эта нестыковка казалась неопровергаемым, фатальным ударом по теории Геттона. Однако сам он возражал, что известняк, который подвергается при погружении высокому локализованному давлению, должен оставаться неизмененным даже при высокой температуре. Но как можно было проверить эти предположения лабораторным путем?
Несмотря на свое скептическое отношение к плутонизму, Холл нашел впечатляющее экспериментальное разрешение этого конфликта. Проверив гипотезу своего друга с помощью ряда необыкновенно оригинальных экспериментов, Холл стал пионером исследований глубинного углерода. Он откровенно признавался в одной из публикаций: «После трех лет почти ежедневной войны с доктором Геттоном по поводу его теории идеи доктора начали мне казаться все менее и менее противоречивыми»{26}. В серии экспериментов Холл нагревал до высоких температур базальт и гранит, чтобы посмотреть, как они себя поведут. Рассыпятся ли, подобно известняку, и тогда будет опровергнуто их вулканическое происхождение? Как и прогнозировал Геттон, породы сначала расплавились в раскаленную докрасна лаву, а затем остыли до исходного состояния, что является основным свойством любой породы предположительно вулканического происхождения.
В последующих опытах в 1798 г., через год после смерти Геттона, Холл серьезно усовершенствовал свой эксперимент — применил к нагретым образцам давление. Для этого он забил отпиленные ружейные стволы известняком и глиной, заварил их и поместил в горячую печь. Расширение газов, высвобожденных теплом, создало высокие внутренние давления — гораздо, гораздо выше тех, что на поверхности Земли. Многие эксперименты Холла не удались из-за того, что сварной шов был негерметичным или металл расплющивался, а один опыт, в котором реагенты оказались недостаточно высушены, закончился катастрофическим взрывом. «Печь разорвало на части, — писал Холл. — Доктор Кеннеди, который присутствовал при этом… едва остался жив»{27}.
Но некоторые из заваренных Холлом стволов с известняком выдержали всё, и он доказал, что известняк под давлением может нагреваться до высоких температур, даже выше точки плавления, не распадаясь с образованием извести. Холл представил свой инновационный труд «Отчет о серии экспериментов, показывающих, как эффекты сжатия изменяют действие тепла» на собрании Эдинбургского королевского общества (президентом которого он станет семь лет спустя) в 1805 г. Джеймс Холл не только подтвердил идеи Геттона, но и положил начало эпохе исследований высокого давления — направления, которое процветает по сей день, проливая свет на глубинный углеродный цикл Земли.
Редчайшие минералы Земли
Известняки, состоящие из весьма распространенной минеральной разновидности карбоната кальция — кальцита, — это крупнейшее хранилище углерода в земной коре. Но кальцит лишь один из нескольких сотен зарегистрированных углеродсодержащих минералов. Если мы действительно желаем разобраться с земным углеродом, нам нужно переместить фокус внимания с обычных минералов вроде кальцита на более экзотические минеральные виды, каждый из которых обладает уникальным сочетанием химического состава и кристаллической структуры. Мы должны приглядеться к некоторым самым редким кристаллам на Земле.
Если вы хотите узнать секреты природы, вам потребуется максимально овладеть информацией. Каждому ученому знакомы периоды одержимости, когда целыми днями раздумываешь над графиками и разбираешься в таблицах, заполняя ум страницами подробностей. Это своего рода временное безумие — размышлять над анализами, пока ешь, пока притворяешься, что беседуешь с коллегами и родственниками; засыпать, думая о числах, и просыпаться, думая о числах. Если вам повезет, если вам откроются скрытые закономерности, если ваш мозг установит правильные взаимосвязи, тогда вы сможете увидеть что-то новое — что-то, чего никто раньше не видел.
Признаюсь, я знавал такие времена. Летом 2015 г. я был поглощен осмыслением особенностей всех известных минеральных видов, которых более 5000. Я погрузился в их сложную химию и замысловатые кристаллические структуры, их свойства и способы образования, разнообразие проявлений и минеральные ассоциации. На много дней я изолировался от насущных забот. Коллеги сердились за оставшиеся неотвеченными письма. Семья все больше отдалялась от меня в ответ на мою невнимательность, мою глухоту.
Пять тысяч видов — это много, но их вполне возможно изучить за неделю, если не отвлекаться. За неделю вам удастся «прочувствовать» масштаб и богатство минерального царства. Что поражает меня больше всего, так это насколько же мало количество тех минералов, которые распространены повсеместно, — 99,9% объема земной коры представлено менее чем 500 видами.
Минералогия углерода отнюдь не ограничивается алмазом и графитом. Геологи насчитывают более 400 углеродсодержащих минералов, каждый из которых представляет собой уникальную комбинацию углерода с другими химическими элементами, а каждая такая комбинация уникальна особым геометрическим расположением атомов в регулярно повторяющейся кристаллической структуре. Некоторые из этих видов можно в изобилии найти на всех континентах: вездесущий кальцит в известняковых утесах и школьном меле, арагонит коралловых рифов и раковин моллюсков, формирующий горы доломит и практичный магнезит — магниевая руда. Углерод также содержится в прекрасных ювелирно-поделочных цветных камнях, находящихся по «шкале желания» на одну ступень ниже рубинов и изумрудов, — нежно-розовый родохрозит, насыщенно-зеленый малахит и темно-синий азурит, мой любимый минерал.
Но на каждый распространенный углеродный минерал приходится десяток малоизвестных видов — минералов, о которых большинство людей, включая и большинство минералогов, никогда не слышали. Есть множество необычайно редких, микроскопических кристаллов, которые были найдены лишь в одном или паре мест в мире. Например, крошечные кристаллы пурпурного абелсонита были извлечены только из образцов керна горючих сланцев возрастом 50 млн лет в районе Грин-Ривер (штаты Колорадо и Юта). Чудесный небесно-голубой хуангодойит найден лишь на серебряном руднике Санта-Роса в чилийской провинции Икике. Кристаллы прекрасного изумрудно-зеленого уиджимулталита (попытайтесь быстро сказать это слово три раза подряд!) были обнаружены исключительно на руднике Маунт-Эдвардс в Уиджимулте, Западная Австралия. А все известные запасы хрутфонтейнита Земли, открытого в виде микроскопических зерен на руднике Комбат в Намибии, поместятся в наперсток, да еще и место останется.
Почему столь многие минеральные виды редки? Почему бы атомам не найти несколько десятков оптимальных компоновок и не придерживаться их? Мы с моими коллегами никогда не задумывались об этом. Поэтому так важно иметь умных, любознательных, пылких и обладающих широким кругозором друзей, которые не являются экспертами в вашей области. Здесь как с углеродом: чем более разнообразные связи мы формируем, тем больше наш потенциал. Жизненно необходимо иметь коллег в других областях — коллег мыслящих, не боящихся задавать действительно оригинальные вопросы, которые эксперты в вашей области никогда и не подумают задать. Для меня таким другом и коллегой стал Джесси Аусубел.
Джесси называет себя промышленным экологом, изучает источники и потоки энергии в разных социумах. Он слывет весьма осведомленным специалистом с провокационными взглядами на энергетическую политику, но его профессорская позиция в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке дает ему возможности для гораздо более разнообразных и творческих интеллектуальных поисков.