Химия. Узнавай химию, читая классику. С комментарием химика

Далее частицы сажи либо сгорают, либо, отдав энергию в виде света и не успев сгореть, остывают, попадают в воздух в виде копоти и осаждаются на поверхности дымохода, если топливо горит в печи. В верхнюю часть коптящего пламени свечи можно внести стеклышко и получить оптическое устройство, позволяющее наблюдать затмение солнца. Сажа, оседающая в дымоходах, мешает нормальной тяге продуктов сгорания и может загореться, вызвав разрушение печной трубы или пожар.

Почему мы считаем, что пещера карстовая?

Карстовые пещеры – одна из разновидностей пещер, имеющая свой особый механизм образования. Это пещеры, в образовании которых главную роль играют химические процессы. Карстовые пещеры обычно встречаются в горных массивах, сложенных известняковыми и доломитовыми породами, которые могут быть образованы известняком, арагонитом, мрамором, мелом (все это в своей основе карбонат кальция СаСО₃), доломитом (СаСО₃ ∙ MgCO₃) и другими природными карбонатами. Такие горные массивы называют карстовыми. Карст – это химические процессы, происходящие под воздействием на горную породу воды. Наиболее распространен известняковый карст. Длиннейшая в мире карстовая Мамонтова пещера с суммарной протяженностью ходов в 500 км находится в США, как и пещера Мак-Дугала.

Механизм карстообразования в известняках заключается в следующем.

Дождевая вода, содержащая растворенный углекислый газ, собирается в трещинах известняка и проникает внутрь массива, растворяя по пути карбонаты кальция и магния:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂

Суть процесса такова: вода с растворенным в ней углекислым газом – не что иное, как угольная кислота. Она реагирует с нерастворимым карбонатом, превращая его в растворимую кислую соль – гидрокарбонат кальция (или магния). В трещинах в известняке, куда стекала вода, постепенно образуется углубление, превращающееся затем в карстовую воронку. Насыщенная углекислым газом вода с поверхности уходит вглубь известняка, вымывая в его толще карстовую пещеру. Углекислым газом вода может насыщаться и проходя сквозь почву, и в недрах земли в областях недавней вулканической деятельности. Реагируя с карбонатами, вода теряет углекислый газ, но насыщается растворимыми гидрокарбонатами. Вода, содержащая ионы кальция или магния, становится жесткой. Если такую воду прокипятить, произойдет обратный процесс – разложение гидрокарбонатов кальция и магния (они нестойки к нагреванию и вообще могут существовать только в водном растворе):

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃ + СО₂ + Н₂О

Нерастворимые карбонаты кальция и магния выпадут в осадок и осядут на стенке чайника в виде накипи. Как видим, образование накипи – это химический процесс, как и образование карстовых пещер.

О том, что пещера Мак-Дугала карстовая, в тексте говорится недвусмысленно. В нем сказано, что вода в подземном ручье приносит известковый осадок. Мы, правда, понимаем теперь, что вода приносит вовсе не осадок, а растворенный углекислый газ, который участвует в образовании растворимых солей, переходящих в воду. Но дальше говорится о «кудрявой, кружевной Ниагаре» «из блестящего прочного камня». Это описание известняковых натеков в русле ручья. И они тоже характерны для карстовых пещер. А еще сталактиты и сталагмиты.

Как образуются натеки, сталактиты и сталагмиты?

Собственно, реакция, в результате которой в пещерах вырастают сталактиты и сталагмиты, а на стенах образуются красивые натеки, нам уже известна. Это та же реакция, что происходит при образовании накипи в чайнике:

Только здесь нерастворимые карбонаты не образуют накипь, а откладываются на стенах в виде натеков или образуют каменную сосульку сталактит (от греческого σταλακτίτης – «натекший по капле»). Термины «сталактит» и «сталагмит» (от греческого στάλαγμα – «капля») впервые употребил в своей работе, опубликованной в 1655 г., датский натуралист Оле Ворм. И мы теперь знаем, что образование сталактитов и сталагмитов – тоже химия!

Но почему эта реакция происходит в пещере, ведь никто не кипятит воду в подземных источниках. Что ж, если бы воду в пещере кипятили, осадок выпал бы через десяток минут. А при обычных условиях процесс этот идет очень медленно, но все же идет. Причиной служат незначительные изменения внешних условий. Образование сталактитов и сталагмитов происходит на протяжении столетий. Каждая капля воды дает не видимое глазу количество карбоната, но за века вырастает плотная каменная сосулька. Через тысячелетие сталактит и сталагмит, если им ничто (и никто) не помешает, соединятся в каменную колонну – сталагнат.

Посетители каменных пещер часто хотят унести с собой сталактит на память о красоте подземного мира. Им следовало бы вспомнить, что на образование такого сувенира ушли столетия, и следующий на его месте появится тоже спустя столетия. А вынесенный из пещеры на дневной свет обломок сталактита совсем не так величественно выглядит, как в пещере. Прямо скажем, выглядит как кусок грязного камня. Так стоит ли губить подземную красоту?

Награда для Эдмона Дантеса

(из книги А. Дюма «Граф Монте-Кристо»)

Солнце прошло уже почти треть своего пути, и его майские лучи, жаркие и живительные, падали на утесы, которые, казалось, чувствовали их тепло; тысячи кузнечиков, скрытых в вереске, оглашали воздух однообразным и непрерывным стрекотанием; листья миртов и олив трепетали, издавая почти металлический звук; каждый шаг Эдмона по нагретому солнцем граниту спугивал зеленых, как изумруд, ящериц; вдали, на горных склонах, виднелись резвые серны, так привлекающие охотников; словом, остров казался обитаемым, полным жизни, и, несмотря на это, Эдмон чувствовал, что он один, под десницей Бога.

Его охватило странное чувство, похожее на страх; причиной тому был яркий дневной свет, при котором даже в пустыне нам чудится, что чьи-то пытливые взоры следят за нами.

Это чувство было так сильно, что, раньше чем приняться за дело, он отложил кирку, снова взял в руки ружье, еще раз вскарабкался на самую высокую вершину и внимательным глазом окинул окрестность.

Но нужно признаться, что внимание его не было привлечено ни поэтической Корсикой, на которой он различал даже дома, ни почти неведомой ему Сардинией, ни Эльбой, воскрешающей в памяти великие события, ни едва приметной чертой, тянувшейся на горизонте, которая для опытного глаза моряка означала великолепную Геную и торговый Ливорно; нет, взгляд его искал бригантину, отплывшую на рассвете, и тартану, только что вышедшую в море.

Первая уже исчезла в Бонифациевом проливе; вторая, следуя по противоположному пути, шла вдоль берегов Корсики, готовясь обогнуть ее.