Сергей Венецкий - В мире металлов

Биологи все чаще обнаруживают, что в живых организмах могут протекать такие процессы, для которых обычно требуются высокие температуры или давления. Так, недавно внимание ученых обратили на себя морские огурцы — представители древнего рода, существующего уже 50 миллионов лет. Оказалось, что в студенистом теле этих животных длиной до 20 сантиметров, обитающих обычно в иле на дне морей и океанов, прямо под кожей накапливается обыкновенное железо в виде крохотных шариков (диаметром не более 0,002 миллиметра). До сих пор неясно, как морским огурцам удается "добывать" это железо и для чего им нужна такая "начинка". Серия экспериментов с изотопами железа, возможно, даст ответ на эти вопросы.

С тех пор как каменный век сдал свои полномочия эпохе меди и главенствующее положение среди материалов, используемых человеком, занял металл, люди постоянно искали пути повышения его прочности. В середине XX века перед учеными встали проблемы освоения космических пространств, покорения океанских глубин, овладения энергией атомного ядра, и для успешного решения их понадобились новые конструкционные материалы," в том числе сверхпрочные металлы.

Незадолго до этого физики расчетным путем определили максимально возможную прочность веществ: она оказалась в десятки раз больше реально достигнутой. Каким же образом можно приблизить прочностные характеристики металлов к теоретическим пределам?

Ответ, как часто случалось в истории науки, пришел совсем неожиданно. Еще во время второй мировой войны было зафиксировано немало случаев выхода из строя различных электронных устройств, конденсаторов, морских телефонных кабелей. Вскоре удалось установить причину аварий: виновниками их были мельчайшие (диаметром один — два микрона) кристаллики олова или кадмия в форме иголок и волокон, которые вырастали иногда на поверхности стальных деталей, покрытых слоем этих металлов. Чтобы успешно бороться с нитевидными кристаллами, или "усами" (как назвали вредную металлическую "растительность"), нужно было их тщательно изучить. В лабораториях различных стран были выращены нитевидные кристаллы сотен металлов и соединений. Они стали объектом многочисленных исследований, в результате которых выяснилось (поистине, нет худа без добра), что "усы" обладают колоссальной прочностью, близкой к теоретической. Удивительная прочность нитевидных кристаллов объясняется совершенством их структуры, которая, в свою очередь, обусловлена их миниатюрными размерами. Чем меньше кристалл, тем менее вероятно присутствие в нем различных дефектов — внутренних и внешних. Так, если поверхность обычных металлов, даже отполированная, при сильном увеличении напоминает хорошо вспаханное поле, то поверхность нитевидных кристаллов при тех же условиях выглядит практически ровной (у некоторых из них не обнаружена шероховатость даже при увеличении в 40 000 раз).

С точки зрения конструктора, вполне уместно сравнение "усов" с обыкновенной паутиной, которую по отношению прочности к массе или длине можно считать "рекордсменом" среди всех природных и синтетических материалов.

В последние время внимание ученых приковано к проблемам защиты окружающей среды от промышленных загрязнений. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что не только в индустриальных районах, но и вдали от них атмосфера, почва, деревья содержат во много раз больше таких токсичных элементов, как свинец и ртуть.

Любопытны данные, полученные при анализе гренландского фирна (плотного снега). Пробы фирна брались из разных горизонтов, соответствующих тому или иному историческому периоду. В образцах, датированных 800 годом до н. э., на каждый килограмм фирна приходится не более 0,000 000 4 миллиграмма свинца (эта цифра принята за уровень естественного загрязнения, главный источник которого — вулканические извержения). Образцы, относящиеся к середине XVIII века (начало промышленной революции), содержали его уже в 25 раз больше. В дальнейшем же началось настоящее "нашествие" свинца на Гренландию: содержание этого элемента в пробах, взятых с верхних горизонтов, т. е. соответствующих нашему времени, в 500 раз превосходит естественный уровень.

Еще богаче свинцом вечные снега европейских горных массивов. Так, содержание его в фирне одного из ледников Высоких Татр за последние 100 лет возросло примерно в 15 раз. К сожалению, более ранние образцы фирна не были подвергнуты анализу. Если же исходить из уровня естественной концентрации, то оказывается, что в Высоких Татрах, находящихся рядом с промышленными районами, этот уровень превышен почти в 200 тысяч раз!

Сравнительно недавно объектом исследования шведских ученых стали многовековые дубы, растущие в одном из парков в центре Стокгольма. Оказалось, что содержание свинца в деревьях, возраст которых достигает 400 лет, в последние десятилетия резко увеличилось вместе с ростом интенсивности автомобильного движения. Так, если в прошлом веке в древесине дубов содержалось всего 0,000 001 % свинца, то к середине XX века свинцовый "запас" удвоился, а к концу 70-х годов возрос уже примерно в 10 раз. Особенно богата этим элементом та сторона деревьев, которая обращена к автомобильным дорогам и, следовательно, более подвержена воздействию выхлопных газов.

Кое в чем Рейну повезло: он оказался единственной на нашей планете рекой, в честь которой назван химический элемент — рений. Но зато другие химические элементы доставляют этой реке немало бед. Недавно в Дюссельдорфе состоялся международный семинар, или "консилиум по Рейну", как назвала его западная печать. Участники консилиума поставили единодушный диагноз: "Река находится при смерти".

Дело в том, что берега Рейна густо "заселены" заводами и фабриками, в том числе химическими, которые щедро снабжают реку своими сточными водами. Неплохо помогают им в этом многочисленные канализационные "притоки". По данным западногерманских ученых, каждый час в рейнские воды поступает 1250 тонн различных солей — целый железнодорожный состав! Ежегодно река "обогащается" 3150 тоннами хрома, 1520 тоннами меди, 12300 тоннами цинка, 70 тоннами окиси серебра и сотнями тонн других примесей. Стоит ли удивляться, что Рейн часто называют теперь "сточной канавой" и даже "ночным горшком индустриальной Европы". А еще говорят, что Рейну повезло…