров нет надо, надо господина Кальтавезера. Очень срочное
дело, да! Очень!
— Сейчас, сейчас, — недобрым тоном заверил его Олег. — Сейчас приедут твои
господа. Торжественно. С мигалками.
Тень сомнения омрачила чело толстяка.
— Я очень извиняюсь, — сказал он каким-то жалобным тоном. — Но у меня
возникло ошуш... ошушение, что господина Грипса Кальтавезера тут нет?
— Догадливый, — сказал Олег, обращаясь к Светке.
— Неушел и... — забормотал толстяк, засовывая руку в карман смокинга и добывая
оттуда что-то усыпанное кнопками и весьма похожее на дистанционный пульт от
телевизора. С одной стороны на пульте был маленький светящийся экранчик.
Толстяк посмотрел на него и весело рассмеялся.
— Вы не будете мне верить, — сказал он. — Я неправильно настроить перпенди-
кулятор универсумов!
— Я так и знал, — сказал Олег. Светка вцепилась в его плечо и глядела на
толстяка совершенно заворожено. Ей еще не приходилось видеть джентльменов в
смокинге на площадке подъезда в середине ночи.
Толстяк между тем прислонил трость к стене и начал быстро нажимать кнопки
на пульте, не переставая при этом говорить.
— Да, конечно, я неправильно указать радиус центропатии и диагонализм
кривизны смещения. Господин Грипс живет вселенной выше, а я, глупый голова,
попал на неправильную! — и толстячок повернул улыбающееся лицо в сторону Олега
и Светки, чтобы посмотреть, оценили ли они по достоинству юмор ситуации. Они
не оценили.
— Свет, — сказал Олег. — Ты иди-ка все же позвони, а? Я постою тут.
Светка кивнула, но осталась стоять.
— О, нет, нет, не волнуйтесь, пожалуйста! — воскликнул толстяк. — Я
немедленно удаляюсь! Вы не успеете... как это? Моргнуть глазами! Да!
Тем не менее, Олег и Света успели моргнуть глазами не менее пяти раз,
прежде чем толстячок промолвил: «Вот и все! Простите за беспокоить!», нажал
какую-то кнопку на пульте и исчез.
Просто исчез, мгновенно и полностью.
Светка ахнула. Светка была аспирантом кафедры прикладной физики, и знала,
что по всем законам физики толстяки с моноклями не могут исчезать бесследно в
мгновение ока. Поэтому лучшее, что может сделать аспирант в такой ситуации -
это ахнуть.
Олег сказал «Э!» и ткнул битой в то место, где только что стоял толстяк.
Сопротивления бита не встретила.
— Ой, Олежа! Ой, Олежа! — сказала Светка. Несомненно, она сказала бы эту
фразу еще несколько раз, если бы на глаза ей не попалась трость, прислоненная
к стене. Трость вывела Светку из состояния аффекта. — Олежа, он трость забыл!
Олег отдал Светке биту, осторожно вышел за дверь и взял трость в руки.
Трость была деревянная, лакированная и очень тяжелая. Внушительная трость.
Металлическая ручка изящно изгибалась, и конец ее был выполнен в виде головы
змеи. Олег с добычей вернулся в квартиру и запер замки.
Светка включила в комнате свет, и они уселись рядышком на диван
разглядывать трость.
— Обалдеть, — сказал Олег. Светка кивнула в знак того, что ее обуревают
совершенно такие же чувства.
— Ты видел, он просто взял и исчез! — сказала Светка.
— Ага.
— А как он так?
Олег, электромонтер по образованию, сказал, что никаких предположений на
этот счет у него в данный момент не имеется.
— Может он из будущего? Или из другого измерения?
— Не знаю.
— Видел у него этот приборчик? Может это у него машина времени. Пару кнопок
— цмырк, цмырк! — и улетел к динозаврам, или к Петру Первому.
— Может.
— Или в другой вселенной... Олежа, он же говорил что-то про вселенные!
Помнишь?
— Помню.
— Ну вот!
Олег неопределенно повел плечами, давая понять, что для более-менее
обоснованного заключения в его распоряжении слишком мало фактов, и сказал:
— Фиг знает.
— Ой, Олежа, представь, у нас был сейчас гость из другой вселенной! Ты
представь!
Олег дернул плечом и скривил лицо. С его точки зрения даже гостю из другой
вселенной не следовало бы заваливаться к незнакомым людям в два часа ночи,
хоть бы и в смокинге.
— Олежка, а как думаешь, он вернется за тростью?..
Олег открыл было рот, чтобы что-то ответить, но в этот момент снова
раздался стук в дверь. Светка подпрыгнула на месте и взвизгнула.
— Ой, Олежа! Ой, Олежа!
— Сиди, я открою, — сказал Олег и вышел в коридор. Светка на цыпочках
следовала за ним.
За дверью, разумеется, обнаружился толстяк.
— О-о, вы нашли мою... как это? Трость! Бесконешно признателен!
Он выхватил трость из руки Олега, засунул ее под мышку и, слегка
поклонившись , приподнял цилиндр, показав Олегу и Светке созревающую плешь.
— Простите за беспокойность, — с улыбкой сказал он, снова вытаскивая из
кармана свой пульт и явно намереваясь отбыть восвояси.
— Ой, а скажите, а что это у вас такое? — внезапно подала голос Светка из-
за плеча Олега.
— Трость? Вы говорите про мой трость?
— Нет, вот это! — указала пальцем Светка.
— О-о! Перпендикулятор универсумов?
Олег и Светка одновременно кивнули.
— Разве вам незнакомый этот прибор?
Олег и Светка так же одновременно помотали головами.
— Но ведь вы известны, что такое параллельные вселенные?
Олег и Светка поморгали. Толстяк вздохнул и пожевал губами.
— Вселенные, они как блины на тарелке, да? Они лежат, и каждая не
пересекается с другой. Они параллельны, да? Это, — он потряс перпендикулятором перед
их глазами, — это как вилка, воткнутая в блин. Она перпендикулярно. Теперь
если идти вдоль вилки, попадешь на другой блин, да? Это делает именно это!
Нужно только правильно все нажать. Иначе попадешь не на свой блин, да? —
толстяк хохотнул.
— И вы... Из другой вселенной?
— Совершенно да! Разве вы не имеете такие приборы?
Светка и Олег снова помотали головами.
— О-о, я уверяю вас, очень полезный предмет! Знаете, — сказал толстяк,
секунду помыслив. — Мне очень неудобно, что я мешать вам, таким любезные
господа! Я привезу вам сувенир из другой вселенной!
Светка покраснела, а Олег часто заморгал.
— Ну что вы, — сказала Светка самым скромным голосом, на какой была
способна.
— О-о, нет, нет! Не отказывайтесь! Мне это ничего не стоит! Я привезу вам
скруггль, да?
— А...
— Отлично, просто превосходно! А сейчас простите, я очень спешу. До
встречи!
Толстяк кивнул им, и не дожидаясь ответа нажал кнопку на пульте. И исчез.
Светка с Олегом смотрели на пустую площадку еще пять или десять секунд,
прежде чем Светка спросила:
— А что такое скруггль?
Олег посмотрел ей в глаза, и Светка все поняла.
Потом они долго лежали рядом, обнявшись под теплым одеялом.
— Олежа!
— У?
— Может, это прибор какой-то?
— Может.
— Интересно, что он делает? Как думаешь?
— М-м-м...
В темноте на тумбочке тикал будильник. Где-то за окном пронеслась машина.
— Олежа!
— м-м?
— А может это какое-то домашнее животное?
— Не знаю.
— А чем мы его кормить будем? . .
На этот вопрос Олег не ответил.
— Олежа? Олежа, ты спишь?
— Угу.
— Ну, спи, спи. Я просто подумала, может мне цветы на шкаф переставить, а
то вдруг он их объест?
— Они могут, — сонно подтвердил Олег.
Через час оба спали, Олег — слегка похрапывая, а Светка — всхлипывая и
бормоча , потому что ей снился скруггль, похожий на большого пушистого котенка,
объедающий ее любимую комнатную пальмочку.
Сон их был так крепок, что его не смог потревожить даже деликатный стук в
дверь, которым толстяк в смокинге пытался привлечь их внимание. В конце
концов, он пробормотал что-то о том, что ему некогда, и, оставив большой пакет
со скругглем рядом с дверью квартиры, исчез.
Еще через два часа баба Шура с пятого этажа, спускаясь с мусорным ведром к
мусоропроводу, заметила пакет.
— Вынести лень, мусорят в подъезде, — проворчала она, поднимая пакет. — А
кто-то за ними прибирать должен...
Под старухино ворчание скруггль отправился в мусоропровод.
Литпортал
МИРОВАЯ ПОЛИТИКА
— В объявлении написано, что у вас можно взять квест, - сказал Полуэльф
бургомистру. - Но там не объясняется, в чём суть. Вы не могли бы уточнить?
— Да всё просто, - пожал плечами бургомистр. - Видите вон тот холм? На нём
засел гоблин с гранатомётом. И периодически обстреливает город. Вот,
собственно, и вся проблема.
— Ага, понятно. Надо убить гоблина...
— Что вы, что вы!? - бургомистр вытаращил глаза и замахал руками. - Его ни
в коем случае нельзя убивать!
— Почему? - удивился Гном. - Это же гоблин!
— Вот именно! Если мы его убьём, мировая общественность скажет, что это
геноцид, а мы расисты.
— Ну и что? Пусть говорит что хочет.
— И введёт войска, - мрачно закончил свою мысль бургомистр.
— Хм... - задумался Полуэльф. - То есть, этот засранец стреляет по вам из
гранатомёта, а вы терпите и не смеете дать сдачи?
— Не смеем, - развёл руками бургомистр. - Иначе нас назовут агрессорами.
— Ну, хорошо, а если, допустим, не убивать гоблина, а прогнать его куда-
нибудь подальше?
— С его холма? Невозможно. Тогда нас назовут оккупантами.
— Поймать и отобрать гранатомёт?
— Экспроприаторами.
— Посадить под замок вместе с гранатомётом?.. Ладно-ладно, не отвечайте, -
быстро проговорил Полуэльф, когда бургомистр открыл было рот. - Я всё понял.
Действительно, интересный случай.
— Ну, так чего же вы от нас хотите? - не выдержала Принцесса. - Убивать
нельзя, разоружать нельзя, ловить и прогонять тоже нельзя, а что тогда оста-
ётся? Перевоспитывать? Это не наш профиль.
— Нет, что вы... Для такой работы мы бы позвали психолога. Но, кстати, тогда
мировая общественность обвинила бы нас в оказании психологического давления.
— И в осквернении самобытных традиций, - добавил Гном, солидно качнув
головой . - Пострелять из гранатомёта по людишкам — это же для гоблинов святое!
— Вот-вот, - радостно воскликнул бургомистр, - вы меня понимаете.
— Ну а от нас-то что требуется? - снова встряла Принцесса.
— Отнести посылку, - вздохнул бургомистр.
— Кому? Гоблину?
— Ну да. Ведь там, на холме, нет никаких запасов еды. Через час гоблин
проголодается , объявит перемирие и начнёт переговоры. Он так каждый день делает.
Требует, чтобы ему приносили еду, вино, оружие, иногда ещё чего-нибудь... А
потом, когда наестся, заявляет, что мирные переговоры зашли в тупик и он
вынужден возобновить огонь. Мировая общественность ему очень сочувствует. Считает,
что он принципиальный.
— А если вы откажетесь предоставлять ему еду и оружие...
— Тогда про нас скажут, что...
— Ладно-ладно, мы поняли, - замахал руками Полуэльф.
— ... и введут войска, - пробубнил бургомистр.
— Ну, хорошо, а мы-то вам зачем? Послали бы кого-нибудь из своих отнести
мешок.
— Посылали уже. Никто не вернулся.
— Что, гоблин их всех убил?
— Он утверждает, что нет.
— А...
— А мировая общественность ему верит.
— А...
— А тогда скажут, что мы провокаторы. Понимаете, это ведь он, гоблин,
проявляет мирную инициативу, это его жест доброй воли. И если что-то пошло не
так, то только по нашей вине. Очевидно же! А вы... ну вроде как посторонние,
вас он, может, и не тронет.
— Ну, хорошо, - подытожил Полуэльф. - Если отбросить всякую политическую
шелуху, то от нас требуется взять посылку у заказчика и отнести её клиенту,
верно? Обычный почтовый квест. А всё остальное — только ваши проблемы. Так?
— Всё верно, - подтвердил бургомистр, - значит, договорились?
— По рукам, - кивнул Полуэльф. Бургомистр облегчённо вздохнул.
— Можно вопрос? - подняла руку Принцесса. - Вот вы так боитесь, что мировая
общественность назовёт вас агрессорами, или милитаристами, или ещё чем похуже
— а как она вас называет сейчас?
— Идиотами, - печально ответил бургомистр.
Справочник
РАСТВОРИМОСТЬ
ВВЕДЕНИЕ
Растворение - одна из самых необходимых операций практически в любом
процессе . В значительной мере на различной растворимости типичных солей
базируется качественный анализ. Хотя измерению растворимости посвящено много работ,
сравнивая значения масс некоторых малорастворимых веществ, растворённых в
одном литре воды, можно заметить, что их трудно определить с необходимой
точностью.
Имеются различные пути для определения растворимости вещества. По одному
методу растворитель взбалтывают с избытком твёрдого вещества при постоянной
температуре, пока не прекратиться процесс растворения. По другому методу
получают пересыщенный раствор, которому дают постоять до прекращения выделения
растворённого вещества. Третий метод состоит в получении вещества путём
обменного разложения и нахождения количеств компонент для образования осадка.
Каждый метод измерения сопровождается некоторой неизбежной ошибкой, и в
случае весьма малорастворимых веществ эта ошибка бывает иногда значительно
больше, чем действительное количество растворённого вещества. Так, например,
аналитическая ошибка определения растворимости цианида серебра после
взбалтывания навески его с водой и определения количества оставшейся в растворе
соли или количества соли, остающееся после выпаривания раствора досуха, может
достигнуть величины в 0,001 г., между тем как действительное количество
растворённой соли составляет 0,0002 г. Если принять во внимание, что некоторые
определения растворимости проводились много лет назад, то неудивительно
наличие подобного рода несогласованности. Ещё хуже обстоит дело с определением
растворимости аморфных и студенистых веществ, способных к образованию колло-
идных растворов, растворимости которых настолько малы, что обыкновенные
методы определения неприменимы.
При растворении часто не достигается состояние полного равновесия, и
получают ненасыщенный раствор, а при осаждении - пересыщенный раствор. Источником
значительных ошибок является то обстоятельство, что многие из солей
гидролитически расщепляются в очень разбавленных растворах. Кроме того, многие
вещества подобно сульфиду никеля (II) , гидроксиду алюминия и кремневой кислоте,
кажутся значительно хуже растворимыми после того как они некоторое время
постоят на воздухе, чем в свежеосаждённом состоянии, и хотя сульфид никеля
труднее осаждается, чем сульфид цинка, тем не менее, последний растворяется
более легко в холодной разбавленной кислоте, чем первый.
Целью данной работы был сбор данных о растворимости веществ, наиболее часто
применяемых в качественном анализе и в синтезе неорганических и органических
солей, кислот и гидроксидов в одну таблицу, а также привести значения
растворимости этих веществ, с указанием разногласий в литературных источниках. В
работе также приведены таблицы растворимости веществ в органических
растворителях .
В данной работе цифрами в квадратных скобках обозначены литературные
источники , буквами Р, Н, М - растворимость:
• > 1% (> Юг/л) - растворимо - Р;
• 0,1-1% (1-10г/л)- малорастворимо - М;
• < 0,1% (< 1г/л) - нерастворимо - Н.
РАСТВОРИМОСТЬ
В ОРГАНИЧЕСКИХ
РАСТВОРИТЕЛЯХ
Спирты
Таблица 1. Физические свойства некоторых спиртов.
Спирт
Метанол
Этанол
Пропанол-1
Изопропиловый
Бутиловый
втор-Бутиловый
трет-Бутиловый
Формула
СН3ОН
с2н5он
н-С3Н7ОН
СН3СН(ОН)СН3
н-С4Н9ОН
СН3СН2СН(ОН)СН3
СН3СН(СН3)СН2ОН
Т. пл.,
°с
-97,8
-117,3
-127
-88
-79,9
-89
-108
Т. кип.,
°С
64,7
78,3
97,2
82,2
117,7
100
108,4
Прочие свойства
Прозрачная жидкость со
специфическим запахом,
ядовит
Бесцветная жидкость, с
водой смешивается во
всех отношениях
Жидкость
Жидкость со
специфическим запахом
Жидкость
Жидкость
Жидкость
Температура кипения спиртов выше, чем галогеналкилов, что объясняется тем,
что молекулы спирта, как и воды, являются ассоциированными жидкостями за счёт
возникновения между молекулами водородных связей.
При растворении спиртов в воде возникает водородная связь между молекулами
спирта и воды.
При этом происходит выделение энергии и уменьшение общего объёма; например
при смешении 52 объёмов спирта с 48 объёмами воды получают не 100 объёмов
водно-спиртового раствора, а 96,3.
В воде хорошо растворяются метиловый, этиловый, пропиловый и изопропиловый
спирты. С увеличением молекулярной массы растворимость падает (см. рис.1).
Этанол и метанол неограниченно растворяются в воде, но ограниченно
растворяются при низких температурах от -125 до -5. Из рисунка видно, что
действительно с увеличением молекулярной массы растворимость резко уменьшается, что
объясняется плохой растворимостью «больших» углеродных цепочек в воде. Из
рисунка также видно, что, почти у всех спиртов в зависимости от температуры
растворимость возрастает на одном и убывает на другом промежутках.
Растворимость ковалентных веществ в спиртах зависит от их способности образовывать
водородные связи с молекулами спирта.
— СНЗСН(СНЗ)СН20Н
— Н-С4Н90Н
С5Н110Н
С6Н130Н
—С7Н150Н
Ъ
-Л
&
©
&
R?
»
к®
»
Температура, С
Рис. 1. Растворимость спиртов в воде в зависимости от температуры,
Так, хлороводород, диоксид серы, диоксид углерода, сероводород -
сравнительно хорошо растворимы в этаноле (41% при 20°С, 24,4% при 24°С,5, 96
см3/см3 С2Н5ОН при 24°С и 2,7 см3/см3 С2Н5ОН при 25°С соответственно), тогда
как кислород, азот, гелий - сравнительно плохо (0,0257; 0,0402 и 0,0294
см3/см3 С2Н5ОН при 25°С соответственно) .
Многие органические вещества, содержащие атомы электроотрицательных
элементов растворяются в этаноле. Например:
пирогаллол СбНб03 (50% при 25°С),
бензойная кислота С7Нб02 (29,39% при 15°С),
бензамид C7H7NO (14,55% при 20°С) ,
п-толуидин C7H9N (52,4% при 20°С),
сульфонал C7Hi6S204 (14,41 при 52°С) ,
индол C8H7N (26,39 при 20°С),
п-ксилолхинон С8Н802 (11% при 20°С),
ванилин С8Н803 (40,22% при 20°С),
пробковая кислота C8Hi404 (15,5% при 4°С),
аспирин (20% при 20°С).
Но среди органических веществ имеются и нерастворимые либо малорастворимые
в этиловом спирте. К таким относятся, например, 5-аминовалерьяногидантоиновая
кислота C6Hi2N203 (1,219 г/л при 25°С) , пентабромтолуол С7НЗВг5 (0,104 г/л при
20°С).
Спирты - практически нейтральные вещества, однако кислород, как более
электроотрицательный элемент, оттягивая электронную плотность в свою сторону,
способствует поляризации связи О-Н.
Но всё же спирты по сравнению с водой обладают меньшей кислотностью. Ещё
более слабее полярность связи О-Н в молекулах вторичных и особенно у
третичных спиртов за счёт влияния радикалов. Более «кислым» в ряду одноатомных пре-
дельных спиртов является метиловый спирт; он даже несколько кислее воды. С
увеличением молекулярной массы, очевидно, полярность связи 0-Н уменьшается. В
данной работе представлены таблицы растворимости неорганических ионных
соединений в метиловом и этиловом спиртах. Судя по ним можно установить, что одни
и те же соединения « по-разному» растворяются в разных растворителях.
Например, растворимый в воде хлорид натрия нерастворим в спиртах. В целом ионные
неорганические соединения обладают меньшей растворимостью в спиртах, чем в
воде, что можно объяснить меньшей полярностью связи 0-Н в спиртах. Как уже
было сказано, полярность связи 0-Н в спиртах с увеличением молекулярной массы
уменьшается, соответственно растворимость, например, NaC104 в С2Н5ОН (12,82%)
меньше, чем растворимость в метаноле СН3ОН (33,93%) , (см. таблицы 2, 3) .
Табл
Fea+
Со2+
Ni2+
Th4+
U022+
РЬ2+
нд"
Ba2+
Cd2+
Sr2+
Zn2+
Ca2+
Mg2+
Be2+
NH4+
Cs+
Ag+
Rb+
Cu2+
K+
Na+
Li+
Табл
Fea+
Co2+
Ni2+
Th4+
U022+
Fe2+
нд2+
Ba2+
Cd2+
Sr2+
Zn2+
Ca2+
Mg2+
. 2. Растворимость в метиловом спи]
ОН"
Р
Р
. 3. Е
ОН"
F"
М
М
Р
С1"
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Н
Р
Р
М
Р
Р
>астворимост
F"
С1"
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Вг"
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Н
Р
Р
Р
Р
I"
Р
Р
Р
Р
Н
Р
Р
Р
Р
С104"
р
р
р
р
р
Н
Н
м
р
рте
N03"
Р
М
Р
Р
М
ь в этиловом спирте
Вг"
Р
Р
Р
Р
Р
I"
Р
м
р
р
С104"
р
р
р
р
р
N03"
Р
Р
Н
Н
Р
N02"
Р
CN"
Р
Р
CNS"
Р
Р
so42"
М
Н
Н
Н
М
Р
Р
Н
N02"
М
Р
CN"
Р
CNS"
S042"
Р
Н
Н
Р
Н
Н
Р
СН3СОО"
Р
м
р
р
м
м
р
м
р
р
н
м
р
СН3СОО"
м
р
R^2+
NH4+
Cs+
Ag+
Rb+
Cu2+
K+
Na+
Li+
P
P
M
H
P
P
H
H
p
H
H
p
p
H
M
p
p
H
p
p
p
p
p
H
H
p
p
p
H
p
M
M
p
H
H
Кетоны
Таблица 4. Физические свойства некоторых кетонов
Название
Ацетон
Метилэтилкетон
Метилпропилкетон
Диэтилкетон
Формула
СНзСОСНз
сн3сос2н5
СН3СОСН2С2Н5
С2Н5СОС2Н5
Т.пл.,° С
-95,35
-86,4
-77,8
-42,0
Т.кип.,° С
56,2
79,6
101,7
102,7
а4
0,790
0,805
0,809
0,816
Кетоны с небольшой молекулярной массой растворимы в воде. Весьма реакционо-
способные соединения, вступающие в многочисленные реакции. Высокая химическая
активность кетонов определяется карбонильной группой - одной из наиболее
функциональных групп. Двойная связь в карбонильной группе сильно
поляризована. Причина этого - в разности электроотрицательностей атомов кислорода и
углерода. В результате происходит смещение я-электронной плотности в сторону
атома кислорода/
Такая поляризация двойной связи определяет значительный электрический
момент диполя карбонильной группы, который равен 9-Ю-30 Кл-м (2,7D). Поэтому
при растворении, например кетонов в воде или спирте могут образовываться
гидраты и ацетали соответственно, т.е. образующиеся по диполь-дипольному типу
связи имеют большую устойчивость и прочность, чем водородные связи ассоциатов
воды и спиртов.
Таблица 5. Растворимость некоторых кетонов в воде.
Кетон
Метилэтилкетон
Метилпропилкетон
Метилизопропилкетон
Диэтилкетон
Метилбутилкетон
Метилизобутилкетон
Этилиропилкетон
Растворимость, вес.% при t.° С
20
26,1
5,95
6,53
4,6
1,75
2,04
1,57
30
21,9
5,14
4,97
4,726
1,43
1,63
1,38
50
17,5
4,24
4,86
3,781
1,22
1,39
-
Таблица. 6. Растворимость в ацетоне.
Fe3+
Со*+
Ni*+
Th4+
U022+
Pb2+
F"
CI"
P
P
Br"
P
M
I"
H
СЮ4"
N03"
p
p
H
CH3COO"
p
Hg
Ba*+
Cd2+
Sr2+
Zn*+
Ca^+
Mg2+
NH4+
Cs+
Ag+
Rb+
Cu^+
K+
Na+
Li+
H
H
H
H
H
p
p
H
H
H
H
p
H
H
p
p
H
p
M
p
p
H
H
H
H
p
p
p
p
M
M
p
p
p
p
p
p
p
p
M
H
M
p
p
H
p
M
p
M
M
H
M
H
ОБОБЩЁННЫЕ ДАННЫЕ
О РАСТВОРИМОСТИ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ
В данной главе приводятся данные по растворимости солей в воде в виде
таблиц с указанием источника данных. В конце приводится большая таблица
растворимости как неорганических, так и органических соединений большинства
элементов периодической системы. Так как растворимость зависит от температуры, то в
источниках часто приводятся значения растворимости при разных температурах,
но в данной работе приводятся значения растворимости в интервале температур
20-25 °С.
Растворимость
гидроксидов
Большинство гидроксидов нерастворимы в воде, за исключением гидроксидов
щелочных металлов, а также Ва(ОН)2, Ra(OH)2, T10H, Eu(OH)2, Pm(OH)3 [5].
Таблица 7. Растворимость гидроксидов в воде.
Соединение
LiOH
NaOH
КОН
RbOH
CsOH
Be(ОН)2
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Sr(OH)2
Ba(OH)2
Al (ОН) з
Ga(OH)3
In(OH)3
Растворимость,
вес. %
11
51,5; 51,7
53,1; 53,4
63,39
79,41
4 10"5
210"3; 910"4
0,17; 3,6
1,74; 0,69
4,47; 3,4
1,0410"4
710"9
410"s
Ссылка
[1]
[1],[4]
[1],[4]
[1]
[1]
[2]
[2], [4]
[1],[4]
[1],[4]
[1],[4]
[1]
[2]
[2]
Соединение
Cd(OH)2
HgOH
Sc(OH)3
Y(OH)3
La (ОН) з
Zr(OH)4
Mn (OH) 2
Fe (OH) 2
Co(OH)2
Co(ОН)з
Ni(OH)2
Растворимость,
вес. %
1,5710"4; 310"4
2.6 10-4
2 10"7
ПО"7
210"5
2 10~4
no-9
310-4; 1,910"4
610"4; 7,3310"6
1,4410"4; 710"4
210"4;5,510"6
3,1810"4;3.10"4
1,2710"3;10"4;5,610"6
Ссылка
[1], [2]
[4]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2], [1-4]
[2], [1]
[1], [4]
[2], [4]
[1], [2]
[1-2],[4]
Т1(0Н)3
Т10Н
Sn(OH)2
Pb (OH) 2
Pb (OH) 4
Bi(OH)3
Cu (OH) 2
Au(ОН)з
Zn(OH)2
Cr(OH)3
Fe (ОН) з
310"8
34,34
2,0610~4;310~s
110"4;1,910"J
710"13
110"4
5,910~4;510~4
5,9610"n;810"5
310~4;1,310~4;
6,1-lCT6
1-10"7
310~6;4,810~9
[2]
[1]
[1] ,[2]
[2], [4]
[2]
[2]
[1] ,[2]
[1] ,[2]
[2], [4]
[4]
[2]
[2], [4]
Се(ОН)з
Pr(OH)3
Nd(OH)3
Sm(OH)3
Tm,Yb,
Lu (ОН) з
Y,Eu,Gd,
Er(OH)3
Th (OH) 4
U02 (OH)2
PaO(OH),
BiO(OH)
Po(OH)4
Hg(OH)2
810"5
410"5
510"5
410"5
10"5
210"5
110"7
310"5
КГ4
110"3
5,910~3;5.10~3
[2]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2]
[1],[4]
Растворимость
фторидов
Большинство фторидов нерастворимы в воде, растворимы фториды щелочных
металлов (кроме LiF) , BeF2, фториды галлия, индия (III), таллия (I), таллия
(III), олова (II), сурьмы, серебра, золота (I), ртути (I), титана (III),
циркония (IV) , хрома (III) , молибдена (III) , никеля (II) , платины (IV) , уранила,
олова (IV) , Ра03+ также растворимы.
Таблица 8. Растворимость фторидов в воде.
Соединение
NH4F1
LiF
NaF
KF
RbF
CsF
BeF2
MgF2
CaF2
SrF2
BaF2
AIF3
GaF3
I11F3
TIF
SnF2
PbF2
SbF3
Растворимость,
вес. %
>40
0,27; 0,121
3,98; 4; 4,22
50,41; >40; 48
75,06; «70
76,3; «80
84,6
1,310~2; 810"3
8,710"3;7,410"3
1,610"3; 210"3
3,910~2;1,210~2
2,310~2
0,121;0,161;0,16
1,0410~4; <0.5
0.559
4.1
О ^ jO/ «Э , О
14,4; >60
29.6
6,610"2;6,710"2
83.1
Ссылка
[2]
[1],[2]
[1,2], [4]
[1,2], [4]
[1],[2]
[1], [2]
[2]
[1],[2]
[4]
[1,4], [2]
[1],[2]
[4]
[1,2],[4]
[1],[2]
[1]
[2]
[2]
[1],[2]
[2]
[1],[2]
[1], [2]
Соединение
AgF
ZnF2
CdF2
YF3
ZrF4
CrF3
MnF2
FeF3
CoF2
NiF2
CeF3
NdF3
EuF3
ErF3
ThF4
U02F2
UF4
PuF
Pu02F2
CuF2
Растворимость,
вес. %
64,23; >60; 57,5;
1,62; 0,1516
«4; 40
310"4
1,5
4,49
<1; 0.186
9,110"2; 5,59
1,36; 0,141
2,5; 2,496
210-4
810"5
310"5
210"4
210-5; 0,245
>60
510"3
610"3
0.13
6,410"2
4,.49; 3,28
Ссылка
[1-2], [4]
[2],[1]
[2],[1]
[2]
[2]
[2]
[2],[1]
[1],[2]
[2],[1]
[1],[2]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2],[1]
[2]
[2]
[2]
[2]
[4]
[2]
1 NH4F - единственная соль, которая образует со льдом твёрдые растворы
Растворимость
хлоридов
Большинство хлоридов растворимы в воде, за исключением AgCl, Cu2Cl2, Hg2C12,
PtCl2, AuCl, BiOCl, SbOCl, Mg2OCl2, PbCl2, TiCl, T1C1, M0CI3, PbCl.
Таблица 9. Растворимость хлоридов в воде.
Соединение
NH4C1
LiCl
NaCl
КС1
RbCl
CsCl
BeCl2
MgCl2
CaCl2
SrCl2
BaCl2
RaCl2
AICI3
I11CI3
T1C1
SnCl2
PbCl2
Растворимость,
вес. %
46,6; 28,2
45,28; 45,85; >40
26,45; 26,43; >25
25,6; 26,41; «30
91,1; 48,54; « 40
186,5; 65,53; «60
65; 42,9
35,3; 36,2; «35
42,7; 56,08; «43
34,6; 35,8; «35
37,4; 27; «25
19.7
31,5; 31,6; «25
«65
«0,3;0,4;3,97;0,38
270; 72,9; 72,6
1,0842; «0.7
1,0786; 1,079
Ссылка
[2],[1]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[6], [2]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[2]
[6],[1,2]
[2]
[2],[1]
[6],[1,2]
[6], [2]
[1]
ZrC14,SnC14,PbC14,TiC14; SiC14; GeC14
гидролизуются в воде
PbCl
CuCl
CuCl2
AgCl
AuCl3
610"2; 5,410"2
0,062; 1,5; 1,63
43.5; 43.95; «40
1,9110"4; 2 10"2
1,86310"4
60; 40,5
[6], [2]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[6], [2]
[1]
[6],[1,2]
Соединение
ZnCl2
CdCl2
HgCl2
Hg2Cl2
ScCl3
YC13
LaCl3
CrCl3
HfOCl2
ZrOCl2
MnCl2
FeCl2
FeCl3
CoCl2
NiCl2
PtCl4
CeCl3
PrCl3
NdCl3
SmCl3
Pu02Cl2
ThCl4
U02C12
SbCl3
Растворимость,
вес. %
81,2; «79
128,6;54,65;«50
5,4; 6,76; «7
6.9; 6.806
2,810"4; 310"4
4,710"5
48.5
43; 42,95
47
40,7
45,6
«35
« 40; 43,55
«40; 39,82; 39,2
68,4; 47,88
«35; 36
«35; 39,6
58,7
48,5
«49; 50,96
«50; 49,49
48; 48,29
35
55,4
76,2
90,6; 90,9
Ссылка
[6], [2]
[6],[1,2]
[6],[1,2]
[1]
[6], [2]
[1]
[2]
[2], [1]
[2]
[2]
[2]
[2]
[2], [1]
[2], [1]
[2], [1]
[2], [1]
[2], [1]
[2], [1]
[2]
[2], [1]
[2], [1]
[2], [1]
[2]
[2]
[1], [2]
[2], [1]
Растворимость
бромидов
По растворимости бромиды схожи с хлоридами. Нерастворимы в воде бромиды
таллия(I), свинца (II), меди (I), серебра, золота(I), ртути (I), ртути (II),
хрома (III) , молибдена (III) , палладия (II) , палладия (IV) , свинца (I) , олова
(IV) .
Таблица 10. Растворимость бромидов воде.
Соединение
LiBr
NaBr
KBr
RbBr
CsBr
Растворимость,
вес. %
« 60; 63,9
47,5; 47,6; « 40
39,4; 40,65; «40
«50; 53,69; 51,15
50; 55,24
Ссылка
[2],[1]
[4], [1,2]
[4], [1,2]
[2],[1]
[2], [4]
Соединение
HgBr2
InBr3
TIBr
YBr3
ThBr4
Растворимость,
вес. %
<1; 0,61
«78
«0,05; 0,057
«43; 45,4
37.4
Ссылка
[2], [4]
[2]
[2], [1]
[2], [1]
[2]
NH4Br
CuBr2
AgBr
CuBr
CaBr2
MgBr2
SrBr2
BaBr2
RaBr2
ZnBr2
CdBr2
41,9; 43,9; 40
53; 55,8
210"5; 8,410"6
1,3710"5
«1; 5-10"3
58,8; 60,5; « 50
58; 50,81; «50
50; 51,7; «45
« 47; 51
41,4
« 80; 82,5
48,8; 52,9; >40
[4],[1,2]
[2], [1]
[2], [4]
[1]
[2], [1]
[4], [1,2]
[4], [1,2]
[4], [1,2]
[2], [1]
[2]
[2], [4]
[4], [1,2]
PbBr2
SnBr2
PbBr
MnBr2
FeBr2
FeBr3
CoBr2
NiBr2
PtBr4
SnBr4
Hg2Br2
<1; 0,84
>46
0,012; 0,9701
«60; 58,8; 60,2
56,3; 53,9; «55
<60
« 55; 54,4
56,5; 57,3; «55
0.41
« 70
3,910"6; 210"6
[2], [4]
[2]
[2],[1]
[2], [4]
[4], [1,2]
[2]
[2],[1]
[4], [1,2]
[1],[2]
[2]
[4], [1,2]
Растворимость
йодидов
Большинство йодидов растворимы в воде, кроме йодидов таллия (I) , таллия
(III), олова (II), свинца (II), сурьмы (III), висмута, меди (I), меди (II),
серебра, золота (I), золота (III), ртути (I), ртути (II), палладия (II),
платины (IV), свинца (I), титана (I).
Таблица 11. Растворимость йодидов в воде.
Соединение
Lil
Nal
KI
Rbl
Csl
NH4I
Cul2
Agl
Cul
Mgl2
Cal2
Srl2
Bal2
Znl2
Растворимость,
вес. %
« 60; 61,2
64,2; 64,8; «60
59,1; 59,7; «60
«60; 62,05
«40
«60; 62,5; 63,9
0,615; 1,107
4,310"4
310"7; 2,3510"7
3,510"7; 3,410"6
510"4
«58; 59,7; 56,3
«60; 67,1; 67,6
«60; 64,2
66,5; 68,8; «60
«8; 81,2
Ссылка
[2],
[4],
[4],
[2],
[2]
[2],
[2],
[4]
[2],
[1],
[2]
[2],
[2],
[2],
[4],
[2],
-[1]
,[1,2]
,[1,2]
, [1]
, [1]
, [1]
, [1]
,[4]
, [1]
, [1]
,[4]
,[1,2]
,[4]
Соединение
Cdl2
Hgl2
Inl3
Til
T1I3
TI3I4
Pbl2
Snl2
РЫ
Mnl2
CoI2
Nil2
Hg2I2
Fel2
Растворимость,
вес. %
46; 46.29; «43
«1; 5,910_;i
« 93
610"3; 7,810""
B,A110~S
7-10"3
510""
<0,1; 0,06; 0,076
1; 0.97
0,012
72,9
61,2; 67,3; «65
59,7; 60,7; «60
2 10"8; 6 10"3
61.2
Ссылка
[4],
[2],
[1,2]
[1]
[2]
[2],
[1]
[1]
[2]
[2]
[2],
[4]
[2]
[2]
[2]
[4],
[4],
[1],
[1,2]
[1,2]
[4]
[4]
Литература:
1. Коган В. Б. , Фридман В. М. , Кафаров В. В. Справочник по растворимости
том 1 книги 1, 2. - М. -Л.: Издательство Академии наук СССР, 1961г. ,
960с.
2. Киргинцев А. Н. Растворимость неорганических веществ в воде.
Справочник, 1972г., 245с.
3. Турова Н. Я. Справочные таблицы по неорганической химии. Под ред. Тамм
Н. С, Л., «Химия», 1976, 116с.
4. Тредвелл Ф. П. , Голл В. Г. Курс аналитической химии том 1. Качественный
анализ. Под ред. А. С. Комаровского М., «Госхимтехиздат», 1933, 682с.
5. Несмеянов Ан. Н. Прошлое и настоящее радиохимии. - Л.: Химия, 1985. -
168с.
6. Фурман А. А. Неорганические хлориды (Химия и технология). 1980, М. :
Химия- 416с.
7. Артеменко А. И. Органическая химия: Учеб. Для строит. Спец вузов. - 4
изд., перераб. И доп. - М.: Высшая школа; 2000. - 559с.
8. Кузьменко Н. Е. , Еремин В. В. , Попков В. А. Начала химии. Современный
курс для поступающих в ВУЗы - М.: «Экзамен», 2001. - 720с.
9. Карапетьянц М. X., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия: Учебник
для вузов - 4 изд., стер, - М.: «Химия»,2000,592с.
Ю.Ефимов А. И. Свойства неорганических соединений: Справочник. М. :
«Химия», 1983, 253с.
В таблице 12 приведены растворимости кислых солей. Кислые соли образуются
при избытке кислоты и их растворимость отличается от соответствующих средних
солей. Так, например, гидрооксалат нептунила Np02HC204 растворим, в то время
как оксалат нептунила (Np02)2C204j нерастворим, или, наоборот, гидротартрат
калия KC4H506| нерастворим в воде, в то время как соответствующий тартрат
K2C4H406 растворим, на чём и основано аналитическое определение калия. У
франция среди его малочисленных соединений есть нерастворимый гидротартрат
FrC4H5061, но самого тартрата не получили. Кислые соли малочисленны, многих
просто не существует, что и отмечено в таблице пустыми клетками.
Таблица 12. Таблица растворимости кислых солей в воде.
HS"
гидросульфид
HS03"
гидросульфит
hso4"
гидросульфат
HSe04~
гидроселенат
н2ро4"
дигидрофосфат
НР042~
гидрофосфат
H2As04~
дигидроарсенат
HAs04"
гидроарсенат
НС03"
гидрокарбонат
нс2о4~
гидрооксалат
С4Нз04
гидрофумарат
С4НзОб
гидротартрат
HS04"
гидросульфат
Н2Р04~
дигидрофосфат
NH4+
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Т1+
м
Li+
Р
■?
Р
Р
Р
Р
Sn2+
Na+
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
РЪ2+
н
—
к+
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
н
Ад+
р
Rb+
Р
М
Zn2+
Р
Cs+
Р
Р
Нд22+
Fr+
Н
Се4+
Мд2+
Р
Р
Р
М
Р
Ри3+
Са2+
Р
Р
Р
Н
м
р
р
Np02+
Sr2+
Р
Р
-
Р
н
р
Np4+
Ва2+
Р
Р
Р
Н
м
р
Мп2+
P
Ra2+
Р
Р
Р
Н
Р
Fe2+
Р
HP042"
гидрофосфат
HAs04"
гидроарсенат
НСОз"
гидрокарбонат
нс2о4"
гидрооксалат
Н
М
Р
Н
Н
н
р
н
н
н
р
Нерастворим в воде также гидросульфид кобальта (II): CoHSj.
БОЛЬШАЯ ТАБЛИЦА
РАСТВОРИМОСТИ
СОЛЕЙ В ВОДЕ
Ниже приводится большая таблица растворимости солей в воде, ионы в таблице
расположены по группам, как в периодической таблице для удобства читателей.
Так, в первой группе анионов расположены анионы галогенсодержащих кислот, а в
первой группе катионов вы сможете найти катионы всех элементов главной
подгруппы первой группы периодической системы. Отдельно в таблице выделены
комплексные анионы и анионы органических кислот. Знаком Ln3+ в таблице
обозначены трёхзарядные катионы редкоземельных металлов от Се до Lu, кроме Рт.
Прометий - член семейства лантаноидов, его существование между неодимом и самарием
было предсказано Броунером, однако попытки обнаружить этот элемент в рудах
редких земель не увенчались успехом. Он был выделен в 1947 году группой
американских учёных из продуктов деления урана. В настоящее время получено 16
его изотопов и 2 ядерных изомера. Однако по данным [5] по растворимости
солей он отличается от остальных лантаноидов, поэтому он рассмотрен отдельно.
Знаком Ln2+ обозначены катионы лантаноидов со степенью окисления +2, а именно
Eu, Sm, Nd, Dy, Но, Tm, Yb. Отдельно рассмотрены катионы актиноидов.
Незаполненные клетки обозначают, что данное соединение не существует, либо данные по
ним не найдены, прочерк означает, что соединение разлагается в воде. Так га-
логениды титана (II) при соприкосновении с водой возгораются.
Таблица 13. Приложение к большой таблице растворимости.
Анион
ОН"
F"
С1"
С102"
С103~
С104~
Вг"
ВгОз"
I"
Юз"
Хе064~
S2"
s2o32"
so32"
so42"
Se042~
N3"
N02"
Название соли
Гидроксид
Фторид
Хлорид
Хлорит
Хлорат
Перхлорат
Бромид
Бромат
Иодид
Иодат
Перксенат
Сульфид
Тиосульфат
Сульфит
Сульфат
Селенат
Азид
Нитрит
Анион
Si032"
В02"
МгЮ4"
Re04"
Cr042~
Сг2072"
Мо042"
W042"
[Fe(CN)6]4"
[Fe(CN)6]3-
[CotCNJe]3"
[PtCl6]2"
[SiF6]2"
HCOO"
CH3COO"
C2042"
C6H5COO"
C4H2U4
Название соли
Силикат
Борат
Перманганат
Перренат
Хромат
Дихромат
Молибдат
Вольфрамат
Ферроцианид
Феррицианид
Гексациано-кобальтат
Гексахлороплатинат
Гексафторосиликат
Формиат
Ацетат
Оксалат
Бензоат
Малеат
N03"
P043"
As033"
As043"
V033"
V043"
C032"
CN"
CNS"
CNO"
Нитрат
Фосфат
Арсенит
Арсенат
Ванадит
Ортованадат
Карбонат
Цианид
Тиоцианид
Цианат
C6H2N307"
С17Н35СОО"
С4Н4О6
С4Н4О4
CgHsOv^"
С7Н5О3"
Ci4Hi4N2S03~
ch2(so3)22"
[(CnH12N20)6(C104)n]n"
Пикрат
Стеарат
Тартрат
Сукцинат
Цитрат
Салицилат
Гелиантат
Метионат
п-перхлоратогексаантипиринат
ОН"
F"
С1"
СЮ2"
С103"
СЮ4"
Вг"
Вг03"
I"
Юз"
Хе064"
S2"
S2O32"
SO32"
SO42"
Se042"
N3"
N02"
N03"
Р043"
As033"
As043"
V033"
V043"
СО32"
CN"
CNS"
CNO"
Si032"
B02"
Mn04"
Re04"
Cr042"
Cr2072"
Mo042"
wo42"
[Fe(CN)6]4"
[Fe(CN)6]:s-
[Co(CN)6]3"
H+
P
P
P
P
M
P
P
P
P
M
-
P
P
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
H
p
H
H
p
p
p
NH4+
Р
Р
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
-
P
M
P
P
p
p
p
p
p
T,i +
p
M
p
p
p
p
p
p
p
H
p
p
p
p
p
p
p
p
H
H
p
p
p
p
p
H
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
Na+
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
H
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
K+
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
M
p
p
p
p
p
p
p
Rb+
Р
Р
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
M
P
P
p
p
p
p
p
p
Cs+
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
M
M
p
p
p
p
p
p
p
Fr+
H
Be2+
H
Р
P
P
P
P
P
-
P
P
P
H
H
p
p
H
Mg2+
H
H
p
p
p
p
p
p
p
H
H
p
M
p
p
p
p
p
H
H
H
H
p
p
p
H
M
p
p
p
p
p
p
Ca2+
M
H
p
p
p
p
p
p
p
M
H
M
p
H
M
p
p
p
p
H
H
H
H
p
p
p
H
M
M
p
p
H
H
p
p
p
Sr2+
M
H
p
p
p
p
p
p
p
H
H
p
p
H
H
H
p
p
p
H
H
H
H
p
p
p
H
M
p
H
p
H
H
p
p
p
Ba2+
p
M
p
p
p
p
p
M
p
H
H
p
M
H
H
H
p
p
p
H
H
H
H
H
p
p
p
H
M
H
p
H
p
H
H
M
p
p
Ra2+
Р
H
p
p
p
p
p
H
p
H
H
H
H
p
p
p
H
H
H
H
p
p
p
-
H
p
H
Al3+
H
M
p
p
p
p
p
p
-
-
p
-
p
H
-
H
-
-
p
-
H
-
H
-
-
[PtCle]2-
[SiF6]^
HCOO"
CH3COO"
C204'-
C6H5COO"
C4H2U4
C6H2N307"
C17H35COO"
C4H406
C4H404
CgHstV"
с7н5о3"
C14H14N2S03"
ch2(so3)22"
[(C11H12N20)6(C104)n]n-
p
p
p
p
p
M
p
M
H
p
p
p
M
p
p
p
p
p
M
p
p
M
p
p
p
p
p
p
p
H
p
p
p
p
p
M
p
p
p
p
p
M
p
p
p
p
p
p
M
H
p
p
p
p
M
p
p
p
p
p
H
M
p
p
p
p
p
M
p
p
p
H
p
p
p
p
p
p
M
p
p
H
H
p
M
p
p
p
H
p
H
H
p
p
H
p
p
p
p
H
p
p
H
H
M
H
p
H
p
p
p
p
p
H
p
H
M
M
p
H
p
p
p
H
p
p
H
p
M
p
H
M
p
p
M
M
p
H
H
p
p
p
H
p
H
M
OH"
F"
CI"
C102"
C103"
СЮ4"
Br"
Br03"
I"
I03"
ХеОб4"
S^"
s2032~
so32~
so42~
Se042~
N3"
N02"
N03"
P04^"
As03^"
As04^"
vo33~
vo^~
co32"
CN"
CNS"
CNO"
Si032"
B02"
Mn04"
Re04"
Cr042~
Ga^+
H
p
p
p
p
p
-
p
p
p
H
TnJ+
H
p
p
p
p
p
H
H
p
p
H
H
H
H
Tli+
H
p
p
p
H
H
p
H
H
Tl +
p
p
M
p
p
H
M
H
H
H
M
P
P
P
M
P
P
M
M
H
P
P
M
P
M
H
Sn2+
H
p
p
p
p
M
H
-
-
p
-
H
-
-
-
-
-
H
H
H
Sn4+
H
p
p
-
M
p
H
-
-
H
-
-
-
-
p
-
-
-
Pb+
H
H
H
Pb2+
H
H
M
H
p
p
M
p
H
H
H
H
H
H
H
H
H
-
p
H
H
H
H
H
H
M
H
H
H
H
Sb3+
H
p
p
-
M
M
H
p
p
H
-
-
-
-
-
-
-
-
Bi3+
H
H
p
p
p
p
H
H
H
H
M
p
H
H
H
H
-
-
-
H
H
BiO+
H
H
p
H
H
H
H
Cu+
H
M
M
H
H
H
H
-
H
H
Cu2+
H
p
p
p
p
p
p
H
M
H
H
p
p
H
-
p
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Ag+
-
p
H
M
p
p
H
M
H
H
H
H
H
H
M
H
H
M
p
H
H
H
H
H
H
H
H
H
M
M
M
H
Au+
H
p
H
H
H
H
p
H
H
Cr2072"
Mo042"
WO42"
[Fe(CN)6]4"
[Fe(CN)6]J"
[Co(CN)6]J-
[PtCl6]2"
[SiF6]2"
HCOO"
CH3COO"
C2042"
C6H5COO"
C4H204
C6H2N307"
C17H35COO"
C4H406
C4H404
с6н5о73"
C7H503"
C14H14N2S03"
ch2(so3)22"
[(C11H12N20)6(C104)n]n"
H
H
-
H
p
H
M
p
H
p
p
p
M
H
p
H
H
H
p
p
H
H
H
H
-
p
p
p
-
H
H
H
H
p
p
p
p
H
M
H
H
H
H
H
H
p
p
-
-
-
H
H
H
H
p
-
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
p
p
p
H
H
M
H
H
p
p
H
H
H
H
H
H
p
H
M
H
M
M
H
H
H
H
H
H
p
p
OH"
F"
CI"
clo2"
C103"
СЮ4"
Br"
Br03"
I"
Юз"
Xe064"
S2"
S2032"
so32"
so42"
SeC-42"
N3"
N02"
N03"
po43"
As033"
As043"
VO33"
VO43"
CO32"
CN"
CNS"
Ati3+
H
-
P
-
P
H
H
H
p
p
-
-
-
-
-
H
H
7,n2+
H
M
p
p
p
p
p
p
p
M
H
H
p
M
p
p
-
p
H
-
H
H
H
p
Cd2+
H
p
p
p
p
p
p
p
p
H
H
p
H
p
p
p
p
H
H
H
H
H
Hq,2+
H
p
H
p
p
H
H
H
H
H
M
H
p
H
H
H
H
H
H
H
Hq2+
H
-
p
H
p
p
M
H
H
H
H
H
p
H
-
p
H
H
H
H
p
H
Sc3+
H
H
p
p
p
p
-
p
p
p
H
H
p
Y3+
H
H
p
p
p
M
-
p
p
H
H
H
H
La3+
H
H
p
p
p
p
H
H
-
p
p
p
H
H
H
H
H
Ac3+
H
H
p
p
H
-
p
p
H
H
Ti3+
H
p
p
p
p
H
Ti4+
H
-
-
p
-
-
H
-
p
p
Zr4+
H
p
p
p
p
p
H
p
H
H
p
Zr02+
H
p
p
p
p
Hf4+
H
p
p
p
p
H
H
Hf02+
H
p
p
CNO"
Si032"
во2"
Mn04
Re04
Cr042"
Cr2072"
Mo042"
WO42"
[Fe(CN)6]4"
[Fe(CN)6]^"
[Co(CN)6]J-
[PtCl6]2"
[SiF6]2"
HCOO"
CH3COO"
c2042"
C6H5COO"
C4H204
C6H2N307"
Ci7H35COO"
C4H406
C4H404
c6h5o7j-
C7H503"
C14H14N2S03"
CH2(S03)2"~
[ (C11H12N20) 6
(cio4)n]n"
-
-
-
-
p
-
-
-
H
H
p
H
p
H
H
H
H
H
p
p
p
H
p
H
H
H
p
p
H
H
p
H
H
H
H
p
p
H
p
M
H
H
p
H
-
-
M
H
H
p
H
M
H
H
H
M
-
-
H
-
H
H
p
H
M
H
H
M
H
p
p
p
H
H
H
p
p
H
H
M
H
H
H
H
H
p
H
H
p
H
H
H
H
H
p
H
H
OH"
F"
CI"
C102"
C103"
СЮ4"
Br"
Br03"
I"
I03"
Xe064"
s*-
S2032"
so32"
so42"
SeCu2"
N3"
N02"
N03"
P043"
Cr2+
H
H
p
p
p
p
H
p
Cr3+
H
p
p
p
p
p
H
-
p
-
p
H
Mo3+
H
H
H
H
p
Mn2+
H
p
p
p
p
p
H
H
p
H
p
p
-
p
H
Fe2+
H
H
p
p
p
p
p
H
H
p
-
p
H
Fe3+
H
P
P
P
P
P
P
H
H
-
P
P
-
P
H
Co2+
H
H
p
p
p
p
p
p
M
H
H
p
p
M
p
H
Co3+
H
-
-
p
p
Ni2+
H
p
p
M
p
p
p
p
M
H
H
p
p
p
p
H
Pd2+
H
-
p
p
H
H
H
p
p
p
p
Pt4+
H
p
p
-
-
M
H
H
p
p
Pt2+
H
p
H
-
p
p
H
Ln3+
H
H
p
p
p
p
p
H
H
p
p
p
H
Ln2+
P
H
p
p
p
H
H
H
p
H
Pm3+
P
H
H
p
H
AsC-з3"
AsC-43"
V033"
V043"
CO32"
CN"
CNS"
CNO"
Si032"
B02"
Mn04"
Re04"
Cr042"
Cr2072"
M0O42"
W042"
[Fe(CN)6]4"
[Fe(CN)6]3-
[CotCNJe]3"
[PtCl6]2"
[SiF6]2"
HCOO"
CH3COO"
C2042"
C6H5COO"
C4H2U4
C6H2N307"
Ci7H35COO"
C4H406
C4H404
c6h5o7j-
C7H503"
C14H14N2S03"
ch2(so3)22"
[ (C11H12N20) 6
(cio4)n]n"
H
-
H
-
H
p
-
H
p
-
-
p
p
H
H
p
H
H
H
H
H
p
H
H
H
H
H
p
p
p
H
p
M
H
H
p
H
H
H
H
p
H
H
-
H
H
H
H
p
p
p
H
H
H
H
M
H
H
-
H
p
H
H
p
H
p
p
p
p
H
H
p
H
H
H
p
p
-
H
H
H
p
p
p
H
M
M
H
H
M
p
p
p
H
H
H
H
H
H
H
p
-
H
H
H
H
H
p
p
p
p
H
H
H
M
H
p
H
p
-
-
p
H
-
-
-
-
p
-
-
-
H
H
H
H
H
H
H
p
H
H
H
H
H
p
M
p
H
M
p
H
H
OH"
F"
CI"
C102"
C103"
СЮ4"
Br"
Br03"
I"
Юз"
Xe064"
S2"
S2032"
Th4+
H
M
p
p
p
p
H
H
Pa03+
H
p
p
p
p
p
-
u4+
H
H
p
p
p
p
H
uo22+
H
p
p
p
p
p
H
H
H
Np4+
H
H
p
p
p
H
Pu3+
H
H
p
p
p
p
H
Pu022+
H
M
p
p
p
p
-
Am3+
H
p
p
p
H
Cm3+
H
H
p
p
H
Bk3+
H
H
p
p
p
H
H
Cf2+
H
p
p
p
Cf3+
H
H
Es3+
H
H
p
p
p
p
p
H
H
Md2+
p
H
p
p
p
H
H
so32"
so42"
Se042~
N3"
N02"
N03"
P043"
As033"
As043"
VO33"
VO43"
C032~
CN"
CNS"
CNO"
Si032~
B02"
Mn04"
Re04
Cr042"
Cr2072"
M0O42"
wo42_
[Fe(CN)6]4"
[Fe(CN)6]3-
[Co(CN)6]3-
[PtCl6]2_
[SiF6]2"
HCOO"
CH3COO"
c2o42_
C6H5COO"
C4H204
C6H2N307"
C17H35COO"
C4H405
C4H404
CeHsO,3"
C7H503"
C14H14N2S03"
CH2(S03)22"
[(C11H12N20)6(C104)n]n-
P
M
p
H
H
H
H
H
p
p
p
H
H
M
p
p
H
p
p
H
p
p
H
M
p
p
H
H
p
H
H
p
M
M
p
p
p
H
p
p
H
H
p
p
H
-
p
H
p
H
p
p
H
H
H
H
H
p
p
p
H
H
H
H
H
H
p
H
H
H
H
H
p
M
p
H
M
H
p
H
p
H
Разное
ФЛЕКСАГОННЫЕ СЕТКИ
Ивченко1 А. В.
От редакции
Есть большой мир изобретений и открытий, в котором создают лазеры и ракеты,
компьютеры и сотовые телефоны, телевизоры и микроскопы. И есть малый мир
изобретательства, в котором создают игрушки и головоломки.
Обычно объекты из большого мира отражаются в мире малом, но иногда бывает
так, что какая-нибудь игрушка или головоломка находит свое применение в
большом мире.
Флексагоны (от англ. to flex — складываться, сгибаться, гнуться) — плоские
модели из полосок бумаги, способные складываться и сгибаться определённым
образом. При складывании флексагона становятся видны поверхности, которые ранее
были скрыты в конструкции флексагона, а прежде видимые поверхности уходят
внутрь.
Флексагоны обычно имеют квадратную (тетрафлексагоны) или шестиугольную
(гексафлексагоны) форму.
Для различения плоскостей на секторы флексагона наносят цифры, буквы,
элементы изображения или просто окрашивают в определённый цвет.
Флексагоны являются частным случаем моделей-трансформеров.
1 ge7net7a@yandex.ru
Первый флексагон был открыт в 1939 году английским студентом Артуром
Стоуном, изучавшим тогда математику в Принстонском университете в США. Бумага
формата Letter была слишком широкой и не умещалась в скоросшиватель,
предназначенный для бумаги формата А4. Стоун обрезал края бумаги и из получившихся
полосок стал складывать различные фигуры, одна из которых оказалась тригек-
сафлексагоном.
Вскоре был создан «Флексагонный комитет», в который вошли, кроме Стоуна,
аспирант-математик Бриан Таккерман, аспирант-физик Ричард Фейнман2 и
преподаватель математики Джон У. Тьюки.
К 1940 году Фейнман и Тьюки разработали теорию флексагонов, заложив тем
самым основания для всех последующих исследований. Теория не была опубликована
полностью, хотя отдельные её части впоследствии были открыты заново.
Нападение на Пёрл-Харбор приостановило работу «Флексагонного комитета», а война
вскоре разбросала всех четырех его учредителей в разные стороны.
Популярность флексагоны получили после появления в декабрьском номере
журнала «Scientific American» за 1956 год первой колонки Мартина Гарднера
«Mathematical Games», посвященной гексафлексагонам.
Флексагоны неоднократно были запатентованы в виде игрушек, но не получили
широкого коммерческого распространения.
Введение
Речь пойдет о «флексагонных сетках3» или, по другому названию, о
«реверсивных ячеистых структурах». Это пространственные механические структуры из
определенных сочетаний твердотельных элементов - тетрафлексагонов, обладающие
пластичными свойствами за счет, т.н. реверсивных петель (шарниров двойного
действия). Такой структуре может быть задано свойство восстанавливать свою
форму, изменную внешним механическим воздействием. "Флексагонные сетки" могут
служить для передачи волнового движения. А если к конструкции применить
автоматическое управление, то через назначение различных состояний её узлов
(реверсивных петель) структуру можно приводить к изменению пространственной
формы, к трансформациям, с возможной фиксацией каждой из конфигураций.
Данное изобретение открывает нам реальные перспективы создания широкого
спектра динамических объектов эстетического и утилитарного назначения. Из
очевидных направлений реализации можно указать машиностроение, робототехнику,
архитектуру, искусство и дизайн.
Что такое «флексагонные»?.. Объяснение даст одна забава, представляющая
собой особым способом сложенный лист бумаги, у которого имеются скрытые
поверхности, делающиеся видимыми после того, как стали невидимыми ранее открытые
поверхности. Эта игрушка называется «флексагоном». Одной из её разновидностей
является тетрафлексагон, а, в свою очередь, разновидностью последнего,
состоящего из трех поверхностей, выступает тритетрафлексагон.
На рис. 1 показан способ раскройки тритетрафлексагона. Слева - лицевая сто-
2 Ричард Филлипс Фейнман (Файнман) (англ. Richard Phillips Feynman; 1918—1988) —
американский учёный. Основные достижения относятся к области теоретической физики.
Один из создателей квантовой электродинамики. В 1943—1945 годах входил в число
разработчиков атомной бомбы в Лос-Аламосе. Разработал метод интегрирования по
траекториям в квантовой механике (1948), а также так называемый метод диаграмм Фейнмана
(1949) в квантовой теории поля, с помощью которых можно объяснять превращения
элементарных частиц. Предложил партонную модель нуклона (1969), теорию квантованных
вихрей. Реформатор методов преподавания физики в вузе. Лауреат Нобелевской премии по
физике. Кроме теоретической физики, занимался исследованиями в области биологии.
3 Название придумано автором изобретения и этой статьи - инженером-конструктором
Ивченко А. В.
рона, справа - тыльная.
Рис. 1.
Выкройку нужно свернуть и склеить так, как показано на рис. 2
1 1
2 3 3
склеилъ края
Рис. 2.
Складывая тритетрафлексахюн по представленному на рис. 3 принципу, мы
обнаружим, что квадраты с единицами «спрятались» вовнутрь, но стали видны
квадраты с тройками (рис. 4).
и
в
(А)
IV
В
(в)
А
V
Рис. 3.
i V
3 1
3
Рис. 4,
Флексагонная
петля
Аналогично можно сделать выкройку (рис. 5) двойного шарнирного соединения
(реверсивных, флексагонных петель).
Подклеить
Рис. 5.
Этот пример демонстрирует конструктивное решение, положенное в основу
флексагонных петель.
Рассмотрим более жесткий вариант флексагонной петли, который можно собрать
из деталей показанных на рис. 6.
Объединяя петли в структуры, мы в конечном итоге получаем «искомые» флекса-
гонные сетки.
Деталь #1
Деталь #3
Деталь #2
Рис. 6.
Схема сборки петли показана на рис. 7.
Обеспечивоем
"соосность отверстий
двух деталей JK
Сориентировав выступ
«желтой» детали по
пазу А заводим ее
крайнее положение,
совместив оси с
отверстиями
сиреневых» деталей.
Рис. 7.
Из таких петель можно собрать довольно сложные структуры - флексагонные
сетки г например сотовую ячеистую структуру, изображенную на рис. 8.
Рис. 8
Эластичные свойства структур реализованных на основе флексагонных сеток
достигаются не за счет пластичных свойств материалов, из которых они сделаны,
а за счет шарнирных соединений (рис. 9).
Рис. 9.
Данные структуры, выполненные с применением твердотельных (в границах
эксплуатационных свойств) материалов, будут обладать способностью
восстанавливать свою форму, после внешних механических воздействий.
Указанная способность флексагонных сеток к восстановлению формы будет
достигаться при помощи механического узла со спиральной пружиной, работающей на
сжатие (см. рис. 10).
1
Рис. 10.
Заключение
В качестве одного из вариантов практической реализации идеи флексагонных
сеток можно предложить создание светильников, люстр и светодиодных панелей.
Источники светоизлучения следует разместить в ячейках сетки. Способность
менять свою пространственную форму создаст светильнику необычный эстетический
эффект. В большей степени это относится к светящимся панелям, размещаемым
вертикально, либо над головой зрителя и применяемым в интерьерных решениях, а
также для создания динамических фасадов в архитектуре. На поверхности таких
панелей будут появляться округлые впадины и бугры, в динамике переходящие
друг в друга и имеющие возможность менять интенсивность своей сменяемости.
Масштаб и плавность перетекания формы, снабженной иллюминацией, получат в
результате завораживающий, гипнотический вид, эстетически рождая у наблюдателя
ассоциацию с телом медузы.
В случае же с плафонами и люстрами, использующими флексагонные сетки, мы
получим бытовые источники света, способные при необходимости концентрировать
или рассеивать свет. Последнее свойство может ещё найти своё применение в
параболических и зеркальных антеннах, позволяя им изменять своё фокусное
расстояние.
Флексагонные сетки также могут выполнять функцию несущего каркаса в
конструкциях меняющих форму. В своё время «BMW» создало двухместную концепт-
версию автомобиля, с кузовом, представляющим собой механический, в некоторых
местах подвижный каркас, обтянутый специальной эластичной металлизированной
тканью (рис. 11). Фары данного концепта открывались на манер человеческих
глаз, размыкающих веки. Доступ к двигателю и сопутствующим ему агрегатам и
устройствам становился доступен после того, как искусственная плоть
автомобиля расходилась в разрезе, предусмотренном конструкторами по центру того
места, где в традиционных версиях автомобилей располагается крышка капота.
Двери салона услужливо открывались навстречу водителю и пассажиру, собираясь
складками блестящей серебристой ткани в районе крыльев передних колес. Нет
сомнения, что идея этого автомобиля может получить развитие за счет
применения флексагонной сетки в качестве несущего динамического каркаса кузова. По
сути, вся поверхность кузова такого нового средства передвижения будет тогда
способна к изменению геометрических и, соответственно, аэродинамических
характеристик . Из дополнительных плюсов: прочность, за счет ячеистости, станет
намного выше, в отличии от обычного применения штампованного листового
металла в конструкциях кузова.
Рис. 11.
Продолжая мысль об аэродинамических свойствах, мы позволим себе упомянуть и
авиатехнику. Так, закрылки самолетных крыльев не будут в новом своём
воплощении представлять собой отдельные элементы, а станут единой монолитной
конструкцией со всем крылом и, в целом, с корпусом самолета. Изменение же
режима полета может быть синхронизировано с изменениями геометрии летательного
аппарата. То, что тенденция к созданию летательных аппаратов в полете
меняющих свои геометрические характеристики находит своё практическое воплощение
уже в наши дни, мы можем видеть на примере некоторых работ немецкой компании
Festa (рис. 12).
Рис. 12.
К явным достоинствам широкого технического применения флексагонных сеток
относится то, что при их производстве легко ориентироваться на проверенные
временем технологии. Например, такие как металлоштамповка, литье в пресс-
формы и др.
Надеюсь вызвать у вас интерес к своему изобретению!