ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2008, том 50, № 4, с. 362-379
УДК 553.31.4
К ПРОБЛЕМЕ ФИЗИКИ РУДОГЕНЕЗА
© 2008 г. Н. А. Шило*, А. В. Дринков**
*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 **Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений 141570, Менделеево, Московская область, Солнечногорский р-н Поступила в редакцию 07.02.2008 г.
В статье рассматривается рудообразующий процесс. В основу анализа положена топология химических элементов, открытая авторами в 2007 г. в ходе изучения фибоначчиевого распределения химических элементов. Тщательно анализируя физику рудогенеза, авторы приходят к выводу о ведущей роли в образовании парагенетических ассоциаций спиновых эффектов; выявлена также необходимость применения закономерностей ядерных свойств элементов при изучении этой проблемы.
ХИМИЯ И РУДОГЕНЕЗ
Эндогенное рудообразование всех полезных ископаемых сейчас связывается с химическими реакциями, возникающими в энергетически емких средах Земной коры и Верхней мантии. В ходе развития этих реакций происходит молекулярный обмен вещества или распад комплексов на молекулы с меньшим числом атомов, которые могут вступать во взаимодействия, в результате возникают новые вещества, в виде, скажем, минералов или их парагенетических ассоциаций. Формирование парагенезисов, устойчиво повторяющихся в рудных телах месторождений различных металлогенических провинций, до сих пор объясняется химическими реакциями, хотя многие из них находятся в грубом противоречии с законами периодической системы элементов Д.И. Менделеева.
Все химические реакции относятся к классу весьма энергоемких процессов, хотя в их развитие вовлекаются лишь наружные (валентные) электронные оболочки атомов, тогда как внутренние электроны и ядра не затрагиваются. Физическая химия охватывает только термодинамику химическую, кинетику химическую, коллоидную химию, электрохимию, фотохимию, радиационную химию.
В сфере геохимии, а также космохимии, выделившихся в самостоятельные науки, находится поведение химических элементов в Земной коре (и в космосе), однако их изучение осуществляется с позиций тех же химических реакций. Геохимические реакции обычно интерпретируются с исключением разноуровненных электромагнитных полей, что усложняет объяснение противоречий
Адрес для переписки: H.A. Шило. E-mail: shilo-school@mail.ru
* Доклад, прочитанный H.A. Шило на Ученом совете ИГЕМ
РАН, посвященном его 95-летию.
между исходными продуктами и конечным результатом взаимодействий элементов. Именно поэтому не получают объяснение многие минеральные парагенезисы, их генезис, формирование ассоциаций элементов с различными химическими свойствами и др.
Таким образом, основываясь на периодической системе элементов Д.И. Менделеева, многие особенности рудогенеза остаются в разряде неразрешенных проблем (Шило и др., 1998; Шило, 2007).
Не снимает возникающих при этом трудностей и учет одной из важных фундаментальных основ системы, которой является периодическая повторяемость в свойствах элементов, означающая некоторую общую тенденцию в их изменении по мере последовательного роста атомного номера. Правда, общий характер таких изменений нарушается, начиная с лантанидов (шестой период), где происходит как бы смешанное заполнение 41 и 5&-групп электронов. На него обратил внимание еще в 1969 г. Д.Н. Трифонов, определив это явление как "размывание периодичности". Ее можно рассматривать, прежде всего, в качестве одноэлек-тронного эффекта, который проявляется только в одноэлектронных свойствах атомов и не отмечается в коллективных их взаимодействиях.
Можно перечислить также ряд других свойств элементов, не подчиняющихся периодическому закону, например, закон Мозли или изменение коэффициента диэлектрического поглощения при переходе от легких элементов к тяжелым по закону к ~23 (2 - заряд ядра или порядковый номер элемента). Можно отметить также, что химическая активность элементов побочных групп меньше, чем химическая активность элементов основных групп и в отличие от первых падает с увеличением 2. Такие примеры можно было бы
продолжить, но и этого достаточно для того, чтобы таблица Д.И. Менделеева рассматривалась с точки зрения ее изотопического природного состава и как одна из форм периодического закона. При этом сама идея периодичности элементов становится реальной, если в нее включается закономерная периодичность свойств атомных ядер. Как будет показано дальше, нами установлена взаимосвязь двух периодичностей, несмотря на отличающийся характер ядерной периодичности по сравнению с периодичностью свойств элементов таблицы Д.И. Менделеева (Шило, Дринков, 2007). Оказалось, что с периодичностью элементов она связана через некоторые общие для атомов и ядер структуры фенотипических спиралей. По нашему мнению, атомы и ядра, группирующиеся в спиральные структуры, отражают не только периодические, но и непериодические изменения свойств этих объектов. Причем для атомов инвариантными являются изменения зарядов или атомного номера Ъ по различным спиралям при переходе от одного элемента к другому, а для ядерных спиралей основными параметрами порядка служат заряд, массовое число, их абсолютная распространенность в Природе. С учетом этой позиции рассмотрим топологию менделеевского распределения элементов.
ТОПОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И РУДОГЕНЕЗ
Общеизвестно, что в действующей периодической системе элементов Д.И. Менделеева 14 элементов - от Се до Ьи, а также 14 элементов - от ТИ до Ьг - вынесены за пределы системы. Таким образом, на практике фактически используются две таблицы. Однако Д.И. Менделеев, называя свою систему периодической по группам и рядам, не допускал даже мысли о возможности исключения из нее хотя бы одного элемента.
Вопросы современного развития и усовершенствования периодической системы рассмотрены в монографии (Григорович, 1988), в которой на основе анализа электронного строения и степеней окисления элементов получена одна из форм периодической системы с размещением по группам всех лантанидов, актинидов и металлов триад, как наиболее точно отражающая строение и свойства элементов.
В 1999 г. предложена дублетно-концентриче-ская форма периодической системы элементов (Вавилов, Гавриченкова, 1999), в которой сформулированы основные, довольно очевидные структурные правила: 1) все элементы с четным зарядовым номером находятся в группах с четным номером; 2) в группах с нечетным номером находятся элементы с нечетным зарядовым номером.
В том же 1999 г. опубликована так называемая Горно-Алтайская таблица химических мульти-плетов КиРеЯиш (Румер, Фет, 1971; Кулаков, 1999). Как полагают авторы, "таблица КиРеЯиш позволяет взглянуть на множество всех химических элементов как на единое целое и увидеть его внутренние законы, которым подчиняется все множество элементов, и которые не могут быть получены из квантово-механической модели отдельного атома". Отмечается, что таблица КиРеЯиш химических мультиплетов абсолютно точно соответствует группе симметрии Румера -Фета Би(2) х Би(2) х 80(4.2), хотя не согласуется с группой симметрии Малкина - Манько БЩ2) х х Б0(4.2).
Авторы таблицы КиБеЯиш сводят изучение свойств элементов к их "внутренней симметрии" по аналогии с элементарными частицами (Румер, Фет, 1971).
В связи с этим можно полагать, что "внутренняя симметрия" атомов, несомненно, связана с атомными ядрами. Опираясь на принцип П. Кюри, можно в ходе исследований "...найти и оценить симметрию системы по известной симметрии ее подсистем и перенести соотношения симметрии с одного уровня структурной организации системы на другой" (Система ..., 1988; Васютинский, 1990).
Авторы таблицы КиРеЯиш полностью исключили из своих построений атомные ядра. Они также не рассматривают версификацию наших знаний об элементах, что согласуется с ложными выводами в работе (Румер, Фет, 1971) о том, что "нельзя выделить пары элементов, атомные веса которых были бы значительно ближе, чем атомные веса в разных парах". Они, как известно, противоречат большинству физических свойств элементов, так как совершенно очевидна некоторая эквидистантность их поведения в зависимости от нечетности-четности зарядных номеров.
В конце 19 в. Г.А. Лоренц развивал мысль о том, что в соответствии с таблицей элементов соседние элементы рождались как близнецы, попарно, причем одной и той же парой оказывались элементы, мало отличающиеся друг от друга по химическому весу. В настоящее время изотопия сняла вопрос о возможной связи парности элементов с атомным весом. В основе их разделения положены другие параметры: четные или нечетные ряды, зарядовый номер и т.д.
Д.И. Менделеев предложил периодическую систему химических элементов 139 лет тому назад. За это время она сыграла громадную роль не только в развитии химии, но и физики, биологии, геохимии, минералогии, петрологии, кристаллографии, космохимии и других наук. То есть она стимулировала научный прогресс во всех областях, где химические элементы являются основой естественных или искусственных процессов. Однако в течение всего этого времени ученые раз-
ных специальностей в той или иной форме высказывали неудовлетворение менделеевской системой, несмотря на признание за ней гениальных фундаментальных свойств.
Впрочем, Д.И. Менделеев вскоре после того, как его детище вошло в обиход, высказал две идеи, которые до сих пор не реализованы ни в одной из многочисленных (около 1000) предложенных после него форм периодического закона.
1. ".система требует телесной формы, допускающей сближение по всем направлениям".
2. Периодический закон ".следует выражать не геометрическими линиями, всегда подразумевающими сплошность, а вроде того, как поступают в теории чисел - прерывно" (Семишин, 1972).
Учитывая сложившуюся ситуацию, нами проведен анализ предложенных после Д.И. Менделеева систематик химических элементов и самой периодической таблицы Д.И. Менделеева. Он позволил вскрыть тот необычный факт, что в основе почти всех форм систем лежат статические связи между элементами и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.