Земля- планета

  (ст."Теория гидридного ядра Земли: планета расширяется?",Запретные Темы Истории, 2024) "Предыдущую публикацию по данной теме вы можете прочитать по этой ссылке.
Пока теория тектоники плит праздновала свою «победу»,параллельно набирая минусы в ходе дальнейших исследований строения недр и продвигаясь к своему краху,теория расширения Земли решила две свои главные проблемы,причем одновременно– был найден вариант такого механизма расширения,который снимает попутно и все вопросы по «за-предельным» давлениям в ядре.Выход из длительного тупика был предложен примерно три десятка лет назад советским ученым Владимиром Лариным(ныне доктор геологиче-ских наук),который,как это часто бывает,вышел на эту проблему совсем с другой сто-роны.Дело в том,что для образования рудных месторождений некоторых металлов(жел-еза,золота,урана и пр.)необходимо,помимо прочих условий,значительное количество воды,молекулы которой,как известно,состоят из атомов водорода и кислорода.Кисло-рода в мантии Земли вполне достаточно(более 40% по весу),а вот водорода,по име-вшимся моделям химического состава Земли,– явно не хватало.С целью решения пробл-емы такого дефицита водорода,некоторые исследователи высказывали предположение, что рудные месторождения возникали там,где вулканическая лава извергалась прямо под водой.Дошло даже до вывода о существовании периодов,когда вся поверхность планеты(за исключением мелких островков)была покрыта морями.А это явно противо-речило не только известным данным,но и тому факту,что целый ряд рудных месторож-дений образовался там,где заведомо не было моря.Ларин предположил,что недостающий водород поступал из недр планеты и даже построил такую модель формирования Солнечной системы,которая предоставляла возможность иметь значительно больше водорода в составе вещества Земли,нежели это считалось ранее.Согласно его гипотезе,в процессе образования планет Солнечной системы водород(который только по массе составляет более трех четвертей вещества Вселенной,а по количеству атомов более 90 с лишним процентов) ,вовсе не улетучился на орбиты внешних планет или вообще неизвестно куда.Вместо этого,будучи весьма химически активным элементом,водород вступал во всевозможные реакции,образуя различные соединения,и в качестве составной части этих соедине-ний,также оказывался в недрах планет.Как ни парадоксально,но все предыдущие мод-ели формирования Солнечной системы по каким-то странным причинам обходили такой мощнейший и важнейший фактор как химическое взаимодействие.В рамках подобных пр-едставлений,водород так и оставался в состоянии газа,который в дальнейшем просто выдувался солнечным ветром подальше от нашего светила(совершенно естественное и логичное следствие из абсолютно ошибочного предположения).Однако Ларин решил от-ойти от представления водорода в качестве «пассивно ожидающего своей участи» эл-емента.«Во-первых,водород весьма охотно взаимодействует с большинством элемен-тов,давая водородные соединения,а во-вторых,он может адсорбироваться на поверх-ности частиц конденсируемых веществ.К примеру,если железо конденсируется в атмо-сфере водорода,то на каждый атом железа в конденсате приходится одна молекула водорода»(В.Ларин,«Земля,увиденная по-новому»).«Практически все металлы способны реагировать с водородом.Взаимодействие идет по следующей схеме: адсорбция на поверхности– растворение в объеме металла(окклюзия)– химическое взаимодействие (образование гидридов).Адсорбция и окклюзия являются чисто физическими процес-сами: адсорбция вызывает диссоциацию молекул водорода на атомы,в процессе окклю-зии водород отдает электрон в зону проводимости металла и присутствует в его объеме в виде протонного газа.Металлы способны в одном своем объеме растворять сотни и даже тысячи объемов водорода…Химическое взаимодействие между водородом и металлами приводит к образованию качественно новых соединений– гидридов– с новым типом решеток,в которых водород имеет химическую связь с металлами и присутст-вует в виде гидрид-иона Н–(протон с двумя электронами)»(В.Ларин,«Гипотеза изна-чально гидридной Земли»).Но если водород так охотно взаимодействует с металлами, то почему,собственно,железо и никель должны быть исключением? И В.Ларин законо-мерно задается вопросом: а кто сказал(и доказал ли?)что ядро Земли сугубо желез-ное или железо-никелевое?..«…почему все считают,что ядро железное,а мантия сили-катная[состоящая из соединений кремния]? Оказалось,что это самое фундаментальное положение никогда не было доказано и что лаконичная формула «ядро железное,ман-тия силикатная»– не более чем умозрительное предположение…В недрах Земли было обнаружено плотное и тяжелое ядро, а поскольку железо – единственный тяжелый элемент, широко распространенный в природе (к тому же есть железные метеориты), то как само собой разумеющееся стали считать ядро железным. Далее, начало нашего века – время индустриального становления металлургии и доменного процесса. Тогда это была вершина прогресса…Поэтому опять же сама собой родилась аналогия: в Зем-ле когда-то произошло плавление,тяжелое железо стекло вниз,в центр планеты,а легкие силикаты,как шлаки в домне,всплыли и образовали мантию.Отсюда и повелось: ядро железное,мантия силикатная»(В.Ларин,«Земля,увиденная по-новому»).Поскольку же сугубо железо-никелевый состав ядра совершенно не доказан,постольку вполне допустима гипотеза,что внутреннее строение Земли совсем иное: в ядре планеты оч-ень много водорода,который в твердом ядре находится в составе гидридов,а в жид-ком внешнем ядре– в качестве раствора в металле (пусть даже в том же железе и никеле).Может ли такое быть? А почему бы и нет?!Законы химии и физики этого абс-олютно не запрещают! Более того.Водород не только сам по себе химически очень активный элемент даже в обычных условиях.Его активность с увеличением давления значительно возрастает.А посему присутствие водорода в качестве различных соеди-нений в недрах планеты не только не запрещено,но и вполне логично и закономер-но! Отметим попутно,что,будучи самым легким элементом,водород мало отражается на величине плотности вещества,в котором он находится(скажем,атом водорода легче атома того же железа в 56 раз).Поэтому присутствие водорода в недрах даже в оче-нь значительных количествах(с точки зрения химических процессов)практически не сказывается на достаточно достоверно установленном распределении массы и плотн-ости внутри Земли.Говоря другими словами,при исследовании недр Земли доступными средствами(прежде всего сейсмозондированием)наличия там водорода могли просто не заметить! Но водород– не просто химически активный элемент.Он обладает еще и рядом весьма важных и уникальных свойств,которые определяются его простейшей ст-руктурой– атом водорода состоит всего из одного протона в качестве ядра и одного электрона.Прежде всего, растворение водорода в металле оказывается не простым перемешиванием его с атомами металла – водород при этом отдает в общую копилку раствора свой электрон, который у него всего один, и остается абсолютно «голым» протоном. А размеры протона в 100 тысяч раз (!) меньше размеров любого атома, что в конечном итоге (вместе с громадной концентрацией заряда и массы у протона) позволяет ему даже проникать глубоко внутрь электронной оболочки других атомов (эта способность оголенного протона уже доказана экспериментально).Но проникая внутрь другого атома, протон как бы увеличивает заряд ядра этого атома,усиливая притяжение к нему электронов и уменьшая таким образом размеры атома.Поэтому ра-створение водорода в металле,каким бы парадоксальным это ни казалось,может при-водить не к рыхлости подобного раствора,а наоборот– к уплотнению исходного мета-лла.При нормальных условиях(то есть при обычном атмосферном давлении и комнатной температуре)этот эффект незначителен,но при высоком давлении и температуре– вес-ьма существенен.Таким образом,предположение о том,что внешнее жидкое ядро Земли содержит в себе значительное количество водорода,во-первых,не противоречит его химическим свойствам; во-вторых,уже решает проблему глубинного хранилища водор-ода для рудных месторождений; и в-третьих,что для нас более важно,допускает зна-чительное уплотнение вещества без столь же существенного возрастания в нем давл-ения.«В московском университете создали баллон на основе…интерметаллида[сплав лантана и никеля].Поворот крана– и из литрового баллона выделяется тысяча литров водорода!»(М.Курячая,«Гидриды,которых не было»).Но оказывается,что все это–«сем-ечки»…В гидридах металлов– то есть в химических соединения металла с водородом – мы имеем другую картину: не водород отдает свой электрон(в общую довольно рыхлую электронную копилку),а металл избавляется от своей внешней электронной оболочки, образуя так называемую ионную связь с водородом.При этом атом водорода,принимая дополнительный электрон на ту же орбиту,по которой вращается уже имеющийся у не-го электрон,практически не меняет своего размера.А вот радиус иона атома металла – то есть атома без его внешней электронной оболочки– значительно меньше радиуса самого атома.Для железа и никеля радиус иона составляет примерно 0,6 от радиуса нейтрального атома,а для некоторых других металлов соотношение еще более внуши-тельное.Подобное уменьшение размера ионов металла допускает их уплотнение в гид-ридной форме в несколько раз без какого-либо повышения давления в качестве след-ствия такого уплотнения! Причем эта способность к гиперуплотнению упаковки час-тиц гидридов экспериментально обнаруживается даже при обычных нормальных усло-виях,а при высоких давлениях еще больше увеличивается.Вдобавок, сами гидриды способны еще и растворять в себе дополнительный водород. Эту их способность даже пытались в свое время использовать при разработке водородных автомобильных дви-гателей для хранения топлива.«…например,один куб.см.гидрида магния вмещает вод-орода по весу в полтора раза больше,чем его содержится в кубическом сантиметре жидкого водорода,и в семь раз больше,чем в сжатом до ста пятидесяти атмосфер газе!»(М.Курячая,«Гидриды,которых не было»).Одна проблема– при нормальных усло-виях гидриды очень неустойчивы…Но нам-то и не нужны нормальные условия,посколь-ку речь идет о возможности их существования глубоко в недрах планеты– там,где давления существенно выше.А при повышении давления устойчивость гидридов сущест-венно увеличивается.Ныне получено уже экспериментальное подтверждение этих свойств, и все больше геологов постепенно склоняется к тому,что модель гидрид-ного ядра может оказаться куда ближе к реальности,нежели прежняя железо-никеле-вая модель.Тем более,что уточненные расчеты условий в недрах нашей планеты выяв-ляют неудовлетворительность «чистой» железо-никелиевой модели ее ядра.«Сейсмоло-гические измерения указывают на то,что и внутреннее(твердое),и внешнее(жидкое) ядра Земли характеризуются меньшей плотностью,по сравнению со значением,получа-емым на основе модели ядра,состоящего только из металлического железа при тех же физико-химических параметрах…Присутствие водорода в ядре долгое время вызывало дискуссию из-за его низкой растворимости в железе при атмосферном давлении.Одн-ако недавние эксперименты [Badding J.V., Mao H.K., Hemley R.J., High-Pressure crystal structure and equation of state of iron hydride: implications for the Earth’s core // High-Pressure Research: Application to Earth and Planetary Sciences/(Syono H.,Manghnan M.H.– eds.)TERRAPUB,Tokyo– Am.Geophys.Union.Washin-gton D.C.1992.P363-371]позволили установить,что гидрид железа FeH может сформи-роваться при высоких температурах и давлениях и,погружаясь вглубь,оказывается устойчив при давлениях,превышающих 62 ГПа,что соответствует глубинам ~1600 км. В этой связи присутствие значительных количеств(до 40 мол.%)водорода в ядре вполне допустимо и снижает его плотность до значений,согласующихся с данными сейсмоло-гии»(Ю.Пущаровский,«Тектоника и геодинамика мантии Земли»).Но самое главное зак-лючается в том,что при определенных условиях– например,при уменьшении давления или при нагревании– гидриды способны распадаться на составляющие.Ионы металлов переходят в атомарное состояние со всеми вытекающими отсюда последствиями.Проис-ходит процесс,при котором объем вещества существенно увеличивается без изменения массы,то есть без какого-либо нарушения закона сохранения материи.Аналогичный процесс происходит и при выделении водорода из раствора в металле(см.выше).А это уже дает вполне понятный механизм увеличения размеров планеты!!!«Главным геоло-го-тектоническим следствием гипотезы изначально гидридной Земли является значи-тельное,возможно,многократное за время геологической истории увеличение ее объе-ма,что обусловлено непременным разуплотнением недр планеты при дегазации водоро-да и переходе гидридов в металлы»(В.Ларин,«Гипотеза изначально гидридной Земли »).Итак,Ларин предложил теорию,не только решающую некоторые проблемы рудных мес-торождений и объясняющую ряд процессов в истории Земли(к чему мы еще вернемся), но и обеспечивающую серьезную почву для гипотезы расширения нашей планеты– в ка-честве побочного следствия.Ларин сделал главное– он снял все основные проблемы теории расширения Земли! Остались только «технические мелочи».Например,абсолю-тно не ясно,насколько именно увеличилась наша планета за все время своего суще-ствования,и с какой именно скоростью происходило ее расширение.Разные исследова-тели давали оценки,которые очень сильно расходились друг с другом,вдобавок при этом сильно напоминая простое высасывание из пальца.«…в палеозое,по этой гипоте-зе,радиус Земли был примерно в 1,5–1,7 раза меньше современного и,следовательно, с тех пор объем Земли увеличился приблизительно в 3,5–5 раз»(О.Сорохтин,«Катаст-рофа расширяющейся Земли»).«Наиболее вероятными мне кажутся представления об относительно умеренном масштабе расширения Земли,при котором с раннего архея (то есть за 3,5 млрд.лет)ее радиус мог увеличиться не более чем в полтора-два раза, с позднего протерозоя (то есть за 1,6 млрд.лет)– не более чем в 1,3–1,5 раза,а с начала мезозоя(то 10 %"(Е.Милановский,«Земля расширяется? Земля пульсирует?»).
Увы. Гипотеза Ларина также не дает прямого ответа на этот вопрос.Более того,все исследователи исходили из того,что процесс идет с самого начала образования Зем-ли более-менее равномерно (автор гидридной теории В.Ларин также придерживается этой гипотезы).А это приводит к столь малым скоростям расширения,что современ-ными приборами и зафиксировать-то его практически невозможно.И проверка справед-ливости теории кажется делом лишь отдаленного будущего.Но так ли это?"(А.Скля-ров)
  (ст."Детализация процесса расширения Земли",Запретные Темы Истории,2024)
"Попробуем продвинуться немного дальше,для чего прежде всего вспомним одну из центральных идей теории расширения– материки представляют из себя не что иное, как осколки коры Земли до ее расширения.Но внесем небольшое дополнение,которое напрашивается из упомянутого ранее кардинального различия химического состава океанических(состоящих исключительно из базальтов)и материковых (состоящих преи-мущественно из гранитов) плит. Это дополнение сводится к тому,что под осколками старой коры надо понимать не материки как таковые,а материковые плиты– вместе с той их частью,которая ныне находится ниже уровня Мирового океана и которая обра-зует весьма ощутимый «довесок» к собственно материкам.А океанические плиты– новая кора,появившаяся в ходе увеличения размеров планеты.Это уже дает возмож-ность,благодаря известным границам материковых и океанических плит,оценить мас-штаб расширения,который оказывается не столь уж и большим– радиус Земли увели-чился чуть более,чем в полтора раза.Но это– довольно тривиальный и мало что нам дающий результат.Однако опираясь на представленный здесь подход,можно сущест-венно детализировать сам процесс расширения, если воспользоваться теми данными о возрасте океанической коры, которые накоплены в ходе исследований морского дна. Эти данные вполне доступны в виде тектонических карт, входящих,например,в пакет компьютерных атласов Encarta Virtual Globe. На этих картах участки океанической коры разного возраста представлены разным цветом.Если не полениться, промерить разные участки на этих атласах и провести объемные, но не сложные арифметические расчеты, то можно составить, например, графики скорости роста океанической коры по разным океанам. Полученные таким образом результаты совпадают с установленным фактом разного возраста океанов: сначала интенсивнее всего формировался Тихий океан,затем– Атлантический,и в последнюю очередь– Индийский(океаническая кора Северного Ледовитого океана в виду ее незначительной площади по сравнению с сам-им океаном добавлена к Атлантике; тем более,что это– по сути,единый разлом ста-рой коры).Но гораздо интересней получаются результаты, если просуммировать рост океанических плит по всей планете. В этом случае можно получить график изменения площади поверхности Земли. Тут результаты превосходят все ожидания – расчетные точки замечательно укладываются на единую кривую.Даже если учесть всю неточность расчетов,обусловленную,в частности,как погрешностью самих карт,так и недостато-чной изученностью некоторых зон океанической коры,подобный результат не может быть случайным.Примечательным моментом оказывается то,что расширение Земли прод-олжается до сих пор (и пока во все ускоряющихся темпах). Согласно полученной зависимости, скорость увеличения радиуса Земли на современном этапе составляет около 2 сантиметров в год. Это дает увеличение длины экватора за год примерно на 12 сантиметров,которое,в принципе,можно наблюдать,что называется, собственными глазами. Так, по оценкам сторонников теории тектоники плит, Атлантический разлом (чаще используют термин «рифт»)раздвигает материки западного и восточного полу-шарий на 1 сантиметр в год,а в тихоокеанском разломе скорость раздвижения дости-гает 8 сантиметров в год,то есть(с учетом того,что на экваторе увеличение линей-ных размеров максимально)мы получаем почти полное соответствие расчетов и экспе-риментальных данных.Важно и то, что в этом случае не понадобилось придумывать никаких дополнительных эффектов типа подныривания плит друг под друга(т.е.субду-кции).Попутно отметим,что если бы субдукция имела место,то(вследствие того, что она должна была бы иметь довольно случайный характер,зависящий от целого ряда различных сильно изменяющихся факторов)точки на графике,отвечающие возрасту оке-анической коры более порядка 50 миллионов лет должны были бы иметь заметные отк-лонения от единой кривой.Однако этого явно не наблюдается…Весьма важным оказыва-ется и другой результат– рассчитанные точки на участке активного расширения пла-неты(порядка последних 200 миллионов лет)очень хорошо аппроксимируются экспоне-нциальной зависимостью S= exp(0,006.T),где S– площадь поверхности Земли по отно-шению к современному значению,Т– время в миллионах лет назад от настоящего моме-нта(поэтому имеет отрицательное значение!).А экспонента замечательна тем,что позволяет определить время начала процесса! При экспоненциальных процессах ско-рость роста измеряемой величины в некий момент,поделенная на значение самой этой величины в тот же момент,– то есть так называемая относительная скорость роста– зависит линейно от времени.Это свойство использовано на рисунке,где аппроксими-рующая прямая как раз и указывает на начало процесса расширения– 245 миллионов лет назад(в рамках принятой геохронологической шкалы).И это– другой примечате-льный результат,поскольку во всех теоретических моделях до сих пор предполага-лось,что расширение нашей планеты либо шло с самого начала,либо,если и происхо-дило не с самого момента формирования Земли,то все равно длилось миллиарды(а вовсе не сотни миллионов)лет.Полученное значение – 245 миллионов лет назад – с очень хорошей точностью совпадает с тем моментом времени, который чрезвычайно насыщен важнейшими событиями,с точки зрения палеонтологии и геологии.Это рубеж между двумя эрами– палеозойской и мезозойской(и периодами– пермским и триасо-вым),который ныне датируется возрастом 250 млн.лет,хотя совсем недавно принима-лся равным как раз значению в 245 млн.лет.Во-первых,именно в это время произошло то,что иногда называют пермско-триасовым побоищем.«Оказывается,не только млеко-питающие(и мы в их числе)стали хозяевами планеты благодаря истреблению динозав-ров,но и сами динозавры воцарились на планете благодаря массовому истреблению предшествовавших им живых видов.На этой отметке,которая находится точно на гра-нице между пермским и триасовым периодами,биологическая жизнь на Земле…претерпе-ла чудовищно-катастрофическое прореживание: в течение считанных миллионолетий исчезло почти восемьдесят процентов всех обитателей морей и океанов и почти се-мьдесят процентов всех позвоночных!»(Н.Рудельман,«Экскурсия по катастрофам»).Во-вторых,тогда же отмечена так называемая магнитная аномалия Иллавара,которая хар-актеризуется буквально чехардой с магнитными полюсами.Магнитное поле Земли мно-гократно меняло свое направление,не задерживаясь на одном месте более чем на 300-400 тыс.лет(время– ничтожное, с точки зрения геологии).Магнитное поле Земли ныне связывают с процессами,происходящими глубоко в недрах планеты.В соответст-вии с этим магнитная аномалия Иллавара указывает на какие-то мощные процессы, происходившие именно в недрах Земли.При этом,как можно заметить,аномалия в целом чуть опережает пермско-триасовое побоище,а это говорит не только о том,что эти события связаны между собой,но и о том,что причины их следует скорее всего иска-ть как раз глубоко в недрах планеты.В-третьих,в этот период происходит мощнейшая активизация тектонической и вулканической деятельности, которая для нас наиболее интересна появлением нового феномена– траппов.Траппы– это последствия мощного излияния базальтовой лавы на громадных площадях.«Каждая трапповая область охва-тывает территорию до 1 млн.км2 и более.В эпохи магматизма на этих огромных пло-щадях растекались по земной поверхности пылающие потоки раскаленного расплава. Поток за потоком они накапливались…и создавали лавовые плащи…В трапповых прови-нциях,обычно распространен лавовый плащ мощностью в среднем 500-1500 м.В отде-льных зонах…лавовый плащ имеет особенно большие мощности(до 3 км в Сибири в При-енисейской полосе,до 3,5 км на западе Индостана,до 8 и более км– на востоке Юж-ной Африки)»(Г.Макаренко,«Планетарные горные дуги и мифы мобилизма»).Мало того, что траппы резко отличаются от предыдущих пород иным химическим составом, они обладают и уникальным геологическим строением,которое свидетельствует о поступл-ении лавового материала (словами Макаренко) «из мелких, однообразных, но очень многочисленных взрывных аппаратов, действовавших кратковременно либо одноактно». Этим процесс образования траппов резко отличается от привычного нам извержения вулканов в современных геологически активных зонах Земли.Толщина лавы постепенно уменьшается к краю трапповой провинции, так что если посмотреть на толщу лав в разрезе, она представляет собой как бы разорванную линзу. При этом нередко ныне одну часть траппового поля можно наблюдать на одном континенте,а соответствующую ему оставшуюся часть на другом."(А.Скляров)