Юрий Фиалков - Свет невидимого

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.