Ферсман: Занимательная геохимия. Химия земли

ГЕОХИМИК В ПОЛЕ

«Хорошо путешествует тот, кто много знает и много размышляет»,— сказал один из ученых-путешественников, а другой совершенно справедливо прибавил, что среди всех инструментов, которые должны быть в распоряжении исследователя, самым острым и самым важным является его глаз, от внимания которого не должны ускользать самые ничтожные явления, ибо в них нередко залог крупных и важных выводов.

В полевой работе геохимику, помимо обычного геологического снаряжения, требуются еще дополнительные приборы для физических и химических исследований. При оснащении экспедиции необходимо учитывать прежде всего способы передвижения в районе, который собирается обследовать экспедиция, в план ее должен включаться весьма серьезный анализ веса и габарита самого снаряжения. Если недостаточное оснащение экспедиции может отрицательно сказаться на ее работе, то лишнее снаряжение затруднит передвижение, сделает невозможным посещение труднодоступных районов.

Общее снаряжение исследователя должно прежде всего состоять из молотков разных типов.

 Для пород осадочных и мягких (сланцев, известняков, глин, мергелей и т. д.) необходимо, чтобы молоток одновременно служил и легкой киркой, его палка должна быть длиной, примерно, 40 см и насажена так, чтобы в руках был узкий конец ёе, а более широкий не давал бы молотку соскочить при ударе. При помощи такого молотка легко можно очищать осыпи и взбираться по крутым склонам.

В районах твердых горных пород (гранит, гнейс, сиенит и т. д.) необходимо иметь молот  более тяжелый (в 1—2 кг) с рукояткой длиной примерно в 70 см. На рукоятке должны быть нанесены сантиметры, чтобы иметь всегда под рукой точные масштабы для измерения. Кроме того, при больших работах надо иметь, тяжелую кувалду до 5. кг весом и небольшой легкий молоточек с короткой рукояткой, в 20—30 см, для отбивания мелких кусков или же для придания образцам определенной формы. Кроме молотка, необходимо иметь набор зубил различной формы и величины. Из другого снаряжения перечислим: увеличительное стекло (лупу не выше 8-кратной), горный компас, рулетку, перочинный ножик, записную книжку с карандашом, специально заготовленные и перенумерованные этикетки величиной 6X4 см, большое количество оберточной бумаги, некоторое количество маленьких стеклянных банок для сбора ценных и нежных образцов и кристаллов, плотные и прочные коробочки различной величины; для сыпучих и землистых тел важно иметь набор парусиновых мешочков с проставленными на них номерами.

Кроме указанного снаряжения необходимо иметь легкую фотографическую камеру (лучше всего типа «ФЭД»), барометр-анероид и набор цветных карандашей для зарисовки геологических и геохимических схем.

Всегда полезно иметь с собой небольшие скляночки с кислотами разной крепости, хороший древесный уголь, платиновую проволочку, соду и буру. При работах более постоянного характера зто элементарное снаряжение должно быть дополнено рядом специальных приборов.

Очень серьезным вопросом является укладка и распределение самого оборудования. Часть его должна упаковываться в крепкие, не пропускающие влагу мешки, приспособленные для ношения на спине (рюкзаки); другая — в ящики, приспособленные для тех методов передвижения, которые намечаются в данном районе, и здесь должен быть проявлен максимум внимания и опыта, чтобы не сделать грубых ошибок и не затруднить транспорт.

Укладка собранных материалов

На укладку и транспортировку собранных минералогических материалов нужно обратить самое большое внимание.

Тщательная упаковка и завертывание каждого образца в отдельную бумагу с вложением этикетки представляет необходимейшее условие хорошего сбора. Надо принять за правило никогда не завертывать в одну бумагу вместе несколько образцов, как бы малы они ни были, а всегда каждый образец завертывать отдельно. Сколько раз из-за небрежности в упаковке погибали прекрасно собранные материалы, особенно образцы мягких минералов! Поэтому при упаковке нужно отделять нежные и мягкие образцы от твердых и упаковывать их отдельно. Каждый образец нужно завертывать в 2—3 листа бумаги, но ни в коем случае не следует эти листы заранее складывать вместе. Этикетку к каждому образцу, сложенную вдвое, кладут не непосредственно на штуф, а после первого слоя бумаги; при этом необходимо иметь в виду, что этикетки надписывают простым, а не чернильным карандашом. Хрупкие и нежные щетки кристаллов следует покрывать сначала тонкой папиросной бумагой и тампоном из ваты и только потом уже завертывать в большие листы бумаги.

Укладка материалов, собранных экспедицией, проходит через ряд этапов, к которым нужно относиться весьма внимательно.

Первый этап — каждодневный сбор и переноска к лагерю. Практически мной за пятьдесят лет сбора минералов был выработан такой метод. Когда ведется сбор геохимического и минералогического материала, все образцы, найденные группой работников, относятся в какое-нибудь одно место (около привала) в гораздо большем количестве, чем это нужно. Затем по окончании работы (вечером) весь собранный материал разбирают, формуют, отбирают лучшие из типичных образцов и временно осторожно укладывают в наплечные мешки. В посто- яннном лагере образцы складывают в надежное и сухое место и в конце определенного периода работ рассматривают вновь и завертывают в бумагу для дальнейшей укладки в плотные и крепкие ящики так, чтобы общий вес каждого ящика не превышал 50 кг. Укладка в большие ящики вообще не рекомендуется, так как камни при этом перетираются, а при перевозках и перегрузках очень тяжелые ящики легко повредить. Отправка материалов должна проводиться непосредственно самой экспедицией. Образцы, оставленные на попечение кого- либо из местных жителей, обычно попадают в руки исследователя с опозданием или вовсе не попадают.

Получив ящики с материалами, необходимо тщательно разобрать образцы и обязательно разместить вместе с этикетками в соответствующие коробки, так как путаница в этикетках может привести к непоправимому вреду и нередко к неверным выводам.

Первый вопрос, который всегда возникает при сборе,— это: в каком виде и сколько брать? Надо сказать, что на него ответить довольно трудно, и хороший сбор минералогического материала обеспечивается лишь долгим опытом и большим знанием природы. Некоторым образцам нельзя придавать определенную форму, для других же, наоборот, желательны определенные размеры и формы, примерно 9X12 или 6X9 см.

Сбор материалов при геохимических поисках

 Геохимические поиски и сама геохимическая методика исследования требуют специального. сбора материала. Поскольку последующие работы геохимиков связаны со специальными минералогическими, химическими, спектроскопическими и рентгеновскими исследованиями, обор материала представляет очень ответственную задачу, от качества и продуманности сбора в значительной степени зависит успех геохимического анализа.

Что же требуется от такого сбора?

1.Прежде всего необходимо достаточное количество материала не только для оптических исследований, но и для химических определений, причем детальным химическим анализам предшествует в иных случаях отделение привходящих, дополнительных минералов. Поэтому необходимо иметь десятки килограммов образцов наиболее характерных пород и минеральных сочетаний.

2.Для минералогических исследований также необходим сбор отдельных минералов. Это нужно для того, чтобы выяснить последовательность выделения минералов, и для отбора хороших, чистых образцов важнейших минералов для анализов.

3.Необходимо собирать материал не только для лабораторных исследований, но и для хранения наиболее типичных образцов  музеях. Это поможет познакомить посетителей музея с данным экспонатом и позволит сравнить типичные образцы минерала изучаемого вами района с образцами таких же минералов других месторождений.

Сравнительный анализ есть один из методов исследования натуралиста. Исследователь- геохимик не должен делать ошибок старой минералогической школы, он должен обращать серьезное внимание на все мелкие проявления каких-либо химических элементов; даже ничтожные корочки, продукты выветривания, должны собираться им так же тщательно, как красивые нггуфы с хорошими кристаллами.

При сборе образцов никогда не надо убаюкивать себя мыслью, что вернешься в другой раз на это же место и соберешь дополнительно новый материал.

 Запись наблюдений

Вопрос о записи наблюдений в полевой работе также очень важен и серьезен. Один ученый совершенно справедливо говорил, что путешественник и исследователь должен носить карандаш на веревочке вокруг шеи,— чем легче доставать карандаш, тем чаще будешь записывать. Записи должны вестись двумя путями. Прежде всего на каждой этикетке,, приложенной к образцу, желательно ставить не только точное указание места и даты сбора, но и некоторые данные о тех условиях, в которых образец взят. Чем точнее указано место находки, тем легче в дальнейшем использовать собранный материал.

Однако основная запись — в полевой записной книжке, и безукоризненное ее заполнение должно быть предметом постоянной заботы исследователя. Успех многих исследований зависит от того, насколько тщательно, продуманно и полно ведутся полевые журналы. Запись наблюдений нужно делать прежде всего на месте работ, охватывать все наблюдения, проведенные в данном месте, и записывать приходящие при этом в голову мысли. В конце дня должна даваться сводка всего материала, причем должны вестись дневники того, что сдеЛано за это время. Очень важны сделанные от руки в записной книжке схематические зарисовки мест, в которых происходила работа и были взяты отдельные образцы.

Полнота и точность записей в записной книжке служат вообще лучшим показателем работы; и одна из грубейших ошибок полевых исследователей — надежда на свою память. Внесение дополнительных данных по памяти в полевую книжку или в этикетки — метод очень опасный, который нередко обесценивает сбор и ведет к неверным выводам.

Необходимо подчеркнуть, что вести хорошо полевой журнал очень трудно. Он обычно может составляться лишь вечером, по окончании тяжелого полевого дня, когда исследователь уже устал и стремится к отдыху. Нередко Необходимо определенное напряжение воли, чтобы все же заставить себя посвятить хотя бы 15 минут записи дневных полевых наблюдений. Иногда это было м в моей практике — начинаешь вследствие переутомления запускать журнал. Тогда лучше гдел&ть дневку и посвятить несколько часов спокойному деловому ого исправлению.

Полевые журналы должны храниться особенно тщательно; их нельзя никому отдавать ни во время работы, ни после нее, так как зто основной документ, который следует всегда носить при себе вместе с другими важнейшими докумёйтйми экспедиции.

После возвращения из экспедиции и разбора коллекций наступает второй этап — подведение итогов полевой работы. Я придаю ему очень большое значение и полевой отчет ставлю во многих отношениях выше окончательного, ибо он обычно объективно подытоживает непосредственные полевые наблюдения и этим самым приобретает ценность, не всегда присущую детально проработанному окончательному отчету, на который оказали влияние и прочитанная литература, и мнения других исследователей, и целый ряд посторонних обстоятельств.

Отчет, написанный под первым впечатлением самой поездки, нередко является гораздо более правильным и более глубоким с точки зрения постановки самих проблем, чем более поздняя надуманная и обработанная сводка.

Часть вторая Методы и последовательность работы

Перед отъездом в поле геохимик должен провести ряд подготовительных работ, помимо подготовки снаряжения, о котором было сказано выше.

Прежде всего необходимо ознакомиться с имеющейся литературой по данному району и по данному вопросу. Если задача поисковой работы — поиски определенного химического элемента, то необходимо детальное ознакомление со свойствами его и его соединений. Во всех случаях исследователю, помимо изучения имеющейся литературы, надо детально ознакомиться в музее с образцами, типичными для данного района, и с теми минералами, которые характеризуют элементы — объекты поисков. Особенно важно своевременно приобрести детальные топографические и геологические карты или их копии для того, чтобы во время экспедиции отмечать цветным карандашом пройденный путь, места нахождения наиболее интересных минералов.

До отправки в экспедицию надо также обязательно детально ознакомиться со всеми методами полевых исследований и точно знать не только как пользоваться теми приборами, которые геохимик берег с собой, но и как их исправлять.

Второй этап — работа в поле. Надо прежде всего ознакомиться с тем, что известно о данном районе в местных учебных обществах, музеях, библиотеках, школах. Необходимо собрать сведения среди местного населения обо всех тех местах, где добывают руду, где имеются естественные обнажения. В ряде случаев очень важен анализ географических названий, которые нередко указывают на существование в данной местности рудников или добычи; например, в Средней Азии слово «кан» говорит о руднике, «ку- мыш» —о серебре, «кал- ба» — об олове или бронзе и т. д. Если где-либо идет стройка дома или настилается мостовая, нужно расспросить, откуда привозится материал; выяснить, где проводят новую дорогу, строят мосты или железнодорожную линию. В колхозах и совхозах надо расспросить, где роют колодцы, где берут глину для печей, известку или краску для домов.

Местное население нередко помнит о том, что в данном районе раньше работали изыскательские партии; у многих старожилов сохранились воспоминания о руде в том или ином районе. В ряде районов очень важно 'выяснить наличие древних выработок, старых отвалов руды и шлаков, остатков плавильных печей и т. д.

Конечно, наибольший материал для предварительного знакомства с минералогией и геохимией района дают не столько естественные обнажения, сколько искусственные выработки, именно отвалы при рудниках и разработках, которые доставляют минералогу и геохимику незаменимый и притом нередко совершенно свежий материал. В рудных месторождениях накапливаются громадные количества тех спутников, которые сопровождают руду, и поэтому в отвалах копей нередко можно собрать интересный материал, если в течение многих дней исследовать каждую новую добычу <а определять минералы при дневном свете в только что отломанных образцах. Отвалы и штабеля добытой руды и камня в общем дают минералогу или геохимику гораздо более ценный материал, чем сами подземные выработки, где в забоях трудно вести точные наблюдения.

Можно и нужно заинтересовать местное население, посвящая его в свою работу и рассказывая о тех полезных ископаемых, которые необходимо разыскать. Создание определенного общественного мнения, сочувствие и содействие со стороны местного населения —один из важнейших факторов успеха в поисках. Местное население начинает интересоваться работой экспедиции, даже дети с охотой помогают: приносят с реки образцы галек и валунов; и надо сказать, что нередко самые крупные новые месторождения открывает местное население.

В каждом данном обнажении, каменоломне, разработке и руднике нужно стараться собрать образцы всех минеральных тел, которые здесь встречаются, обращая внимание как на крупные их скопления, так и на ничтожные следы, указывающие на наличие тех или .иных геохимических процессов.

Сбор материалов, конечно, должен сопровождаться наблюдениями над залеганием минералов в породе, над их соотношением, возрастом и т. д. Первичное, ознакомление с районом дает возможность исследователю правильно подойти к геохимическому исследованию его.

Работа геохимика протекает обычно иначе; он по существу своей работы должен начать с конкретного материала, т. е. с самого месторождения.

Познакомившись с геологической схемой района, он должен начинать свои исследования со штабелей добытой руды и отвалов боковой породы. Так намечается довольно резко различие в методах подхода к работе у геологов и геохимиков в условиях экспедиции или экскурсии.

Прибыв на какое-либо месторождение, геолог идет немедленно в штольню или шахту для осмотра забоев, а также в первую очередь наблюдает выходы отдельных пород, 'естественные обнажения и т. д.

Геохимик и минералог направляются прежде всего к штабелям руды и отвалам. В самый забой они должны идти только тогда, когда их глаз на свету научится различать отдельные минералы, так как определение видов минералов при искусственном освещении забоя представляет очень трудную задачу и возможно лишь при большом опыте. Только после тщательного изучения минералов в штабелях и отвалах геохимик должен перейти к исследованию более общих генетических и геохимических задач, для чего он переносит свою работу на изучение естественных обнажений и на детальное исследование самих забоев и имеющихся зарисовок.

Отсюда становится совершенно понятным, почему минералог и геохимик, придя на рудник, направляются обычно даже не к штабелям руды, а к отвалам боковой породы.

Я лично нередко наблюдал, с каким удивлением, а иногда и прямо неудовольствием смотрели на меня инженеры и техники, когда, приехав на место, я осматривал вначале отвалы, а затем рудник.

Мы не должны забывать, что разгадка самых сложных проблем месторождения и понимание его генезиса дается лишь путем детального изучения всех наблюдаемых минеральных комплексов, их соотношения между собой, их связи с боковыми породами и т. д.

Таким образом, намечается следующая последовательность работы геохимика при первом сборе научных материалов: детальный осмотр отвалов, потом штабелей; далее — забоев в открытых разработках, обнажений, и лишь после всего этого — осмотр подземных выработок и изучение соотношений минералов в свежих подземных забоях.

Как мы уже говорили выше, сбор материалов должен сопровождаться постоянным анализом всех минералогических и геохимических соотношений, а потому необходимо, чтобы геохимик заострил свое внимание на детальном сопоставлении всех наблюдений. Я вспоминаю, что намеченная мною теория связи пегматитовых процессов с образованием изумрудов на Изумрудных копях долгое время не встречала сочувствия, пока несколько ничтожных кристаллов колумбита не подтвердили, что мы имеем дело с типичными гранитными пегматитами.

Продумывая все свои наблюдения, геохимик должен мысленно устанавливать соотношения между отдельными минералами, воссоздавать те условия, при которых они образовались, основываясь на своем опыте, подвергать все данные сравнительному анализу и таким образом постепенно приходить к той или иной рабочей гипотезе о генезисе данного месторождения. Такая гипотеза совершенно необходима для дальнейшей работы поискового и разведочного характера, но нужно не забывать, что рабочая гипотеза не должна заслонять самих фактов. Если факты идут вразрез с гипотезой, то надо ее отбросить. Самая глубокая самокритика и самоанализ необходимы при этой работе, и успех поисковых и разведочных работ заключается именно в умении из маленьких, еле заметных фактов строить такие выводы, которые могли бы связать все явления между собой и подсказать те, которые еще не известны. Всякая рабочая гипотеза хороша только постольку, поскольку она намечает новые пути.

Я сознательно заостряю внимание на этом ©опросе, ибо очень часто полевые работники не хотят отказаться от своей первой рабочей гипотезы даже тогда, когда новые факты начинают решительно ей противоречить.

Молодой геохимик исследует обнажения впадины Кара-Шор. Туркменская ССР

Исследователь в поле должен записывать все те мелочи, которые бросаются ему в глаза при наблюдении. Он должен превратить свою полевую записную книжку в постоянный дневник собственных мыслей и наблюдений, и только зтим путем он сможет прийти к правильным выводам и решениям. При этом приходится довольно резко различать характер работ и записей в первый год посещения какого-либо месторождения или района и в последующие годы. При первом посещении необходимо особенно следить за накоплением чисто фактического материала; при втором обычно возникает уже необходимость проверки созданной рабочей гипотезы; наконец, при третьем выявляются уже проблемы общего характера, и обычно именно третий год приносит новые открытия и подсказывает направление точных поисков Сокращение этих сроков, возможно, и зависит от опыта исследователя и от того, насколько до него данное месторождение или район

Значительно ускоряются окончательные выводы, если во время полевых работ проводить предварительные определения встречающихся минералов и горных парод. Переносные геохимические лаборатории, возможность во время работ отдавать некоторые образны для количественных анализов в ближайшие лаборатории в значительной степени облегчают ход полевых исследований и позволяют скорее подойти к окончательным выводам.