ЦВЕТА, СВЯЗАННЫЕ С ГЕОХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
«В мире минералов самым прекрасным является самое простое, в мире органическом — самое сложное».
В. Гёте, 1831
Наше путешествие в мир природных красок кончается, он был нелегким, он требовал понимания таких сложных явлений, как строение электронных облаков и существование сверхправильных микрорешеток, в которых отклонение на одну миллиардную долю сантиметра погашает лучи света. Теперь, после этого долгого пути, можно вернуться к картинам, которые мы рисовали в начале книги и которые сейчас должны снова воскреснуть перед нами в свете новых идей.
При (рассмотрении природных окрасок мы говорили о расплавленных глубинных очагах магмы, дающих разнообразные горные породы, начиная с темных базальтов я кончая белыми пегматитами. Одновременно с ними в горячих парах и растворах близ таких очагов рождались рудные жилы с их полезными металлами.
На земной поверхности под влиянием кислорода и угольной кислоты воздуха, воды и механических деятелей идет преобразование темных и непрозрачных пород магмы в белые или прозрачные растворимые соли, а также образование осадков в глубине водоемов.
В этом грандиозном эволюционном геохимическом процессе: от темных пород глубин к светлым остаточным магмам и солям поверхности — наблюдается закономерное изменение окрасок минералов.
Новые исследования над связью структуры органических соединений и окраски приводят к тем же законам — повышение температуры плавления идет одновременно с понижением окраски и уменьшением молярной рефракции.
Таким образом, тенденция окраски, установленная Розенбушем, получает свое расширительное и энергетическое толкование; величина р, определяющая прочность и тип кристаллической постройки, играет и здесь особую роль.
От высоких температур магмы до осадков соляных озер идет как бы оттягивание полосы поглощения к ультрафиолетовым лучам: симметричность ионов восстанавливается, исчезают индуцированные диполи, растут объемы ионов и молекулярные объемы соединений, слабеет энергия решетки, и белые прозрачные соли с легко вырываемыми электронами, со слабыми электростатическими связями и малой механической прочностью завладевают химическим процессом земной коры. От них только еще один шаг через богатые водой соединения к растворам безбрежного океана Земли, с его подвижными и почти независимыми ионами. От этих подвижных систем остаются неподвижные физико-химические сочетания почв, осадков, болот, озер, илы океанов — черные, бурые, красные краски. Самые сильные активные поляризаторы накапливаются в почвенном покрове;
здесь поглощаются тяжелые металлы сильной поляризации, здесь собирается подавляющая часть Fe3+, Мп1 + , цинка, свинца, серебра. Коричневый тон поверхности — землистый, серо-бурый тон грязи говорит нам об этих системах высоковалентных ионов с сильными абсорбционными полосами, захватывающими всю сине^фиолетовую половину спектра и оставляющую нам лишь грязные, бурые остатки влияния более слабых электромагнитных колебаний.
Минералогические музеи не дают правильного представления об окраске камня, о тех серых и бурых, гораздо более однообразных тонах, которые характерны для гор, каменоломен, отвалов или штабелей руды. Минералог по старой привычке выбирает не типичное, а редкое, выделяющееся, необычайное, что привлекает к себе его внимание. В нем он справедливо ищет более ярких и резких проявлений тех законов, которые управляют миром камня. Но он не должен забывать, в увлечении нарядными кристаллами, в какой цвет окрашены 99% минерального царства.
Исключите редкие самоцветы с их чистыми тонами и еще более редкие лазорево-синие стереохроматические соединения, выбросьте немногие яркие водные соединения ионов меди и посмотрите, что останется от пестрого наряда минералов, какие тона будут перед вами в природе. Серые, бурые, красные, коричневые, черные и металлические постройки,— как «исчадие мрака и тяжести», по словам академика В. В. Севергина.
Но по мере перемещения к югу, к солнцу, к тропикам, к пустыням наши серые краски сменяются более пестрым нарядом. Появление ярких окрасок связано с реакциями окисления, которое ведет к изъятию электронов, переводу атома в высшую валентность и, следовательно, к уменьшению радиуса иона, усилению поляризации и понижению окраски. Мы можем совершенно оцределенно сказать, что красочность южного ландшафта и игра цветов в железпых шляпах рудных месторождений зависят от величины р, т. е. отношения радиуса катиона к радиусу аниона. В установлении этого мы видим торжество теории Гольдшмидта, крупнейшего норвежского геохимика нашего времени. Законы этих окрасок нам сейчас ясны, как ясна их связь со строением кристалла, с его электростатическими силами и с общим ходом эволюции природных процессов.
Особый мир соединений с резкими полосами поглощения создают самоцветы, не подчиняющиеся общим законам идиохроматизма.
Тем более должны мы интересоваться и вникать в природу тех изменчивых окрасок, которые составляют гордость наших уральских самоцветов, всю яркость красок камней Цейлона, Бирмы. В них пока непонятны изменчивость полос поглощения и их обилие как раз в красных частях спектра, появление серий А (см. цветную таблицу), их зависимость от примесей и условий образования.
Нам удалось показать, что окраска минералов, пород, почв, ландшафта закономерно связана с геохимическими процессами земной коры. Среди сложного мира желтых, красных, бурых и черных цветов как две крайности природы вырисовываются металлы и прозрачные соли.
Металлическое состояние вещества отличается' сплошным барьером для енотовых лучей видимого спектра, плавающими в сплошном электронном тумане атомами, без настоящих электростатических связей отрицательных и положительных ионов.
Соли — прозрачные, светлые, бесцветные или белые, легкорастворимые постройки из резко положительных и отрицательных ионов, точные и симметричные; никаких перемещений электронных облаков, никаких местных сгущений, никакой размазанности и неопределенности в состоянии электронов — ясная кубическая решетка. Вместо маленьких ничтожпых ионов решеток тяжелых металлов—большие катионы (1 А), еще большие — простые анионы (до 2 А), и еще большие — комплексные анионы (до 3-4 А).
Между этими крайностями расположены многочисленные переходы в их последовательной эволюции природных процессов, в которых законы энергии кристаллических решеток управляют течением кристаллизации их подвижных ионов.
На поверхности Земли, в мире сложных соединений живой природы, появляются новые красители. Это огромные молекулы-комплексы органических соединений, в которых сложные распределения диполей и электронных облаков могут быть постигнуты лишь путем глубокого математического анализа. Здесь дипольные группы, в строгом соответствии с их строением, меняются при небольшом изменении температур и электрического поля; отдельные калории и вольты решают устойчивость химического соединения. Здесь рождаются краски по новым, еще неразгаданным законам органических соединений. Ничтожные по размерам ионы углерода и азота, практически бесконечно малый ион водорода и огромные шары атомов кислорода, серы, галоидов создают на поверхности Земли новые хромофоры. Это не отдельные ионы, как ион марганца или простые комплексы хромового ангидрида, а целые сложные молекулы.
Яркий наряд зеленой листвы с хлорофиллом: то мягкие, то яркие тона цветов, весь спектр мало известных в минералогии фиолетовых, синих, ярко-зеленых, розовых тонов — рождается в мире этих сложных органических комплексов.
Сколько замечательных сочетаний, сколько тончайших нюансов, неподражаемых и неповторимых, видим мы в розариях. Я никогда не забуду один такой сад в окрестностях Ходжента, где несколько тысяч цветков сливались в сказочную гармоническую картину; я не знал, чему больше дивиться — одуряющему ли тонкому пряному запаху сложных эфиров, или этой чарующей красоте цветов с тонкими оттенками, которые невозможно выразить словами и передать живописью.
Сколько таких замечательных картин хромофоров живой клетки дает нам природа! Вот как описывает Н. Ширяев (1935) краски растительности Киргизии:
«Осенью фон киргизских пейзажей соломенно-желтый. Лишь кое-где разнообразят его голубовато-сиреневые корзинки даурской астры да свежая зелень с цветом эстрагона.
Зато весной, всюду, куда ни глянешь,— изумрудный сочный ковер, расшитый самыми причудливыми красками- Каких цветов только здесь нет! Фиолетовая герань, синие колокольчики горачовки, бело-розовые скабиозы, выше в горы — золотисто-нежные кисти подмаренника, сиренево-розовые султаны зонника; еще выше — эдельвейсы... В этом пиршестве красок и ароматов затаенной жизнью живет один цветок... он фиолетовый, но в фиолетовой окраске его колокольчиков есть что-то зловещее...»
Кто не восторгался цветочными полями Голландии, где около Гаарле-ма уже в марте бурая земля покрывается ковром крокусов, которые своими ярко-синими, фиолетовыми, пурпуровыми, желтыми и белыми тонами выделяются среди еще мертвой природы! З'а ними следуют предвестники весны — нарциссы, воспетые Шекспиром. Сплошным золотисто-желтым ковром покрывают они поля, а за ними расцветают гиацинты, наполняющие воздух своим тонким ароматом, затем тюльпаны в их ярком наряде. Море красок, тонов, сочетаний, ароматов...
Этому красочному миру живой природы стал подражать человек. Он создал из погонов угля, смолы, бензинов, нефти искусственные краски. То подражая индиго и другим природным красителям, то идя новыми путями, он создал громадную гамму искусственных хромофоров, воплотив ее в ткани, бумагу, шерсть, кожу, дерево.
Забыты и отошли в прошлое краски земли; законы природы и ландшафта перестали руководить художником, архитектором, ткачом ковра. Дешевые яркие искусственные краски побеждают старую химию минеральных пигментов.
Необъятны пути и идеи новой технологии красящих веществ, которая позволяет нам получать красители и пигменты с заданными свойствами. Каждый год возникают десятки новых веществ для окрашивания тканей, бумаги, дерева, стекла и керамики. Они дают в руки архитектора и художника могучие средства для украшения наших жилищ и быта.