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WISSENSCHAFTLICHES LABOR FÜR KINDER
Über den Mond, Quecksilber und Erdbeben. Wissenschaftliches Kinderlabor
Verzeichnis / Wissenschaftliches Kinderlabor Stakheevs einfacher Trick funktionierte einwandfrei. Auf seine Frage – womit ich das Wort „Quecksilber“ überhaupt verbinde – habe ich, wie Juri Iwanowitsch im Vorfeld angedeutet hat, ehrlich geantwortet: mit einem „Thermometer“. Es ist immer eine Schande, wenn man in stereotypem Denken gefangen ist. Wenn Sie Ihr Gedächtnis anstrengen, könnten Sie sich natürlich an Quecksilber-Leuchtstofflampen erinnern, daran, dass „flüssiges Silber“ eine der Lieblingssubstanzen der Alchemisten war, dass Quecksilber ein Metall ist, das schon in prähistorischen Zeiten bekannt war ... Und doch ein Thermometer.
Warum habe ich mit dieser scheinbar alltäglichen Tatsache begonnen? Denn in der tausendjährigen Geschichte des Quecksilbers haben sowjetische Wissenschaftler kürzlich eine völlig neue Seite geschrieben, die in ihrer Originalität erstaunlich ist. Und noch etwas: Wir reden einfach über nicht-stereotypisches Denken, das ungewöhnliche Assoziationen und eine harmonische Forschungslogik, Ausdauer und Geduld auf dem Weg zum Ziel vereint. Vielleicht ist diese Geschichte, die von einem leitenden Forscher am Labor für Weltraumchemie des Instituts für Geochemie und Analytische Chemie der Akademie der Wissenschaften der UdSSR erzählt wurde, deshalb wie eine Art wissenschaftliche Detektivgeschichte. Es begann vor einigen Jahren, als die automatische Station Luna-13 Mondbodenproben zur Erde lieferte. Wissenschaftler mussten die Struktur der Mondkruste klären – zumindest den Teil davon, den der Probenehmer erreichte. Und der erste Schritt bestand darin, die Proben in der gleichen Reihenfolge anzuordnen, in der die Station sie entnommen hatte. Zuvor blieben alle Proben sozusagen anonym – sie wurden alle in einem Behälter gemischt. So landeten die Mondgesteine im Labor der Weltraumchemie. Um herauszufinden, aus welcher Tiefe diese oder jene Probe entnommen wurde, mussten Unterschiede in ihrer chemischen Zusammensetzung festgestellt werden. Spektralstudien haben gezeigt, dass es auf dem Mond praktisch alle gleichen Elemente wie auf der Erde gibt – Molybdän, Blei, Eisen, Quecksilber ... Merkur interessierte Wissenschaftler am meisten. Sie könnte den Forschern zufolge als zuverlässigste Orientierungshilfe bei ihrer Arbeit dienen. Die Idee war wie folgt. Die Temperatur auf der Mondoberfläche schwankt im Tagesverlauf stark. Nachts ist es dort kalt - minus 150°. Und tagsüber - plus 150 °C. Und Quecksilber ist ein flüssiger, flüchtiger Stoff. Tagsüber verdunstet das in den oberen Schichten enthaltene Quecksilber aktiv. Tiefere Schichten erwärmen sich weniger, daher sollte mehr Quecksilber in ihnen verbleiben. Diese Unterschiede mussten mit Hilfe eines speziell dafür geschaffenen Geräts erfasst werden. Das Gerät spielt in dieser Geschichte eine besondere Rolle, deshalb wollen wir näher darauf eingehen. Zuerst musste es erfunden werden. Es gab zwar Geräte zur hygienischen Kontrolle der Atmosphäre, aber ihre Empfindlichkeit erwies sich laut Spektralstudien des Mondes als etwa tausendmal geringer als zur Bestimmung der Quecksilberkonzentration im Mondboden erforderlich. Und andere Geräte, die empfindlicher sind, sind mit Radioaktivität verbunden und können nicht über einen längeren Zeitraum ununterbrochen arbeiten. Der Hauptteil des neuen Geräts wurde ... in einem Elektrofachgeschäft gekauft. Dabei handelt es sich um ein tragbares kosmetisches Gerät zur künstlichen Bräunung „Photon“, in dem eine Quecksilberlampe eingebaut ist, die ultraviolettes Licht abgibt. Es ist bekannt, dass Quecksilberdampf im ultravioletten Bereich leuchtet. Darüber hinaus ist die Intensität des Leuchtens proportional zur Quecksilberkonzentration. Sie nahmen die „Photon“-Lampe und schnitzten einen Metallzylinder mit zwei Löchern in einem Winkel von 90°. Von einem Ende leuchtet eine Lampe in einen solchen Zylinder, vom gegenüberliegenden Ende blickt eine Fotozelle. Wenn Luft mit Quecksilberdampf durch den Zylinder gepumpt wird, „sieht“ die Fotozelle das Leuchten und wandelt es in elektrischen Strom um. Je stärker das Leuchten, desto stärker der Strom. Aber das ist nur ein schematisches Diagramm. Am schwierigsten war es bei einem realen Gerät, eine passende Dimmung zu finden. Die Strahlen der Lampe werden immer wieder von den Innenwänden des Zylinders reflektiert und fallen auf die Fotozelle. Und das Leuchten der Dämpfe ist so schwach, dass selbst ein tausendfach reflektierter Strahl stärker sein kann. Was auch immer sie im Zylinder rauchten – mit einer Kerze, Gas, Kohle ... Schließlich fanden sie die schwärzeste Beschichtung für ultraviolette Strahlen. Ihm wurde Ruß aus Birkenrinde verabreicht. Das Gerät begann mit einer bisher unbekannten Empfindlichkeit zu arbeiten. Die Ergebnisse der ersten Messungen zeigten plötzlich, dass der Quecksilbergehalt im Mondboden fast halb so hoch ist wie erwartet. Wir haben beschlossen, diese Ergebnisse noch einmal zu überprüfen. Jetzt ist Quecksilber ... mehr geworden. Eine weitere Reihe von Verifizierungsexperimenten, buchstäblich eine Stunde später. Die Quecksilberkonzentration steigt... Was ist los? Defektes Gerät? Es wurde neu kalibriert, verifiziert ... Leider ergaben neue Experimente das gleiche Bild. Es stellte sich heraus, dass Quecksilber zunächst irgendwo aus dem Boden verschwand und dann langsam zurückkehrte. Warum verschwindet Quecksilber? Proben für Experimente wurden an der Luft zerkleinert. Vielleicht verdampft dann das Quecksilber? Aber gleichzeitig erwärmte sich der Boden überhaupt nicht, es gab hier keine Nachahmung eines Mondtags und einer Mondnacht. Und doch beschlossen wir, es auszuprobieren. Der nächste Teil des Bodens wurde nicht zerkleinert, sondern, nachdem er von der Atmosphäre isoliert worden war, in Säure gelöst. Alles passte zusammen – das Experiment bewies, dass fast die Hälfte des Quecksilbers unter Druck verloren geht. Doch wie lässt sich das erklären? Stellen Sie eine solche Hypothese auf. Der Zerstörung der Probe unter Druck gehen Mikroscherungen im Gestein voraus. Quecksilber im Inneren eines Gesteinsstücks befindet sich auf den Flächen der Kristallkörner, aus denen dieses Stück besteht. Lassen Sie uns nun eine entfernte, aber laut den Forschern ziemlich genaue Analogie verwenden. Stellen Sie sich ein Buttersandwich mit einem weiteren Stück Brot vor. Wenn ein Teil relativ zum anderen bewegt wird, wird das Öl herausgedrückt. Das Gleiche gilt auch für Quecksilber. Es wird bei der Zerstörung des Gesteins freigelegt und beginnt intensiv zu verdunsten. Nun galt es, die zweite Frage irgendwie zu beantworten: Wo kommt dann Quecksilber her? Dann erinnerten sie sich an das sogenannte „Quecksilberparadoxon“. In Meteoriten wurde mehrfach ein riesiger, tausendmal größerer Quecksilbergehalt als in terrestrischen Gesteinen gefunden. Außerdem stellten sie fest: Je länger der Meteorit in der Museumssammlung lag, desto mehr Quecksilber enthielt er. Proben von Mondboden wurden, wenn sie unter einer versiegelten Glaskappe entnommen wurden, vor dem Verifizierungsexperiment auch einige Zeit der freien Luft ausgesetzt. Eine Idee war geboren: Was wäre, wenn wir die Ansammlungsrate von Quecksilber durch Meteoriten, die eine bestimmte Zeit im Museum gelegen haben, mit der des Mondbodens vergleichen? Es stellte sich heraus, dass die Geschwindigkeiten ungefähr gleich sind! Damit ist die zweite Frage beantwortet. Mondgesteinsproben absorbieren wie ein Schwamm Quecksilber aus der Erdatmosphäre. Aber wie immer in der wissenschaftlichen Forschung gilt: Wenn ein Rätsel gelöst ist, tauchen neue auf. Warum gibt es so viel Quecksilber in der Erdatmosphäre? Warum akkumulieren terrestrische Gesteine es nicht? Wie gelangt Quecksilber in die Atmosphäre? Mitarbeiter des Labors für Weltraumchemie unternahmen mit ihrem Gerät bewaffnete lange, weit entfernte, aber recht terrestrische Expeditionen. Ihr Ergebnis war ein neues Verständnis der Rolle von Quecksilber in terrestrischen Prozessen. In der Schule lernen wir den Kreislauf von Wasser, Kohlenstoff, Stickstoff in der Natur kennen ... Nun wurde diese Liste um Quecksilber ergänzt. Darüber hinaus ist es, wie sich herausstellte, ohne Kenntnis der Gesetzmäßigkeiten des Quecksilberkreislaufs unmöglich, sich ein vollständiges Bild der komplexen geochemischen, biologischen und physikalischen Prozesse zu machen, die in der Biosphäre ablaufen. Während der Expeditionen fanden Wissenschaftler heraus, dass Quecksilber aus den Tiefen des Planeten zusammen mit der sogenannten Gasatmung der Erde durch Gesteine aufsteigt. Das in die Atmosphäre freigesetzte Quecksilber wird dann vom Regen weggespült und gelangt wieder in den Boden. Auch die während der Expeditionen durchgeführten Messungen brachten neue Rätsel mit sich. Als die Messungen begannen, stieg zunächst die Quecksilberkonzentration in der Luft. Das ging etwa eine Woche lang so. Dann begann die Konzentration nachzulassen. Und eine Woche später fing es wieder an zu wachsen. Wie kommt es zu dieser zweiwöchentlichen Periodizität? Wissenschaftler vermuten, dass der Mond dafür verantwortlich ist. Es wirft meterlange Meeresgezeitenwellen auf und lässt die Erdkruste mit genau der gleichen Frequenz heben und sinken. Gleichzeitig entstehen Spannungen und Risse in der Tiefe der Erde. Quecksilber verdunstet zu diesem Zeitpunkt am intensivsten aus dem Darm. Beim Nachdenken über diese Tatsache erinnerten sich die Forscher auch an das Rätsel um die Presse, die Quecksilber aus dem Mondboden „gestohlen“ hatte. Tatsächlich war in beiden Fällen der Grund für die intensive Verdunstung von Quecksilber derselbe ... Aber schließlich treten bei Erdbeben, wie Geophysiker inzwischen herausgefunden hatten, genau die gleichen Bedingungen auf! Kurz vor der Katastrophe nehmen die Spannungen im Untergrund zu, die Zahl der Risse im Gestein nimmt zu. Das bedeutet, dass vor einem Erdbeben in der Nähe seiner Quelle auch die Konzentration von Quecksilber ansteigen muss! Das Gerät wurde in Gebiete mit hoher Seismizität gebracht. Die Studien wurden in Turkmenistan, Tadschikistan und Kirgisistan durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt gab es in diesen Gebieten keine größeren Erdbeben. Aber es gab viele kleine Untergrundstreiks. Und das Gerät erwies sich sofort als sehr zuverlässiger Prognostiker. Vier oder fünf Tage vor dem Erdbeben sagte das Gerät voraus: Es wird einen Stoß geben! In sieben von zehn Fällen erwiesen sich die Vorhersagen als richtig. Und jetzt arbeiten Wissenschaftler daran, die Zuverlässigkeit des ungewöhnlichen Prognostikers zu erhöhen. Autor: A.Fin
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