В мире металлов - Сергей Венецкий

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.

Свинец и вечные снега

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!

Дубы и свинец

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.

Повезло ли Рейну?

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…

Круговорот металлов

Исследования американских физиков показали, что даже в таких районах, где нет промышленных предприятий и оживленного автомобильного движения, а следовательно, источников загрязнения атмосферы, в ней присутствуют микроскопические количества тяжелых цветных металлов.

Откуда же они берутся?

Ученые полагают, что подземный рудный пласт Земли, содержащий эти металлы, постепенно испаряется. Известно, что некоторые вещества в определенных условиях могут превращаться в пар прямо из твердого состояния, минуя жидкое. Хотя процесс протекает чрезвычайно медленно и в очень малых масштабах, какому-то количеству "беглых" атомов все же удается достичь атмосферы. Однако задержаться здесь им не суждено: дожди и снега постоянно очищают воздух, возвращая испарившиеся металлы в покинутую ими землю.

Алюминий сменит бронзу

С древних времен медь и бронза пришлись по душе ваятелям и чеканщикам. Уже в V веке до н. э. люди научились отливать бронзовые статуи. Некоторые из них отличались гигантскими размерами. В начале III века до н. э. был создан, например, Колосс Родосский — достопримечательность древнего порта Родоса на побережье Эгейского моря. Статуя бога Солнца Гелиоса, на 32 метра возвышавшаяся у входа во внутреннюю гавань порта, считалась одним из семи чудес света.

К сожалению, грандиозное творение древнего скульптора Хароса просуществовало лишь немногим более полувека: во время землетрясения статуя разрушилась и была затем продана сирийцам как металлолом.

Поговаривают, будто бы власти острова Родос, чтобы привлечь побольше туристов, намерены по сохранившимся чертежам и описаниям восстановить в своей гавани это чудо света. Правда, воскресший Колосс Родосский будет выполнен уже не из бронзы, а из алюминия. По проекту внутри головы возрожденного чуда света намечено разместить… пивной бар.

"Кипяченая" руда

Не так давно французские ученые, проводя подводные исследования в Красном море, обнаружили недалеко от берегов Судана своеобразную яму глубиной более 2000 метров, причем вода на этой глубине оказалась очень горячей.

Исследователи опустились в провал на батискафе "Сиана", однако вскоре им пришлось возвратиться, поскольку стальные стенки батискафа быстро нагрелись до 43 °C. Пробы воды, взятые учеными, показали, что яма заполнена… горячей жидкой "рудой": содержание в воде хрома, железа, золота, марганца и многих других металлов оказалось необычайно высоким.

Отчего "потела" гора

С давних пор жители Тувы заметили, что на каменных откосах одной из гор время от времени выступали капельки блестящей жидкости. Не случайно гору назвали Терлиг-Хая, что в переводе с тувинского означает "потная скала". Как установили геологи, "виновата" в этом ртуть, которая содержится в горных породах, слагающих Терлиг-Хая. Теперь у подножья горы работники комбината "Тувакобальт" ведут разведку и добычу "серебряной воды".

Находка на Камчатке

На Камчатке есть озеро Ушки. Несколько десятилетий назад на его берегу были найдены четыре металлических кружка — древние монеты. Две монеты плохо сохранились, и ученые-нумизматы ленинградского Эрмитажа смогли лишь установить их восточное происхождение. Зато два других медных кружка рассказали специалистам многое. Они были отчеканены в древнегреческом городе Пантикапее, стоявшем на берегу пролива, который назывался Боспором Киммерийским (в районе теперешней Керчи).