Калий действительно оказался истинным виновником всех загадок аргона.
И после того как был найден этот виновник, картина «преступления» раскрылась сразу и во всей полноте.
Естественными радиоактивными свойствами обладает один из изотопов калия — калий с атомной массой 40. Распространение этого изотопа в природе крайне невелико — около одной сотой доли процента. Большая же часть атомов, составляющих природный калий, характеризуется массовым числом 39. Поэтому атомная масса калия близка (чуть превышает) 39.
Радиоактивность калия-40 весьма хитрого и, по-видимому, еще незнакомого читателю свойства: в атомах этого изотопа один из электронов находится в опасной близости от ядра. Настолько опасной, что рано или поздно совершается неизбежное: электрон притягивается ядром. Упав на ядро, электрон мгновенно вступает во взаимодействие с положительно заряженным протоном. В результате этого взаимодействия образуется нейтральный нейтрон. С точки зрения физики процесс прост, а последствия его куда как значительны!
Исчез из ядра атома калия протон. А раз так, то калий уже никак не может оставаться калием. Заряд ядра уменьшился на 1. Было 19, стало 18. Было ядро атома калия. Стало ядро атома аргона.
Но масса-то ядра не изменилась, потому что по массе нейтрон и протон очень близки. Был калий-40, образовался аргон-40.
Это объясняет все. Атмосферный аргон полностью обязан своим происхождением калию-40. Других изотопов аргона с меньшей атомной массой в природе совсем мало. Поэтому наш, «земной», аргон имеет атомную массу, практически равную 40. Ну, а калий, который по менделеевскому табелю о рангах должен был стоять по атомной массе за аргоном, оказывается перед ним. И нетрудно теперь понять почему. Когда-то (очень давно, в отдаленные геологические эпохи) калия-40 было достаточно много. Но время шло. В природном калии все меньше оставалось изотопа с массовым числом 40 и, следовательно, относительно все больше накоплялось изотопа с массовым числом 39. Соответственно, атомная масса калия все больше сползала от 40 к 39. Сегодня она равна 39,1. А в будущем, конечно очень отдаленном (период полураспада калия-40 превышает миллиард лет), атомная масса калия станет еще меньше.
Как видим, разгадка, как во всякой хорошей головоломке, оказалась достаточно простой. Вот только отыскать решение… Обидно, конечно, что головоломка с атомными массами калия и аргона доставила неприятности Менделееву. Но можно ли было тогда предполагать существование изотопов и таких необычных видов радиоактивности?
Ну, а причину завышенного содержания аргона в атмосфере уже можно не пояснять. Если вспомнить, что калий — один из самых распространенных элементов в земной коре, все становится ясным.
Несложный расчет показывает, что калий, находящийся в земной коре, ежечасно выбрасывает в атмосферу около тонны аргона. Свыше 20 тонн в сутки, около 600 тонн в месяц, 7000 тонн в год. А сколько его образовалось за те 5,5 миллиарда лет, которые существует наша планета!
* * * Итак, с загадками аргона покончено. Решена проблема, занимавшая умы исследователей почти полтора столетия. Знай ученые о радиоактивности калия, несомненно история аргона не изобиловала бы такими драматическими событиями. Все происходило бы куда проще, куда быстрее. И куда… скучнее.
* * * В лагере «аргонавтов» наступило умиротворение. И то сказать: не часто в истории науки наблюдались случаи, когда одно открытие сразу решало столько важных и, казалось, неразрешимых проблем.
Зато в лагере исследователей радиоактивности возникло смятение. Открытие естественной радиоактивности калия одним махом отбросило ученых с крепко завоеванных позиций. Началось отступление. Отступление беспорядочное, с большими потерями и, чего греха таить, с превеликой паникой.
Уже потом, когда немного успокоились и огляделись, увидели, что отступление, в общем, было закономерным, что позиции, на которых сидели исследователи радиоактивности, были очень непрочны. Выяснилось, что и «траншеи» — теории радиоактивного распада — были неглубокими, и «ходы сообщения» — связь между отдельными положениями этой теории — оказались ненадежными, а главное, «боевого снаряжения» — фактов — было совсем мало.
А на первый взгляд все было построено логично и убедительно. Известно, что радиоактивные элементы находятся в конце Периодической системы элементов — там, где сгруппировались самые тяжелые, самые громоздкие представители этого братства. Вот почему естественным и закономерным был вывод, что тяжелые ядра атомов этих элементов неустойчивы и самопроизвольно распадаются. При распаде они выбрасывают одну или несколько частиц, превращаясь в более легкие, но зато более стабильные ядра.
Таковы были взгляды на природу радиоактивности в 20-х и начале 30-х годов. Правда, внимательный наблюдатель замечал бреши в этих позициях. Хотя бы такую. Если радиоактивность зависит от массы атомного ядра, то, вероятно, чем тяжелее ядро, тем быстрее распадаться должен радиоактивный элемент. Однако наблюдения опровергли это предположение. Так, уран, имеющий атомную массу 238, распадается в несколько миллионов раз медленнее, чем полоний с атомной массой 210.
Но все же любой из известных в то время радиоактивных элементов находился в конце системы Менделеева, и это хотя бы поясняло что-то. Но калий? Элемент с порядковым номером всего лишь 19? Согласитесь, что странно, очень странно наблюдать радиоактивность у этого легкого элемента, за которым в таблице Менделеева следует добрых шесть десятков элементов, почитающихся абсолютно, можно сказать, несокрушимо стабильными. Хотя… стабильными ли?
В 30-х годах нашего столетия существовало четыре числа, которые, произнесенные друг за другом, приводили каждого химика в трепетное состояние: 43, 61, 85 и 87.
Нет, это не пароль какой-то тайной секты. И не шифр, с помощью которого заговорщики надеются скрыть от непосвященных свою деятельность. Это просто номера клеток в Периодической системе элементов.
К середине 30-х годов поле деятельности химиков по открытию новых элементов стало сокращаться. Становилось очевидным: исходя из логики периодического закона Д. И. Менделеева, не приходится ожидать сколь-нибудь обильного урожая новых, неоткрытых пока элементов. Кто мог знать, что пройдет каких-нибудь 10–15 лет и это поле не только снова расширится — станет едва ли обозримым! Кто мог предсказать, что химия в тесном союзе с физикой начнут открывать — нет, не то слово! — начнут получать новые химические элементы, неизвестные — и снова не то слово — не существовавшие прежде. Да, элементы, стоящие нынче в таблице Менделеева за ураном, были синтезированы с помощью разнообразных ядерных реакций[3].
Но кто тогда мог догадываться о грядущем химическом Клондайке?! И поэтому каждый из тех сотен, а то и тысяч химиков, которые заняты поисками новых элементов, с надеждой вглядываются в клетки с номерами 43, 61, 85 и 87, потому что именно в этих четырех клетках таблицы Менделеева пока стоят вопросительные знаки. Конечно, пока, потому что эти элементы еще не открыты. Но, разумеется, будут открыты — ведь были же в свое время открыты их соседи.
Стоит ли говорить о том, что значит для ученого открыть неизвестный доселе химический элемент. Это прежде всего сознание, что ты своим открытием расширил горизонты химии и физики, добыл факты, представляющие непреходящую ценность для науки. И конечно, сознание того, что твое имя навсегда — на-всег-да! — войдет в историю науки.
Кого-то из исследователей интересовали мотивы, изложенные в первой из двух последних фраз, кого-то — во второй. Но описать ту напористость, тот азарт, ту горячность, с какими искали эти элементы, действительно трудно. Представьте кладоискателя, много лет ищущего сокровища, о которых ему перед отходом в вечность шепнул холодеющими губами умирающий двоюродный дедушка. Сомневаться в правдивости предка нет оснований, но вот беда: сказать точно, где зарыт клад, предок не успел. И приходится лихорадочно перекапывать родовое поместье. А заветный сундучок все не попадается.
