Как добывают золото
Считается, что золото было первым металлом, с которым познакомились люди. Наиболее древние следы его добычи насчитывают порядка десяти тысяч лет, причем тогда золото не имело никакого практического, хозяйственного применения.
Во-первых, его запасы всегда были меньше, чем, к примеру, запасы железа, активно использовавшегося «в хозяйстве». Во-вторых, золото трудно было собрать в количестве, достаточном для изготовления каких-либо орудий труда. И, в-третьих, оно попросту не подошло бы для подобного использования из-за своей мягкости. С течением времени ситуация менялась, способы добычи золота совершенствовались, и сегодня золотопромышленность – развитая индустрия, в которой задействованы передовые технологии.
Характеристики золота
Золото, химический символ которого Au, от его латинского названия «Аurum», принадлежит к благородным металлам. В атоме стабильного золота 79 протонов и 118 нейтронов. Мягкое, тягучее, пластичное, золото способно принимать самые разные формы. Его унцию, то есть кусочек весом чуть больше 30 г, можно растянуть в тончайшую нить длиной около 80 км. Оно хорошо проводит тепло и электричество и отражает излучения инфракрасного спектра. Это один из наиболее инертных металлов. Золото не растворяется в щелочах и кислотах, кроме как в ряде кислот в присутствии сильных окислителей и в водных растворах цианидов щелочных и щелочноземельных металлов в присутствии кислорода. Также золото устойчиво к коррозии. Температура плавления золота – 1064,18 ˚С, кипения – 2856 ˚С.
Как появилось золото
Древние представления о золоте, как о металле, связанном с Солнцем, недалеки от истины, хотя наше светило золото не синтезировало. Но золото спустилось к нам с неба. Согласно современной научной теории, его появлению способствовали взрывы сверхновых и столкновения нейтронных звезд, происходившие до образования Солнечной системы. Находившаяся в расплавленном состоянии Земля поглощала звездную пыль, содержащую различные металлы, в том числе и золото, и те все глубже погружались к ядру планеты. А около 4 млрд. лет назад случилась тяжелая бомбардировка Земли астероидами, всколыхнувшая ее глубокие слои. В результате часть драгоценного металла поднялась наружу и осела в земной мантии и коре.
Неизвестно, сколько золота содержится в ядре и мантии Земли, но в коре его количество представляет небольшую часть от общей массы. Однако эти запасы внушительны – достаточно отметить, что в верхнем километре земной поверхности находится около миллиона тонн золота.
Где добывают золото
Месторождения золота делятся на два типа: коренные и россыпные. Большинство коренных принадлежит к гидротермальному типу. Они образовались в результате вулканической активности и последующего охлаждения магмы, когда золото постепенно кристаллизовалось и заполняло в породе жилы и трещины. Поэтому в рудах коренных месторождений оно залегает жильно, участками.
Россыпные золотоносные месторождения возникли в результате разрушения коренных руд под действием все той же вулканической активности, атмосферных осадков и т.д. Россыпи бывают остаточными, то есть образующимися недалеко от места эрозии горной породы, и аллювиальными – состоящими из частиц, унесенных водным потоком на некоторое, иногда большое, расстояние.
В России месторождения золота промышленного значения находятся в Красноярском крае, Республике Саха, Забайкальском крае, Иркутской области, в Республике Тыва, на Дальнем Востоке – на Камчатке и Чукотке, в европейской части страны – например в Мурманской области.
Оценивая запасы золота в стране, как правило, учитывают еще и содержащие золото хвостохранилища и гале-эфельные отвалы, то есть отходы обогащения золотоносной руды. В них может находиться больше драгоценного металла, чем в рудах, но извлекать его сложнее. Однако с развитием науки и техники хвосты и отвалы необходимо будет вовлекать в производство.
Как добывают золото
В современной металлургии золота существуют два крупных направления. Одно – переработка первичного сырья, то есть добыча золота как из собственно золотоносных руд, так и попутным способом, например, в ходе производства меди и никеля. Другое направление – переработка вторичного сырья, о котором мы скажем ниже.
На начальном этапе происходит добыча руды из коренных месторождений – карьерным методом или при помощи взрыва. Оценив состав руды, содержание в ней благородного металла, его ассоциацию с теми или иными минералами, размеры золотин, количество свободного золота, подбирают методы, с помощью которых проводят обогащение золотосодержащей руды, или извлечение из нее золота. Основных методов два: гравитационное обогащение и цианирование, которые в последнее время чаще всего совмещают.
Гравитационный метод, насчитывающий тысячи лет, основан на разделении минералов по их удельному весу. Золото очень тяжелый металл, поскольку обладает плотностью, значительно превышающей плотность минералов той породы, в которой оно содержится. Путем воздействия сил тяжести на руду, центробежных или иных сил можно освобождать золото от большей части пустой породы. Самый старый инструмент здесь – старательский лоток, который, по преданию, привез в Россию из-за границы Петр I. Старатель трясет лоток, в котором находится песок с частицами золота, и тем самым осуществляет простейший способ гравитационного обогащения – просеивание.
Добывая золото на россыпных месторождениях, сначала добираются до золотоносного слоя, снимая речные наносы. Затем поднимают пески и промывают их при помощи драг – многоковшовых цепных экскаваторов, установленных на плавучие платформы, и других механизмов.
Затем для руд россыпных или коренных месторождений наступает черед того самого гравитационного обогащения. Сегодня оно осуществляется с использованием отсадочных машин, концентрационных шлюзов и столов, барабанных концентраторов и др. В отсадочных машинах разделение минералов происходит в вертикально колеблющемся потоке воды. Содержащую золото руду измельчают, смешивают с жидкостью и полученную пульпу подают на решето или, если материал мелкий, на положенный поверх решета слой искусственной «постели» из металлической дроби или гематитовой руды. При восходящем водном потоке частицы золота отделяются от частиц породы и движутся вверх, при нисходящем – первыми устремляются вниз, к решету. В результате легкие частицы пустой породы остаются на поверхности постели или решета, удаляясь оттуда через сливной порог, а золотые частицы, как более тяжелые, разгружаются под решето.
Еще один метод обогащения золотосодержащей руды – флотация, используемая для сульфидных, упорных, руд, а их около 40%. Раздробленную руду обогащают гравитационным методом, обрабатывают реагентом на основе соснового масла и подают в наполненную водой камеру флотационной машины, где вращается стальное колесо с лопатками. Частицы золота, потеряв в результате обработки реагентом способность смачиваться водой, слипаются с пузырьками воздуха и всплывают на поверхность, где образуют пену. Ее собирают, удаляют воду и получают первичный концентрат. Для сульфидных руд могут использовать также бактериальное выщелачивание, при котором используют раствор определенных бактерий, съедающих сульфиды и оставляющих золото.
После описанных методов обогащения, а возможно, еще и обжига, когда некоторые примеси выгорают, наступает черед цианирования. Это наиболее прогрессивный на сегодняшний день метод, заменивший собой старейший способ – амальгамацию, для осуществления которого использовали ртуть и способность золота образовывать с ней сплав, амальгаму. Токсичность и невысокая эффективность амальгамации привели к тому, что к XXI веку от нее почти повсеместно отказались. Несмотря на то, что цианиды тоже обладают токсичностью, метод с их участием позволяет извлекать почти все золото из руды или первичного концентрата. Еще в 40-х годах XIX века химик Петр Багратион, племянник знаменитого полководца, выяснил, что обычно инертное золото может растворяться в цианистых щелочах, но поначалу результаты его исследований не вызвали интереса. К ним обратились только спустя несколько десятилетий.
Цианирование представляет собой процесс выщелачивания, когда на руду воздействуют цианидами щелочных или щелочноземельных металлов – натрия, калия, кальция. В результате золото переходит из руды в водорастворимый координационный комплекс, откуда извлекается при помощи активированного угля. Сегодня на метод цианирования приходится более 90% обогащения золотоносных руд.
Золото содержится не только в земле, но и в воде – речной, морской, а также в промывной воде ювелирных фабрик. Количество его в море намного меньше, чем в рудах, но в целом там благородного металла тоже много. Поэтому добывать золото из морской воды пытались еще в первые десятилетия XX века, но никакого надежного способа предложено не было, кроме того, добыча такого золота нерентабельна. Однако исследования в этом направлении продолжаются.
Чистое золото
Даже в самородном виде золото имеет примеси и представляет собой сплав, чаще всего с серебром и некоторыми другими компонентами. В результате обогащения оно освобождается от многих примесей, но полученный концентрат требует дальнейшей очистки на аффинажном заводе.
Существуют разные методы аффинирования: кислотный, хлорный, электролитический. Но никакая очистка не позволяет получить химически идеального золота, да в этом и нет смысла, поскольку оставшиеся доли процента примесей ни на что не влияют. Самое чистое золото, хранящееся в банковских слитках, содержит 99,99% благородного металла и называется «четыре девятки».
Золотодобыча в России
В XVIII веке считалось, что добывать золото на севере – дело невыгодное, потому что будто бы образовывается золото из сгущающегося солнечного света, а его в северных краях недостаточно. Русский ученый Михаил Ломоносов постарался развеять это заблуждение и напоминал, что «…металлы и минералы сами на двор не придут, - требуют глаз и рук к своему прииску».
Впервые самородное золото в России обнаружили в 40-х годах XVIII века на Урале. Крестьянин Ерофей Марков, ища самоцветы в долине реки Березовки, нашел, как потом говорил, «плиточку» с желтым рисунком. Марков сообщил о находке в Канцелярию начальника горных заводов Уральского хребта. Однако сколько ни копали на указанном крестьянином месте, больше вожделенного металла не нашли. Первооткрывателя обвинили в присвоении себе якобы тайно добытого им золота, посадили под домашний арест, но старообрядческая община, к которой он принадлежал, его отстояла. Существует версия, что выпущенный из-под ареста Марков с помощью иностранных горных дел мастеров спустя два года нашел-таки еще золото. У его родной деревни Шарташ близ Екатеринбурга была заложена шахта и появился рудник. Впоследствии в окрестностях было открыто еще несколько десятков золотоносных жил ставшего знаменитым Березовского месторождения.
Но гораздо больше золота могли дать россыпные месторождения. О том, как их искать, писал Михаил Ломоносов в 1763 году в своей книге «Первые основания металлургии или рудных дел»: «…серебро и золото имеют в песках место, происходя с ними из жил металлических… и нигде искать их только надежно, как по рекам, у коих на вершинах есть рудные горы… И потому пески, золото или серебро содержащие, всегда указывают на золотые жилы, выше их по течению лежащие».
В России первая из золотых россыпей была открыта на Урале в 1814 году. Похштейгер (горный мастер, наблюдающий за толчением золотоносных руд) Первопавловской фабрики Березовского завода Лев Брусницын обнаружил рядом с фабрикой золотоносный песчаный слой толщиной в два с лишним метра. Спустя немного времени вблизи Екатеринбурга открыли десятки россыпей. К концу XIX века Россия по добыче россыпного золота занимала первое место в мире. И именно изыскания, сделанные в нашей стране, дали толчок к разработке подобных месторождений в южной Европе, северной Африке, Калифорнии, Австралии.
Наряду с официальной – промышленной – в дореволюционной России стала развиваться и тайная добыча золота. Не в силах ее пресечь, государство дало разрешение мыть золото всем желающим, но при этом платить подать в казну.
Как используют вторичное золотое сырье
По мере развития науки и техники человечество научилось извлекать золото и другие благородные металлы из своих же техногенных отходов. А именно: из отходов ювелирной промышленности, из электронного лома, лома военного назначения, фотопродукции, медицинских изделий, катализаторов автомобильной промышленности.
Вторичное золотое сырье неоднородно и содержит другие металлы и органические материалы. Поэтому, проведя его сортировку и усреднение по лому определенного класса, осуществляют очистку гидрометаллургическими или пирометаллургическими способами.
Извлекать золото из техногенных отходов важно потому, что в них содержание этого металла может в разы превышать его количество, добытое в ходе первичной переработки.
Ирина Кравченко
Изображение на обложке: Ai-generated by A.Romantsova
Шаровая молния
Шаровая молния — это редкое и загадочное явление природы, которое за тысячи лет породило множество историй и мифов. Ученые предлагают свои гипотезы, объясняющие этот феномен, однако из-за сложности наблюдений в природе ни одна из них так до сих пор и не нашла полного подтверждения и не стала общепринятой.
Сферы, похожие по характеристикам на шаровые молнии, время от времени удавалось воспроизводить в лабораторных условиях, однако доподлинно неизвестно, имеют ли они что-то общее с природным явлением. В этой статье мы разберем самые известные свидетельства о шаровых молниях и постараемся дать объяснение этому мистическому феномену.
Шаровая молния: что это за явление?
Проанализировав и обобщив свидетельства очевидцев, можно сделать вывод, что шаровая молния представляет собой яркую светящуюся сферу. Цвет ее может быть различным от красного, оранжевого, желтого до синего или белого. Чаще всего шаровая молния возникает в грозовую погоду, иногда — рядом с поверхностью Земли, в других случаях — на высоте до нескольких километров. Диаметр ее может быть самым разным — обычно от сантиметра до метра, но сообщают и о более масштабных образованиях. Шаровая молния хаотично передвигается в пространстве, издает шипящие звуки и источает запах серы, а через 5-10 секунд исчезает.
Данные о взаимодействии шаровых молний с окружающим пространством разнятся. По одним свидетельствам, они приносят значительные разрушения, сжигают или плавят объекты и ранят находящихся поблизости людей. Другие же утверждают, что сферы беспрепятственно проходят сквозь твердую материю, никак с ней не взаимодействуя. Шаровая молния может постепенно рассеиваться в пространстве или резко исчезать, причем это исчезновение сопровождается мощным взрывом.
История наблюдений шаровых молний
Шаровые молнии упоминаются в культурах разных цивилизаций, хотя нельзя уверенно утверждать, что речь идет об одних и тех же явлениях, так же как нельзя точно сказать, насколько они реальны. Однако в мифах и фольклоре различных народов есть удивительно похожие друг на друга описания феномена:
- Австралия и Океания — блуждающие огоньки Мин-Мин, которые преследуют людей;
- Япония — огненные шары Хитодама, воплощающие души умерших людей.
Одно из самых ранних подробных описаний явления сделал английский монах Гервасий Кентерберийский. В 1195 году он писал, что наблюдал очень плотное грозовое облако, под которым выросла яркая белая сфера. Шар какое-то время повисел в воздухе, после чего упал в Темзу.
В XIX веке французский физик Франсуа Араго составил каталог с описаниями 30 случаев шаровых молний. Уже в то время ученые активно дискутировали о природе явления, однако большинство склонялось к тому, что это оптические иллюзии или галлюцинации. С ростом свидетельств увеличивался и интерес деятелей науки к этому феномену. В 1970-х советские ученые Игорь Стаханов и Сергей Лопатников опубликовали статистику, обобщавшую более 1 000 свидетельств со всего СССР.
Знаменитые случаи шаровых молний
Гроза в Уидеком-ин-те-Мур
В 1638 году в небольшой деревушке на юге Англии была сильная гроза. Во время проповеди над церковью образовался восьмифутовый искрящийся шар (около 2,4 метра в диаметре), который залетел в здание, разрушил в нескольких местах каменные стены, выбил деревянные балки, повредил скамьи и разбил окна. Жертвами происшествия стали 4 человека, а около 60 были травмированы. Очевидцы утверждали, что внутри установился сильный запах серы. Этот случай по мнению священников стал карой за то, что двое прихожан играли в карты во время службы.
Случай на борту судна «Монтаг»
В 1749 году фрегат «Монтаг» королевского флота Англии совершил свое последнее плавание. По рассказам корабельного врача, адмирал Чемберс поднялся на палубу для наблюдений. В 5 километрах он увидел огромный голубой шар, стремительно приближавшийся к кораблю. Несмотря на незамедлительный приказ спустить паруса, контакта с шаром не удалось избежать. Примерно в 40 метрах над бортом сфера взорвалась, почти полностью разрушив грот-мачту и нанеся повреждения другим частям судна. Экипаж отделался небольшими ушибами, а сам фрегат решили разобрать.
Смерть Георга Рихмана
Российский физик, член Санкт-Петербургской Академии наук Георг Рихман проводил множество экспериментов с электричеством и, в частности, исследовал электрические явления в атмосфере. В 1753 году, в момент приближения сильной грозы, Рихман вместе с гравером Иваном Соколовым решил провести и запечатлеть на рисунках опыт с лейденской банкой (первым электрическим конденсатором) и воздушным змеем. Годом ранее подобный эксперимент проводил американский ученый и политик Бенджамин Франклин. Запуская в небо воздушного змея, Франклин пытался вызвать разряд молнии. Этого ему сделать не удалось, однако благодаря своему опыту он смог доказать электрическую природу молний.
Рихман решил проделать тот же опыт, не предполагая, насколько опасным он окажется. Как рассказывал позже Иван Соколов, по бечевке змея спустился яркий шар, который затем взорвался, убив Рихмана и оглушив самого гравера. Из-за трагического происшествия в России на время приостановили опыты с электричеством, однако Михаилу Ломоносову удалось добиться разрешения на возобновление исследований.
Случай с кораблем «Уоррен Хастингс»
В 1809 году экипаж судна «Уоррен Хастингс» сообщил, что корабль был «атакован» 3 пылающими шарами, которые производили эффект, подобный выстрелам множества пушечных ядер. В результате столкновения погибли два матроса, еще один получил серьезные ожоги по всему телу. Также на корабле загорелась грот-мачта. Как и в предыдущих случаях, участники происшествия описывали невыносимый запах серы.
Описание в книге Вильфрида де Фонвьюэля «Молния и свечение»
Французский писатель-натуралист и путешественник Вильфрид де Фонвьюэль в своей книге 1864 года упоминал о 150 зарегистрированных случаях встреч с шаровыми молниями. Обобщая их, он заметил, что шаровые молнии будто притягиваются к металлическим конструкциям, хорошо проводящим электрический ток. Также он описывал, как некоторые объемные шары сразу после взрыва распадаются на несколько меньших по размеру сфер. Интересно, что среди других свидетельств в его книге приводится описание случая, когда шар пролетел через все помещение, не причинив вреда людям, но затем добрался до хлева и насмерть поразил свинью.
Случай из жизни Николая II
Последний российский император писал, что в детстве вместе со своим дедом Александром II ходил на службу в одну из часовен в Петергофе. В какой-то момент в небе последовательно сверкнуло несколько молний, и раздался затяжной раскат грома. В этот момент в окно влетел шар (Николай подчеркивал, что это была молния), пролетел через церковь и вылетел через дверь, не причинив какого-либо ущерба.
Исследования шаровых молний
За всю историю было проведено лишь одно непосредственное исследование шаровой молнии. В 2012 году китайские ученые из Северо-Западного педагогического университета Ланчжоу проводили исследования в Тибетском нагорье. На расстоянии 900 метров от них образовалась шаровая молния, которую случайно зафиксировали спектрометры. Так было сделано 2 цифровых видео общей продолжительностью 1,64 секунды. При этом последние 0,78 секунды были записаны со скоростью 3000 кадров в секунду.
В 2014 году исследователи опубликовали отчет с некоторыми характеристиками шаровой молнии. Диаметр сферы составлял 5 метров, а скорость движения — 8,6 метров в секунду. Анализ спектра показал наличие атомов кремния, кальция и железа, тогда как обычные молнии содержат преимущественно ионизированный азот и кислород. Это открытие стало весомым аргументом в пользу плазменной теории происхождения, о которой мы поговорим в следующем разделе.
Откуда и почему берется шаровая молния?
Однозначно ответить на этот вопрос нельзя — за всю историю наблюдений было выдвинуто несколько сотен гипотез, объясняющих шаровые молнии. Некоторые их них весьма эксцентричны и сосредоточены на вмешательстве потусторонних сил, другие же основаны на рациональных принципах. Мы рассмотрим 3 наиболее обсуждаемые в научном сообществе гипотезы.
- Волновая. Во время ударов молний в ионизированной воздушной среде электромагнитные волны накладываются друг на друга и образуют стоячую волну, в которой ослабляется перенос энергии. На одном из ее участков, который называют пучностью, амплитуда достигает своих пиковых значений, и противоположные волны образуют шар. Сильнейшее электромагнитное поле какое-то время подпитывает сферу, вызывая свечение плазмы, а когда резонанс перестает поддерживаться, молния исчезает. Данную гипотезу первым выдвинул советский физик Петр Капица.
- Химическая. Согласно этому предположению, шаровые молнии образуются вследствие химических реакций оксидов азота (NO, NO2) и озона (O3). У этой теории много критиков, так как выделяемой энергии должно быть недостаточно для столь яркого и продолжительного свечения. Однако, по мнению советского физика-ядерщика Бориса Смирнова, при ударе молнии возможно образование метастабильной системы, в которой повышается концентрация озона и, как следствие, количество выделяемой энергии при разрядах.
- Плазменная. У этой гипотезы больше всего сторонников, так как она частично подтверждена ранее упомянутым исследованием китайских ученых. Согласно ей, шаровая молния является плазмой, которая образуется вследствие столкновения и взаимной нейтрализации положительно и отрицательно заряженных ионов. Такое явление называется рекомбинацией и сопровождается мощным выплеском энергии, однако в обычных условиях это длится 10-9 секунд (одну миллиардную секунды). Известно, что при ударе молнии в почву могут формироваться фульгуриты — трубчатые образования из диоксида кремния. Именно они, как утверждают авторы гипотезы, являются основой для продолжительного существования шаровой молнии.
Искусственное воспроизведение шаровых молний
Первым, кому удалось добиться эффекта, схожего с шаровой молнией, был сербский изобретатель Никола Тесла. Экспериментируя с беспроводной передачей электричества при высоких показателях напряжения, он проводил электрический ток через газовую среду. Зажигая разряды, он останавливал подачу напряжения, после чего наблюдал небольшие светящиеся шарики диаметром до нескольких сантиметров. К похожему результату в 1942 году пришел советский электротехник Георгий Бабат, создавший сферические разряды в герметичной заполненной газом камере.
Позднее были и другие попытки искусственного воспроизведения шаровых молний.
- В 1958 году Петр Капица также создал светящиеся газовые разряды, но уже в гелиевой среде. Они возникали в области, где электрическое поле достигало своего максимума, и двигались по направлениям силовых линий.
- В 1991 году международная группа исследователей описала процесс создания плазменных шаровых молний в заполненной воздухом цилиндрической емкости. Для этого они использовали прямоугольный волновод, поддерживающий частоту 2,45 ГГц, и микроволновый генератор мощностью 5 кВт.
- В 2007 году бразильские ученые Антониу Паван и Жерсон Пайва пропускали высокие токи через кремниевые пластины, которые испарялись из-за столь сильного воздействия. Из окисленных паров кремния формировались небольшие искрящиеся сферы размером с мячи для гольфа.
Опасности и последствия шаровых молний
Наиболее часто встречающимся последствием образования шаровой молнии является взрыв. Сильная ударная волна способна разрушать прочные конструкции и сбивать с ног людей, находящихся в нескольких метрах от шаровой молнии. Взрывы могут сопровождаться электрическими разрядами, которые приводят к ожогам кожи и возгоранию легко воспламеняемых веществ. Кроме того, шаровые молнии предположительно воздействуют на нервную систему. Свидетели часто рассказывают о последующих головокружениях, спутанности мыслей и потерях сознания.
Как себя вести при встрече с шаровой молнией?
Так как шаровая молния является крайне редким явлением с неустановленной природой, каких-либо общепринятых правил техники безопасности при встрече с ней опросту не существует. Но, исходя из рассказов свидетелей, теоретических моделей и здравого смысла, можно вывести несколько практических рекомендаций:
- предупредить окружающих об опасности;
- не приближаться к молнии и не контактировать с ней;
- не делать резких движений и постараться отойти на максимально возможное расстояние;
- при встрече с молнией по возможности избегать контакта с металлическими предметами, синтетическими тканями и электрическими устройствами;
- постараться поставить преграды между вами и молнией. Например, закрыть дверь в помещение, куда она залетела.
Интересные факты о шаровых молниях
- Иногда шаровые молнии путают с «огнями святого Эльма» — мерцающим синим или фиолетовым свечением, которое возникает рядом с мачтами кораблей, шпилями и другими стержнеобразными объектами. Эффект объясняется тем, что во время сильных гроз и штормов в напряженном электрическом поле образуется плазма, а рядом с проводниками возникают коронные разряды, которые ее подсвечивают.
- Еще одним похожим оптическим явлением являются болотные огни. Это небольшие сферы красноватого цвета, которые обычно появляются на болотах, кладбищах и в полях. По различным древним поверьям, они или сбивали путников с дороги, или, напротив, помогали не заблудиться. У блуждающих болотных огней нет однозначного объяснения. По наиболее распространенной гипотезе, они появляются из-за скоплений газов, примеси в которых способны воспламеняться при обычной уличной температуре. Например, дифосфин воспламеняется уже при температуре 20-30 °C.
- По одной из версий, шаровые молнии могут наблюдаться из-за нарушений зрительного восприятия во время разрядов обычных молний. Доцент кафедры физики Университета Инсбрука Александр Кендл в 2010 году провел исследование, которое показало, что мощные электромагнитные импульсы могут стимулировать зрительную кору, из-за чего люди начинают видеть яркие светящиеся диски.
- В одном из опасных экспериментов, который ни в коем случае не нужно повторять дома, для получения «шаровой молнии» используют обычную микроволновую печь. При помещении в нее горящей или только что потушенной спички образуется светящаяся микроволновая плазма, которая принимает форму шара и поднимается в верхнюю часть печи.
***
Как мы смогли убедиться, явление шаровых молний оставляет больше вопросов, чем ответов. Загадочности феномену добавляет то, что даже при всех обширных возможностях современного оборудования его до сих пор не получается воспроизвести в лабораторных условиях. Остается надеяться на то, что ученые найдут больше способов наблюдения за шаровыми молниями и получат экспериментальное подтверждение какой-либо из гипотез.
Вопрос-ответ
Что такое шаровая молния?
Шаровая молния — это редкое природное явление, которое представляет собой ярко светящуюся сферу.
Как устроена шаровая молния?
По распространенной версии, шаровая молния представляет собой плазму. Помимо азота и кислорода, составляющих основу земного воздуха, она содержит кремний, железо и кальций.
Как появляется шаровая молния?
По разным свидетельствам, шаровые молнии появляются из обычных молний, металлических проводников, облаков или возникают в воздухе без видимых причин.
Что делает шаровая молния?
Шаровая молния хаотично движется в течение небольшого времени, после чего взрывается или исчезает.
Как выглядит шаровая молния?
Шаровая молния выглядит как небольшая искрящаяся сфера. Иногда диаметр шара может достигать нескольких метров.
Чем опасна шаровая молния для человека?
Шаровая молния может стать причиной сильного удара током, получения сильных ожогов или оглушения.
Изображение на обложке: Freepik
Как делают сыр? Секреты любимого продукта
На сегодняшний день в мире известно более тысячи сортов сыра – мягких и твердых, с дырочками и «со слезой», источающих самые разные ароматы и окрашенных в разнообразные цвета. А какие названия! Бофор и качокавалло, валансе и махореро, реблошон и сантарем… Трудно поверить, что в основе формирования так не похожих друг на друга сыров лежат схожие химические процессы…
Что входит в состав сыра?
Главной составляющей является молоко. При производстве сыра специфические белки молока – среди них 80% составляют казеины, затем идут альбумины и глобулины – подвергают свертыванию. Процесс происходит под воздействием молокосвертывающих ферментов или же ферментов и бактериальных заквасок.
Ферменты способствуют образованию сгустка и отделению сыворотки. Традиционно в сыроделии используется сычужный ферментативный комплекс, включающий в себя пепсин и химозин, способные катализировать реакции гидролиза белков. Эти ферменты выделяют из сычуга, то есть желудка, двух-трехнедельных телят. При помощи ферментативного комплекса, обладающего высокой активностью, молоко при температуре в 32-35 ˚С сворачивается за полчаса-час.
За текстуру, вкус и аромат сыра отвечают закваски, которые представляют собой чистые бактериальные культуры: молочнокислые стрептококки и молочнокислые палочки. Делятся закваски на мезофильные и термофильные. Первые «работают» при невысоких и умеренных температурах, вторые - при нагревании сырной массы до 40-60 ˚С, что необходимо для производства некоторых сортов. Именно поэтому производство сыра называют не только сыроделием, но и сыроварением. Хотя далеко не все сыры нагревают при производстве.
Кроме ферментов и заквасок сыроделу необходима соль, служащая натуральным усилителем вкуса и консервантом. Для уплотнения сырного сгустка в него также могут вводить хлорид кальция, а для придания сыру нужной окраски - натуральные или искусственные красители. В некоторые сорта сыра добавляют пряности, травы, кусочки овощей или фруктов.
Какое молоко используют сыроделы?
Именно качество молока больше всего влияет на конечный продукт, и зависит оно от того, какой корм ест животное, в каких климатических условиях живет и т.д. Из молока одних и тех же животных, полученного в разное время года, могут выйти сыры с разным вкусом.
Наиболее распространенное – коровье, из которого получаются сыры с мягким и нежным вкусом, богатые белком и кальцием. Козье молоко по составу близко к коровьему, но содержит больше фосфора, кальция и жира. Текстура у сделанного из него сыра более плотная, аромат – яркий, иногда резкий. Молоко овцы по сравнению с коровьим жирнее, оно сероватое по цвету и сладковатое. Вкус у овечьего сыра насыщенный, в нем чувствуется острота. Используют в производстве сыра и молоко буйволиц, густое, сладкое, богатое витаминами и минералами. Всем известную моцареллу в ее традиционном виде делают именно из буйволиного молока, как это происходит до сих пор в итальянской области Кампанья. Нов других странах большинство производителей моцареллы перешли на коровье молоко.
А еще сыр изготавливают из лосиного, оленьего, ослиного молока, молока яков. Но такие сыры – это, скорее, экзотика, их производят мало.
Чем отличаются сыры из пастеризованного и сырого молока?
Сыры из термически не обработанного молока нередко имеют более яркие вкус и аромат. Но вместе с тем они могут содержать патогенные бактерии, вызывающие тяжелые заболевания. Сыр из пастеризованного молока безопасен в бактериологическом отношении. И хотя при термической обработке молока, в том числе пастеризации, меняется молочная микрофлора, ее можно впоследствии восстановить заквасками. Что касается витаминов и минералов, то они в сыре из пастеризованного молока полностью сохраняются.
Выбор, который делает сыровар между пастеризованным и сырым молоком, зависит от качества сырья, а также технологических особенностей и требований, существующих на данном производстве и в целом в стране. В России производить промышленным способом сыры из термически не обработанного молока запрещено.
На какие виды делятся сыры?
Какой-либо единой общемировой классификации сыров не существует. Но все же их можно разделить по нескольким критериям. Прежде всего, это используемое молоко: коровье, козье, овечье и т. д. В соответствии с содержанием влаги все сыры подразделяют на сухие, сверхтвердые, твердые, полутвердые и мягкие. Играет свою роль и способ производства, например с высокой или низкой температурой второго нагревания. Традиционные «голландские» сорта, такие как эдам и гауда, относятся ко второй группе, а «швейцарские» – эмменталь или маасдам – к первой. Различают сыры и в зависимости от коагуляции (свертывания) белка, которая бывает сычужной, кислотной, смешанной. Также имеет значение наличие созревания, в зависимости от чего сыры делятся на зрелые и свежие.
Каковы общие технологические принципы и биохимия сыроделия?
В целом технология производства примерно одинакова для всех видов сыров. Сначала проводят приемку и подготовку молока. В случае с производством сыра из пастеризованного молока сырое молоко термически обрабатывают при температуре в 72-74 ˚С в течение 15-20 секунд. В результате значительно снижается концентрация бактерий и происходит частичная денатурация казеина, то есть изменение природной формы белковой молекулы. После пастеризации проводят так называемую сычужную пробу: если молоко сворачивается за 15-20 минут, оно пригодно для производства сыра.
В подготовленное молоко добавляют бактериальную закваску, способствующую активизации молочнокислых бактерий. Их основные субстраты – глюкоза и галактоза, а продуктом окисления глюкозы является молочная кислота. Увеличение численности молочнокислых бактерий повышает вязкость молока и способствует агрегации мицелл (упорядоченных белковых структур) казеина, на поверхности которых как раз и происходит действие сычужного фермента.
Затем в молоко вносят молокосвертывающие ферменты. Под их воздействием осуществляется процесс коагуляции (свертывания, створаживания), когда белки расщепляются – например, казеин превращается в параказеин. Коагуляция ведет к выработке и уплотнению сырного сгустка (калье), что сопровождается отделением сыворотки. Также нередко в сырную массу, чтобы повысить плотность сыра, добавляют хлорид кальция.
Следующая задача – удалить лишнюю сыворотку из сгустка и придать ему дополнительную плотность. Поэтому сгусток режут на сырное зерно и применяют второе нагревание при помощи горячей воды или пара. У большинства полутвердых сыров второе нагревание происходит при низкой температуре: 36-42 ˚С, у твердых вроде пармиджано реджано (пармезана), «Швейцарского» или его отечественного аналога «Советского» – при более высокой, до 58 ˚С. Мягким сырам типа «бри» и «камамбер» второе нагревание не требуется.
Далее идет формование сыров в специальных формах. После него – прессование у твердых сыров или самопрессование у мягких, в результате чего сыр освобождается от оставшейся лишней влаги и становится более плотным. Затем происходит посолка, сухой солью или погружением в соленый раствор. Посолка регулирует активность молочнокислых бактерий и скорость биохимических процессов в созревающем сыре.
Наконец сырные головки отправляются на созревание в подвалы с контролируемой температурой или в климатическую камеру. В климатической камере поддерживаются оптимальные, специально контролируемые температурно-влажностные режимы, а за сыром дополнительно ухаживают, например, моют корку, добавляют бактерии и микроорганизмы.
Сколько длится созревание сыра?
Все сыры, за исключением свежих, проходят через данный этап. У мягких он короче по времени – две-три недели, у полутвердых – около одного-полутора месяцев, у твердых может длиться до года, а сверхтвердые сыры доходят до нужной кондиции более полутора лет. Если сразу после изготовления все сыры имеют примерно одинаковые вкус и запах, то в процессе созревания добавляются конкретные органолептические свойства. И сыр приобретает, кроме общих, специфические вкус, аромат и рисунок. Выдержанный сыр может цениться выше по сравнению с таким же, но с менее долгим сроком созревания, поскольку обладает более насыщенными и сложными вкусом и ароматом, более выраженной консистенцией.
Наиболее выдержанный из всех нынешних сыров – итальянский Bitto storico, отдельные экземпляры которого имеют возраст в восемнадцать лет.
Мягкие сыры с белой плесенью типа камамбера или бри созревают в течение всего срока годности, постепенно они становятся более мягкими, их вкус – насыщенным и пикантным, а запах – острым. Для выращивания благородной белой плесени требуются особые условия, а когда они не соблюдаются, может появиться совершенно ненужная серая плесень. Пушистые, длинные серые ворсинки дали название этому сырному дефекту – «кошачья шерсть».
Как делают сыры с белой или голубой плесенью?
Технология производства таких сыров как камамбер или бри сложна, потому что их бархатистая корочка белого или кремового цвета появляется не в один этап. На поверхности сыра необходимо вырастить целую колонию микроорганизмов – дрожжей, плесеней, бактерий. Для появления и роста плесени внутри голубых сыров, таких как горгондзола, рокфор, данаблю, требуется воздух и, чтобы обеспечить его доступ, сырные головки прокалывают толстыми иглами.
Производят и сыры, сочетающие оба вида плесени – белую и голубую – вроде немецкой камбоцолы, которая получила свое название от камамбера и горгондзолы, поскольку соединила особенности обоих.
Откуда в сыре берутся дырки?
Содержащиеся в заквасках бактерии размножаются и выделяют углекислый газ, который способствует появлению в сырной массе воздушных пузырей, превращающихся в дырки, или глазки. Образуются они не сразу, а спустя примерно три недели после изготовления сыра. Размер дырок зависит от технологии производства, температуры и времени созревания сыра. В некоторых сортах, таких как швейцарский эмменталь и его голландский аналог маасдам, крупные дырки являются отличительной особенностью, в других – подобных камамберу и бри – глазки, наоборот, не нужны, и такие сыры называют слепыми. В определенных сортах российских сыров дырочки образуются благодаря насыпному способу формования, когда сырное зерно встряхивают, и между его крупинками остаются воздушные пустоты.
Что такое сыр «со слезой»?
Появляющиеся на срезе сыра, в глазках, капли солоноватой влаги сыроделы называют «слезой». Они свидетельствуют о полном созревании сыра и его высоком качестве.
Почему некоторые сорта сыра пахнут, как писал Эмиль Золя, «тухлой дичью»?
Такой аромат источает метантиол – соединение серы, обладающее летучестью и достаточно резким запахом. Метантиол вырабатывают присутствующие на сырных корках определенные бактерии, например Brevibacterium linens. Они живут и на коже человека, провоцируя запах немытого тела, особенно ступней, а сырам придают острый, природный, «дикий» аромат. У Пушкина в «Евгении Онегине» есть такие строки: «И Страсбурга пирог нетленный Меж сыром лимбургским живым И ананасом золотым». Мягкий, с желто-коричневой корочкой лимбургский сыр, или лимбургер, который любили Александр Сергеевич и Петр I, имеет тот самый запах.
Какие сорта сыра являются наиболее старыми?
Уже десять тысячелетий назад, когда люди занялись скотоводством и стали использовать для хранения молока бурдюки из желудков животных, было замечено, что молоко в них превращается в сгусток. Скорее всего, так и появился первый сыр.
Самые ранние из найденных образцов сыра были обнаружены в египетских гробницах. Один из таких сыров – кариш, относящийся к свежим сырам – делают в Египте до сих пор, используя молоко коров или буйволиц и нередко смешивая его.
Сыр из овечьего молока, известный с древнеримских времен, Conciato romano, что в переводе означает «римский дубленый», получил свое название из-за того, что обработка его поверхности напоминает процесс дубления кожи растительными веществами. Головку сыра покрывают смесью из масла, вина и пряных трав, защищая ее от вредных бактерий. Созревает сыр в глиняных формах, в темноте, от полугода до двух лет. Своим крепким вкусом Conciato romano превосходит многие известные сыры.
Норвежский полутвердый гамалуст называют «старым сыром», скорее всего, потому, что его могли употреблять еще викинги. Гамалуст изготавливают без использования сычужного фермента и соли: молоко сквашивают молочнокислыми бактериями. Затем на поверхность сыра наносятся плесневые грибы и руками втираются в нее, манипуляция повторяется раз в несколько дней, в результате чего плесень прорастает внутрь. Сыр викингов грубоват на вкус и имеет желто-коричневый цвет. В самой Норвегии он весьма популярен, но за ее пределами почти не продается.
Какой сыр называют «королем сыров»?
Титул этот неофициальный, но заслуженный. Его носит еще один исторический сыр – пармезан. На родине его называют по-итальянски – Parmigiano Reggiano (пармско-реджийский). Это имя было дано сыру в честь двух итальянских провинций, Пармы и Реджо-Эмилии, центров его производства. И только сыр, сделанный там, а еще в Модене, в Мантуе на правом берегу По и в Болонье, в той ее части, что находится на левом берегу Роны, может носить имя «пармиджано реджано».
Своим появлением пармезан обязан монахам, – бенедиктинцам и цистерцианцам, чьи обители находились в названных местах, богатых плодородной землей и чистой водой и наделенных мягким климатом. Коровы, пасшиеся на монастырских пастбищах, давали много молока, и его излишки стали перерабатывать в сыр. Монахи мечтали о таком сорте, который хранился бы долго и не портился во время длительных путешествий. И он получился, этот медленно созревающий, твердый сыр с зернистой структурой, с «зернышками» внутри, которые состоят из кристаллов тирозина и кальция. Производство сыра осуществляется с 1 апреля по 11 ноября: именно в данный период молоко обладает необходимыми качествами. На изготовление одной сырной головы весом 25-30 кг идет около 550 литров молока, причем оно используется в сыром виде: за его безопасностью для потребителя строжайше следят.
В 1990-х «пармиджано реджано» было признано названием с защищенным происхождением. На территории Евросоюза законодательно запрещено именовать этим сочетанием или словом «пармезан» сыры, изготовленные вне официально установленной зоны производства. Недавно этому сыру стали придавать дополнительную защиту: в каждую этикетку встраивают микрочип размером с крупинку соли, гарантирующий подлинность изделия и несущий всю информацию о нем.
Какие сыры были созданы в России?
Само слово «сыр» восходит к праславянскому слову «сырой». Упоминание сыра можно найти еще в летописи Ярослава Мудрого. Петр I, открывший для России многие иностранные технологии, привез из Голландии не только кораблестроителей, но и сыроделов. Уже в начале XIХ века в России существовали частные сыроварни, производившие полутвердые сыры.
Однако настоящий расцвет отечественного сыроделия начался во второй половине XIX века и связан с именем Николая Васильевича Верещагина. Профессиональный моряк, он, выйдя в отставку, заинтересовался сыроделием и отправился постигать премудрости ремесла в Швейцарию. По возвращении на родину Верещагин организовал более десятка артельных сыроварен, а позже открыл школу для обучения крестьян сыроварению и молочному делу. Главной его целью было дать российским хозяевам технологии, позволявшие вести прибыльное хозяйство на скудных северных землях. Именно благодаря Верещагину и его ученикам в Ярославской, Тверской, Костромской и других губерниях начало активно развиваться молочное животноводство, а вслед за ним сыро- и маслоделие.
Интересно, что начинал Верещагин с попыток переноса на российскую почву швейцарских технологий, но позже обратился к голландским. Ныне по ним делают такие сорта как «Ярославский», «Голландский» и «Костромской». Верещагин первым применил на русской земле и «насыпную технологию», по которой производят самый любимый в нашей стране сорт «Российский».
С подачи все того же Верещагина и его последователей сыроделие начало также активно развиваться на Кавказе. Позже сыродельным регионом стал Алтай с его первозданной природой и сочной травой на многочисленных пастбищах: по природным условиям этот край напоминает Швейцарию. Именно здесь в 30-е годы XX века сыроделу Дмитрию Граникову удалось создать отечественный аналог Эмменталера – сыр «Советский». Причем в отличие от швейцарских сыров наш стали производить не из сырого, а из пастеризованного молока, и созревал он меньше – три-четыре месяца. Сыр выходил недорогим, но качественным: на выставке в Лондоне он получил 95 баллов из 100. Вскоре Д.А. Граников возглавил экспериментальную научно-исследовательскую лабораторию сыроварения, созданную на базе Угличского сыродельно-молочного завода, построенного в середине 1930-х. Позже лаборатория выросла во Всесоюзный научно-исследовательский институт масло- и сыроделия (ВНИИМС), существующий и активно работающий до сих пор. Именно там были разработаны рецептуры таких сыров, как «Ярославский», «Пошехонский», «Голландский», «Костромской».
Ирина Кравченко
