Понемногу о многом
…Зеленое море нашей планеты. Человек издавна подружился с ним — оно кормило, одевало его. И, естественно, человека издавна интересовали тайны жизни растений. Из чего состоит растение? Что служит ему пищей? Земля? Но что именно и как берет оно из земли? И зачем ему листва?
В старинных книгах растения — точнее, корни растений — изображались в виде маленьких человечков с зелеными побегами на голове. А в древних манускриптах можно встретить объяснение: растение — это животное, перевернутое вниз головой.
Спор о том, как же питаются растения, шел не одну сотню лет. И только сравнительно недавно стала ясна роль и корней и листьев.
Знаменитый русский естествоиспытатель К.А. Тимирязев открыл процесс фотосинтеза — процесс углеродного питания зеленых растений, осуществляемый при помощи световой энергии, которая поглощается хлорофиллом растений.
Чудесной пищей для растений оказался углерод. Листья поглощают его из углекислого газа воздуха и строят из него органические вещества: белки, крахмал, жиры и сахара, — из которых и состоит ткань растений.
Но, как говорится, воздухом сыт не будешь. Ученые определили, что растения не могут жить и без фосфора, калия, натрия и многих других химических веществ, которые они получают из почвы, поглощают их корнями.
Но растение берет из почвы эти вещества не в чистом виде. Оно может усваивать только их соли. Вместе с углекислым газом и водой они служат растению строительным материалом.
Ученые установили, что главные соли, так сказать «три кита», на которых зиждется питание растений, — это соли калия, фосфора и азота. Но в почве, помимо них, можно обнаружить почти все элементы Менделеевской таблицы: и железо, и кобальт, и магний, и кремний, и серу, и молибден и т.п. Эти вещества тоже необходимы для роста растений, но содержатся они в растениях в ничтожных количествах. Поэтому и зовут их микроэлементами. К примеру, в ста граммах сухой картошки содержится всего 30 миллиграммов железа, 16,5 миллиграмма меди, 13 миллиграммов бора.
Откуда же взялись в почве «три кита» и микроэлементы? И вообще что такое почва?
Большой вклад в науку о почвах внесли наши соотечественники, ученые, чьи имена знают сегодня во всех странах, — В.В. Докучаев, П.А. Костычев, Д.Н. Прянишников и другие. Они рассматривали почву с естественноисторической точки зрения — как сложнейшее самостоятельное природное тело. Как оно образовалось?
Миллионы лет развивалась наша Земля. Миллионы лет калил зной и мороз горные породы. Змеились по каменным глыбам трещины. В них попадала вода, замерзала и раскалывала огромные глыбы. Камень крошился, время превращало его в пыль, богатую теми химическими элементами, которые были в горных породах. Под воздействием микроорганизмов, лишайников, растений продукт выветривания постепенно превращался в самостоятельное природное тело — в почву.
Естественно, что в разных местах образовались разные почвы.
Появились глинистые почвы, песчаники, суглинки и многие другие.
Но какой бы тип почвы ни исследовали ученые, они видели, что состав ее, влажность, структурность связаны в один сложнейший узел! И нередко изменение одного компонента вносит дисгармонию в характер всей почвы.
Возьмем для примера север нашей страны.
Мелколесье осинника и березняка, колючие заросли елей, глинистые берега рек, частые дожди — типичный пейзаж архангельских и ленинградских мест. Здесь сложился свой тип почв — подзолистый. Обилие влаги приносит этим местам большой вред — из почвы выносятся глинистые частицы и соли кальция. А это значит — почва становится более кислой, утрачивает комковатость, меньше содержит воздуха, после дождя покрывается коркой и т. п. Чтобы все эти изменения не отразились на растениях, агрохимики вносят те удобрения, которые помогают подзолистым почвам вернуть «равновесие», делают их более питательными.
У нас в стране миллионы гектаров пашни. И агрохимики должны знать особенности каждого из них. Как он себя чувствует? В чем нуждается? Чем его кормить? А если нужно — и чем подлечить? Короче — каждое поле должно иметь свою агрохимическую карту. Тогда агрохимик сможет точно определить, в каких соотношениях сочетать минеральные и органические удобрения, в каких дозах вносить микроудобрения.
Ослабить зависимость полей от капризов природы, сделать почвы еще более плодородными — это в наших руках. Для этого надо крепить союз сельскохозяйственных наук с химией.
Вечный странник
Жили-были два родных братца — калий и натрий.
Жили они в красивом и прочном гранитном доме. Однажды один брат говорит другому:
— Послушай, братец натрий, что у нас с тобой за жизнь невеселая — как в тюрьме!
— Верно, — отозвался калий. — Слюда, кварц и полевой шпат крепко держат нас в плену. И когда только придет избавление!
Избавление пришло. Гранитный дом — монолитный камень — со временем потерял крепость, и гранит превратился в песок. Освободившись из неволи, два брата встретились с кислородом, хлором и т. п. и, превратившись в минеральные соли, отправились в путь.
Вместе с песком их подхватил горный ручеек. Потом братья плавали по многим рекам и, наконец, попали в море.
Калий на пути к морю встретил своих друзей, которых очень много в почве, — это корни растений. И часть его осталась в почве, а часть попала вместе с натрием в море.
И вот много веков спустя на Урале нашли огромные залежи солей. Но как они туда попали?
Когда-то, миллионы лет назад, на месте нынешней Пермской области было древнее море. Геологи называют его Пермским. До сих пор еще находят на Урале камни с отпечатками силуэтов или скелетов морских животных. Находят и окаменевшие рыбьи кости.
В один из жарких периодов, который длился тысячи тысяч лет, вода из древнего моря стала сильно испаряться. Соль — натрия, калия — при этом осаждалась толстыми пластами, которые тянулись на десятки и сотни километров. Пласты соли заносило песком, глиной. Позднее море отступило — и соли оказались под землей. Но странствия братьев, сильно изменившихся за время долгого путешествия, на этом не кончились...
Сотни лет назад охотничьи племена, которые селились на севере Уральских гор, стали находить ключи и источники с соленой водой. О таких местах складывались легенды и передавались из поколения в поколение. Это и понятно. Соли в давние времена не хватало, за пуд соли давали несколько пудов хлеба.
Предприимчивые люди использовали опыт древних охотников, которые знали тайну соляных источников. В начале пятнадцатого века на реке Усолка была построена первая солеварня. Здесь выкачивали из земли соляной раствор, выпаривали его и получали сухую кристаллическую соль. На месте добычи соли возникло село, которое назвали Соль Камская.
Год от году увеличивалась добыча соли. Были построены первые цехи — варницы.
Купцов интересовала белая поваренная (натриевая) соль, которую они получали после выпаривания. Но случалось, что из скважин шел красноватый раствор. Хозяева промыслов на чем свет стоит ругали людей, нашедших такие источники. Скважина забрасывалась. Купцам невдомек было, что земля открывает здесь людям другие свои богатства.
Незадолго до начала первой мировой войны техник Казанцев нашел в красной соли калий. Но открытием его правительство не заинтересовалось, хотя тогда уже было известно, как необходим этот элемент для сельского хозяйства. Калий в те годы закупался... в Германии. Русский ученый Николай Семенович Курнаков, узнав о сообщении техника Казанцева, приехал в Соликамск и исследовал красную соль. Он писал: «В Соликамске имеются соли калия. Надо выяснить, каковы их запасы. Необходима срочная разведка...» Но и к его голосу никто не прислушался. Так на годы остался забытым один из кладов русской земли.
Почему же калий во время своего путешествия так охотно задерживался в земле? Ответ на этот вопрос дал русский почвовед Константин Каэтонович Гедройц.
Ни один элемент не усваивается растением так быстро, как калий. Атомы калия очень слабо закреплены в почве, они висят там словно на ниточках. Поэтому растение легко извлекает и усваивает их. А помощь он дает огромную: один килограмм калийной соли, внесенный на гектар, поднимает урожай сахарной свеклы и картофеля на 50 килограммов, а пшеницы — на 4 килограмма. Если почва богата калием, растения лучше переносят заболевания, морозы, засуху. Калий настолько необходим растениям, что о нем смело можно сказать — несущий плодородие.
После победы Октябрьской революции в нашей стране начались поиски калиевых месторождений. И, конечно же, вспомнили о красных солях Урала.
Как только закончилась гражданская война, в Соликамск была послана геологическая экспедиция. Ею руководил профессор Павел Иванович Преображенский.
Под слоями песка и глины были обнаружены мощные пласты калийных солей — белые сильвиниты с розовыми и нежно-голубыми прожилками чередовались с буро-красными карналлитами.
Первые же подсчеты показали, что запасы калийных солей на Урале в шесть раз превосходят запасы всех открытых до сих пор на земле месторождений калия.
Итак, калий снова собрался в путь...
Она совсем необычна — эта фабрика плодородия Соликамского месторождения. Первый ее цех находится... под землей.
В свете фонарей потолок, пол, стены подземной галереи сверкают всеми цветами. Белые как снег кристаллы перемежаются с ярко-синими. Между ними, призрачно мерцая, вьются оранжевые и красные полосы. Грани кристаллов блестят, точно полированные. Они искрятся, как рубины, и сверкают, будто горный хрусталь. Такого богатства красок, такой полной гаммы цвета, верно, не увидишь нигде.
Электровозы везут чудесный камень к грузовому подъемнику.
Наверху — царство огромных, мощных машин. Соляная мельница дробит глыбы породы. В лучах света мельчайшие кристаллики вспыхивают радужным светом. Далее сильвинит попадает в царство горячей воды и искрящегося пара.
В сильвините, оказывается, есть и калийная и натриевая соль. Надо их разделить, отобрать чистый хлористый калий, который и идет на удобрения. И делают это при помощи воды: ведь калийные соли гораздо лучше растворяются в воде, чем натриевые. Освобожденный хлористый калий проходит еще ряд превращений: в исполинских цилиндрах его охлаждают, потом перекачивают в высокую башню.
Отсюда жидкость разбрызгивается, а навстречу этому дождю несутся мощные потоки холодного воздуха. И вот искристые капли дождя превращаются в снежно-белые кристаллики хлористого калия. И снова калий — вечный странник — отправляется в далекое путешествие — на поля и пашни. Теперь начинается вторая жизнь калия, точнее — калийных солей, жизнь на пользу людям.
Соликамское месторождение — крупнейшее в СССР. В недалеком будущем новые мощные рудники возникнут на базе Верхне-Камских, Белорусских и Западноукраинских месторождений калийных солей.
Газ на полях
В Древних книгах, написанных лет четыреста назад, уже встречалось слово «азот». Но в то время эта составная часть воздуха еще не была открыта. Тогда азотом называли волшебное вещество, дающее жизнь, молодость, красоту. Алхимики тщетно искали его...
Много лет спустя великий русский ученый Михаил Ломоносов открыл неизвестный доселе газ и начал исследовать его свойства. А через тридцать лет после открытия Ломоносова специально назначенная комиссия, в состав которой входили лучшие химики мира, дала новому газу название. Его окрестили «азотом». Точный перевод этого греческого слова означает «безжизненный».
Правыми оказались и те, кто утверждал, что азот безжизнен, и те, кто доказывал, что азот — источник жизни. Живое существо, помещенное в азот, погибает. Этот газ не поддерживает горения, не участвует в процессе дыхания. Этим и объясняется его название «безжизненный».
Но выяснилось и другое. Сейчас мы можем смело сказать: без азота жизнь невозможна. Он является необходимейшей составной частью белка, а белок, как известно, основа жизни.
Но откуда же и как растение берет этот элемент?
Разумеется, проще всего было предположить, что растение берет его прямо из воздуха. Ведь этот газ составляет четыре пятых атмосферы. Над каждым гектаром земли поднимается воздушный столб, в котором содержится восемьдесят тысяч тонн азота. Чтобы точно установить, откуда получают растения азот, К.А. Тимирязев поставил такой опыт. В банки насыпали чистый песок. К нему добавили все необходимые растению соли. Не добавили только солей азота. В другие банки — для сравнения — положили все соли, включая азотные. Затем были высеяны семена. И вот результаты опыта: растения, не получившие азотных солей, чахли, а другие быстро развивались.
Итак, растение не может брать азот из воздуха.
Оно напоминает мореплавателей, которые погибают от жажды в бескрайнем океане.
Дальнейшие опыты показали, что органические соединения азота, содержащиеся в земле, так же как и азот воздуха, растение усваивать не может. Растениям нужны неорганические соли азота. Каким же образом добывают их корни растений?
Возьмите в ладонь щепотку чернозема. В руке сейчас целый мир — он заселен миллиардами микроорганизмов. Они-то и помогают корням находить в почве неорганические соли азота. В процессе своей жизнедеятельности микробы разрушают органические вещества почвы, превращают их в углекислый газ и различные соли, в том числе и азотные. Другие микробы усваивают азот из воздуха, проникающего в почву. Но и они, поглощая азот воздуха, превращают его в соли, так необходимые растениям.
Можно ли научиться управлять микроорганизмами, заставить их вырабатывать больше солей азота?
Земледельцы знают, что плодородие почвы — после того как на ней росли клевер или горох, люцерна, вика, бобы — резко повышается. Почему это происходит? Если внимательнее рассмотреть корень любого из этих растений, на нем можно заметить множество маленьких клубеньков. Это и есть зеленая лаборатория. В клубеньках живут миллиарды бактерий, тех самых бактерий, которые превращают азот воздуха в неорганические азотные соли. Когда урожай этих трав снят, корни их вместе с клубеньками сгнивают и азотные соли остаются в земле.
Но только за счет посевов бобовых плодородие почвы увеличить невозможно. Растениям для жизни необходимо огромное количество азота. На пашнях нашей страны каждый год растения забирают из почвы больше 10 миллионов тонн азота. А каждый килограмм внесенных азотных удобрений дает дополнительно с гектара 5—10 килограммов зерна, до 50 килограммов картофеля и сахарной свеклы, до 4 килограммов хлопка. Вывод напрашивается сам собой: чтобы не оскудевали урожаи, надо вносить в почву азотные соли.
В пустыне Атакама, в Чили, были обнаружены огромные запасы соли, которую назвали селитрой. Моряки, побывавшие в тех краях, рассказывали, что там, где найдена эта соль, земля дает невиданно богатые урожаи. Селитру привезли в Европу и попробовали удобрять ею поля. Результаты превзошли все ожидания. Селитру назвали солью плодородия, а южноамериканская республика на долгие годы стала мировым поставщиком удобрений.
Но вскоре ученые заволновались. Английский химик Вильям Крукс заявил:
— Человечеству грозит гибель от азотного голода. Земля отдает свой азот растениям и катастрофически быстро истощается. А запасов чилийской селитры хватит не больше, чем на пятьдесят лет!
Несостоятельность этой мрачной теории доказал русский ученый Сергей Николаевич Виноградский. Много лет работал он над проблемами азота и в конце концов нашел микробы, которые способны усваивать азот прямо из воздуха.
Виноградский утверждал: азотный голод не угрожает земле. Однако русский ученый отмечал, что необходимо искать новые источники получения азота. И они были найдены.
Один — нитрагин — содержит клубеньковые микробы. Другой насыщен микробами, свободно живущими в почве, и называется азотогеном. В нашей стране сегодня работают специальные заводы, где готовится это живое удобрение. Они есть в Москве и в Ленинграде, на Украине, в Сибири и на Кавказе.
А нельзя ли научиться получать азотные соли из воздуха? Воспроизвести в лаборатории, на заводе процесс, носителем которого являются микроорганизмы? Ученых давно волновал этот вопрос.
Земледельцы говорят: грозовой год — к хорошему урожаю. Дело в том, что во время грозы вместе с каплями дождя на землю падает ценное соединение — азотная кислота: азот воздуха окисляется и превращается в азотную кислоту под действием грозовых разрядов. Вот этот-то факт и взяли на прицел ученые.
Это был верный путь к получению азотных удобрений из воздуха. Подсказал его русский ученый В.И. Каразин.
Норвежские и немецкие ученые воспроизвели процесс грозы в лаборатории — и им удалось получить азотную кислоту. Но для промышленного производства азотных удобрений эти способы не годились: они были слишком дороги.
Первый в мире промышленный способ получения азотной кислоты из воздуха разработал русский ученый Иван Иванович Андреев. В чем заключается его метод?
Прежде всего, добавляя в воздух водород, Андреев получил газ аммиак. Затем он заставил его вступить в реакцию с кислородом.
Загляните внутрь смесителей, которые установлены сегодня на многих заводах, и вы увидите огромную ажурную сеть, сплетенную из тончайших проволочек, сделанных из сплава платины и родия. Эта сетка играет роль катализатора, она заставляет молекулы аммиака мгновенно соединяться с молекулами кислорода. Рождается окись азота. Это новое вещество под действием различных реакций несколько раз меняет «лицо», пока, наконец, не превращается в азотную кислоту, ту самую, которая выпадает на землю вместе с грозовыми дождями. Потом из этой кислоты получают соли азота. Это, оказывается, не что иное, как селитра.
На земле в чистом виде находят только натриевую селитру, которую добывают в Чили, и калиевую. А пользуясь методом, о котором мы только что рассказали, можно получать еще и кальциевую и даже аммиачную селитру, которые в природе не встречаются. При этом в аммиачной селитре, которую мы получаем на наших заводах, содержится больше азота, чем в любой природной селитре. Такие комбинаты, где из воздуха получают замечательные удобрения, построены и на Урале, и в Узбекистане, и во многих других районах страны. Бескрайний воздушный океан люди используют для увеличения плодородия земли.
Имя богатыря — фосфор
Каждый, наверно, слышал это слово — «апатит». А знаете ли, что в переводе с греческого это значит «обманщик»? Откуда взялось такое название?
...Триста лет назад жил в Гамбурге алхимик Брандт. В его лаборатории стояла большая печь. Днем и ночью над ней клубились синеватые дымки. Брандт выпаривал разные растворы, надеясь получить «философский камень». Однажды рассматривая желтовато-зеленые кусочки вещества, полученного после очередного опыта, Брандт заметил, что излучают они холодный свет. Так был открыт фосфор.
Впоследствии ученые обнаружили фосфор в каждой, клетке человеческого тела, Оказалось, что без него не может жить ни одно существо. Уже в наше время академик А.Е. Ферсман подсчитал, что с куском хлеба весом в сто граммов мы съедаем столько атомов фосфора, что если их вытянуть в цепочку, то ею можно было бы 250 раз опоясать земной шар.
Без фосфора, как показали исследования, не могут жить и растения.
Вначале фосфорные соли вносили в землю в виде, костной муки (ее изготовляли из костей — отходов боен — на специальных фабриках). Однако из такого сырья трудно получить достаточное количество удобрений.
Поиски минерала, богатого фосфорными солями, велись долгие годы.
У нас в стране огромные запасы апатита нашли в 30-х годах на Крайнем Севере, в Хибинских горах. Он представлял собой фосфорнокислый кальций в ее соединении с фтористым или хлористым кальцием. Этот минерал не раз вводил геологов в заблуждение. То его кристаллы напоминали по виду берилл или кварц, то известняк или мрамор. Иногда этот минерал встречался в виде огромных зеленоватых глыб. Поэтому и прозвали его «апатитом» — «обманщиком».
Сначала в Хибинах апатит добывали только в открытых разработках. Теперь здесь создан механизированный рудник. Мощные ковши экскаваторов насыпают взорванную руду в вагонетки. Искрящиеся зеленым светом глыбы поднимают на поверхность и направляют на обогатительную фабрику. Руду нужно очистить от многочисленных примесей. Чистый апатит пропускают через мощные фильтры, сушат, обрабатывают серной кислотой и получают суперфосфат, одно из ценнейших фосфорных удобрений.
Что же дает суперфосфат? Приведем одну лишь цифру. Гектар земли, если внести в него центнер этого удобрения, дает дополнительно до четырех центнеров зерна. Это данные, полученные не только в лабораториях. Это результат, которого добились наши хлеборобы на тысячах гектаров пахотных земель.
Внесенные в почву фосфорные удобрения увеличивают сахаристость сахарной свеклы, ускоряют созревание клубней картофеля и свеклы, повышают урожаи зерна и льна.
Агрохимики, химики, разведчики земли — геологи соединяют свои усилия в борьбе за камень плодородия, в борьбе за урожай.
На Винницком суперфосфатном заводе за последние годы было налажено производство удобрений, в которые добавляются микроэлементы — молибден, бор, цинк, медь. Эффективность удобрений значительно возрастает.
Геологи нашли в районе хребта Каратау, в Казахстане, крупнейшее в мире месторождение фосфорита. Более миллиарда тонн этого минерала залегает здесь на небольшой глубине.
Широким фронтом развертываются сейчас, после декабрьского и февральского Пленумов ЦК КПСС, работы по химизации сельского хозяйства. Земля получит добытые советским человеком клады земли и оплатит их сторицей.
В 1970 году добыча руд, содержащих фосфор, будет доведена до 60 миллионов тонн. Камень плодородия поможет добыть нам миллиарды пудов овощей и золотого зерна.
* * *
Широким фронтом развертываются сейчас, после декабрьского и февральского Пленумов ЦК КПСС, работы по химизации сельского хозяйства. Земля получит добытые советским человеком клады земли и оплатит их сторицей.
А. Анатольев
