Российский "Бог минералогии": вклад в науку

В.А. МАРКИН кандидат географических наук

Троих ученых называют основоположниками в мировой науке геохимии и кристаллохимии. Это американец Франк Кларк (1847 - 1931), норвежец Виктор Мориц Гольдшмидт (1888 – 1947) и наш соотечественник Александр Евгеньевич Ферсман, 125 лет со дня рождения которого отмечено в ноябре 2008 года.

А.Е.Ферсман - выдающийся русский геолог и организатор науки, создатель школы геохимии и минералогии, первооткрыватель многих рудных и нерудных месторождений, основоположник геохимии ландшафта, космохимии, первый исследователь техногенеза, талантливейший популяризатор и пропагандист науки. Его называли российским «богом минералогии». И еще - «поэтом и философом» камня, из которого построена твердая Земля. Но даже в этих названиях не отражается полностью масштаб его личности и величина сделанного им вклада в науку.

С детства полюбил он камни…

«Камень владел мною, моими мыслями, желаниями, даже снами…»
А.Е.Ферсман

А.Е.Ферсман родился 27 октября (8 ноября) 1883 года в Санкт-Петербурге. Отец его, Евгений Александрович, - архитектор, большой любитель и знаток музыки, ставший генералом и военным атташе России в Греции. Мать, Мария Эдуардовна, глубоко увлекавшаяся литературой, принадлежала к семье потомственных учёных Кесслеров. Вместе с родителями юный Саша проводил лето в имении брата матери, химика Э.А. Кесслера в Крыму; именно там впервые он познакомился с бесконечно разнообразным и полном красоты миром камня. Это детское увлечение продолжилось в поездках с родителями в Грецию, на знаменитые мраморными разработками Принцевых островов, на минеральные источники Карлсбада. Неизгладимое впечатление произвело на мальчика посещение известного своими богатыми коллекциями Венского минералогического музея. У него не было сомнений в выборе пути: закончив с золотой медалью гимназию, он поступил в 1901 году на естественнонаучное отделение физико-математического факультета Новороссийского университета в Одессе.

На какое-то время его постигло разочарование: в преподавании минералогии тогда преобладал формальный, чисто описательный подход, не учитывающий происхождение минералов, их развития и взаимодействия с окружающей средой. К счастью, студент Ферсман перевелся в Московский университет, где его учителем стал молодой профессор В.И.Вернадский, увлеченно говоривший в своих лекциях о Земле как о грандиозной химической лаборатории. На два курса старше Ферсмана был Борис Бугаев (будущий поэт Андрей Белый), и вместе они с большим интересом ходили слушать лекции великого историка В.В.Ключевского. Но А.Е.Ферсмана целиком захватили геология, геохимия и минералогия. Он участвовал в геологических экскурсиях по каменоломням Подмосковья, организованных В.И.Вернадским, который стал первым наставником молодого геолога. Именно по его рекомендации Александр Ферсман был оставлен после окончания учебы на кафедре минералогии, а в 1907 году был командирован для повышения квалификации в Западную Европу: во Францию, Италию, Германию.

«Алмазный период» Ферсмана

«Величайшие законы кристаллографии вытекали из мельчайших деталей строения алмазов…»
А.Е.Ферсман

В 1908-1909 годах, работая в Гейдельбергском университете, в Германии, с выдающимся норвежским геохимиком В.Гольдшмидтом, А.Е.Ферсман стал горячим приверженцем геохимического направления в минералогии. Вместе с Ферсманом В.Гольдшмидт изучал структуру и генетику алмазов различных видов, стремясь раскрыть тайну происхождения этого удивительного минерала. На примере алмаза Ферсман убедился в том, что не только химический состав определяет свойства минералов, но и взаиморасположение атомов в кристаллической решётке, и что исключительно велики возможности чудесных превращений в мире минералов. Его удивило то, как ничтожный, казалось бы, сдвиг атомов превращает мягкий черный углерод в прозрачный сверхтвердый алмаз. Во всесторонних лабораторных исследованиях алмазов Ферсман применил теодолитный столик, изобретенный русским кристаллографом Е.С. Федоровым (1853-1919). Он рассмотрел и измерил множество кристаллов и вместе с В.Гольдшмидтом написал по-немецки и издал фундаментальный труд Der Diamant («Алмаз»), вышедший в свет в 1911 году. К тому времени основатель геохимической школы в геологии В.Гольдшмидт перестал заниматься алмазами. Ферсман же в Минералогическом кабинете университета под руководством В.И.Вернадского продолжал развивать свою теорию происхождения алмазов в глубоких недрах земной коры при очень высоких давлении и температуре. Понимание условий возникновения природных алмазов открывало пути к искусственному получению сверхтвердых кристаллов. За первые успехи в минералогических исследованиях Ферсман получил Золотую медаль имени А.И.Антипова, учрежденную в 1907 году Минералогическим обществом для поощрения молодых ученых. Этот период своей деятельности Александр Евгеньевич называл «алмазным».

С течением времени в сферу его интересов входит всё безграничное разнообразие минералов. Он стремится понять их происхождение и чудесное преображение в процессе развития под влиянием изменчивой окружающей среды. А.Е.Ферсман обосновал понятие о геохимических эпохах Земли, провинциях, зонах и узлах, особенно богатых полезными ископаемыми, образующихся на пересечении разнородных геохимических систем. В монографии «Цвета минералов» (1936), он показал, что минералы меняют свою окраску в зависимости от многих причин (валентности ионов, поляризация, температура образования и однородность кристаллической решётки). В цвете минерала зашифрована история его происхождения и развития.

Среди уральских самоцветов

«Что может быть интересней и прекрасней этой тесной связи между глубокими законами распределения химических элементов в земной коре и распространением в ней живых цветов – драгоценных камней!»
А.Е.Ферсман

В 1911 году большая группа преподавателей Московского университета подала в отставку из солидарности со студентами, выступившими с протестом против запрета хоронить Льва Толстого по православному обряду, и среди потерявших работу оказался Ферсман, Вернадский предложил ему уехать с ним на Южный Урал. Он участвовал в радиевой экспедиции своего учителя, а потом на склонах Ильменских гор, в долине реки Миасс, отделившей этот хребет от Большого Урала, познакомился с необыкновенным минеральным богатством, сказочным царством уральских камней-самоцветов. Встреченное здесь необычайное разнообразие кристаллов различных цветов и оттенков подтвердило мысль о том, что минералы живут и развиваются, как и вся кажущаяся неподвижной твердая земная кора. Ильменские горы известны искусными мастерами-поделочниками, «горщиками», издавна обрабатывавшими цветные камни Урала. У Ферсмана родилась мечта о создании в Ильменах, нигде больше в мире не существующего заповедника минералов и самоцветов. И такой заповедник будет создан, но только в начале ХХ столетия.

В 1912 году А.Е.Ферсман посетил другое уникальное место на Урале – знаменитую своими цветными камнями Мурзинку. О ней он потом писал: «Трудно во всем мире назвать другой уголок земного шара, где бы было сосредоточено большее количество ценнейших самоцветов…». Горщики несли ему для коллекции щетки горного хрусталя, дымчатый кварц, бериллы, турмалины, изумруды, аметисты различных оттенков. Через 70 лет в Мурзинке открылся Минералогический музей им. А.Е.Ферсмана – филиал Нижнетагильского заповедника. Это результат изучения Мурзинского пегматитового поля, проведенного геохимиком-минералогом. Он открыл связь образования драгоценных и полудрагоценных кристаллов с пронизывающими массу магматических пород пегматитовыми жилами. Кристаллизация происходит при охлаждении наполняющих жилы магматических горячих растворов. От условий кристаллизации зависит форма, цвет и размер кристаллов. Гордость музея в Мурзинке – самый его крупный экспонат: сросток кристаллов полевого шпата «Черная мадонна» высотой полметра.

По возвращении с Урала А.Е.Ферсман избран профессором Народного университета А.Л.Шанявского, где он (и одновременно на Высших Бестужевских женских курсах) прочитал курс лекций по минералогии.

Огромную коллекцию, одну из сотни, собранных им на протяжении всей жизни, Ферсман передал Минералогическому музею Академии наук, директором которого он стал в 1919 году. К тому времени А.Е. Ферсман был уже автором более 40 научных статей, некоторые из которых по всеохватности содержания выглядели как маленькие монографии. Первой такой работой были «Материалы к минералогии о-ва Эльба» (1909), названные им «путевыми заметками». За 6 недель, проведенных на этом сравнительно небольшом острове, Ферсман описал всё его минеральное богатство, впервые занявшись изучением пегматитовых жил, изобилующих кристаллами драгоценных камней , которым в дальнейшем посвятит специальную монографию (в ней он доказал, что пегматит - не разновидность гранита, как считалось, а продукт перекристаллизации остаточной гранитной массы при понижении ее температуры).

Апатиты Хибин и горная станция «Тиетта»

«…Самыми яркими в моей жизни были впечатления от Хибин – целого периода эпоса, который почти 20 лет … владел всем моим существом…»
А.Е.Ферсман

С началом Первой мировой войны в России остро встал вопрос о стратегическом минеральном сырье. Комиссия по изучению естественных производительных сил России (КЕПС), секретарем которой был утвержден в 1915 году А.Е.Ферсман, установила, что в добываемом в стране минеральном сырье содержится всего 31 химический элемент периодической системы элементов Менделеева, в то время, как 30 приходится ввозить из-за границы. По личному поручению В.И.Вернадского Александр Евгеньевич отправился в Забайкалье на поиски алюминиевого сырья - бокситов. Двухлетняя экспедиция не дала результатов, и Ферсман признал ошибочность своего прогноза. Пройдут годы и он же найдет способ промышленного получения алюминия из нефелина, из которого на 90% состояли отбросы («хвосты») апатитовых обогатительных фабрик.

Летом 1919 года в возрасте 36 лет А.Е.Ферсман был единогласно избран действительным членом Академии наук в Петрограде. Ему предстояло обследовать вместе с президентом Академии наук А.П.Карпинским и геологом А.М.Герасимовым спешно построенную во время войны Мурманскую железную дорогу, проходившую по территории, только что освобожденной от английской оккупации. Специальный поезд проник в глубь Хибинского горного массива и со станции Имандра были проложены первые маршруты; к участию в них Ферсман привлек студентов Географического института в Петрограде, ректором которого он вскоре становится. Возглавив группу молодых энтузиастов, он впервые знакомится с Хибинами, которым отдаст потом 25 лет своей жизни. идут оленьими тропами, карабкаются по крутым каменистым склонам, пробираются через болота, атакованные тучами беспощадных комаров, выходят к красивейшим горным озерам Большой и Малый Вудъявр и на плато Кукисвумчорр. Длина маршрута в 1920 г. составила 87 км, в следующем – 270 км, а в 1922 - ом - более тысячи… В результате найдено около 90 месторождений редких металлов. Невиданные прежде минералы получают свои названия. Среди них - буроватые кристаллы, не более сантиметра в поперечнике, не встречаемые нигде, кроме тундры на горе Юкспор. Этот минерал участники экспедиции назвали «ферсманитом». А сам Ферсман внезапно увидел, как он вспоминал, «свой камень», названный им «беломоритом». Он так описал находку в книге «Воспоминания о камне»: «… не камень, в Белое море. Заходящие лучи Солнца иногда поднимали из глубин какие-то красноватые огоньки; синева леса была подернута… полярной дымкой, без которой нет нашего Севера и его красот… Камень отражал бледно-синие глубины Белого моря…»

А на плоской, как стол поверхности Хибинской тундры, в однообразной, голой северной пустыне обнаружено главное - нагромождение изверженной горной породы, отдалённо напоминающей гранит. Это нефелиновый сиенит, главное богатство Хибин, в россыпях которого – жилы с шестигранными кристаллами зеленоватого апатита, бесценного фосфатного удобрения. Загадочный минерал вводил в заблуждение ученых непостоянством своего внешнего вида, почему его и назвали так, от греческого слова «апатио» (обманчивый). А.Е.Ферсман доказал, что в Хибинах находится единственное в мире магматическое месторождение апатитов. Он обследовал весь Кольский полуостров и открыл множество других месторождений.

Основные его геохимические идеи родились именно в хибинских "тундрах". Он стал директором срзданной им научной горной станции в Хибинах с саамским названием "Тиетта", превратившейся в Кольский научный центр АН СССР.

В 1928 году А.Е.Ферсман был удостоен премии имени В.И.Ленина, а в 1942 году - Государственной премии СССР I степени за труд «Полезные ископаемые Кольского полуострова».

За серой – в Каракумы

«Контрасты и крайности определяют характер пустыни…, в которой тенистый оазис – лишь небольшой кусочек природы, затерянный в мире жёлтых, бурых и красных красок».
А.Е.Ферсман

Прервав на время полевые работы в Хибинах, в конце 20-х годов. А.Е.Ферсман совершил три поездки в Среднюю Азию вместе с геологом Д.И. Щербаковым (впоследствии он сменит А.Е.Ферсмана на посту академика-секретаря отделения геолого-географических наук АН СССР).

Цель этих поездок – изыскание рудных месторождений, пригодных для промышленной разработки. Считалось, что в Средней Азии их нет, но Ф.Е.Ферсману удалось доказать обратное, и с его именем связано развитие в среднеазиатских республиках цветной металлургии. Важнейшей задачей экспедиции было найти месторождение серы, которую тогда приходилось ввозить из-за границы. По слухам, она присутствовала в гигантских песчаных буграх пустыни Каракум. Для Ферсмана знакомство с пустыней означало возможность исследовать влияние высоких температур раскаленных песков на процессы минералообразования.

Путь через пески, иссушающий дневной зной, ночные морозы и пыльные бури был нелегким. Но после 20 - дневного перехода каравана верблюдов через Каракумы найдены искомые песчаные бугры с месторождением самородной серы и дан ответ геохимика на вопрос о ее происхождении, которое связывали с древним вулканизмом. Это представление отвергнуто как неверное, и предложено другое объяснение.

Концентрированные солевые рассолы, образовавшиеся а лагунах некогда бывшего на месте пустыни моря скапливаются под коркой такыров, и поднимаются к нагретой поверхности, где сера кристаллизуются при участии серобактерий. «Море и солнце родили серу», - заключил свой анализ А.Е.Ферсман. Он увидел сходство геохимических процессов в холодных полярных и жарких южных пустынях: в северной тундре роль Солнца выполняло тепло недр.

В третий раз Ферсман посетил Каракумы, участвуя в автопробеге через пустыню, мимо построенного в ней завода по производству серы. В Ашхабаде его ждал срочный вызов в Хибины. И он вернулся в страну, которую называл «окаменелой сказкой природы». Основные его геохимические идеи родились именно в Хибинских тундрах.

Основатель космохимии

«Выйти за пределы земного шара и признать нашу земную оболочку лишь частью космоса, тесно связанной с ним в своей истории и в своих физических и химических судьбах»
А.Е.Ферсман


В огромном разнообразии минералов находил А.Е.Ферсман объединяющие их геохимические законы образования и развития в определенных условиях окружающей среды. Он изучал геохимию ландшафта, и был также инициатором применения в геологии и географии аэрофотосъёмки; возглавлял Комиссию АН СССР и созданный им Институт аэрофотосъёмки. Он изучал геохимию ландшафта, а периодическую таблицу элементов великого химика Д.И.Менделеева называл «путеводной звездой» геохимика и «компасом» в поиске полезных ископаемых. Менделеевская система связала проблемы строения атомного ядра и количества атомов каждого элемента во вселенной. Распространенность отдельных элементов, таких, как железо, кальций и натрий, очень велика, в то время, как сравнительно редко встречаются атомы золота, серебра, платины и, особенно, талий, германий, индий. И это определяется строением атома, энергетической устойчивостью атомного ядра, способностью его противостоять радиоактивному распаду. Еще в 1923 году им опубликована статья «Химические элементы Земли и космоса», в которой признал необходимым «…выйти за пределы земной коры и признать нашу земную оболочку лишь частью космоса…». Он стал основателем космохимии, утверждая, что встречаемости элементов в мировом пространстве и на Земле должны соответствовать, что и следует учитывать при поиске полезных ископаемых.


Горная научная станция «Тиетта», основанная в Хибинах А.Е. Ферсманом. Ныне это Кольский научный центр РАН

Из 2000 известных минералов 1500 встречаются очень редко. Только 200-300 более или менее знакомы людям. Такие редко встречаемые металлы, как литий, ниобий, тантал, бериллий, цезий присутствуют в некоторых минералах в ничтожных количествах, но именно они оказываются очень нужными во многих производствах. Их очень трудно извлекать из минералов, в которые они проникают, замещая в кристаллических решётках сходные по размерам атомы.

А.Е.Ферсман разработал геоэнергетическую теорию, в которой большое значение придается размерам атомов в кристаллической решётке, их радиус и вклад каждого атома в общую энергию решётки. Энергетический коэффициент (ЭК)– важная характеристика кристалла, введенная А.Е.Ферсманом. Подходя с геохимической точки зрения к изучению земных недр и поиску полезных ископаемых, он убедился в химическом единстве Земли и космоса. «Мировое межпланетное пространство, - писал Ферсман, - вероятно постепенно, через зону разреженных газов переходит в нашу земную атмосферу...». Это единство подтверждает химический состав метеоритов и небесных тел. Геохимию он считал частью космохимии, которой посвятил ряд своих работ В то же время признавался: «Наши знания по химии космоса лишь сейчас начинают сливаться в отрывки общей картины. Никакая стройная, научно - обоснованная теория еще не может быть построена».

Непревзойденный «поэт камня»

«Нужно вне узких рамок сухих научных трактатов открывать перед людьми прекраснейший мир природы камня…Именно сейчас нам нужно идти по… путям соединения искусства и науки».
А.Е.Ферсман

Александр Евгеньевич был человеком поистине титанической энергии и работоспособности, несмотря на то, что всю жизнь страдал от врожденной, неизлечимой болезни печени. В его библиографическом списке – 1500 публикаций, среди которых – несколько монографий. Издано 7 объёмистых (более 800 страниц в каждом) томов его «Избранных произведений». Посетив с поисковыми экспедициями многие регионы Советского Союза, он стал первооткрывателем множества месторождений полезных ископаемых.

А.Е.Ферсман был в АН СССР членом Президиума и вице-президентом АН СССР, председателем ряда академических комиссий (в том числе - по метеоритам, геотермике, изучению Якутской АССР, подготовке проведения Полярного года в Арктике), членом Международной метеорологической комиссии, Международного общества «Аэроарктик», председателем научного совета Таджикско-Памирской экспедиции и созданного им Уральского филиала АН СССР, вице-президентом Московского общества испытателей природы (МОИП)

Когда в 1937 году в Москве состоялся ХVII Международный геологический конгресс, Ферсман был утвержден его генеральным секретарем. Его избирали почетным членом геологических и минералогических обществ Германии и Великобритании. В 1943 году Лондонское геологическое общество наградило академика А.Е.Ферсмана «за выдающиеся заслуги в геологии» медалью Уильяма Волластона, выбитой из палладия в честь первооткрывателя этого редкого металла. Приняв награду, Ферсман встал а один ряд с получившими ее до него. А это были великие классики естествознания: немецкий геолог Леопольд фон Бух (1774 – 1853), француз Эли де Бомон (1708- 1874), англичане Р. Мурчисон (1792-1871), Ч.Лайель(1797-1875) и Ч.Дарвин (1809-1892), австриец Э.Зюсс (1811-1914). Но даже в этом ряду он выделяется тем, что был совершенно непревзойденным популяризатором науки. «Поэтом камня» назвал его писатель А.Н.Толстой, а Максим Горький писал ему в письме из Сорренто: «Прекрасный Вы популяризатор и подлинный художник, артист своего дела…»


Интерьер одного из залов Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана РАН

Всегда невероятно загруженный организаторской и научной работой, он находил возможность, даже считал необходимым, обращаться к широкой читательской аудитории с популярным рассказом о той науке, которой он был беспредельно предан, и занимался ею всю свою жизнь с юношеским увлечением. Собственно началось оно с возникшего еще в детстве удивления красоте и разнообразию мира камней, кристаллов, минералов, Он полюбил этот мир и страстно захотел разгадать его тайны, понять его, а, поняв, рассказать о нем людям.

Первые его книги: «Драгоценные и цветные камни России» (1920) и «Самоцветы России» (1921) были, по сути, научно- популярными. Такой же была и вышедшая в Петрограде в 1922 г. книга «Время». В ней А.Е.Ферсман вычисляет хронологию мира, двигаясь назад от сегодняшнего мгновения. Эта небольшая книга заканчивается словами: «… из неведомого грядущего в невозвратное прошлое переносится поток времени. В этом – закон мироздания, еще не познанный закон неумолимой судьбы». Изучая минералы, автор возвращался в прошлое, познавая причину их возникновения.

К научно-популярному творчеству его привлек известный классик этого жанра А.И.Перельман, предложивший ему написать «Занимательную минералогию». Вышедшая в 1928 году эта книга сразу же стала необыкновенно популярной. Яркое, увлекательное повествование о серьезнейших научных поисках, написанное выразительным литературным языком, переиздавалась уже десять раз, и тираж ее составил миллионы экземпляров.

Другая книга – «Воспоминание о камне» ( первое издание – в 1940 году) – настоящее художественное произведение. Это собрание коротких новелл, рассказывающих о жизни учёного - геохимика, искателя минералов, исследователя законов их образования. Это цепь автобиографических эпизодов, в каждом из которых присутствует тот или иной из замечательных камней. В этой книге, как, впрочем, и в других, даже самых глубоко научных книгах, выразилось его восторженно-эмоциональное восприятие природы.

"Я вижу, - писал Александр Евгеньевич, - как из глубин гранитов поднимаются расплавы закутанных в сплошной туман паров и газов жилы пегматитов, в которых растут прекрасные прозрачные аметисты, бериллы и топазы. Я вижу, как наподобие ветвистого дерева поднимаются к солнцу горячие растворы – это дыхание земли, а сверкающие металлы … уже блестят кристаллами своих соединений на их стенках… Беспорядок и хаос превращаются на моих глазах в величайшие законы гармонии». ..
А.Е.Ферсман, как и В.И.Вернадский, понимал, что овладевший законами природы человек, используя возможности техники, становится геохимической силой, которой надо умело распоряжаться, потому что, как он писал, «… сама природа накладывает узду на темпы развития человечества ставит какие-то рамки…для всей человеческой культуры, остановку в развитии самого человечества». Очень современно звучат его слова о необходимости учитывать экологические требования, двигаясь по пути устойчивого развития.

Опираясь на законы минералообразования, можно не только предсказывать обнаружение полезных ископаемых, но и создавать их «по заказу», вмешиваясь в технологию разработки, воздействуя на химический состав породы. Думая о рукотворных полезных ископаемых, он мечтал сделать их добычу безотходной, благодаря комплексному подходу к их использованию. Ведь в природе нет отходов. Не должно их быть и в результате техногенной деятельности человека


В.И. Вернадский и А.Е. Ферсман. 1940 г.

В январе 1945 года умер В.И.Вернадский, общение Ферсмана с которым продолжалось многие годы. В изданном недавно томе их переписки – более двухсот писем. Всего на четыре месяца пережил своего учителя самый любимый его ученик. Он находился на лечении в одном из сочинских санаториев, работал над очерками по истории камня и жизнеописанием В.И.Вернадского. Обе эти работы незаконченными остались лежать на его столе. Он умер 20 мая 1945 года, накануне намеченного отъезда в Москву, откуда он собирался отправиться в Хибины. Похоронен Александр Евгеньевич на Ново - Девичьем кладбище в Москве.

В своей незавершенной книге о В.И. Вернадском А.Е. Ферсман писал: «Весь долгий жизненный путь… крупнейшего естествоиспытателя последнего столетия, - … это путь упорного труда и яркой творческой мысли, путь, открывающий целые новые области в науке… Еще стоит передо мной его прекрасный образ …, облик человека редкой внутренней чистоты и красоты…».

Эти слова в полной мере относятся к самому А.Е.Ферсману.