Древний и современный

Древний и современный

Люди давно знакомы с ртутью. Жидкий серебристый металл был известен в Китае 4,5 тыс. лет назад, где незадолго до нашей эры изготовили рельефную карту страны с изображением ртутью морей и рек.

"Ртуть - это плотная жидкость, которая находится во чреве земли... Она легко и подвижно бегает по гладкой поверхности и, вопреки жидкой природе своей, не просачивается в ту поверхность, по которой скользит. Ртуть - материя металлов. Соединившись с серой, она образует то, что мы зовем красным камнем, из коего можно извлечь живое серебро. Встречается же ртуть в Егорах, особенно в старых ущельях и балках, притом в больших количествах... Все металлы сотворены из шее", - писал знаменитый энциклопедист XIII столетия Альберт Великий в своей "Маленькой книжке об алхимии".

Аристотель называл ртуть жидким серебром, Плиний различал самородную ртуть - живое серебро и полученный из красного камня гидраргирум, или водоподобное серебро.

Красный камень, минерал киноварь - сульфид ртути ярко-красного цвета - широко применяли в древности в качестве красной краски. Киноварь из Никитовского месторождения в Донбассе обнаружили археологи в раскраске различных предметов, найденных при раскопках древнегреческого города Ольвии. Алхимики изображали киноварь в виде красного льва, а металлическую ртуть представлял белый лев, пожирающий Солнце - символ золота.

Красочными возможностями обладают не только киноварь, но и некоторые другие соединения ртути.

В XIV веке незадачливый монах Лоренцо Пика занимался по обычаю своего времени алхимическими опытами в поисках философского камня, надеясь обратить ртуть в золото. Вместо камня и желтого металла он получил желтую серебряную соль тетрайодортутной кислоты, краснеющую при нагревании. Изменение цвета этой соли стало профессиональным чудом монастыря, где объявилась икона святого Назера, который "воскресал" на глазах изумленной паствы.

Священным искусством считалась у алхимиков и способность ртути поглощать, амальгамировать золото: "Возьми, во имя Господа Иисуса Христа, столько солнца, сколько тебе угодно, и дай ртути выкуриться на малом жару..." - сообщал алхимик Иоанн Голланд в рецепте, "найденном в сундуке и проданном за великие деньги".

Алхимики в основном пытались решить обратную задачу, но все попытки получить золото из ртути кончились бесславно, кроме сомнительного свидетельства Ван-Гельмонта, который якобы превратил 2000 весовых частей ртути в золото при помощи одной весовой части философского камня.

Древние алхимические идеи превращения "живого серебра" в золото чуть было не возродились в начале XX века, когда обнаружилось странное явление. При длительном электрическом разряде в парах ртути на стенках реакционного сосуда собирался налет из тонкодисперсного золота. Многократное повторение эксперимента подтверждало выделение золота; было похоже, что алхимическая мечта становится явью. Но золотые заводы по добыче золота из ртути так и не были построены. Выяснилось, что самородная ртуть обычно содержит следы золота, от которого не сразу можно освободиться многократной перегонкой. Вместе с тем с постройкой циклотрона появилась возможность действительного превращения ртути в золото при помощи бомбардировки ускоренными ядрами серы, но несложные расчеты показали, что 1 г циклотронного золота будет в 10 раз дороже всего золота, добытого человечеством за его историю.

Помимо алхимических упражнений, амальгамирование успешно использовалось древними горняками для добычи золота.

В Индии в руслах золотоносных рек и ручьев устраивали специальные ямы, куда наливали металлическую ртуть для поглощения золота. Аналогичный способ применялся в Средней Азии, где золотоносный песок помещали в сосуд с водой и ртутью. Смесь размешивали, отстаивали, воду с песком сливали, ртуть отгоняли и получали золото.

Знакомство современного человека с живым серебром алхимиков начинается с измерения температуры. Термометры порой бьются. На территории США из разбитых термометров ежегодно образуется "ручеек" металлической ртути массой 60 т. Эту величину значительно превышает современное мировое производство 1ртути, которое в 1973 году оценивалось на уровне 10000 т с ежегодным увеличением на 2%.

В наше время ртуть имеет очень много областей применения. Основные отрасли, потребляющие мировую продукцию жидкого металла, по мнению экспертов Всемирной организации здравоохранения, распределены следующим образом: химические заводы для производства хлора и щелочи используют 25% всего производства ртути; электротехническая промышленность - 20; изготовление красок - 15; производство систем измерений и контроля (термометры, барометры, манометры, аппараты измерения кровяного давления и т. д.) - 10; сельское хозяйство (протравливание семян) - 5; стоматология - 3; лабораторная деятельность (аналитическая аппаратура типа масс-спектрометров, полярографов и т. д.) - 2; другие применения, включая производство детонаторов, - 20%.

Месторождения ртути приурочены к трем глобальным рудным поясам: Средиземноморскому, Тихоокеанскому и Центрально-Азиатскому. Вмещающими породами для большинства месторождений служат песчаники и кварциты, в которых сосредоточено 75% мировых запасов ртути, остальные месторождения располагаются в карбонатных породах.

Известный своими исследованиями по геохимии ртути член-корреспондент АН СССР А. А. Сауков отмечал, что "история развития ртутного дела - история разработки трех крупнейших месторождений мира: Альмаден, Идрии - в Европе, Хуанкавелики - в Перу". Крупнейшее ртутное месторождение мира Альмаден (по-арабски - рудник) находится на родине М. Сервантеса в Испании, располагаясь в провинции Новая Кастилия, в горах Сьерра-Морена, юго-западнее города Сьюдад-Реаль. Рудные тела представлены тремя пластами кварцитовидных песчаников, разделенных слоями углистых сланцев. Рудой является киноварь, но местами встречается и самородная металлическая ртуть, которая в отдельных забоях заполняет полости объемом до 1 м³.

В рудных пластах вместе с киноварью ассорциируется пирит, реже другие сульфиды - халькопирит, галенит, сфалерит, пирротин, марказит, антимонит.

Систематические сведения об эксплуатации месторождения имеются за последние 500 лет, но в целом разработки ртути ведутся около 2000 лет. Считается, что за время эксплуатации месторождения добыто 300-500 тыс. т ртути, а общие запасы металла оцениваются цифрой в 1 млн. т, что равно суммарным запасам всех остальных месторождений мира.

Условия формирования месторождения, и прежде всего причины огромных концентраций ртути в пределах ограниченной рудолокализующей структуры, остаются для геологов неясными. Как отмечают специалисты, нет ни одной теории рудообразования, которая не привлекалась бы для объяснения генезиса месторождения Альмаден.

Второе место по раамаху добычи принадлежит месторождению Идрия, которое находится на территории Югославии. Годовая добыча составляет 400-500 т ртути, а всего за многовековую эксплуатацию Идрия выдала 200 тыс. т жидкого металла. И опять же, несмотря на вековую добычу, геология месторождения, геохимические и геологические условия его формирования выяснены в очень слабой степени.

В группе ртутных месторождений Хуанкавелики основная добыча велась на руднике Санта-Барбара, который эксплуатируется с 1600 года и выдал 53 тыс. т ртути, причем были времена, когда добыча превышала продукцию рудника Альмаден. Сейчас это месторождение в основном выработано.

В России добыча ртути началась в 1759 году на Ильдиканском месторождении в Забайкалье. Важные этапом стала разработка Никитовского месторождения начавшаяся в 1879 году, а через семь лет было налажено производство металлической ртути.

Земная кора пропитана ртутью довольно равномер но, чего не скажешь о многих других химических элементах, которые имеют свои собственные "горные" породы. Так, золото "любит" концентрироваться в гранитах весьма преклонного (600 млн. лет) возраста и упорно обходит кимберлиты - алмазные кладовые, обогащенные металлами восьмой группы. Ртуть не отдает предпочтения определенному виду горных пород, в различных типах которых средние концентрации элемента 80 изменяются в очень узком интервале - от 4·10^-6 до 9,1·10^-6%. Казалось бы, каких неожиданностей можно ждать от такого геохимически индифферентного элемента?

...По-видимому, пословицу "видит око, да зуб неймет" придумали космохимики, созерцая Млечный Путь и прочие космические объекты, из которых непосредственному исследованию в лаборатории доступны только горные породы Земли да лунный грунт. О химическом составе остальных планет, а также Солнца и других звезд информация имеется чисто зрительная, а именно спектральный анализ падающих на Землю световых лучей.

Существует еще один эпизодический источник знаний о далеких мирах - метеориты, которые приносят также сведения о строении земных глубин, поскольку они являются основным строительным материалом Солнечной системы. Химический состав небесных камней, Луны, Земли довольно близок. Аномальным является распределение ртути.

Очевидно, на Солнце нет ртути, поскольку в солнечном спектре ее линии пока никто не видел, зато в метеоритах элемента 80 в 21 раз больше, чем можно было ожидать на основании теоретических расчетов. Выяснилось, что метеориты заражаются ртутью как во время полета в земной атмосфере, так и во время пребывания в музеях. К такому выводу пришла профессор А. К. Лаврухина, изучавшая со своими сотрудниками этот возрос в Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского. Сравнив продолжительность земной биографии метеоритов с концентрацией в них ртути, ученые убедились в том, что метеориты, давно упавшие на Землю, содержат больше ртути, чем "свежие".

Приземная атмосфера содержит 10·10^-10 мг/л ртути, ?которая непрерывно испаряется с поверхности горных ?пород, почв и вод, поступает при "дыхании" вулканов и зон глубинных разломов. С поверхности океанов каждый Ягод поднимается к небу 4,5·10⁵ т ртути. Можно подумать, что дело идет к заражению атмосферы ртутью, но это не так. Приведенная концентрация ртути в атмосфере остается постоянной, поскольку вместе с поступлением ртутных паров происходит их удаление с атмосферными осадками.

В сейсмоактивных районах геохимики обнаружили над глубинными разломами значительное превышение (в 5-10 раз) концентрации паров ртути над фоновыми значениями. Одновременно выяснилось, что выделение ртутных паров в сейсмических районах зависит от сейсмической активности. Очевидно, источником паров ртути служит магма и горные породы, из которых ртуть более интенсивно возгоняется при разогреве в результате подвижек и трения горных пород во время землетрясения. Летучесть ртутных паров имеет еще одно геохимическое следствие. Если в горных породах ртуть ведет себя достаточно индифферентно, то все известные типы глубинных месторождений самых разных полезных ископаемых она явно жалует своим присутствием. Рудные залежи меди, цинка, золота, молибдена и других элементов могут иметь ртути в 100 раз больше, чем обычные безрудные породы. Еще выше концентрация ртути в нефти. А в газах нефтяных и газовых месторождений ртутное обогащение может быть выше фона в 100 тыс. раз! Причем как магнит окружен магнитным полем, так и пары ртути окружают рудную залежь, создавая вокруг нее ореол, размеры которого значительно больше величины самой залежи. Поэтому поиски целого ряда полезных ископаемых можно проводить на основании измерения концентраций ртути в почвенном воздухе и почве. Почему месторождения полезных ископаемых "заражены" ртутью? Объяснение очередной ртутной аномалии вытекает из физических свойств "живого" серебра. Ртуть - единственный металл, который существует при нормальной температуре и давлении в жидком виде, причем закипает при весьма низкой температуре +375°С, когда другие металлы и не думают кипеть. Потому судьба ртути в земной коре несколько напоминает поведение другой жидкости - воды.

Подобно тому как пары воды летят из вулканов, так и ртуть стремится выбраться наружу из горячих земных недр при каждом удобном случае. Образование рудной залежи и являет такой случай. Всякий рудный раствор или расплав, или конденсат, перед тем как он станет полезным ископаемым, должен подняться из недр Земли по какой-либо трещине, которая служит рудоподводящим каналом. Вместе с рудными компонентами к поверхности выносятся и ртутные пары. Большая их часть улетает в атмосферу, но некоторое количество (то самое, которое мы наблюдаем) связывается сульфидами, входит в кристаллические решетки образующихся минералов или поглощается органикой, одновременно рассеиваясь в виде ореола в окружающих руду вмещающих породах.

В наше время ртуть выделяется в атмосферу не только при естественных вздохах Земли, но и при нашей антропогенной деятельности, сопровождаемой работой промышленных предприятий, тепловых электростанций и автотранспорта. Источником ртути в автомобильных выхлопах служит бензин, получаемый из нефти, обогащенной ртутными парами.

Ртутью обогащены не только жидкое и газообразное топливо, но и твердое - каменный уголь.

Накопление ртути, как, впрочем, и других металлов, начинается задолго до образования угольных залежей, во время жизнедеятельности растений, из остатков которых потом образуется уголь. Своими корнями растение поглощает из почвы воду вместе с присутствующими в ней химическими элементами, которые затем концентрируются в листьях в процессе испарения. Опавшие листья разлагаются на поверхности почвы, где происходит сепарация химических элементов: легкорастворимые бикарбонаты кальция, магния, натрия и калия уносятся водой, а слаборастворимые соединения ртути и других тяжелых металлов удерживает органическое вещество. Основная масса ртути поступает при минерализации растительных остатков на стадии их преобразования в каменный уголь.

Процесс накопления химических элементов в углях впервые описал один из основателей геохимии, выдающийся норвежский ученый В. М. Гольдшмидт, которому принадлежит первенство в наиболее полном исследовании макроэлементного состава угольной золы. В 1930-х годах он выполнил свою классическую работу, обнаружив в саже из топок центрального отопления Геттингенского минералогического института будущего "короля" радиоэлектроники - химический элемент германий и вместе с ним титан, стронций, барий, цинк и другие элементы. Задолго до того как ученые всего мира стали озабоченно исследовать химический состав "дымов, отечества", В. М. Гольдшмидт отметил, что в индустриальных центрах при сжигании каменного угля выносится в атмосферу значительное количество летучих соединений тяжелых металлов.

В 1 т угля, добываемого сейчас на территории Соединенных Штатов Америки, в среднем содержится 1 г ртути. При сжигании угля почти вся ртуть вылетает в дымовую трубу, поэтому рядовая тепловая электростанция поставляет через свои топки в атмосферу несколько килограммов ртути ежедневно. Эксперты Программы ООН по окружающей среде рассчитали, что в 1975 году в результате сжигания ископаемого топлива было пущено на ветер около 5000 т ртути, причем основную долю этого количества составил вклад каменного угля.

Летят металлы из дымовых труб электростанций и металлургических заводов, рассеиваются в атмосфере, оседают на поверхности континентов, морей, океанов и ледников.

Некоторые магазины Японии торгуют пищевым льдом из гренландских ледников, которые покрывают остров ледяным панцирем, достигающим толщины 3 км, - это вдвое больше мощности ледникового покрова Антарктиды. Нижние слои гренландского льда образовались несколько сот тысяч лет назад; лед, экспортируемый в Японию, много моложе. От японского льда, приготовленного в холодильнике, гренландский отличается ценой и возрастом, который согласно рекламе составляет 2000 лет. Другое отличие не интересует снобов-покупателей, но крайне важно для всех жителей Земли.

В 1883 году далеко-далеко от сердца Арктики, в жарких тропических широтах, поблизости от экватора, в Зондском архипелаге, между островами Суматра и Ява взорвался вулкан Кракатау. Вулканический пепел рассеялся по всей Земле, вызвав оптические эффекты в атмосфере за многие тысячи километров от вулкана - в Африке, Америке, Европе. Ветер принес частички пепла в Арктику, и вместе со снегом они опустились на поверхность ледникового щита Гренландии, где над ними со временем накопился пятидесятиметровый слой льда. Гренландский лед хранит не только вулканический пепел, но и обычную "пыль веков", которая тихо ложилась на поверхность ледников на протяжении сотен тысяч лет. Сверху накапливался слой снега, защищая частички пыли от ветра, который приносил новую порцию пыли и химических элементов, потом снова шел снег и летела пыль... Снег превращался в лед, консервируя атмосферную пыль, которая позволяет нам теперь, через много лет узнать некоторые подробности о воздухе, которым дышали мамонты и первобытные люди, викинги и крестоносцы. Сравнивая химический состав атмосферной пыли из ледяных слоев разного возраста, ученые узнают, как менялся химический состав земной атмосферы, и выясняют, какую эволюцию он претерпел с изобретением паровоза, самолета и других благ цивилизации, благодаря которым к концу XX века возникла мировая проблема защиты человечества от самого себя.

Изучив концентрацию ртути в пробах льда, отобранных из слоев, образовавшихся до начала индустриальной эры и современных, ученые определили естественное и техногенное поступление ртути на поверхность Земли. Оказалось, что современный глобальный круговорот ртути на одну треть обеспечивается поступлением жидкого металла из антропогенных источников. Несмотря на увеличение количества ртути в атмосфере, ее концентрация в океане, как выяснилось, не изменилась с доисторических времен и, оставаясь постоянной в течение индустриальной эры, очевидно, сохранится в обозримом будущем. Причина в том, что океан велик, в нем много воды, в которой плавает около 70 млн. т ртути, имеющей естественное происхождение.

Токсичность ртути известна с древнейших времен, и тем не менее ртуть считается элементом с невыясненными биологическими функциями. Пока непонятен смысл присутствия ртути в растениях и животных. Человеческий организм содержит примерно столько ртути, сколько жизненно важного кобальта, который входит в состав витамина B₁₂.

В апреле 1963 года специальная комиссия Министерства культуры СССР вскрыла гробницу Ивана Грозного в Архангельском соборе. В костях жестокого царя потом обнаружили повышенное содержание ртути, которое, по-видимому, связано с употреблением ртутных мазей. Белую ртутную мазь и сейчас можно купить в любой аптеке, используются и другие лекарства из ртутных солей. Целебные свойства ртутных соединений стали известны значительно раньше, чем токсичность ртутных паров, жертвами которых в древности были король-алхимик Карл II, да его безвестные коллеги по добыче философского камня. В XIX веке список жертв увеличился. Ими стали моряки английского военного корабля, в трюме которого разлилась бочка ртути; рабочие ртутного рудника Идрия, где вспыхнул пожар; золочение купола Исаакиевского собора посредством амальгамации унесло более полусотни жизней. Кстати, прочность нанесения позолоты оказалась столь высокой, что она еще не реставрировалась.

Во второй половине XX века, когда кровожадность ртути была выяснена почти до конца, стали происходить массовые отравления.

Зимой 1971/72 года в Ираке произошло отравление ртутью крестьян, употреблявших в пищу хлеб, приготовленный из пшеницы и других злаков, обработанных органо-ртутными фунгицидами. 6000 пострадавших оказались в больницах, 500 из них оттуда не вышли. Подобные случаи отмечались в 1961 (Ирак), в 1963 (Пакистан) и в 1966 годах (Гватемала). Органические соединения ртути использовались для обработки зерна и в Европе.

С 1940 года метилртуть стали применять в Швеции для предпосевного протравления семян. Эта обработка вскоре сказалась на птицах, которые травились зерном и замертво падали. Проведенные в связи с массовой гибелью птиц исследования обнаружили высокие концентрации ртути в рыбе, выловленной в районах, где органические соединения ртути не использовались промышленностью и сельским хозяйством и не могли загрязнять акваторию.

Затем выяснилось, что любая рыба содержит метилртуть, которая составляет главную долю ртути в теле морских организмов. Оказалось, что в водных бассейнах, пресноводных и морских, происходит метилирование ртути, попадающей туда из естественных и антропогенных источников. Откуда берется метилртуть в океане, пока не ясно. Может быть, метилирование происходит при биохимических процессах, протекающих на частичках ила, взвешенных в морской воде вблизи берегов.

При попадании в организм человека неорганических соединений ртути и вдыхании паров основное количество металла накапливается в почках. Метилртуть предпочитает мозг. Метилирование ртути увеличивает ее проникновение через биологические мембраны, следствием этого является всеобщее накопление метилртути в морских организмах.

При исследовании колючей акулы, которая водится у берегов Колумбии, было установлено, что самцы имели больше ртути, чем самки равной массы. Такое различие авторы исследования объяснили более медленным ростом самцов. Таким образом, концентрация метилртути в морских рыбах коррелирует с их возрастом, что объясняет наблюдаемое обогащение ртутью хищных рыб, которые живут дольше, чем их пища. И все же рыбам далеко до гренландских тюленей, которые могут иметь до 160 мг ртути на каждый килограмм своего тела. Удивительна не только исключительная ртутная "устойчивость" тюленей. Тюленята оказались значительно меньше насыщены ртутью, чем их мамаши. Канадские ученые, проводившие исследования, объяснили это обстоятельство существованием в организме тюленей некоего противортутного фильтра. Предполагается, что таким фильтром служат ферменты, разлагающие органические соединения ртути в теле тюленей, что приводит к ощутимому ослаблению ртутной интоксикации.

Обогащение морских организмов ртутью обнаружили недавно. Рыбы и тюлени всегда насыщали себя ртутью. Видимо, так задумано природой, коль скоро этот процесс не связан с ртутным загрязнением Мирового океана и если концентрация ртути в морской воде не изменилась в результате индустриального влияния. Рыбы содержали те же самые количества метилртути и в давние времена.

Ртуть - элемент древний и современный, металл алхимиков и спутников. В капле ртути и блага цивилизации, и ее история, и отравление биосферы, и заботы о природе и будущем человечества.