Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени - Джеймс Бёрк

По иронии судьбы сначала в поисках нефти пришлось положиться не на химиков и геологов, а на охотников за окаменелостями. Еще более забавно, что сами эти охотники своим существованием обязаны предыдущей транспортной революции, которая за семьдесят лет до этого тоже положила начало становлению индустриальной сверхдержавы — Великобритании.

Знаменитый «полковник» Эдвин Дрейк рядом со своей скважиной в Пенсильвании. Внутри высокого деревянного сооружения на заднем плане помещались буровая установка и трубы. Работали с этим оборудованием бывшие соледобытчики, которые уже сталкивались с нефтью в Западной Вирджинии, Кентукки и Огайо. Скважина Дрейка не была первой, как он всегда утверждал. Сам Дрейк никогда не был полковником — в прошлом он работал железнодорожным кондуктором

В то время главным фактором, сдерживающим промышленное развитие страны, было состояние дорог. Строительство каналов и развитие водного транспорта вызвало бурный рост экономики — водные пути стали значительно более быстрым и менее затратным способом перевозки угля и другого сырья, чем привычные повозки, запряженные лошадьми. В 1793 году геолог Уильям Смит во время замеров перед строительством канала в графстве Сомерсет заметил странную вещь. Некоторые виды пород залегали слоями на довольно большой территории, то погружаясь под землю, то снова выходя на поверхность. Путешествуя по северу Англии и собирая информацию о технологиях строительства каналов, Смит наблюдал это явление повсеместно. Стало очевидно, что породы под поверхностью земли формировались в отдельные слои, так называемые страты, которые можно увидеть в естественных обнажениях — на стенах утесов и горных долин. В 1796 году Смит установил, что в разных местах одного слоя содержится один и тот же набор ископаемых остатков. После десяти лет работы, в 1815 году, он свел воедино результаты стратиграфических исследований в первую качественную цветную геологическую карту167 — 259 с указанием двадцати одного слоя осадочных пород. Эта карта еще больше возбудила энтузиазм охотников за окаменелостями.

После изобретения новую технологию, как правило, пытаются освоить в узкоспециализированных областях знаний, где особенно важно «застолбить территорию». В нашем случае французский геолог Альсид д’Орбиньи избрал ископаемые одноклеточные морские организмы, которые он исследовал под микроскопом (их размеры варьируются от одной сотой миллиметра до десяти сантиметров) и окрестил фораминиферами. Фораминиферы обитают на всех глубинах мирового океана, и их ископаемые остатки присутствуют в отложениях почти всех геологических эпох. Появилась новая отрасль науки — микропалеонтология.

Д’Орбиньи работал увлеченно и с остервенением. Исходя из строения пор в раковинах формаминифер, он выделил шесть классов, пятьдесят три рода и шестьсот видов этих организмов. Затем он пошел дальше и в период с 1850 по 1852 год произвел классификацию двадцати восьми известных на тот момент страт, используя в качестве критерия найденные в них остатки моллюсков и беспозвоночных. Он идентифицировал и описал все восемнадцать тысяч видов этих организмов и выяснил, что фауна, содержащаяся в одной страте, не встречается в другой. На основе палеонтологических данных Д’Орбиньи создал хронологическую таблицу эпохи Палеолита, которая используется учеными до сих пор.

Тут-то и встретились палеонтология и нефтедобыча. В конце XIX века было установлено, что определенная последовательность видов фораминифер в геологических горизонтах указывает на наличие залежей нефти. Оставалось только найти способ обнаружения этих горизонтов.

Способ был предложен русским дворянином Борисом Голицыным, профессором физики Московского университета. Голицын изобрел устройство, которое фиксировало сейсмические волны в толще земной коры. Конструкция последнего варианта этого прибора, изготовленного в 1906 году, состояла из груза, который подвешивался на пружинном креплении между полюсами магнита. К грузу крепилась катушка медной проволоки, через которую пропускался электрический ток. При сейсмическом толчке груз качался в магнитном поле, что вызывало изменение электрического заряда. Электричество приводило в движение перо, а оно оставляло след на фотобумаге, закрепленной на вращающемся барабане. Так получались знакомые нам по иллюстрациям сейсмографические кривые. В 1923 году в Техасе при помощи сейсмографа было установлено, что горизонты горных пород, содержащих нефть, особым образом отражают ударную волну взрыва, произведенного на поверхности.

Изобретение русского ученого имеет и другое важнейшее предназначение. Оно помогает предсказывать землетрясения. Никто не знает точно, почему они происходят, — возможно, они вызваны вулканической деятельностью, возможно, движением тектонических плит или даже парадом планет. Однако была высчитана годовая вероятность землетрясений разной силы на нашей планете: два землетрясения сильнее 7,7 балла по шкале Рихтера, семнадцать землетрясений между 7,7 и семью баллами, сто — со значениями от семи до шести и более пятидесяти тысяч толчков от шести до трех баллов.

Таким образом, благодаря французским палеонтологам, английским геологам, американской нефти, газировке, страхованию, антропологам, искателям окаменелостей, немецким специалистам по патологии клеток выжившие после очередного землетрясения помянут добрым словом Бориса Голицына за сейсмограф. А там — кто знает, как повернется колесо фортуны, — придется, быть может, поблагодарить и Флеминга за пенициллин.

Добыча нефти вызвала к жизни новые технологии для освоения недр и поиска подземных сокровищ. Эти поиски начались за много столетий до этого совсем по другим причинам, но имели столь же революционные последствия…

10

Бесценное ничто

На примере этого исторического путешествия мы увидим, как одно открытие, случившееся триста лет назад, приведет к рождению сразу трех совершенно разных изобретений недавнего прошлого: термостойкой керамики, гирокомпаса и топливного элемента. А эти три изобретения, в свою очередь, поспособствовали появлению на свет и четвертого — самого необычного транспортного средства в мире.

Мы начнем эту историю с середины XVII века. В это время Европа переживала бум развития горнодобывающей отрасли. Она могла бы переживать его еще сильнее, если бы не одна серьезная проблема. По какой-то непонятной причине насосы шахт отказывались поднимать воду выше, чем на десять метров (это были те самые старые дренажные системы, которые доставляли горнякам столько хлопот). Через каждые десять метров приходилось ставить новый насос — и так до самой поверхности. Если учесть, что некоторые шахты насчитывали не одну сотню метров в глубину, то это было хлопотным и дорогим удовольствием. Проблему довели до сведения ученых.

В 1639 году губернатор Генуи Джованни Бальяни рассказал своему другу Галилео Галилею168 — 129 о своей беде — у него не получалось поднять воду на холм по трубе при помощи насоса. Галилей поручил решение задачи своему ученику Еванджелисте Торричелли, который, в свою очередь, рассказал об этом римским друзьям. В 1641 году один из них, Гаспаро Берти, сконструировал сооружение, представлявшее собой трубу с водой, нижний конец которой был погружен в емкость, также наполненную водой, а верхний — перекрыт краном. Когда кран открывали, вода вытекала из трубы до тех пор, пока не достигала отметки примерно в десять метров над уровнем воды нижнего сосуда.

Торричелли повторил этот опыт со ртутью. Она имеет бóльшую плотность, а следовательно, для опыта был нужен гораздо меньший объем жидкости, да и конструкция получилась во много раз компактнее. Ртуть вела себя так же, как вода. Торричелли поделился новостью с теологом Мареном Мерсенном, водившим знакомство с доброй половиной всех ученых-любителей Европы. В результате 19 сентября 1648 года компания достойных мужей из французского города Клермон-Ферана, в том числе шурин знаменитого Блеза Паскаля169 — 272 (который тоже был в друзьях у Мерсенна), взобралась на ближайшую гору Пюи-де-Дом с трубкой ртути и тарелкой. Перед подъемом они повторили опыт Торричелли и Берти, ртуть опустилась на определенную высоту и остановилась. По мере подъема на гору ртуть опускалась все ниже и ниже, а когда экспериментаторы повернули обратно, ртуть начала подниматься снова. Это свидетельствовало о том, что давление толщи воздуха на поверхность ртути в тарелке мешало опускаться столбику ртути в трубке. По этой же причине вода в шахтах не поднималась выше, чем на десять метров — давления воздуха для удержания более высокого столба воды уже не хватало.