4. 6. 4. Структура Земли

Мой канал на Дзене "Мир Пространств" (https://dzen.ru/panhoru)
---
У звёзд, пик агрегации нейтронов располагается снаружи - в короне.
У планет этот пик находится внутри планеты.

Для Земли пик агрегации нейтронов находится на границе Гутенберга.
Это самая интересная структура Земли.

* * * Граница Гутенберга.

"Она расположена между мезосферой (дном мантии) и внешним ядром, на радиусе 3500 км, её толщина оценивается, примерно, в 150-350 км."[Глубинная геодинамика, или Как работает мантия Земли Наука из первых рук. 29 дек 2011].

Здесь синтезируются все элементы таблицы Менделеева.

Это активная зона поглощения нейтронов. В плотной среде нейтроны в свободном состоянии находятся доли секунды. Присоединившись к ядру ближайшего атома, часть нейтронов претерпевает бета-распад, превращаясь в протоны. При захвате нейтронов, чередующимся с ;-распадом образуются тяжёлые элементы.

Энергия распада нейтронов (свободных и в ядрах атомов) нагревает породу до жидкого состояния, что подтверждается скачкообразным падением скорости продольных (Р) волн с 13,6 до 8,1 км/с и исчезновением поперечных (S) волн с 7,3 км/с до 0.
* Примечание: Волны S не распространяются в жидких и газообразных средах. Волны P распространяются медленнее в жидких и газообразных средах.

Скачкообразное возрастание плотности вещества с 3,1–3,5 г/см; в мантии до 10 г/см; во внешнем ядре, говорит о разделении образовавшихся здесь пород на лёгкие и тяжёлые.

Для расплавления чистого железа при том давлении, которое характерно для слоя Гутенберга, необходима температура ~4000° С (силикатное вещество при таких условиях не плавится), но есть мнение, что температура на границе мантия-ядро не может превышать 2600° С. В этом случае единственно возможным веществом, которое в расплавленном состоянии переходит в ядро, является Fe2O, температура плавления которого составляет всего 2300° С.

"Жидкое состояние внешней зоны ядра обусловлено присутствием в металлах водорода в растворенном виде. Это явление обнаружено экспериментально. Металлы, содержащие растворенный водород, при увеличений давления сначала становятся пластичными, как пластилин, а затем начинают течь, как будто они расплавлены. Причем, происходит это при комнатной температуре."[«Гипотеза изначально гидридной Земли» В. Н. Ларин]

Поэтому, температура на границе Гутенберга может быть низкой, вплоть до комнатной 20° С.

Тяжёлые элементы опускаются в наружное ядро, здесь нет свободных нейтронов, поэтому их синтез прекращается.

Лёгкие элементы, а также лёгкие соединения с кислородом и водородом поднимаются в мантию и выше.
Поднимаются и радиоактивные элементы за счёт нагрева и сопутствующего газа радона.

С этой границы начинаются все процессы протекающие в Земле. (смрисунок вверху)

* * * Вниз от границы Гутенберга формируется внешнее ядро.

Из за высокого давления во внешнем ядре присутствует большое количество гидридов металлов, порождённых изобилием водорода в слое Гутенберга.

Гидрид железа FeH с соотношением Fe/H = 1/1, на 13% легче чистого железа. При соотношении Fe/H=1/6, разность плотностей составляет порядка 50%.
Распад гидридов железа сопровождается поглощением тепла. Охлаждённые металлы оседают, образуя внутреннее твёрдое ядро радиусом 1250 км.

По результатам замеров скорости сейсмических волн, плотность вещества внутреннего ядра примерно равна 12,5 г/см.куб.

Образующиеся при распаде гидридов атомы водорода диффундируют в мантию.

* * * В верх от границы Гутенберга формируются:

* * Нижняя мантия (R;3700...5740км).
Здесь идут процессы образования химических соединений. Это ведёт к охлаждению вещества мантии.

Дегазация водорода из внешнего ядра и агрегация нейтронов на границе Гутенберга создают повышенное давление водородом, которое выталкивает в верх все лёгкие элементы и соединения.

«Оказалось, что ряд материалов при приложении сверхвысокого давления может становиться пористым. К такому выводу пришел международный коллектив ученых из НИТУ «МИСиС», Университета Линчепинга (Швеция) и Университета Байрота (Германия).
В ходе исследования изучалось поведение трех интерметаллидов (гафния, вольфрама и осмия) при помещении их в алмазную наковальню под давлением в 1 миллион атмосфер, что соответствует давлению на глубине 2,5 тысяч километров под землей. При этом каждый раз к материалу подавался азот — ученые считают, что именно комбинация давления и газа повлияла на «расширение» кристаллической решетки.»
Фундаментальное открытие коллектива описано в статье в Angewandte Chemie.

Газы и флюиды поднимаются вверх проходя через  пористый материал мантии.
Агрегация нейтронов порождает отдельные области, где химические реакции концентрируются в массивные аномалии в мантии Земли — скальные образования длиной в тысячи километров с более плотным составом, чем окружающие их породы.

«На Земле существуют две большие «низкоскоростные» провинции: Африканская и Тихоокеанская, которые в настоящее время также названы суперплюмами, так как данные сейсмотомографии показывают, что «низкоскоростное» мантийное вещество прослеживается от слоя D`` до верхов мантии. Следует заметить, что проекции этих мантийных провинций на поверхности Земли совпадают с выделенными ранее горячими полями мантии Земли. Связь суперплюмов с процессами формирования и разрушения суперконтинентов в настоящее время является общепризнанной.» [Глубинная геодинамика, или Как работает мантия Земли]

* * Верхняя мантия (R;5740...6350км)
Химический состав верхней мантии:
45,4% - SiO2, плотность от 1,96 до 2,6 г/см;
4,6% - Al2O3 плотность от 3,42 до 4 г/см;
8,1% - FeO плотность  5,745 г/см;
3,7% - CaO плотность  3,37 г/см;
36,6% - MgO плотность  3,58 г/см;
1,4% - другие оксиды
...Геофизики обнаружили три скачка в плотности мантии на глубинах в 400, 670 и 1050 км. Здесь должен быть кремний. А гидридный кремний как раз имеет три скачка плотности при соответствующих данным глубинам давлениях (проверено в лаборатории) [«Гипотеза изначально гидридной Земли» В. Н. Ларин]

Силикаты и оксиды, за счёт малой плотности, поднимают вещество на поверхность. Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов, являются Si, O, Al, Fe2+, Fe3+, Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Zr, Ti, F, H, в виде (OH); или H2O и другие

Соединения с водородом в природе встречаются в виде жидкостей или газов. К таким соединениям относятся вода (H2O), аммиак (NH3), метан (CH4) и сероводород (H2S).
Другие соединения водорода (газы): хлороводород (HCl), фтороводород (HF), силан (SiH4), фосфин (PH3), арсин (AsH3), селеноводород (H2Se), бромоводород (HBr), теллуроводород (H2Te), йодоводород (HI).
Также существуют гидриды — соединения металлов с водородом, это твёрдые вещества белого цвета с ионным строением: NaH, CaH2 и другие.

Водородосодержащая порода (газ, вода, нефть) тоже имеет малую плотность, поэтому поднимается в верх, просачиваясь через твёрдые породы.

* * Астеносфера (R;6280-6340км)
Иногда называют «зоной плавки».

Этот слой неравномерный - под континентальными плитами его нет. Он появляется там, где плиты имеют малую толщину - в местах соединений плит и их разломах.
Снижение давления в этом слое ведёт к распаду многих соединений с выделением большого количества энергии.

По гипотезе Д.Тимофеева, в недрах образуются подвижные вещества, в виде силановой и нитро- нефти. Основа силанов — соединения кремния с водородом (аналоги углеводородов). В составе силановой нефти также находятся растворённые соединения железа, алюминия, марганца, углерода и других элементов, встречающихся в коре Земли.
Тимофеев выдвинул гипотезу, по которой силаны в глубинах Земли находятся в стабильном состоянии. По законам химической термодинамики: чем больше изобарный потенциал вещества, тем стабильней оно в условиях высокого давления и высокой температуры. Однако, Силаны распадаются (самовоспламеняются) при поднятии к поверхности на достаточно большой глубине, образуя при взаимодействии с соединениями Na, K, Ca, Mg, Al, Fe кору Земли (граниты, базальты, габбро).
Разложение силановой нефти в астеносфере и даёт энергию вулканам, массу вулканических газов и лаву.
Нитронефть - эти соединения не окисляются кислородом как углеводороды и силаны, при подъёме они разлагаются, детонируют с выделением очень большого количества энергии, образуется землетрясение от гигантского по силе взрыва.

Сейсмограммы у мощных взрывов и землетрясений одинаковы. По наблюдениям, большая часть землетрясений зарождается на глубине 50 км от земной поверхности, небольшая часть — на глубине от 50 до 100 км, и лишь единичные землетрясения исходят с глубин до 300–700 км.
Заметим, все землетрясения зарождаются в верхней мантии и не могут объясняться разломами земной коры.

Помимо силанов и нитронефти в астеносфере могут гореть и другие вещества: аморфный углерод имеет высокую химическую активность, при контакте с кислородом он воспламеняются при температурах соответственно выше 300—501°C, графит выше 600-700°C, алмаз выше 800—1000 °C.

Да и сам водород может гореть, но не сам по себе — для воспламенения необходима смесь с окислителем (кислородом или воздухом). Смеси водорода с кислородом или воздухом взрывоопасны и называются гремучим газом. Температура самовоспламенения смеси водорода и кислорода — 510 °C при атмосферном давлении.

Исследования В.Н.Ларина демонстрируют, что водород выходит на поверхность не рассеянным потоком, а компактными струями.
Кислород легко отдают оксиды переходных металлов в высоких степенях окисления, переходя в более устойчивую степень окисления металла.
Оксиды инертных металлов (Ag2O, HgO, Au2O3)  разлагаются при нагревании на простые вещества. Например, температура разложения оксида золота(III) (Au2O3) составляет 155 °C. Оксид серебра (I) Ag2O разлагается на кислород и серебро при температуре выше 280 °C.
Гремучая смесь готова.

* * Кора
Выделяют два типа земной коры:
- Континентальная (материковая) — имеет трёхслойное строение: осадочный, гранитный и базальтовый слои.
- Океаническая — состоит из осадочного слоя и базальтового слоя, гранитный слой отсутствует.

Химический состав континентальной коры на 90% состоит из силикатов (%). Природные алюмосиликаты имеют плотность 2,89 г/см; . В составе гранитов на их долю приходится до 75;% объёма породы.

Толщина коры варьируется: под океанами — 5–10 км, под материками — в среднем 35–40 км, в высокогорных областях — до 70–75 км.
Температура на дне Марианской впадины (глубина 11 км) составляет 1-4°С.
В Кольской скважине на глубине 12 км инструментально зафиксированы 212°С.
Если теплопроводность океанической и континентальной коры одинакова, то температура в мантии под океанической корой, толщиной 5 км, должна составить 100°С.
При том давлении (глубина 15 км) даже вода не закипит, а выход мантийной магмы под океанами при такой температуре будет просто невозможен.