У каждого кристалла — а их миллионы — свои неповторимые черты. Одни грани хорошо выражены, другие едва заметны; ребра прямые и изогнутые; на гранях тончайшие штришки, «наросты», выбоинки, пирамидки (под микроскопом заметны спиральные конструкции, линии роста или разрушения).
В прозрачных кристаллах порой, словно призраки, просвечивают другие кристаллические формы, встречаются темные или блестящие включения, пузырьки газов или жидкостей. У некоторых камней кристаллы выстраиваются в ряды и даже образуют какие-то таинственные знаки, подобные древним письменам… А еще кроме камней земных есть камни небесные — метеориты — со своими странными узорами, вкраплениями. О чем они говорят? О каких тайнах иных планет и миров могут рассказать?
Чтобы прочесть каменные письмена природы, недостаточно знать «азбуку» кристаллографии. Нужно выяснять, каким образом ч по какой причине тот или иной кристаллик отклонился от идеальной геометрической формы? Из чего он состоит — в главных компонентах и в тончайших примесях, в основной массе и включениях? Почему узоры дендритов похожи на морозные узоры на стеклах? Почему и как выросла каменная колонна или образовались корочки, налеты, натеки минералов? Каким образом срослись кристаллы в друзы или щетки? Чем вызваны великолепные рисунки агата?
В кристалле может быть замурована капля давным-давно высохшего моря или пузырек воздуха от атмосферы, существовавшей многие миллионы лет назад/Это в тех случаях, когда кристалл рос на земной поверхности, в пещере, в море. Но многие из них пришли к нам из глубоких недр планеты, после долгого «созревания» в трещинах и порах, кристаллизации из раскаленной магмы.
Вулканы извергают на земную поверхность расплавленные массы. Кристаллы и корки серы, нашатыря, борной кислоты и некоторых других веществ рождаются при охлаждении газов в кратерах вулканов и в газовых струях.
Со временем с некоторыми минералами происходят чудесные превращения: мелкие кристаллики становятся крупными; порой аморфная масса вулканического стекла — твердая жидкость — обретает кристаллическое строение.
Все особенности рождения, роста и жизни кристалла отражены в его строении, облике, составе, в его взаимодействиях с соседями.
Об этом взаимодействии надо сказать особо. Если внимательно рассмотреть обломок горной породы, состоящей из нескольких минералов — темный вулканический базальт, глубинный гранит, каменную соль, — то можно заметить, что есть «нахальные» кристаллы, наиболее крупные и хорошо ограненные, а есть «угнетенные», мелкие, сжатые и стиснутые соседями.
Подобные взаимоотношения складываются в зависимости от условий кристаллизации — прежде всего, изменений температуры и давления. Те вещества, которые кристаллизуются раньше, при еще высоких температурах и давлениях (в период остывания подземных расплавов, магмы), получают преимущество. Они имеют возможность свободного роста. Остальным приходится расти в тесноте, «расталкивая» соседей. Нечто подобное происходит при быстром застывании вулканической лавы: отдельные кристаллы успевают быстро вырасти; остальные, «сгрудившиеся» в общую массу, остаются мелкими, а то и микроскопическими.
Кристалл содержит информацию об условиях, в которых он рос и жил, о своих каменных «родственниках», «друзьях» и «врагах», о природной обстановке древнейших времен и глубоких недр земли. К сожалению, «прочитать» эту информацию можно только приблизительно, причем применив сразу несколько методов.
По цвету некоторых минералов можно судить о температуре кристаллизации. Например, светло-серый кварц обычно (хотя и не всегда) возникает при температуре выше 600°, розовый — при 500°, а серый прозрачный — при 400°. Выше 600° кристаллизуется темная слюда биотит, а в более «прохладных» условиях — светлая слюда мусковит, причем она с понижением температуры меняет цвет от бордоватого и красноватого до бесцветного, а затем до светло-зеленого.
Неплохим геологическим термометром может служить турмалин. Рожденный при высоких температурах — черного цвета; при более низких (ниже 600°) имеет синеватый, зеленый, бурый, желтый, розовый цвет, а ниже 500° — бесцветный. Правда, на цвет турмалина влияют химические примеси: железо окрашивает его в темные тона. Подобный результат может получиться и при повышении давления (при той же температуре). Следует добавить и температуру выделения минерала на олово касситерита: от 500° до 400°. Это значит, одновременно с ним рождались разноцветный турмалин, серый прозрачный кварц, бесцветный и зеленый мусковит, бесцветный берилл.
Эти данные были получены при изучении одного месторождения в Средней Азии. В результате выяснилось, вместе с какими разновидностями минералов залегает руда, где ее можно обнаружить.
Среди минералов есть и такие, по которым можно измерить температуру древних морей. Для этого используются ископаемые раковины, содержащие известь. Определяются соотношения изотопов кислорода с атомным весом 16 и 18 (то есть в 16 и 18 раз тяжелее атома самого легкого элемента № 1 — водорода).
Изотопы — это разновидности химического элемента. В их атомном ядре кроме положительно заряженных протонов есть еще и нейтральные нейтроны, утяжеляющие атом, но не меняющие его заряда. Например, у водорода ядро состоит из одного протона (отсюда и № 1). А если к нему добавляется нейтрон, то получается тяжелый изотоп дейтерий с атомным весом 2 (соединяясь с водородом, он образует тяжелую воду, губительную для живых организмов).
Морские животные на строительство своих раковин и вообще для жизнедеятельности употребляют преимущественно легкий изотоп кислорода-16. Его количество зависит от температуры воды. Если она падает на один градус, содержание данного изотопа уменьшается на две сотых процента.
Отмершие раковины накапливаются на морском дне и могут сохраняться в осадочных слоях многие миллионы лет. На месте бывшего моря за этот срок взгромоздятся горы и поднимутся холмы. Но кристаллы, слагающие окаменевшую раковину, будут хранить «изотопную память» о температуре древнего моря. Правда, и в этом случае точные данные получить трудно, потому что на соотношение изотопов кислорода влияют, помимо температуры, соленость и давление воды.
Минералы, содержащие радиоактивные химические элементы, нередко служат превосходными геологическими часами.
У радиоактивных элементов (изотопов) ядра неустойчивы. Они распадаются вне зависимости от внешних условий и с постоянной скоростью. У каждого элемента (изотопа) скорость распада вполне определенная. О ней судят по периоду полураспада, то есть по тому, за какой срок распадается половина всех атомов данного элемента.
Период полураспада калия-40 (цифра показывает атомный вес) 11 миллиардолетий, урана-235—713 миллионолетий, углерода-14— 5,6 тысячелетий… Если продукты распада, например уран и гелий, сохраняются в минерале, то по ним можно узнать его возраст. Надо только точно определить количество радиоактивного вещества продуктов распада. Чем больше доля этих продуктов, тем дольше шел распад. Так в песочных часах: чем больше просыпалось песка, тем больше прошло времени. Зная период полураспада вещества, по известным формулам нетрудно вычислить в годах продолжительность существования радиоактивного минерала.
И в этом случае, к сожалению, возможны ошибки. Если продукты распада плохо сохранились в кристалле или добавлялись извне, то полученные цифры будут неверны. И еще. Вычисленный возраст отмечает количество времени, которое прошло с момента образования данного минерала. Сколько времени прошло до этого, определить таким способом невозможно. Если минерал неоднократно расплавлялся, а затем вновь затвердевал, то радиоактивные часы покажут время, прошедшее с момента последнего затвердения.
Нечто подобное относится и к песочным часам. Если из них высыпаются или в них добавляются порции песка, то и показания часов окажутся неверными. А счет времени по этим часам ведется только после того, как их перевернут, и сосуд с песком окажется вверху. Сколько раз до этого переворачивались песочные часы — не имеет значения.
…О минералах, кристаллах рассказывать можно очень и очень долго. Им посвящены сотни тысяч книг — и очень увлекательных и чрезвычайно сложных, с замысловатыми формулами, схемами, таблицами, подробнейшими описаниями. Открытия новых минералов теперь обычно делаются в минералогических музеях, при детальном изучении коллекций; реже — в природных условиях или, как говорят геологи, в поле.
Существуют обширные списки минералов, справочники, определители. Кое-что удается дополнить, исправить, уточнить с помощью новейших приборов и методов исследований. Но все-таки главные загадки мира камней связаны прежде всего с жизнью и взаимными связями минералов, с их превращениями на земной поверхности и в земных недрах, с закономерностями образования месторождений полезных ископаемых (эти закономерности изучает особая область знаний).
У каждого геологического района, у каждого месторождения свои особенности, своя судьба. Вот один из множества примеров.
Южнее залива Кара-Богаз находится полуостров Челекен.
Места эти необычные. Повсюду здесь бурлят, клокочат, кипят источники, выбивающиеся из-под земли. Вода их горячая, и в холодные дни окрестности окутываются клубами пара. Как будто испортилась отопительная система Земли.
По подсчетам ученых, гидротермы (горячие источники) Челе-кена ежегодно выносят на поверхность в растворенном виде 300— 350 т свинца, 50 т цинка, не менее 30 т меди и 20 т кадмия, 6—8 т мышьяка. Особенно много они выносят бора (более 1000 т) и стронция (более 7000 т).
Для изучения геологического строения этого интересного района были пробурены скважины. Сначала из них обильно фонтанировали подземные воды. Однако через несколько месяцев потоки воды стали заметно уменьшаться. В чем же дело?
Оказалось, в трубах образуются корочки и пробки самородного свинца. За один-два года в скважине — подобной жерлу искусственного вулканчика — может накопиться несколько тонн свинца. В других скважинах и колодцах накапливаются кристаллы сфалерита — цинковой руды и пирита — железного колчедана.
Челекен — самое настоящее место рождения ценных минералов. Обычно считается, что полезные ископаемые возникают глубоко в недрах земли. А тут минералы рождаются на поверхности, прямо на наших глазах. Наблюдая подобные процессы, можно понять, как образуются многие залежи полезных ископаемых в недоступных для нас земных глубинах.
Кстати, в рекордной сверхглубокой Кольской скважине были обнаружены рудоносные растворы. Оказывается, они циркулируют в горных породах, на глубинах более 10—12 километров даже в тех районах, где геологические процессы идут не очень активно.
Когда полезные ископаемые в виде растворов и рассолов сами поднимаются к земной поверхности, обнаружить их не слишком сложно. А вот для поисков залежей минеральных богатств в плотных и мощных толщах горных пород применяются сложные методы геологической разведки. Например, определяющие магнитность, плотность, радиоактивность и некоторые другие физические свойства горных пород — то есть геологические. Или геохимические, с помощью которых улавливаются ничтожные количества молекул и атомов, рассеянных близ поверхности земли, а потом по этим данным определяют существование геохимических аномалий, отклонений от нормы, в земных недрах.
Много информации несут с собой подземные воды, которые блуждают в пустотах, трещинах и порах каменной оболочки планеты. Короче говоря, искатели подземных сокровищ, геологи-разведчики берут на вооружение новые достижения науки и техники.
А вот одно из последних открытий такого рода. Геофизики после долгих экспериментов обнаружили радиосигналы, испускаемые различными рудными телами, которые залегают на разных глубинах. Оказывается, это подают сигналы минералы-полупроводники: кварц, пирит (сернистое железо), галенит (сернистый свинец), сфалерит (сернистый цинк)…
Судя по всему, «голос» месторождений полезных ископаемых, а точнее, минералов-полупроводников, возникает от изменений подземного давления, мельчайших колебаний земной коры. Их можно создавать искусственно с помощью взрывов, и тогда радиосигналы из недр начинают звучать особенно отчетливо.
О том, что кристаллы-полупроводники при механическом воздействии на них (скажем, на горный хрусталь) вырабатывают электричество, известно давно. А вот использовать подобные электрические импульсы, излучающие радиоволны, специалисты только учатся. И уже умеют отличать «радиоголоса» разнообразных рудных тел. Есть надежда, что подобные «радиопередачи» из недр могут оповещать и о возможности крупных землетрясений (рис.).

Образец письменного гранита на фоне фрагмента ассирийской клинописи и священного дракона из Вавилона

Земная кора — не только великая каменная летопись планеты. Каменное царство не только испытывает внешние воздействия и преображается под их влиянием. Минералы подают сигналы о своем самочувствии и особенностях своего внутреннего строения.