Забытый химик океана

В первоначальной формулировке, опубликованной в 1819 году на стр. 194 №109 британского научного журнала Philosophical Transactions of the Royal Society, закон Марсета звучал так: «За исключением Мертвого моря и озера Урмия (соленое озеро в Иране.— С.П.), которые всего лишь соленые пруды, полностью утратившие связь с океаном, все образцы морской воды, которые я исследовал, как бы различны они ни были по силе солености, содержат одни и те же ингредиенты по всему миру, причем они имеют почти одинаковые пропорции друг к другу; так что они отличаются только общим количеством их солевого содержимого».

В современной формулировке главная закономерность химии океана звучит так: в морской воде разной солености соотношения основных ионов, которые составляют ее соленость, всегда остаются неизменными. Иногда океанологи эту закономерность называют законом относительного постоянства. Постоянство соотношений 11 основных ионов морской воды (хлор, натрий, сульфат, магний, кальций, калий, бикарбонат, бром, барит, стронций и фтор), которые составляют 99,98% всех растворенных в морской воде веществ, позволяет, определив содержание в воде одного из них, рассчитать концентрацию всех остальных. В 1902 году датский физик Мартин Кнудсен разработал удобный и быстрый метод определения солености воды по содержанию в ней хлора, благодаря которому на карте солености Мирового океана вскоре не осталось белых пятен.

Нелишне знать этот закон и далеким от науки людям, особенно если они питают иллюзии насчет особенной целебности морской воды в каком-то конкретном море. Про целебное Мертвое море и подобные места речи не идет, об этом 200 лет назад предупредил сам Марсет. Но когда речь идет о морях в их обычном понимании, то, если вода в них не загрязнена продуктами всевозможной деятельности человека (или загрязнена в равной степени), ее химический солевой состав и, соответственно, физиотерапевтическое действие абсолютно одинаковы на пляжах Шпицбергена и Огненной Земли, Таиланда и Мальдивских островов, Лазурного берега и Флориды, Юрмалы и Сочи. Только в последних двух местах глаза от океанической солености не режет и ссадины на коже по той же причине быстрее заживают.

Утраченный приоритет

Словом, закон Марсета важен и полезен со всех сторон, вот только ученые называют его законом (правилом, принципом) Дитмара, который Дитмар якобы открыл в 1884 году, а особо совестливые — законом (правилом, принципом) Форхгаммера, который якобы тоже открыл его, но раньше — в 1862 году.

А имя Марсета ученые в своих трудах не пишут и на научных конференциях не произносят, словно ни публикации Марсета с его открытием того же самого закона в 1829 году, ни его самого вообще не было.

А ведь о своем открытии Марсет написал не в частном письме приятелю, его подробная 40-страничная статья «On the Specific Gravity, and Temperature of Sea Waters, in Different Parts of the Ocean, and in Particular Seas; With Some Account of Their Saline Contents» о новой закономерности постоянства химического состава морской воды была опубликована, между прочим, в самом главном британском естественнонаучном журнале и одном из главных европейских научных журналов того времени, где публиковались открытия Ньютона, Левенгука, Дарвина, Фарадея, Максвелла (а в наше время — Стивена Хокинга). Тем не менее про него забыли. Почему?

Большое плавание и большие открытия

Профессор Уильям Дитмар, чьим именем называют закон Марсета, выявил закономерность постоянства химического состава морской воды при анализе 77 проб воды из разных районов Мирового океана и с разных глубин, которые были собраны в 1872—1976 годах в ходе знаменитой экспедиции на английском парусно-паровом корвете «Челленджер». Это была первая экспедиция, специально предпринятая для комплексного изучения Мирового океана, от нее идет отсчет существования океанографии как самостоятельной науки.

Экспедиция действительно была грандиозной даже по тем временам: 362 глубоководные станции по всей акватории Атлантического, Тихого и Индийского океанов (кроме их высоких широт). Примерно раз в три дня на протяжении трех с половиной лет «Челленджер» ложился в дрейф или вставал на якорь (если позволяли глубины), чтобы измерить глубину океана, температуру воды, взять пробы донных отложений, воды, планктона и прочей морской живности с разных глубин. Объем собранных в экспедиции материалов был такой, что их обработка длилась целых 20 лет. Химический анализ проб морской воды, привезенных «Челленджером», провел Уильям Дитмар. Всего он проанализировал 77 проб и выявил удивительное постоянство химического элементного состава морской воды по всему Мировому океану вне зависимости от степени солености воды, глубины и места ее отбора.

Так, в 1884 году, когда Дитмар в июльском номере журнала Nature опубликовал свои результаты, спустя 55 лет после Марсета был заново открыт его закон, но уже как закон Дитмара.

Правда, почти сразу океанографы обнаружили, что та же самая закономерность уже была раньше замечена датским геологом Иоганном Форхгаммером. В обзоре писем в редакцию «Записок Королевского общества» за весну 1862 года прямо так и написано: «Автор (то есть Форхгаммер.— С. П.) сообщает, что ''…в океанической воде вдали от берегов основные ингредиенты (морской воды.— С. П.) всегда присутствуют в одних и тех же пропорциях''». И там же приводятся результаты его химического анализа элементного состава морских вод из Северной Атлантики, Карибского бассейна, Балтийского, Средиземного и Черного морей. После этого океанологи в своих научных трудах иногда стали писать, что в 1884 году Дитмар открыл новый закон постоянства химического элементного состава морской воды, подтвердив гипотезу об этом, выдвинутую в 1862 году Форхгаммером.

Индекс Хирша подвел

Открытие заново уже открытого раньше и неумышленное нарушение приоритета встречаются в науке часто. Классический пример: открытие закона сохранения массы Ломоносовым и открытие того же закона спустя 20 лет Лавуазье. Тут причина понятна: Ломоносов сообщил о своем открытии на русском языке, который европейским ученым был знаком примерно так же, как китайский. Но в данном случае открытие Форхгаммера было опубликовано на том же английском языке и — главное — в том самом журнале, в котором на 33 года раньше то же самое опубликовал Александр Марсет.

Но и здесь дело было, однако, не в том, что полистать «Записки Королевского общества» двадцатилетней давности океанографы не поленились, а заглянуть в его подшивку полувековой давности не догадались.

Никто в науке таким способом никогда не ссылался на предшественников, ссылка должна попасть в текущие работы ученых и долго в них продержаться, постоянно циркулируя в научных публикациях, чтобы стать полноценным указанием на приоритет кого-либо на что-либо.

Работа Марсета не попала в круг приоритетов науки геохимии его времени, да и для современных ему геохимиков он был чужой, дилетант, который полез не в свою область науки.

Доктор поневоле

Александр Марсет был уважаемым ученым, доктором медицины, профессором госпиталя Гая в Лондоне, членом Лондонского Королевского общества, то есть английским академиком. Но его специальностью была клиническая химия (медицинская биохимия, как сказали бы сейчас), а специализировался он на анализах диабета и мочекаменной болезни. В последней он был, пожалуй, главным диагностом своего времени. Его работа «An Essay on the Chemical History and Medical Treatment of Calculous Disorders» («Очерк истории химии и лечения калькулезных расстройств») долгое время была настольным пособием врачей, лечивших больных холециститом и мочекаменной болезнью. Он же первым провел химический анализ так называемых ксантиновых камней в мочеточнике человека и описал симптомы ксантинурии, редкой наследственной разновидности мочекаменной болезни.

Впрочем, химиком и врачом он стал по воле случая. Сын женевского часовщика, он готовил себя к почтенной профессии юриста, но по окончании Женевской академии с приятелем в 1793 году, в самый разгар якобинского террора во Франции, решил съездить в Лондон. Сейчас невозможно выяснить, зачем он туда поехал и что там или по пути туда он сказал или сделал, но назад домой он уже не смог вернуться. Женевские власти, сочувствовавшие французской революции, запретили ему въезд на родину на пять лет. Он остался в Британии и поступил в Эдинбургский университет, где его дипломная работа была посвящена диабету. Во время Реставрации во Франции он ненадолго вернулся на историческую родину, но там не прижился и окончательно превратился из французского швейцарца Марсэ (Marcet, ударение на последнем слоге) в британца Марсета (ударение на первом слоге).

Благословение на открытие

Среди английских друзей Марсета был его однокашник по Эдинбургскому университету, впоследствии довольно известный химик Смитсон Теннант, доказавший, что бриллианты — это чистый углерод и открывший новые химические элементы иридий и осмий. В беседах с ним и родилась идея исследовать химию сначала Мертвого моря, а затем и всего океана.

В своей работе 1829 года Марсет писал: «Анализируя воды Мертвого моря и реки Иордан около двенадцати лет тому назад и беседуя об особенностях этих вод с ныне покойным незабвенным и оплакиваемым…мистером Теннантом, мы пришли к выводу, что химическое исследование различных морей, в различных широтах и на различных глубинах могло бы быть интересным; и хотя маловероятно было, что оно даст какое-либо поразительное открытие, такое исследование, проведенное с должной тщательностью и вниманием, могло бы дать любопытные результаты и пролить свет на эту темную тему. В соответствии с этим мы начали собирать образцы морской воды из различных частей земного шара, и было решено, что я с благословения мистера Теннанта подвергну их химическому анализу».

После гибели Теннанта в 1815 году во время конной прогулки Марсет едва не бросил это занятие. Остановило его лишь «великое усердие и доброта некоторых офицеров, занятых… в приобретении для меня образцов морской воды, собранных в различных широтах и при особых обстоятельствах, чтобы значительно увеличить ценность тех, которыми я обладал ранее». В итоге у Марсета оказалось 68 проб морской воды с разных глубин из разных широт Северного полушария от Арктики до экватора. В таблицах химического состава этих проб он указывает, кто именно доставил ему данную пробу воды.

Морская солидарность

Можно предположить, что Марсет был симпатичным и располагающим к себе человеком, если несколько десятков, вероятно, малознакомых ему, а скорее незнакомых до встречи с ним капитанов и лейтенантов военных кораблей и торговых судов, корабельных врачей и других мореплавателей согласились выполнить его довольно обременительную просьбу, причем бесплатно, «исключительно благодаря их доброте», как писал Марсет.

А ведь им надо было не просто зачерпнуть воду из-за борта ведерком на веревке, а остановить судно, для чего, в свою очередь, надо было опустить или зарифить паруса, а потом снова их поднять. После полной остановки судна надо было на лебедке опустить за борт специальный прибор батометр для забора воды, который вместе с грузом весил около 30 кг. Чтобы только опустить такой батометр, например, на километровую глубину и поднять его оттуда с помощью ручной лебедки, нужно было потратить минимум три-четыре часа. А с остановкой судна и потом поднятием парусов на всю процедуру могло уйти полдня.

Батометр доктор Марсет, кстати, сконструировал сам, «случайно увидев в скобяной лавке прибор, который для идентичной цели использовал доктор Ирвинг в экспедиции (к Северному полюсу в 1773 году.— С. П.) капитана Фиппса (ныне лорда Малгрева)».

На самом деле батометр Марсета был оригинальной конструкции, на подобные изобретения сейчас берут патенты.

Его крышки захлопывались не только на заданной глубине, но и при касании грузом батометра дна. В современных батометрах срабатывает электроника, а батометры конструкций Нансена и Кнудсена, которыми океанологи пользовались на протяжении всего прошлого века, дно «чувствуют», только когда ложатся на него.

Разумеется, исследование химического элементного состава морской воды Марсетом не осталось не замеченным его современниками, Марсета даже выбрали членом Королевского геологического общества. Но завершив исследование морской воды, он вернулся к клинической химии и его имя в геохимии скоро было забыто.

Продолжение дела Марсета

Принцип Марсета (Дитмара, Форхгаммера) по-прежнему остается одним из главных законов морской геохимии, но со временем стало ясно, что он верен только относительно главных ионов морской воды, то есть макроэлементов в ней. С микроэлементами картина прямо противоположная: карта Мирового океана пестрит пятнами аномального их содержания, такая же картина и в вертикальном разрезе толщи морских вод.

Известно это стало в 1950—1960-е годы, когда после ядерных испытаний в Тихом океане и в советской Арктике ученые стали исследовать содержание радионуклидов в морской воде. Вот тогда попутно и выяснилось, что кроме продуктов ядерного взрыва довольно пеструю картину в океане представляют собой милли- и микроконцентрации практически всех химических элементов таблицы Менделеева (кроме короткоживущих изотопов).

Первым объяснением было антропогенное загрязнение отходами промышленности. Оно было верным: в японском прибрежном городе Минамата люди до смерти травились ртутью, попадавшей в море и оттуда в местные морепродукты, которые они ели, с отходами промышленного производства. Но очень скоро стало ясно, что играют свою роль и чисто природные факторы: подводный вулканизм, донная палеогидротермальная активность, эндогенные очаги с высокой концентрацией того или иного химического элемента. Например, в Тирренском море, омывающем западное побережье Италии между Сардинией и Сицилией, находятся одни из самых крупных в мире залежей киновари (сульфида ртути), в Древнем Риме из нее добывали ртуть и красный краситель. Местами эти залежи выходят на поверхность морского дна, поэтому концентрация ртути в Тирренском море заметно выше средней для морской воды.

По какой-то пока не вполне понятной ученым причине концентрация микроэлементов из группы тяжелых и переходных металлов в поверхностной микрометровой пленке морской воды даже в самых чистых районах Мирового океана на один-два порядка выше, чем в подлегающих слоях воды. И подобных фрагментарных наблюдений микроэлементного состава морской воды накопилась масса. Выражаясь словами Марсета, их «исследование, проведенное с должной тщательностью и вниманием, могло бы дать любопытные результаты и пролить свет на эту темную тему». Главное, чтобы исследователь был масштаба ныне всеми забытого Александра Марсета.