Если Вы считаете себя настоящим поклонником японской анимации, то, скорее всего, в закладках вашего браузера имеется несколько десятков сайтов с подписью: “аниме онлайн 2012”. Во главе этого списка я советую Вам поставить multikonline.ru, на котором Вы сможете найти самое свежее и популярное аниме этого года.

Поскольку Красная планета давно мертва в тектоническом отношении, то у нее не должно быть сейсмической активности. Она давно потеряла свой водород, стало быть, у нее не может быть астеносферы, и, соответственно, на Марсе не должно быть явления «изостазии». В данной связи нас не должны удивлять резкие аномалии в гравитационном поле и «вулканы» высотой до 28 км. Это очень много, даже с учетом того, что сила тяжести на Марсе составляет 0,38 от земной.

Концентрации радиоактивных элементов на Марсе ниже, чем на Земле, но все же они «в разы» больше метеоритных, и при мощной литосфере (с ее малой теплопроводностью) способны обеспечить разогрев планеты после ее тектонической смерти. Среди планет земной группы Марс получил наибольшую долю кислорода. По этой причине он оказался «обводнен» в гораздо большей степени в сравнении с другими планетами, расположенными ближе к Солнцу, что должно было также проявиться в большем содержании воды (гидроксильной, кристаллизационной, цеолитной) в породах его литосферы и осадочного чехла*.

————————————————————————————————————————————

* Сила тяжести на Марсе в 3раза меньше земной, но это сейчас. В давние времена, когда формировалась литосфера, сила тяжести на Земле была 3,5g. Расширением Марса можно пренебречь, и, следовательно, его литосфера создавалась при давлениях примерно на порядок меньших в сопоставлении с литосферой Земли. Это значит, что в марсианской силикатной оболочке могли образовываться минералы с меньшей плотностью, и прежде всего минералы, содержащие воду (гидроксильную, кристаллизационную…).

————————————————————————————————————————————

С началом «трупного разогрева» эта вода «отжималась» на поверхность планеты в виде термальных флюидных струй, для которых характерно стремление собираться в крупные «термогидроколонны». При выходе такой колонны наружу, где атмосфера очень разрежена, происходило бурное вскипание воды, вернее, водных растворов, они превращались в пену, объем которой катастрофически увеличивался.

Здесь будет уместно привести некоторые цифры. Давление марсианской атмосферы составляет 0,01 бара (в 100 раз меньше земного). Допустим, такая атмосфера была показательна и для прошлого времени мертвого Марса. Под давлением 0,01 бара вода закипает при температуре 6,7 ⁰С, и из каждого см³ воды образуется 120 литров водяного газа (в условиях насыщения), т.е. происходит увеличение объема в 120 тысяч раз. Допустим, в верхней части термогидроколонны температура воды была порядка 100 ⁰С, но она не кипела, будучи под давлением более 1 бара. После открытия дыры наружу вода оказывается сильно перегретой и вскипание должно быть очень бурным, больше похожим на взрыв. Однако парообразование весьма энергоемкий процесс, и там, где температура была 100 ⁰С, всего лишь ~ 1/6 объема воды перейдет в пар, и температура уже упадет ниже точки кипения (6,7 ⁰С). При увеличении объема пузырьков водяного газа происходило резкое охлаждение извергаемой пены, которая к тому же попадала в весьма холодную марсианскую атмосферу. В результате выброшенный материал быстро замораживался и выпадал на поверхность планеты в виде ледяной крупы и пыли. Выходное отверстие засыпалось этой же пылью, сильно охлажденной в атмосфере, и царящие на поверхности глубокие минусовые температуры быстро запечатывали его ледяной пробкой. Теперь должно пройти время, чтобы весь цикл повторился. По всей видимости, это было впечатляющее зрелище, чем-то напоминающее периодическую работу гейзера, только такого огромного, что его работу, пожалуй, можно было бы рассмотреть издалека (например, с Земли через хороший телескоп).

Так, раз за разом, возводились циклопические постройки — «вулканы» Марса («Олимп» и прочие), которые с нашей точки зрения могут оказаться наледями. Разумеется, они состоят не из чистого водяного льда, в нем должно быть много мусора в виде частиц дробленых пород, поскольку извержения должны были протекать весьма динамично (расширение газовой фазы в 120 тысяч раз!). Мне как-то довелось сидеть на кромке кратера (земного, разумеется), из которого била сверхзвуковая струя водяного газа с различными вонючими примесями. Диаметр этой струи был всего-то 50 метров. И что любопытно: такие скорости, но никакого свиста, только утробный рев на басах, и все вокруг трясется и осыпается. Как тут обойдешься без выброса мусора? Кроме того, жидкая фаза в фильтрующейся термогидроколонне наверняка содержала в растворенном виде разнообразные хлориды, карбонаты, сульфаты и др. соединения*.

————————————————————————————————————————————

* Температура кипения растворов несколько выше температуры кипения чистой воды. Но это никак не изменит сути описанного процесса.

————————————————————————————————————————————

Так что марсианские «вулканы», скорее всего, горькие на вкус и обладают сильным слабительным действием (вот будет подспорье для колонистов, у которых наверняка на первых порах будут проблемы с питанием).

В процессе дегидратации породы резко увеличивают свою плотность. Например, при переходе серпентина в оливин плотность увеличивается примерно на 27%. Поскольку объем дегидратированных пород многократно превышает объем «вулкана», то под ледяными вулканами Марса должна быть серьезная начинка с избыточной плотностью, которая в основном и создает мощные положительные аномалии в гравитационном поле. Расчеты возможных аномалий на основе этой модели показывают идеальное сходство с фактическими данными, полученными с орбитального спутника (спутник вращался на высоте 275 км и обнаружил над «вулканами» положительные аномалии до 1500 мгал).

Грандиозные ледяные «вулканы» на Марсе, скорее всего, могут быть только на континентах, вернее, на участках суши, торчащих из-под ледяной оболочки (застывшей гидросферы). Дело в том, что температура плавления водяного льда уменьшается с увеличением давления. И если мы подадим тепло из глубины и начнем плавить снизу марсианскую криосферу, то зона плавления будет распространяться по ее подошве (где максимальные давления), т.е. будет распространяться вширь по наибольшим глубинам. Вода из зон дегидратации будет просто растекаться по этим зонам плавления, и поскольку жидкая вода тяжелее льда, то у нее не будет никаких стимулов рваться наружу.

Могут ли марсианские «вулканы-гейзеры» порадовать нас извержениями в настоящее время? Это вряд ли, из-за существенного уменьшения генерации радиогенного тепла в связи с вымиранием радиоактивных элементов.

Вы начинающий или уже достаточно известный кинорежиссер и для съемок вашего нового блокбастера Вам позарез нужен хромакейный павильон, тогда советую Вам немедленно посетить сайт 2mint.ru, где Вы сможете совершить виртуальную прогулку по павильону и ознакомится с условиями его аренды.

Но, разумеется, «море» может быть без спрятанного под ним «маскона», и «маскон» может быть без «моря». Такой вроде бы есть на обратной стороне Луны, и его назвали «скрытым масконом» (рис. 52). Дорогой читатель, причины этих вариаций вы вполне можете додумать сами.

Морфология структур и внутренняя динамика тектонических процессов, с нашей точки зрения, зависит от размеров планеты. Если мощность литосферы на Луне не превышает 100 км, а сила тяжести составляет 0,16 (от земной), то давление в устье тектоногена должно быть порядка 3 — 5 килобар (тогда как на Земле оно в десятки раз больше). Такого давления явно недостаточно для уплотнения «наводороженных» металлов лунных тектоногенов, и по этой причине «зон заглатыгвания» на Луне не было. Этим объясняется полное отсутствие складчатости на Луне. На Марсе (его масса в 9,35 раза меньше земной) зоны заглатывания если и были, то сильно редуцированные, и складчатые структуры на Красной планете (в сравнении с земными) должны быть проявлены в значительно меньшем объеме. На Венере складчатость могла проявляться столь же интенсивно, как и на Земле. Однако из-за парникового эффекта, повышающего температуру поверхности на 500 ⁰С, венерианская литосфера имеет высокую пластичность, и там мы наверняка не увидим шарьяжи альпийского типа.

Рис. 52. Модели строения Луны: а — в свете традиционных представлений (Taylor, 1975), б — согласно нашим построениям (пунктиром показан уровень, ниже которого в литосфере Луны образуется гранат). Заштрихованные зоны — «высокоскоростные масконы», «заливка черным» — лунные моря.

Пассивная стадия в развитии планет земного типа должна характеризоваться одним примечательным явлением — обильным плавлением. Согласно нашим представлениям, на Луне исходные концентрации радиоактивных элементов одинаковы с земными. Однако когда планета мертва в тектоническом отношении, не расходует тепло на расширение и не теряет его с уходом водорода-теплоносителя, то генерация радиогенного тепла должна вызывать разогрев недр и переплавление обширных объемов планеты. Практически полное отсутствие летучих, которые играют важную роль в дифференциации магматических расплавов, приводит к гомогенизации переплавляемых объемов. При значительных масштабах этого процесса, очевидно, уничтожается и внешний структурно-тектонический облик планеты, созданный на активном этапе ее развития. Таким образом, все ранее созданное на активной стадии (руды, породы, структуры, зоны…), все это затем уходит в переплавку и подвергается гомогенизации. Мы предлагаем называть этот процесс «трупным магматизмом», и он поражает, прежде всего малые планеты, которые быстро заканчивают активную стадию и рано умирают, когда генерация радиогенного тепла была в несколько раз больше. С точки зрения термодинамики «трупный магматизм» — это следствие перехода планеты после исчерпания водорода в закрытое состояние, в котором при росте температуры происходит увеличение энтропии системы.

По всей вероятности, Океан Бурь и некоторые другие бесструктурные темные области возникли в результате «трупного магматизма». И если мы правы, то в этих областях возможно выявление наиболее молодых лунных магматитов, которые будут отличаться слабой степенью дифференцированности (петрохимической, геохимической) и не должны нести следов остаточной намагниченности, поскольку магнитное поле отключается в момент тектонической смерти планеты.

Плавление в недрах Луны, возможно, продолжается и в настоящее время, но в значительно меньших масштабах, поскольку «в разы» уменьшилась генерация радиогенного тепла. Кроме того, температурный режим планеты сильно зависит от состояния ее силикатно-окисной оболочки, которая является термоизолирующей сферой. Если она в значительной мере нарушена, например, в связи с образованием крупных ударно-взрывных кратеров, то внутреннее тепло планеты может стекать через эти пробои-отдушины и плавление будет сильно сокращено.

Несколько слов о тепловом потоке. Традиционно было принято считать, что Луна имеет хондритовые концентрации урана, тория и калия, и согласно этому тепловой поток предполагался порядка 10 мВт/м². Непосредственные измерения выявили гораздо более высокие значения (31 мВт/м² — Аполлон 15, 28 мВт/м² — Аполлон 17), что явилось большим конфузом для традиционной точки зрения и поставило под сомнение хондритовую модель. В рамках наших построений на Луне (по сравнению с хондритами) урана и калия больше на порядок, тория примерно в два раза. На тектонически мертвой планете должно быть примерное соответствие между тем, что генерируется в недрах, с тем, что выходит на поверхность. По нашим прикидкам, средний тепловой поток на Луне должен быть в пределах 60 мВт/м². Таким образом, для нашей концепции обнаруженные значения недостаточно велики. Однако необходимо учитывать возможность резкой дифференцированности теплового потока на Луне.

Теплопроводность интерметаллических силицидов на порядок выше, чем у силикатов. Поэтому величина теплового потока на поверхности Луны должна варьировать в зависимости от мощности теплозапорного слоя силикатов. Если мы будем измерять температурные градиенты над масконами (где силикатный слой самый мощный), то они будут ниже среднего, а в местах с утоненной литосферой — гораздо выше. К тому же пробои-отдушины от крупных ударновзрывных кратеров могут пробивать всю толщу литосферы вплоть до интерметаллических силицидов. Выше мы говорили, что средняя мощность силикатно-окисной оболочки на Луне должна быть в пределах 25—30 км. Но где-то она может быть тоньше. Экспериментальные и теоретические исследования взрывного образования кратеров показали, что глубина кумулятивной воронки при взрыве достигает 1/3—1/4 диаметра кратера (она сразу же засыпается взорванным материалом). Диаметр кратера Тихо — 86 км, следовательно, его взрывная воронка могла пробить литосферу и углубиться в силициды. Будучи засыпанной смесью из силикатов и силицидов, она (воронка) будет иметь повышенную теплопроводность, и весьма вероятно, что в таком кратере тепловой поток будет достигать 100 мВт/м² и даже более.

Лучевые выбросы кратера Тихо прослеживаются в некоторых направлениях на тысячи километров (рис. 53), и они являются самыми светлыми на поверхности Луны. Их повышенная отражательная способность, по всей видимости, обусловлена примесью интерметаллических силицидов, имеющих высокое альбедо. Еще в 60-х годах прошлого века поверхность нашего спутника зондировали с Земли радиоимпульсами и обнаружили, что в кратере Тихо и на его лучах отражение радиолокационных сигналов резко повышается, что свойственно металлам. Я надеюсь, при дальнейших исследованиях кратеру Тихо будет уделено достойное внимание, всетаки это наиболее яркая деталь видимой стороны Луны.

Рис. 53. Кратер Тихо и его лучевые выбросы — самые яркие детали Луны.

Для такого внимания есть и сугубо практическая цель. Рано или поздно на Луне появятся станции постоянного обитания, и будущих обитателей может подстерегать опасность необычного рода. Силициды, вырванные взрывами и выброшенные на поверхность, в результате метеоритной обработки перемешиваются с лунным реголитом, состоящим из частиц силикатов и окислов. Но такая смесь огнеопасна, как термит. Силициды (содержащие — Si, Mg, Ca, Al и др.) способны отбирать кислород у окислов железа (а также у Mn, Ni и др.) с выделением большого количества энергии. На роль «фитиля» подходят микрометеориты, они ничего не разбрасывают, но могут поднять температуру «в нужной точке» и запалить форменный пожар. В данной связи обращают на себя внимание сообщения астрономов-любителей о загадочном явлении «красного свечения». На ночной стороне Луны вдруг появляется «красная точка», свечение в течение нескольких часов усиливается и расширяется, затем начинает угасать и пропадает совсем. При этом не наблюдается никакого изменения рельефа. Всем этим предсказаниям трудно поверить даже мне — автору, но вместе с тем я бы предпочел селиться за пределами светлых лучевых выбросов «от греха подальше», пока не будет выяснена их природа.

Попытать свою удачу и заработать первый миллион Вы сможете в казино william hill азартные игры онлайн, где представлены самые популярные азартные игры. Самую полную информацию по данному казино Вы найдете на сайте www.casino-player.ru.

В эволюции изначально гидридной планеты можно выделить две основные стадии: активного развития и пассивного старения. Активное развитие связано с дегазацией водорода, когда происходит изменение внутренней структуры планеты и формируются основные черты ее геологического строения. Стадия пассивного старения наступает по мере исчерпания водородных запасов, в результате чего умирает тектоническая активность планеты, исчезает магнитное поле, постепенно теряются атмосфера и гидросфера (если они были, разумеется). Современное разнообразие планет земной группы (табл. 7) зависит от их исходных размеров, а также удаленности от Солнца.

Таблица 7. Физические характеристики внутренних планет.

Внутреннее строение планет, еще не исчерпавших водородные запасы, соответствует структуре Земли, т.е. они имеют плотные гидридные ядра и, соответственно, высокую среднюю плотность, тогда как полностью дегазированные планеты обладают значительно меньшей плотностью. В этой связи становятся понятными высокие плотности крупных планет — Земли и Венеры и значительно меньшие плотности малых планет — Луны и Марса. Последние израсходовали свои водородные запасы и в настоящее время представляют собой сферы из интерметаллических силицидов, покрытые силикатно-окисной оболочкой (рис. 50).

Рис. 50. Внутреннее строение Земли на различных этапах ее развития и особенности внутреннего строения планет земного типа на современном этапе (в свете их изначально гибридного состава). 1 — внешние силикатно-окисные оболочки, 2 — бескислородные интерметаллические соединения (преимущественно силициды), 3 — металлы с растворенным в них водородом, 4 — гидриды металлов.

Исключительность небольшого Меркурия (5,5% от массы Земли), имеющего высокую плотность и, следовательно, непропорционально большое ядро, связана с его статусом ближайшей планеты к Солнцу. Согласно магнитной сепарации он получил наименьшую долю кислорода и, соответственно, должен иметь самую тонкую силикатно-окисную оболочку. Последняя, по всей видимости, столь маломощна (и так сильно нарушена ударно-взрывными кратерами), что не в состоянии обеспечить термоизоляцию недр. Темпы развития такой планеты должны быть резко замедлены и в ней длительное время может сохраняться гидридное ядро в связи с тем, что потеря тепла идет весьма эффективно и разогрев недр не достигает температурного предела устойчивости гидридов.

С наших позиций, магнитное поле могут иметь только те планеты, которые еще не исчерпали запасы гидридов и которые достаточно быстро вращаются. Поэтому у Луны и Марса (они исчерпали свои запасы водорода) магнитного поля в настоящее время нет. Однако в прошлом, на активной стадии развития этих планет, магнитное поле у них было, поскольку скорость вращения Марса близка земной и Луна раньше вращалась значительно быстрее, но затем затормозилась приливным трением. В будущем по «записи» магнитного поля (по остаточной намагниченности) можно будет установить продолжительность активной стадии их развития, так как время тектонической смерти фиксируется отключением магнитосферы. Отсутствие магнитных полей у Венеры и Меркурия обусловлено малыми скоростями их вращения, к тому же Меркурий застыл в своем развитии.

Венера находится ближе к Солнцу, чем Земля, и в этом причина столь разительных отличий в условиях на поверхности соседних планет, хотя их внутреннее строение, по сути, одинаково (рис. 50). При образовании протопланетного диска, в зоне формирования нашей соседки, исходная доля кислорода оказалась меньше земной (из-за магнитной сепарации). На Земле кислорода оказалось достаточно и на литосферу, и на гидросферу. По всей видимости, на Венере его не хватило для своевременного образования гидросферы. В результате углекислый газ не имел возможности «садиться» в виде карбонатов, а накапливался в атмосфере, что спровоцировало мощнейший парниковый эффект, температура атмосферы пополз -ла вверх и в настоящее время составляет порядка 500 ⁰С.

Отсутствие гидросферы на Меркурии также можно объяснить дефицитом кислорода. Кроме того, эволюция этой планеты заторможена, и даже та самая малая относительная доля кислорода, отмеренная магнитной сепарацией, практически вся остается в теле планеты, поскольку нет водородной продувки. К тому же Меркурий очень энергично обдувается «солнечным ветром», который (при отсутствии магнитной защиты) сдувает все газообразное. По этой причине атмосфера там не может удерживаться.

Масса Луны слишком мала для удержания газов, и поэтому на ней никогда не было ни атмосферы, ни гидросферы даже на активной стадии ее развития, когда происходила дегазация водорода и существовало дипольное магнитное поле.

С наших позиций, характер тектонических структур планеты также определяется размерами планеты. Расширение планеты обусловлено степенью уплотнения гидридов во внутренних зонах, но уплотнение зависит от давления, т.е. от массы планеты. Чем больше масса космического тела, тем выше в его недрах давления, тем значительней уплотнение и, соответственно, тем больше возможный масштаб расширения планеты на стадии активного развития, и, наоборот, на малых планетах увеличение объема должно быть гораздо меньшим или будет вообще отсутствовать. Расширение планеты сопровождается заложением протяженных поясов тектономагматической активности. Если же планета мала и ее расширение сильно редуцировано, то тектоно-гены будут «трубообразными», а тектономагматические структуры овально-кольцевыми.

По нашему мнению, именно в этом отличие лунного лика (с его кольцевыми структурами) от Земли, для которой характерны протяженные системы горных цепей и еще более протяженные зоны рифтогенеза. Марс по размерам занимает промежуточное положение, и, как выяснилось, на его поверхности есть и кольцевые, и линейные структуры, но масштабы расширения этой планеты во много раз меньше земных. Понятно, что на Венере текто-номагматических поясов должно быть больше, чем на Марсе. Вместе с тем если изотерма в 500 ⁰С в венерианской литосфере находится на поверхности, то наверняка такая литосфера имеет гораздо большую пластичность по сравнению с земной. По этой причине зоны спрединга на Венере должны маскироваться пластичной литосферой, способной растягиваться, тогда как на Земле рифтогенез проявляется гораздо более четко из-за преобладания в коре хрупких деформаций. Специалисты, однако, разглядели на Венере обширные зоны «мягкого спрединга», осуществляемого в пластичной среде, что свидетельствует о расширении планеты.

Любопытно обратить внимание на многочисленные свидетельства древнейших народов Земли о необычном облике Венеры в прошлом: оказывается, она была яркой, «как Солнце, и с хвостом». В те времена поэтически настроенные летописцы редко упоминали Луну, но восторгались исключительно Венерой. Об этих свидетельствах с удивлением писал А.Гумбольдт. Мощная корона из водорода, сдуваемая солнечным ветром, вполне могла создать столь необычный для нас облик этой планеты. В рамках нашего понимания, в этом нет ничего необычного, просто письменность на Земле появилась прежде, чем на Венере закончился очередной этап дегазации. К тому же столь резкие изменения Венеры (на протяжении исторического времени) могли быть обусловлены только водородом, обладающим высокой скоростью диссипации в космическое пространство.

Сестрички-оборотни уже не мечтают выйти замуж и живут лишь надеждой, что когда-нибудь смогут избавиться от своего проклятия.

Гипертрихоз или как его еще называют синдром оборотня – одно из самых редких заболеваний, которое волею судеб затронуло сразу трех сестер, тела которых от макушек до пят покрывает густая волосяная поросль.

23-летняя Савита (Savita), 18-летняя Мониша (Monisha) и 16-летняя Савитри Сангли (Savitri Sangli), живущие в небольшой деревушке вблизи Пуне (центральная Индия), унаследовали это заболевание от своего отца.

Девушки пытаются держать свое заболевание под контролем, используя крема для удаления волос, и надеются скопить денег на лазерную процедуру, которая позволит им раз и навсегда избавиться от покрывающей их тела шерстки.
Читать дальше>>

В марте прошлого года 55-летний Крэйг Льюис (Craig Lewis) умирал от сердечной недостаточности, вызванной образованием в тканях его тела специфических белков, и даже установка кардиостимулятора не могла спасти ему жизнь.

Но два врача из «Техасского Института Хирургии Сердца» (Texas Heart Institute) разработали революционное решение этой проблемы, которое заключалось в установке устройства «непрерывного потока», позволяющего крови циркулировать по телу даже в отсутствии пульса. Читать дальше>>

Недавнее падение российского космического аппарата Фобос-Грунт на Землю заставило общественность обратить свое пристальное внимание на проблему всевозрастающего количества космического мусора. Некоторые даже всерьез задумались над тем, становиться ли легче Земля в результате того, что мы отправляем в космос многотонные шаттлы или нет?”.

Ответить на этот вопрос попытались академики из Кембриджского Университета (Cambridge University).
Читать дальше>>

Хотите сделать своему любимому человеку подарок, который останется с ним на всю жизнь, тогда без промедления вбивайте в поисковую строку Яндекса: “порода собак мастиф” и переходите на сайт n-l-d.ru, где Вы сможете получить наиболее полную информацию о собаках данной породы, проконсультироваться с ветеринаром и приобрести игрушки для щенка.

ЭВОЛЮЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВО ВРЕМЕНИ

За время своей жизни изначально гидридная Земля претерпела кардинальные и необратимые изменения. Объем гидридов сократился от преобладающего в новорожденной планете до объема внутреннего ядра на современном этапе. Резко увеличилась мощность металлосферы, и сейчас она составляет примерно 3/4 объема Земли. Сформировалась литосфера. Объем планеты увеличился почти в пять раз от изначального, а площадь ее поверхности приросла примерно в 3 раза. Разумеется, это отразилось на характере протекавших геологических процессов.

По данным абсолютной геохронологии, древнейшие породы имеют возраст порядка 3,8 миллиарда лет. Они обнажены на щитах докембрийских платформ, и в некоторых местах эти древнейшие породы сохранились с тех времен в неизмененном виде. По составу минералов и минеральных ассоциаций было установлено, что они образовались при давлениях порядка 8—10 килобар, в интервале температур от 650 до 800 ⁰С, т.е. в условиях гранулитовой фации метаморфизма. Если полагать радиус Земли неизменным (и, соответственно, неизменной силу тяжести на поверхности), то получается, что эти древнейшие породы формировались на глубинах 30—35 км, где литостатическая нагрузка достигала необходимых (8—10 кбар) давлений. Спрашивается: куда подевалась толща архейских пород мощностью в 30—35 км со всех докембрийских платформ? Ни в архее, ни в протерозое нет структур, способных вместить такую массу осадков, т.е. возникает проблема захоронения громадного объема обломочного материала. В рамках традиционных представлений (о постоянстве объема Земли), это одна из неразрешимых загадок архея и давайте назовем ее «геобарическим парадоксом».

С другой стороны, если температура в 650 — 800 ⁰С была на глубинах 30—35 км, то геотермический градиент для архея оказывается равным 22—23 ⁰С/км. Однако данное значение градиента ниже современного для планеты. Это находится в вопиющем противоречии с характером распада радиоактивных элементов и масштабами генерации радиогенного тепла во времени. В архейскую эру радиогенного тепла выделялось в несколько раз больше, чем в кайнозое (за единицу времени, разумеется). Назовем эту несуразность «геотермическим парадоксом» архея.

Следует также отметить «безводный» режим метаморфизма, при котором сформировались гранулиты архея, преимущественно базитовый состав образований, отсутствие линейноориентированных поясов, повсеместность пластических деформаций, создающих хаос мелких структурных форм, при изучении которых создается устойчивое впечатление, что этот хаос явился следствием «мелкоячеистой конвекции».

Кроме того, гранулиты архея содержат очень мало калия. Это особенно бросается в глаза на фоне исключительно мощной нижнепротерозойской гранитизации, сопровождаемой практически повсеместным калиевым метасоматизмом, который проявился прежде всего в виде микроклинизации. Калиевый полевой шпат — микроклин — в обнажениях обычно имеет красный цвет, и это помогает ориентироваться при полевых наблюдениях на щитах. Когда в маршруте вы замечаете, что привычные серые оттенки пород вдруг сменились гораздо более богатой цветовой палитрой с преобладанием розового цвета (и если это не от граната), то почти наверняка, либо вы вышли из архея в протерозой, либо попали в зону, где архейские гранулиты претерпели калиевый метасоматизм протерозойского или более позднего возраста. Получается, что на протяжении почти двух миллиардов лет от рождения планеты вплоть до начала протерозоя что-то сдерживало вынос литофильного калия в верхние горизонты литосферы. Причина этого будет рассмотрена ниже в специальном разделе 11.2, а здесь мы обсудим остальные парадоксы и загадки, упомянутые в этой главе.

«Геобарический и геотермический парадоксы» автоматически исчезают при допущении расширения планеты. Согласно нашей оценке возможного расширения Земли (см. раздел 8.1), сила тяжести в архее была в 3—3,5 раза больше современной, и в этом случае давления порядка 10 кбар достигались на глубинах 8—10 км, что сразу снимает остроту с «проблемы захоронения». Кроме того, если температура в 650 — 800 ⁰С достигалась уже на глубине 10 км, то получается, что архейский геотермический градиент был примерно в 2,5 раза выше современного, как и должно быть.

В разделе 4 мы уже говорили про образование литосферы на ранних этапах существования планеты в связи с выносом кислорода во внешнюю оболочку в процессе водородной продувки металлосферы. При этом литосфера нарастала только до определенной глубины. Это связано с трансформацией полупроводникового кремния в металлизированное состояние при давлении в 125 кбар. Растворимость водорода в решетке полупроводникового кремния очень мала, тогда как металлизированный кремний (по свойствам он подобен титану) способен растворять очень много водорода. Вместе с тем давно подмечено: чем выше растворимость водорода в решетке металла, тем эффективнее металл очищается от примеси кислорода. Таким образом, при давлениях, превышающих 125 кбар, кремний (в условиях продувки водородом) не может вступать в химическое взаимодействие с кислородом. Наоборот, происходит очищение металлизированного кремния от кислорода (при малой исходной концентрации кислорода, как в нашем случае). Но при меньших давлениях, когда кремний становится полупроводниковым и растворимость водорода в нем резко уменьшается, образование окисла идет весьма энергично с выделением большого количества энергии (тепла)*.

———————————————————————————————————

* Кроме того, образование окисла по менее плотной фазе оказывается гораздо более выигрышным с энергетической точки зрения. Это является дополнительным фактором, влияющим на преимущественное образование окиси кремния при давлениях меньших 125 кбар.

———————————————————————————————————

Тепло, выделявшееся при образовании силикатов (это сотни кДж на моль), обеспечивало постоянный подогрев силикатно-окисной оболочки, и она, на протяжении всего процесса своего формирования, вынуждена была пребывать в состоянии тепловой конвекции. Сила тяжести к концу архея была в 3 раза больше современной. Давление в 125 кбар (давление металлизации кремния) достигалось на глубине порядка 130 км, и таковой была мощность архейской литосферы. При тепловой конвекции горизонтальные плечи ячей, как правило, всегда меньше их вертикальной составляющей. Поэтому конвекция в архее могла быть только мелкоячеистой, и характерная размерность архейских структур должна быть в пределах десятков километров, не более.

Теперь относительно безводности архейских гранулитов. В сопоставлении с водородом все петрогенные элементы имеют гораздо большую энергию единичной связи с кислородом. Это значит, что вода в составе глубинного ювенильного флюида (преимущественно водородного) может появиться только после полного окисления петрогенных элементов в литосфере (полного окисления во всем объеме литосферы, поскольку она эффективно перемешивалась конвекцией). Таким образом, появление воды в составе глубинного флюида свидетельствует о завершении формирования литосферы. Под «завершением» в данном случае следует понимать, что к концу архея произошло полное окисление петрогенных элементов во внешней геосфере, мощностью порядка 130 км (при силе тяжести — 3 g). В дальнейшем, в связи с расширением планеты и уменьшением силы тяжести, граница фазового перехода кремния опускалась глубже, и, соответственно, мощность литосферы могла увеличиваться. Но это происходило уже не повсеместно, как в архее, а под поясами тектономагматической активности (в устьях тектоногенов).

Расчеты показывают: для полного окисления архейской литосферы в ней должно было собраться не менее 40% всего запаса кислорода планеты. С конца архея и до настоящего времени на доращивание литосферы было израсходовано еще примерно 27%, остальные 33% остаются в ядре планеты (напомню: исходная доля кислорода в теле планеты, в рамках нашей модели, составляет примерно 1/100 от ее массы). Эти цифры весьма приблизительны, однако они показывают, что к концу архея 40% массы изначально гидридной Земли были очищены от исходной примеси кислорода. Это было возможно только в том случае, если водород в очищаемом объеме присутствовал в виде протонного газа, растворенного в металле, что весьма способствует очищению кристаллических решеток металлов от кислорода. Таким образом, к началу протерозоя Земля израсходовала примерно 40% своих изначальных гидридных запасов. Ниже будет показано, что планеты земного типа живут и развиваются до тех пор, пока не исчерпают свои запасы гидридов, и с исчерпанием этих запасов они «умирают» (в геолого-тектоническом смысле). Соответственно, Земля к концу архея израсходовала 40% своих «жизненных сил», и в данной связи нас не должна удивлять длительность архейской эры, которая занимает не менее 1/3 истории планеты.

Полное окисление петрогенных элементов в объеме архейской литосферы — это очень важный момент в истории развития планеты. С этого времени выделение тепла от экзотермических реакций окисления резко сократилось. В результате резко уменьшился геотермический градиент, соответственно, в литосфере понизились температуры, прекратилась конвекция, и стали появляться ядра стабильности. Вместе с тем с появлением металлосферы и увеличением ее мощности водород при дегазации приобретал возможность разделяться на отдельные потоки, которые, однако, еще не были локализованы в узких зонах. По этой причине концентрация водорода в них была недостаточной для формирования полноценных зон заглатывания. Соответственно, не было и последующего горообразования, о чем свидетельствует отсутствие моласс в нижнем протерозое. Однако эти потоки обусловили стягивание тектономагматической активности в нижнепротерозойские «зеленокаменные» пояса, облекающие архейские ядра стабильности.

Появление воды в глубинном флюиде обусловило переход к амфиболитовой фации метаморфизма и вызвало исключительно мощную гранитизацию, в результате которой был сформирован гранитный слой земной коры. Специалисты по докембрию утверждают, что 80% гранитного слоя коры современных континентов было сформировано именно в нижнем протерозое. Гранитизация часто проявлялась в виде гранитогнейсовых куполов различных размеров, которые всплывали и сминали вмещающие породы в весьма прихотливые складки.

Формирование гранитного слоя сопровождалось накоплением в коре многих литофильных элементов. Соответственно под корой, в литосферной мантии выделился слой, обедненный этими элементами. С появлением полноценной континентальной коры и обедненного резервуара в мантии (синонимы — деплетированная мантия или рестит) открывается новая страница в характере магматизма планеты. Например, только в архее известны коматииты — это излияния базит-ультрабазитового состава, обогащенные многими литофильными элементами, но в том же архее нет базальтов, выплавляемых из деплетированной мантии. Базальты, обедненные литофильными элементами, проявляются в связи с образованием слоя рестита в мантии. Или еще пример, в архее нет аляскитовых гранитов, крупные плутоны этих пород появляются с рубежа ~ 1,7 млрд. лет как показатель существования зрелой континентальной коры. Примеры подобного рода можно перечислять долго.

Рубеж архея—протерозоя — это время кардинальных изменений условий на поверхности планеты. Согласно нашей концепции, в архее не было гидросферы и не могло быть, поскольку весь кислород, поступавший из недр в связи с водородной продувкой, расходовался на формирование силикатно-окисной литосферы*.

———————————————————————————————————

* Вместе с тем нельзя исключить, что в связи с выпадением кометного материала (строительного мусора, оставшегося после формирования внешних планет) вода попадала на Землю. Разумеется, при ударе она испарялась, но кто знает, возможно, в архее на поверхности вода могла конденсироваться и образовывать временные мелководные бассейны (лужи).

———————————————————————————————————

Однако с конца архея с появлением воды в составе глубинного флюида появляется и гидросфера, и для нижнего протерозоя осадконакопление в водной среде становится нормой.

Происходит также кардинальное изменение состава атмосферы: в архее это прежде всего — метан, аммиак, сероводород, угарный газ (CH₄, NH₃, H₂S, CO); в протерозое — азот, кислород, водяной пар, углекислый газ (N₂, O₂, H₂O, CO₂).

В нижнем протерозое происходило постепенное увеличение концентрации кислорода в атмосфере, и в соответствии с этим увеличивалось его содержание в гидросфере в растворенном виде. Это приводило к переводу железа из закисного состояния (FeO) в окисное (Fe₂O₃). И поскольку окисное железо (в отличие от закисного) практически не растворяется в воде, то с увеличением парциального давления кислорода началась эпоха образования осадков, резко обогащенных железом, и в результате сформировались гигантские месторождения железистых кварцитов. Возраст этих месторождений лежит в интервале 2,8—2,2 миллиарда лет. Пик по запасам приходится на время 2,5—2,4 млрд. лет. По всей видимости, накопление железистых кварцитов не случайно совпадает во времени с эпохой формирования гранитного слоя коры. При гранитизации количество темноцветных минералов (содержащих железо) резко уменьшается по сравнению с тем, что было в кристаллических сланцах изначально (до гранитизации). Следовательно, формирование гранитного слоя коры сопровождалось выносом огромных количеств железа. И поскольку гра -нитный слой, в своем преобладающем объеме, сформировался в нижнем протерозое, то становится понятным, почему железистые кварциты не проявились столь же масштабно за пределами этого временного интервала.

С рубежа в 2 миллиарда лет в разрезах периодически стали появляться «красноцветы». Это свидетельствует о том, что парциальное давление кислорода в атмосфере временами достигало такого уровня, что вызывало полное окисление железа на поверхности планеты. Кислород на поверхность планеты доставляется в основном в виде воды и углекислоты в составе глубинных флюидов. Содержание CO₂ во флюидах обычно варьирует в пределах 1—3%, концентрация в атмосфере в настоящее время составляет порядка 0,1% (вес.). Существует мнение, что кислород в атмосфере появился и поддерживается на определенном уровне в связи с жизнедеятельностью растений, которые усваивают углерод из углекислого газа (в результате фотосинтеза), а кислород выделяют в атмосферу. Вне всякого сомнения, этот процесс идет на планете. Однако эпохи угленакопления не совпадают во времени с эпохами образования красноцветов, и это заставляет предполагать существование других источников кислорода для пополнения атмосферы.

МЕТАЛЛОСФЕРА

Глубоководный желоб, в нашем понимании, появляется в результате оттока материала астеносферы из-под этой зоны. Таким образом, желоб как бы обрамляет депрессионную воронку в плане, и, по сути дела, это будущий краевой прогиб. Здесь господствует режим растяжения, и с ним мы связываем появление цепочек вулканов, которые обычно привязаны к внутренним склонам желобов. Эти вулканические пояса появляются в связи с разрывами сплошности земной коры, и первоначально вулканы, как правило, появляются в пределах глубоководного желоба как подводные, но затем, по мере накопления извергнутого материала, они постепенно превращаются в острова. Таким образом, и глубоководный желоб, и вулканический пояс обусловлены одной и той же причиной — растяжением земной коры по периферии депрессионной воронки в астеносфере.

В пределах внутреннего моря, ограниченного от океана желобом и вулканическим поясом, преобладает режим сжатия. И здесь можно видеть начало того самого скучивания, о котором мы говорили в связи с альпийским тектогенезом. Это выражается в наличии очагов землетрясений под морями, во всей толще литосферы, от коры до зоны заглатывания. И по масштабам выделения сейсмической энергии можно судить об активности процессов скучивания. Об этом же свидетельствует «коробление» рельефа дна этих акваторий, а местами в них видны явные признаки формирования кордильер, пока подводных.

Рис. 32. Тектоноген и зона заглатывания в переходной зоне от континента к океану (так называемый «тихоокеанский» тип сочленения).

На рисунке 15 показано генеральное направление эволюции потоков водорода в недрах планеты. Но сейчас нам будут интересны детали этого процесса на современной стадии развития Земли. Для этого было проведено моделирование потока водорода через толщу металлосферы. На рис. 33а отрезок a—b является границей металлосферы с литосферой, c—d — граница с ядром. Скорость диффузии водорода в металлах возрастает с ростом температуры (см. рис. 14). Следовательно, температуру «Т» можно рассматривать как физическую величину, отражающую проницаемость (или проводимость) водорода в металлах. Соответственно, величина l/T, обратная тем

пературе, является мерой сопротивления, и при инфильтрации водорода он всегда направляется по пути наименьшего сопротивления, т.е. в сторону минимальных значений величины l/T*.

——————————————————————————————————

* С началом цикла разложения гидридов концентрация водорода в ядре превышает равновесную концентрацию (обусловленную растворимостью водорода в металлах при существовавших Р-Т-параметрах). Устанавливается «сверхравновесный» градиент водорода по концентрации (и давлению), и это означает, что водород не просто пассивно всплывает как что-то легкое, но активно нагнетается в металлосферу.

——————————————————————————————————

Моделирование начинается с того, что мы задаем температурное поле в металлосфере, для этого проводим изотермы в виде волнистых линий, расположенных горизонтально. Изотермы обращаем в изолинии величины l/T (именно эти изолинии показаны на рисунке 33а). Поток водорода от подошвы металлосферы моделируется в виде отдельных струек (на рисунке 33а это вертикальные стрелки). Далее включаются следующие алгоритмы. Каждая струйка движется снизу вверх по кратчайшему расстоянию до изолинии и пересекает ее под прямым углом (это путь наименьшего сопротивления при радиальном перемещении). При этом путь струйки должен иметь наименьшую кривизну.

Первоначальное распределение потока всецело зависит от заданного температурного поля. Однако не следует забывать, что водород является прекрасным теплоносителем и обязательно должен прогревать зоны своей преимущественной инфильтрации. В данной связи включается еще один алгоритм — в местах сгущения струек температура повышается, соответственно, изолинии величины l/T опускаются вниз, и это обусловливает сбор водородных струек на выходе в изолированные русла (рис. 33-б).

Одновременно с этим крупные потоки начинают перехватывать зоны питания мелких (сравните нижние части рисунков рис. 33-а и 33-б) и, в конце концов, перехватывают их полностью (рис. 33-в). В результате мелкие потоки постепенно отмирают.

Разумеется, окончательная картина распределения потоков целиком обусловлена изначально заданным температурным полем, и если мы зададим другие тепловые вариации, то и конечный результат будет другим. Но вместе с тем в этом другом варианте обязательно будут те же самые отличительные моменты: стягивание рассеянного стока в изолированные русла и перехват зон питания мелких потоков крупными.

Рис. 33а, б, в, г. Характер эволюции потока водорода в металлосфере (разрез).

В рамках проведенного моделирования можно наметить обязательную направленность в эволюции тектоногенов. Дело в том, что тектоногены не могут находиться рядом друг с другом (к примеру, на расстоянии в тысячу километров), поскольку столь близко расположенные струи водорода обязательно сольются в единый поток, так как более мощная струя непременно притянет все менее мощные струи, расположенные поблизости, или перехватит на глубине зоны их питания. По всей видимости, именно этот процесс укрупнения тектоногенов идет в западной части Тихого океана к северу и северо-востоку от Австралии. При этом, разумеется, могут оставаться «брошенные» островные дуги, желоба и краевые моря (или их фрагменты), в которых тектономагматическая активность внезапно прекратилась. В сравнении с действующими, эти «брошенные» всегда будут меньших размеров. Глубокофокусная сейсмичность под ними должна быть резко ослаблена, а из-за преждевременного разуплотнения тектоногенов в «брошенных» краевых морях могут возникать архипелаги островов с невысоким («недоношенным») рельефом и слабой складчатостью молодых осадочных пород, выведенных на дневную поверхность.

Отметим еще один обязательный аспект в эволюции ныне действующих тектоногенов. Вначале, при их заложении, эти тектоногены, скорее всего, были более протяженными. Не исключено, что изначально образовался единый (и непрерывный) текто-ноген по периферии Тихого океана (за исключением юга), с ответвлениями в его западной части. Однако из-за стремления водорода собираться в отдельные струи единый тектоноген стал разбиваться на изолированные «трубы». При этом возрастала степень насыщения металлов водородом, что вызывало все большее уплотнение тектоногенов и, соответственно, увеличивало глубину зоны заглатывания. В результате в будущем тектономагматическая активность должна будет собраться вокруг таких трубообразных тектоногенов, отстоящих друг от друга не менее чем на 1500 км. При этом глубоководные желоба (в плане) будут приобретать форму, близкую к половине окружности, и будут охватывать (обрисовывать) трубообразные зоны глубокофокусной сейсмичности. Возможно, Марианский желоб продвинулся в этом направлении дальше других.

Скучаете на работе? Значит Вам просто необходимо закачать на свой мобильный телефон невероятно красочную и забавную игру where is my water android, за которой Вы сможете не только скоротать несколько часов свободного времени, но и развить логическое мышление. Скачать эту игру Вы сможете на сайте androidops.ru.

Если игральные карты – это ваша страсть и ради хорошей игры с большими ставками Вы готовы отправиться хоть на край света, тогда Вам следует знать, что в покер рум на сайте www.pokerstars.com Вы сможете улучшить свои навыки игры и бросить вызов самым опытным игрокам в покер со всего мира, не отходя от вашего компьютера!

МЕТАЛЛОСФЕРА ЗЕМЛИ

Переходный слой мантии

По сейсмическим данным, на глубинах 400, 670 и 1050 км установлены скачки в скорости прохождения сейсмических волн (рис. № 9). Геофизики связывают это с трансформацией кристаллических решеток в более плотные модификации по мере возрастания давления. По нашим данным, эти уровни находятся в пределах металлосферы, которая на 90% сложена силицидами магния и железа, а также металлическим кремнием — Si. Относительную распространенность этих фаз можно представить пропорцией — Mg₂Si : Si : FeSi = 6 : 3 : 1.

Рис. 9. Три скачка в скорости распространения сейсмических волн в верхней мантии.

Естественно было предположить, что объемные эффекты связаны с трансформациями кристаллических решеток, преобладающих по объему фаз (Mg₂Si и Si). По этой причине я обратился к соответствующим специалистам в надежде уговорить их определить сжимаемость силицида магния до давлений порядка 450 кбар. Но они (специалисты) не согласились, ссылаясь на то, что соединение Mg₂Si разлагается во влажной атмосфере и это создает большие сложности в работе. Они же порекомендовали мне только что опубликованную работу американских физиков по сжимаемости кремния до 510 кбар (рис. № 10). Я не очень надеялся обнаружить сразу все три скачка в плотности в одном кремнии, но и не очень удивился этому, поскольку уже привык, что концепция сама себе помогает.

Рис. 10. Три полиморфных перехода у кремния при статическом сжатии до 510 кбар на алмазных наковальнях.

Разумеется, давления переходов в эксперименте с кремнием (при комнатной температуре) разнятся с давлениями переходов в недрах планеты, где температуры существенно выше, так и должно быть. Однако давайте представим, как может выглядеть диаграмма фазовых состояний кремния на основе известных данных (рис. 11). Мы знаем температуру плавления кремния при атмосферном давлении — это 1430 ^оС на оси температур. Из эксперимента американских физиков нам известно положение точек А-В-С по оси давлений при комнатной температуре (20 ^оС). Мы не знаем закона, по которому происходит смещение фазовых границ в зависимости от температуры, т.е. не знаем, каковы градиенты dP/dT. Эти градиенты можно определить, повторив эксперимент американских физиков при более высокой температуре. Допустим, этот эксперимент покажет давления фазовых переходов при температуре 400 ^оС, и это будут точки X-Y-Z (разумеется, сейчас мы не знаем положение этих точек по давлению, и на рисунке они показаны чисто условно, с тем чтобы обозначить возможный ход рассуждений). Если эти точки будут определены, то мы сможем провести фазовые границы.

Сейсмологи дают нам глубины (суть, давления) фазовых переходов в недрах планеты, эти уровни показаны вертикальными пунктирными линиями (130 кбар, 240 кбар и 400 кбар). И если эти переходы обусловлены полиморфизмом кремния, то, проведя фазовые границы до пересечения с этими уровнями (точки D-E-F), мы сможем определить температуры в мантии на глубинах 400, 670 и 1050 км. Таким образом, здесь открывается возможность определить температуры в недрах планеты на глубинах фазовых переходов. Для этого нужно всего лишь повторить эксперимент американцев, но при более высоких температурах. Технически это не составляет проблемы.

Геофизиков весьма интригует необычный характер скоростей сейсмических волн ниже и выше раздела у 400 км. Под этим разделом градиент нарастания скоростей почему-то ощутимо выше, чем над ним. Получается, что сжимаемость вещества после полиморфного перехода (т.е. в области более высоких давлений) становится выше. Для силикатов и окислов это совсем не свойственно, но не так уж редко случается при переходах типа «полупроводник → металл», как в нашем случае с кремнием. Более плотная металлизированная фаза может обладать большим градиентом сжимаемости в связи с разрушением жестких ковалентных связей кристаллической решетки полупроводника. И если вы посмотрите на рис. 10 под острым углом «с юго-востока», то увидите это сами, отрезок № 2 кривой сжимаемости идет гораздо круче вниз в сравнении с отрезком № 1.

Рис. 11. Возможная диаграмма фазовых состояний кремния, римскими цифрами показаны фазы.

Геофизики также отмечают в «нижней мантии» (глубже 1000 км) аномально низкие градиенты нарастания скоростей сейсмических волн и сжимаемости. Но это опять же аномально только для силикатов и окислов и, напротив, свойственно металлам, у которых при давлениях более 400 кбар резко сокращается приросты сжимаемости и модуля Юнга (он же модуль упругости).

Теперь о плотности. Кремний при давлении в 500 кбар уплотняется в два раза (см. рис. 10), и, следовательно, его плотность на глубине 1250 км должна быть равной 4,66 г/см³. Плотность мантии на этой же глубине (по модели Буллена) достигает 4,67 г/см³. Согласитесь, совпадение более чем удовлетворительное. Однако кремний не является преобладающей по объему фазой, и мы не знаем характера уплотнения фазы Mg₂Si (главной по распространенности). Известно лишь, что при давлениях порядка 60 кбар она претерпевает переход типа «полупроводник → металл», и ее металлизированная модификация оказалась устойчивой при комнатных температуре и давлении, и в этих (комнатных) условиях она имеет плотность 2,35 г/см³. Плотность кремния при этих параметрах 2,33 г/см³, и остается только надеяться, что фаза Mg₂Si с набором давле -ния уплотняется так же, как кремний. Для фазы FeSi данных по сжимаемости также нет, ее плотность в обычных условиях равна ~ 5,20 г/см³. Любопытно отметить: расчет плотности вещества, состоящего из фаз: Mg₂Si + Si + FeSi (взятых в пропорции — 6:3:1), показывает величину — 2,64 г/см³, что соответствует плотности гранито-гнейсов верхних горизонтов континентальной коры. Следовательно, если языки силицидов проникли кое-где на континентах близко к поверхности планеты, то это не должно сопровождаться резкими аномалиями в гравитационном поле.

Как видите, дорогие физики-экспериментаторы, для вас есть работа.

Вы твердо решили, что свой следующий отпуск обязательно проведете заграницей, рассудив, что отдых в Египте станет для Вас более захватывающим и незабываемым приключением, чем, скажем, посещение достопримечательностей Вологодчины. В таком случае я просто обязан донести до вашего сведения, что ведущая туристическая компания «Мир Странствий» готова взять на себя все заботы по подготовке вашего путешествия.

Более подробную информацию Вы сможете получить у менеджеров компании по адресу www.pro-travel.ru.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНОГО СОСТАВА ЗЕМЛИ

В конце 50-х годов ХХ века Фрэд Хойл высказал идею о том, что при отделении протопланетного диска собственное магнитное поле небулы играло определяющую роль (Fred Hoyle — блистательный астрофизик и писатель фантаст в одном лице). Эта идея осталась практически невостребованной в космогонических построениях, однако она органически вписалась в наш сценарий происхождения Солнечной системы. Немного найдется космогонических концепций, которые можно было бы подвергнуть экспериментальной проверке. Но именно такова блистательная идея Хойла!

Схема этого теста удивительно проста. При формировании протопланетного диска вещество, сброшенное с протосолнечной небулы, должно было двигаться поперек магнитных силовых линий (см. рис. 2). Ионизированные, то есть заряженные, частицы не могут пересекать магнитные силовые линии (если у частиц не «релятивистские», а «тепловые» скорости перемещения), поэтому они захватываются магнитным полем и останавливаются в нем, тогда как нейтральные атомы свободно проходят через магнитное поле.

Рис. 2. Магнитная сепарация заряженных частиц при формировании протопланетного диска. Черные точки — ионизированные частицы, светлые кружки — нейтральные атомы.

Атомы различных химических элементов различаются по склонности к ионизации. К примеру, атом цезия может потерять свой электрон от света свечи или керосиновой лампы, в то время как атом гелия может оставаться нейтральным и в непосредственной близости от звезды. Таким образом, если идея Хойла и наши построения правомерны, то при формировании протопланетного диска элементы, которые легко ионизируются, должны были захватываться магнитным полем и останавливаться в околосолнечном (околопротосолнечном) пространстве, тогда как трудно ионизируемые элементы уходили в более удаленные зоны. Иными словами, мы предполагаем, что при формировании протопланетного диска происходило разделение элементов (магнитная сепарация) в зависимости от их потенциалов ионизации*.

—————————————————————————————————————————————————

* Способность того или иного элемента к ионизации оценивается либо энергией, которую необходимо затратить для отрыва от атома первого электрона, либо потенциалом ионизации первого электрона. В справочниках энергия ионизации приводится в электрон-вольтах, а потенциал ионизации — в вольтах.

—————————————————————————————————————————————————

Чтобы проверить это, необходимо провести ревизию данных о химических составах тел Солнечной системы. Само собой, для рассмотрения следовало брать только надежные, эмпирические (то есть аналитически установленные) данные и ни в коем случае не принимать в расчет «результаты», полученные на основе традиционно сложившихся умозрительных представлений о составе Земли и других планет, сколь бы убедительными они ни представлялись с точки зрения «бытующего здравого смысла». Какими же данными мы сегодня располагаем?

Во-первых, благодаря спектральному анализу нам известен состав фотосферы Солнца. Фотосфера отражает состав внешней зоны конвективного перемешивания, а в этой зоне заключено примерно 70% объема звезды.

Во-вторых, на Земле нам доступен только материал ее внешней геосферы до глубины примерно 150 км, и то в основном по обломкам глубинных пород, вытащенных на поверхность кимберлитовыми трубками взрыва.

В-третьих, образцы, собранные на Луне, позволяют судить о составе ее внешней оболочки.

Наконец, в-четвертых, по коллекциям метеоритов (собранных «в падениях») нам хорошо известен пояс астероидов, который отстоит от Солнца в три раза дальше Земли. Сведения по другим объектам Солнечной системы пока еще слишком фрагментарны.

Итак, мы знаем определенно лишь кое-что на Земле и Луне, но достаточно полно представляем состав Солнца и удаленного от него (на три астрономических единицы) пояса астероидов. Проведем сопоставление этих составов в парах: Земля — Солнце, Земля — пояс астероидов и Земля — Луна. По оси ординат откладываем относительную распространенность элементов, по оси абсцисс — их первые потенциалы ионизации. Результаты представлены на рис. 3, 4, 5. И они однозначно показывают, что распределение элементов в Солнечной системе действительно зависит от их потенциалов ионизации. Выходит, Хойл был все-таки прав! Пожалуйста, не торопитесь и вглядитесь в эти рисунки более внимательно. Хотелось бы, чтобы они отпечатались в вашей памяти. Это фундамент и основа всей концепции, и, как вы видите, этот фундамент установлен эмпирически на фактических данных, и в нем нет ничего умозрительного*.

—————————————————————————————————————————————————

* Много лет назад, когда я сообразил, что можно проверить идею Хойла на фактических данных и получил явные свидетельства ее правомерности, то сразу же обратился к нашему соотечественнику, не менее блистательному астрофизику И.С.Шкловскому. Он долго отказывался от встречи под разными надуманными предлогами, ссылаясь то на исключительную занятость, то на плохую погоду, которая не дай бог меня «простудит» и не дай бог сведет в могилу, и что он потом никак не простит себе этого. Я догадывался, таких людей, как Шкловский, часто осаждают люди, которые уверены, что они решили все проблемы мироздания. У этих «пророков» часто бывает не все в порядке с психикой, и общаться с ними тягостно, а иногда просто опасно, и тому были примеры. Однако я проявил настойчивость, лучше сказать — назойливость, а мягкая интеллигентность соотечественника не позволила ему ответить решительным отказом. Когда состоялась встреча, то Шкловский сразу увел меня подальше от коллектива (там ведь были беззащитные женщины), посадил на длинный диван в огромном пустом коридоре, сам сел с другого края и с вкрадчивой осторожностью обратился ко мне: «Скажите, Вы шизофреник?» До меня наконец-то дошел весь комизм ситуации, но я постарался наполнить взгляд искренностью идиота и с достоинством ответил: «Нет, что вы, гораздо хуже, я — невротик!» В глазах собеседника полыхнула паника, однако он преодолел себя и участливо спросил: «А что это такое?» Я стал объяснять: «Ну как, вы не знаете? Шизофреник уверен, что дважды два это пять! И это его никак не волнует. А невротик знает: дважды два — четыре, но это его постоянно раздражает». Видимо, мне не удалось «сохранить лицо», собеседник углядел лукавинку в моих глазах, его сразу отпустило, он заразительно расхохотался, подсел рядом и уже с интересом спросил: «Ну что там у вас?». Я достал объемистый текст, он замахал руками: «Нет-нет, увольте, читать ничего не буду, изложите суть в двух словах, а лучше покажите». Тогда я показал ему эти самые рисунки (3, 4, 5), и тут меня потрясла быстрота его реакции. Он глядел на них не более секунды, затем взглянул на меня ошарашенно и спросил: «А что, разве Хойл этого не сделал ?». Видимо, в моих глазах стало проявляться недоумение (кто же, кроме астрофизика Шкловского, может лучше знать об этом). Он понял неуместность своего вопроса и пробормотал: «Ну да, конечно, Хойл этого не сделал». Несколько секунд мы сидели молча, потом он вскинул на меня свой взгляд и вопрошающе произнес: «Но почему?» Некоторое время мы сидели и смотрели друг на друга с полнейшим недоумением. Затем я выступил у них (Шкловский и сотоварищи) на семинаре, где меня хорошо поддержали. По тем временам это было в диковинку, когда геолог выступал перед звездочетами с проблемой по астрофизике.

—————————————————————————————————————————————————

Теперь можно зримо представить, как протекала магнитная сепарация элементов по их потенциалам ионизации, которая и предопределила составы тел планетной системы. Во время формирования протопланетного диска вещество проходило через своеобразный магнитный сепаратор. Ионизированные частицы (с низкими потенциалами ионизации) захватывались магнитным полем и оставались в околосолнечном (околопротосолнечном) пространстве, в зоне формирования Земли (рис. 3), тогда как элементы с высокими потенциалами ионизации проходили без задержки и оказались в более удаленной от Солнца зоне. Поэтому относи -тельное содержание, например, углерода на Земле в тысячи раз меньше, чем на Солнце, его атомы, будучи преимущественно ней -тральными, проскочили мимо зоны Земли. Пояс астероидов отстоит от Солнца в три раза дальше зоны формирования Земли. И сразу становится понятным, почему в метеоритах много (по земным меркам) того же углерода, а также серы, золота, платиноидов, ртути, бериллия, — у этих элементов высокие потенциалы ионизации, и они слабо задерживались магнитным сепаратором (рис. 4). Вместе с тем, в метеоритах мало цезия, урана, калия, рубидия, которые легко ионизируются. Эти последние в своей основной массе не смогли просочиться сквозь магнитный сепаратор и были остановлены в зоне планет земного типа. Наконец, Земля и Луна находятся на одном расстоянии от Солнца, и магнитный сепаратор сработал для них (рис. 5) одинаковым образом (по всей видимости, они являются «двойной планетой» и их разделение произошло из-за быстрого вращения протопланетной сферы, набранного на стадии сбора протопланетных глобул).

Теперь мы подошли к самому главному, к определению исходного состава Земли, и здесь нам помогут два обстоятельства.

Рис. 3. Распространенность элементов на Земле относительно их обилия на Солнце.

Первое: состав Солнца за всю историю своего существования в виде Звезды сравнительно мало изменился: уменьшилось содержание водорода, добавилось гелия, частично выгорели в термоядерном синтезе литий и бериллий. Баланс остальных элементов остался практически неизмененным. Следовательно, по составу современного Солнца можно судить о составе протовещества, некогда сброшенного с Протосолнца при формировании протопланетного диска.

Второе обстоятельство: нам крупно повезло в том, что внешняя геосфера Земли, состав которой мы приняли к рассмотрению, сохранила различимый отпечаток исходного состава планеты, в противном случае мы не смогли бы обнаружить закономерность, которая, однако, проявилась (рис. 3, 4, 5). По этому отпечатку (рис. 3) мы можем провести (и достаточно определенно) тренд изначального положения элементов на графике, которое у них было до того, как включились земные геологические процессы и элементы стали «погуливать» согласно своим геохимическим наклонностям.

Итак, мы: 1) узнали состав того вещества, которое при формировании протопланетного диска проходило через магнитный сепаратор; 2) выявили тренд, по которому можно определить, в какой мере тот или иной элемент задерживался магнитным полем. Нам оставалось лишь взять перо и выписать тот изначальный состав, из которого формировалась планета Земля, что и было сделано (см. таблицу № 1).

Однако к этой таблице все же следует сделать некоторые пояснения. На графике (рис. 3) мы видим «кислородную аномалию». Это означает, что кислорода во внешней геосфере (которую мы приняли к рассмотрению) в десятки раз больше того, что должна была определить магнитная сепарация, согласно его потенциалу ионизации (13,6 В). Обсудим возможные причины появления этой аномалии. Можно предположить, что кислород как химически активный элемент, был связан в химические соединения, потенциалы ионизации которых были существенно ниже 13,6 В, где-то около 9 — 10 вольт, и тогда это самое «в десятки раз больше» было бы для кислорода нормой. Но оказывается, что никаких химических соединений на стадии магнитной сепарации не было и быть не могло.

Таблица № 1.

Исходный состав протопланетного вещества в зоне формирования Земли.

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Снова обратимся к рис. 3. Мы видим характерный излом тренда: в области до 8 В он идет горизонтально, но при больших значениях потенциалов ионизации круто поворачивает вниз и вправо. Этот излом тренда в области 8 вольт позволяет определить, что энергетический уровень (или уровень интенсивности) ионизирующего излучения был равен примерно 8 эВ. Все элементы, у которых энергия ионизации равна или меньше этого уровня, были ионизированы практически полностью. Если мы переведем эти электрон-вольты в привычную для термодинамики размерность — джоули на моль, то получим 772000 Дж/моль или 772 кДж/моль*.

—————————————————————————————————————————————————

* Для этого 8 эВ следует умножить на «постоянную Авогадро» (6,022045 ^. 10²³ моль^-1) и разделить на 6,24 ^. 10¹⁸ эВ/Дж (это число электрон-вольт в одном джоуле).

—————————————————————————————————————————————————

Эта величина примерно вдвое (и более раз) превышает энергию одинарной химической связи кислорода с другими элементами. Вывод: покуда сохранялся такой уровень ионизирующего излучения, стабильное существование химических соединений было невозможно, все было полностью диссоциировано и частично ионизировано.

Но если кислород при магнитной сепарации присутствовал в виде отдельных атомов и задерживался магнитным полем согласно своему потенциалу ионизации, то его содержание в зоне формирования Земли должно быть порядка одного процента (как указано в таблице). Ниже будет показано, что действительная причина «кислородной аномалии» — это перераспределение исходно низкого содержания кислорода в теле планеты в начальную эпоху ее эволюции уже как твердого космического тела.

Не следует также забывать, что протовещество, стекавшее некогда с Протосолнца, это, прежде всего, водород. Его нет на рис. 3, так как нет данных о его содержании на Земле. И это правильно (то, что нет данных), поскольку гравитация нашей планеты не способна удерживать водород и он легко утекает (диссипирует) в космическое пространство. Совершенно ясно, что раньше его было больше. Но сколько его было изначально? Теперь мы знаем положение тренда, которое определено магнитной сепарацией. Это дает нам возможность определить, согласно потенциалу ионизации водорода, что исходная концентрация этого элемента в зоне формирования Земли была около 60% (в атомных количествах, см. таблицу 1). Вполне достаточно, чтобы при образовании тела планеты все остальные элементы оказались в виде водородистых соединений — гидридов.

Предвижу вопрос внимательного читателя: «Но каким же образом можно удержать водород в глобулах и затем заставить его войти в твердое тело планеты?» Действительно, ведь даже Земля не в состоянии удерживать своей гравитацией водород, и что же говорить про глобулы, гравитация которых на несколько порядков меньше. К примеру, Луна, сила тяжести которой всего в шесть раз меньше земной, уже не способна удерживать не только водород, но и другие газы. Очень справедливый вопрос. Вместе с тем, мы имеем четкое свидетельство того, что при всем процессе аккумуляции Земли ка -ким-то образом осуществлялось удержание газов. Об этом свидетельствует «хвост» инертных газов на рис. 3, который однозначно показывает, что их концентрации на Земле остались такими же, какими их определила магнитная сепарация.

Я не буду исследовать причины данного явления, поскольку не считаю себя специалистом в астрофизике. Но если кто заинтересуется этой проблемой, то на мой непросвещенный взгляд за «газоудержание» прежде всего были ответственны следующие параметры. Во-первых, характерные размеры глобул, порядка миллиона км в диаметре, из такой структуры просто долго бежать. Во-вторых, низкие ионные температуры и, соответственно, малые скорости ионов и атомов (напомним, плазма была неизотермическая, с низкой ионно-атомной температурой и высокой электронной). В-третьих, сохранялся источник ионизации, и вещество находилось в виде частично ионизированной плазмы. Это означает, что каждый атом водорода также периодически подвергался ионизации на какое-то время. В-четвертых, в глобулах присутствовали магнитные силовые линии (скорее всего, смотанные в клубок из-за собственного вращения глобул), которые препятствовали выходу заряженных частиц наружу. По всей видимости, сбор глобул в протопланетную сферу происходил быстрее, чем потеря водорода.

Плотность сферы прото-Земли, с радиусом порядка миллиона километров, была в 1000 раз меньше плотности воздуха (при давлении в 1 атм). Следовательно, прото-Земля была прозрачна для тепловых фотонов, и по этой причине не могла иметь высокую температуру. Скорее всего, она была в интервале между 0 ^оС и 0 ^оК. И все же к началу конденсации, в связи с вымиранием короткоживущих изотопов, температура в протопланетной сфере была заведомо выше температуры застывания водорода и других газов, в том числе инертных. В этих условиях химически активный кислород еще в газовой фазе образовывал химические соединения (оксиды), которые уже и конденсировались в твердые частицы. Водород и азот менее активны химически, а благородные газы неактивны вообще, и их захват при конденсации происходил в связи с адсорбцией на поверхности «снежинок», растущих из кремния, магния, железа и др. металлов (см. таблицу № 1). Помните, мы говорили про «мягкий снегопад»? Конденсация приводила к образованию весьма рыхлых частиц твердой фазы, что весьма способствовало адсорбции (на их рыхлой поверхности) атомов водорода и других газов. В данной связи сошлюсь на эмпирический факт: при конденсации железа в водородной атмосфере каждый атом металла захватывает с собой по два атома водорода. Я понятия не имею, зачем металловеды делали эти опыты в 20-х годах прошлого века. Вряд ли они имели в виду проблемы космогонии. И тем не менее мне хочется выразить свою признательность исполнителям. Всегда приятно лишний раз убедиться, что «рукописи не горят», что факт, добытый в прошлом веке, остается фактом на все времена.

Итак, мы определили, как образовалась наша планета и какой состав она получила при рождении. Несмотря на «приближенно количественный» характер этих данных, они однозначно свидетельствуют против бытующих представлений. «Главная догма» в науках о Земле гласит: «ядро — железное, оболочка — силикатная». Для такой

планеты требуется 30% (вес.) кислорода и 40% железа. Однако магнитная сепарация отмерила возможную концентрацию кислорода в массе Земли порядка одного процента, а железа — около 10% (такая концентрация железа обычна для глубинных мантийных пород). В свете наших построений, преобладающими элементами в теле планеты являются (по убывающей) — кремний, магний и железо. В сумме они составляют примерно 87% массы планеты. Содержание кальция, алюминия и натрия на порядок меньше. О кислороде мы уже сказали. Концентрации остальных элементов не превышают долей процента. И все эти элементы в новорожденной планете присутствовали в виде водородистых соединений — гидридов. Поэтому ранние монографии на эту тему, изданные на русском, имели название «Гипотеза изначально гидридной Земли». В следующих главах мы рассмотрим, в каком направлении шло развитие изначально гидридной планеты и как согласуется эволюция ее внутренней структуры с фактами, накопленными геологами, по тектонике, петрологии, геохимии, палеомагнетизму, металлогении, сырьевым и энергетическим ресурсам и другим аспектам.

Однако, прежде чем мы перейдем к Земным делам, мне хотелось бы еще сказать несколько слов по поводу рисунков 3, 4, 5. Они отражают зависимость распределения элементов в Солнечной системе от их потенциалов ионизации, и эта зависимость оказалась исключительно информативной. Поскольку она установлена эмпирически, то любая космогоническая спекуляция обязана (как минимум) объяснить причину появления этой зависимости. Если же этого нет, значит, имеет место быть игнорирование эмпирически установленных фактов. Простите за протокольный язык, в данном случае я применил его, чтобы не сорваться на «неформальную лексику» в связи с этим самым игнорированием. О чем же свидетельствует обнаруженное нами явление?

Сначала примем к сведению очевидное: разделить сразу все химические элементы по их потенциалам ионизации (и разделить в едином процессе) можно только в том случае, если вещество было в частично ионизированном виде, то есть в виде плазмы, и если атомы и ионы этой плазмы перемещались поперек магнитных силовых линий (иного не дано). Естественно, такое было возможно только в протопланетную стадию развития Солнечной системы. Значит, на этой стадии вещество было (а) частично ионизировано (а — это первая буква в начавшемся перечислении). Далее, каким-то образом генерировалось исключительно мощное магнитное поле (б), эффективное воздействие которого распространялось на расстояние не менее 3-х астрономических единиц (в). При этом протопланетное вещество двигалось от центра на периферию (г), иначе мы бы имели иную картинку на рис. 4. Кроме того, выявленная нами зависимость позволяет поддержать мнение о том, что Солнце и планеты произошли из единой порции протовещества (д), а «хвост инертных газов» (на рис. 3) заставляет предусмотреть газоудержание (е) при аккумуляции тела Земли. По сути дела, все эти указатели от «а» до «е» так строго размечают сценарий происхождения Солнечной системы, что остается очень мало возможностей для полета фантазии. А как славно и смело «летали». Но теперь многие «результаты» этих полетов придется оставить, к сожалению.

Возьмем, к примеру, такую яркую идею, как «солнечный ветер», который якобы «выдул» из внутренней части протопланетного диска легкие элементы, и поэтому планеты земного типа обогащены металлами (в частности, железом), тогда как внешние планеты — это водород-гелиевые гиганты. Однако посмотрите на рис. 4. Почему в таком случае в поясе астероидов много (в сравнении с Землей) золота, платины, осмия, иридия? Разве эти элементы легкие? Или почему на том же графике тяжелая и легкоплавкая ртуть оказалась рядом с углеродом, легким и тугоплавким? Эти два элемента полярны по всем своим свойствам, единственное, что их объединяет — близкие потенциалы ионизации первого электрона, поэтому-то они и оказались рядом. Согласно магнитной сепарации — это норма, в свете «солнечного ветра» — это нонсенс. Такой же нонсенс, в рамках «солнечного ветра», положение легкого бериллия на графике рядом с самыми тяжелыми металлами — платиной и иридием. Однако в нашем понимании только так и должно быть. Наконец, водород и, особенно, гелий имеют высокие потенциалы ионизации, поэтому они в своей основной массе оказались во внешних планетах. Туда эти легкие (и, главное, трудно ионизируемые) элементы определила магнитная сепарация.

Это затянувшееся отступление от смысловой канвы повествования было сделано с единственной целью — показать, что в основе наших космогонических представлений лежит эмпирически установленный факт, который гласит: «распределение химических элементов в Солнечной системе зависит от их потенциалов ионизации». И это дает нам большое (вернее сказать неоспоримое) преимущество в сравнении с теми концепциями, которые базируются на умозрительных исходных посылках. По моему мнению, в области наук о Земле умозрительные гипотезы имеют скорее эстетическую ценность, нежели естественнонаучную значимость. И по -куда они в своей основе не будут подтверждены эмпирическими фактами, к ним надо относиться как к упражнениям по изящной словесности на заданную тему.