В чем заключается разница между моделью В.Н.Ларина и вновь предлагаемой моделью в вопросах обеспечения развития Земли как геологического объекта?
Геохимическая модель В.Н.Ларина, озаглавленной им как гипотеза «изначально гидридной Земли» (гидириды-соединения металлов с водородом). Так, В.Н.Ларин предлагает оригинальный вещественный состав земных оболочек, резко отличающийся от их состава, предполагаемого априорными суждениями. Схема геохимической модели Земли по В.Н.Ларину приведена в таблице
| Сфера | Слой | Интервал глубин, км | Плотность вещества, г/см3 | Состав |
| Кора | А | 0-33 | 1,5-3,0 | Силикаты, окислы |
| Мантия | В | 33-400 | 3,0-3,65 | |
| С | 400-1000 | 3,65-4,68 | Металлы | |
| D | 1000-2900 | 4,68-5,69 | ||
| Ядро | E | 2900-5000 | 9,4-11,5 | Металлы с растворенным в них водородом |
| F | 5000-5100 | 11,5-12,3, до 13,5 | Гидриды металлов | |
| Q | 5100-6371 |
При построении своей модели ВН Ларин исходил из следующих главных предпосылок: 1) дефицит или, наоборот, повышение концентрации в составе нашей планеты тех или иных химических элементов по сравнению с их концентрацией в исходном протовеществе является результатом их магнитной сепарации под воздействием магнитного поля Протосолнца из-за разных потенциалов ионизации; 2) «...изначальный состав Земли, по всей вероятности, был представлен водородистыми соединениями (гидридами), при этом весовая доля водорода в общей массе планеты составлял всего лишь несколько процентов»; 3) водород сыграл исключительную роль в образовании ядра планеты как связывающее звено металлов и неметаллических элементов, присущих сегодняшней Земле; 4) значение кислорода в образовании первичной мантии не было решающим, следовательно, практически общепринятое на сегодня представление о силикатно-окисном составе первичной мантии ошибочно.
ВН Ларин приходит к двум основным выводам: 1) изначально гидридный состав ядра заведомо определил термодинамическую неустойчивость планеты, выражающуюся в ее нынешней эндогенной активности, поскольку процесс дегидридизации (высвобождение металлов внутреннего ядра от гидридной связи с образованием жидкого металлического внешнего ядра) является экзотермическим процессом, высвобождающим огромное количество тепла, заложенного при изначальной гидридизации первичного ядра, являющейся эндотермическим процессом; 2) сегодняшняя геофизическая модель Земли, предполагающая существование несколько отличающихся друг от друга по физическим параметрам геосфер, является результатом геологической эволюции планеты из-за дегидридизации состава (разложение гидридов) ядра.
Данная гипотеза логически выверена, с ее позиции можно удовлетворительно ответить на многие, все еще не решенные вопросы теоретической геологии, в первую очередь на вопрос «по нахождению» вполне оптимального и « неисчерпаемого» источника внутреннего тепла, обеспечивающего эндогенную активность нашей планеты в течение последних 4 млрд.лет.
В чем заключается роль атомов водорода в обеспечении эндогенной активности планеты соглсно вновь предлагаемой модели развития планеты?
Земля как планета начала формироваться примерно 4,5 млрд. лет тому назад из космического газо-пылевого облака, имеющего идентичный с веществом Солнца элементный состав и довольно высокую температуру, но не расплавленного. Особенностью начального этапа образования планеты оказалось, вероятно, то обстоятельство, что из многообразия химических элементов в составе протовещества в первую очередь аккумулировались и сливались в компактную массу наиболее плотные и теплоемкие молекулы гидридов металлов, образуя первичное ядро планеты. Этот процесс протекал быстро и завершился в тот момент, когда «отпущенный природой» (магнитной сепарацией) на образование нашей планеты запас водорода полностью был исчерпан на формирование ядра. Под влиянием ощутимых гравитационных сил, созданных вновь образованным ядром, имевшем сверхплотную упаковку кристаллических веществ и обладающим поэтому большой массой, на первичное ядро начало «осаждаться» и конденсироваться менее плотная смесь остаточных (не использованных на образование ядра из-за полного «расходования» отпущенного природой водорода) металлов и исходных концентраций других элементов. Так возникла, вероятно, обволакивающая ядро первичная мантия, отличающаяся умеренно плотной упаковкой кристаллических решеток своего вещества.
По свидетельству В.Н.Ларина, для образования гидридов металлов необходима довольно высокая температура и давление, что обеспечивалось, вероятно, исходной температурой «слипающихся горячих частиц» протовещества, поддерживаемой энергией, выделявшейся при их взаимном соударении. Повышению температуры в период образования гидридного ядра способствовало также «…адиабатическое уплотнение системы, идущее со значительным уменьшением объема» [11, с.177]и сопровождавшееся поэтому резким увеличением температуры. Рост давления данной системы также обусловлен, вероятно, гравитационной энергией вновь образующегося ядра, имевшего высокую плотность и большую массу. А уплотнению системы способствовало, в свою очередь, сжатие вещества под действием ударных волн соударения космических частиц. Все это привело, по-видимому, образованию сверхплотного первичного ядра в исключительно восстановительных условиях. Соответственно, плотность образовавшегося гидридного ядра соответствовала, вероятно, плотности вещества сегодняшнего внутреннего ядра планеты (до 13,5 г/см3). Впрочем, общеизвестно, что плотность гидридов действительно колеблется в пределах 12-13 г/см3, тогда как плотность металлического железа и никеля намного меньше этого значения – 7,865 и 8,865 г/см3, соответственно.
Что касается объема первичного гидридного ядра планеты, то он окажется, по-видимому, меньше, чем суммарный объем сегодняшнего ядра (внутреннего и внешнего ядра, вместе взятых), поскольку, по данной модели, внешнее ядро сегодняшней планеты является продуктом разложения и разуплотнения первичного «однообразного» сверхплотного (до 13,5 г/см3) гидридного ядра до вещества с плотностью порядка 9,4-11,5 г/см3 и состоит из «продуваемых» высвобожденным водородом металлов, или «…металлов с растворенным в них водородом» [11, с.29].
Как отмечали выше, быстрое (в геологическом масштабе времени) образование ядра планеты стимулировало обволакивание его однородной, еще не расслоенной на слои B, C и D, первичной мантией, состоящей из протовещества, оставшегося после формирования гидридного ядра на околоядерной орбите. В этой первичной оболочке планеты роль водорода была, вероятно, практически ничтожна (полностью израсходован на формирование гидридного ядра), тогда как значение кислорода, по-видимому, наоборот, увеличивалось. Такая обстановка объясняется умеренно окислительными условиями образования первичной мантии и господствующими при этом сравнительно небольшими значениями температуры.
Первичная мантия была, по-видимому, довольно однообразной по составу (смесь металлов, силикатов и окислов), более плотной и менее объемной по сравнению с ее сегодняшним состоянием. Иными словами, расслоение первичной мантии на отдельные слои, как и появление в современном разрезе планеты расплавленного внешнего ядра и изменчивой во времени литосферы, является, очевидно, результатом геологического этапа эволюции Земли, продолжающегося в течение последных 4 млрд. лет, а сама эта эволюция – следствием разложения гидридного ядра и течением «высвобожденной» при этом тепловой энергии к поверхности планеты согласно второму закону термодинамики. Более того, именно экзотермические реакции разложения гидридов первичного ядра «вырабатывают» как мощную тепловую энергию, так и создает материальную базу эндогенной активности планеты, вызывающую не только «тектогенез во всех его проявлениях» [11, с.178], но и общее расширение планеты за счет разуплотненных продуктов изначально созданных двух геосфер Земли – первичного ядра и первичной мантии, обособленных в виде жидкого внешнего ядра (первый уровень расширения) и вновь созданной верхней мантии (астеносферы и литосферы) (второй уровень расширения).
Таким образом, в лице экзотермических реакций разложения гидридов первичного однородного ядра мы имеем дело не только с мощным источником эндогенной тепловой энергии планеты как таковой, но и материальную основу течения этого тепла вверх, приведшего к постепенному расширению планеты в объеме и обеспечивающего тектогенез и магматизм в ее верхних оболочках. С данной позиции, генетическую природу главных геосфер современной планеты можно обозначить следующим образом:
– твердое внутреннее ядро– еще не разложенные гидриды металлов (в т.ч. и магнитных), «остаток» первичного ядра планеты, своеобразный запас энергии для будущей эндогенной активности Земли;
– жидкое внешнее ядро – высвобожденные от гидридной связи металлы (в т.ч. и магнитные), «очищенные» от теплоемких атомов водорода, «протекавшего» вверх по направлению к поверхности Земли; является непосредственным, несколько разуплотненным производным внутреннего ядра и посредником для передачи аномальной тепловой энергии и материи (теплоемкие атомы высвобожденного водорода) внешнего ядра в мантию;
–твердая подастеносферная мантия– своеобразная смесь металлов, силикатов и окислов, «остаток» былой первичной мании, постоянно «продуваемой» посредством диффузии водорода ядерного происхождения («…скорость диффузии водорода сквозь металлы аномальна» [11, с.52]) и поэтому все больше «очищающийся» от силикатов, окислов и флюидов вследствие способности водорода «рафинировать» металлы [11]; при этом возможно некоторое разуплотнение вещества первичной мантии из-за нарушения первичных связей;
– частично расплавленная астеносфера– в основном силикаты, окислы и флюиды (пиролит, в понимании А.Э.Рингвуда [22]), продукты дифференциации первичной мантии, обособленные в самостоятельную геосферу в ходе геологической эволюции планеты из-за постоянной «продувки» последней водородом, высвобождавшимся из гидридной связи внешнего ядра; имеет тепловую природу и теплоизоляционный эффект, поскольку скорость диффузии водорода «…в силикатах на несколько порядков ниже, чем в металлах» [11, с.55]; сильно разуплотнена по сравнению с первоисточником, разнородна по физическим свойствам своего вещества в латеральном направлении (особенно, по вязкости), что в целом диктуется особенностями, в первую очередь, степенью целостности вышележащей литосферы; имеет тенденцию к утолщению со временем, мобильна в пространстве и во времени;
– твердая и жесткая литосфера– разнообразие минералов и горных пород, приобретших в целом устойчивые химические связи; наиболее разуплотненный конечный продукт дифференциации астеносферного пиролита, результат тектонической и магматической активности астеносферы.
В предложенной геохимической модели планеты нами взаимствованы, как это легко заметить, две оригинальные идеи предшественников – идея «гетерогенной аккумуляцией Земли»Г.В.Войткевича и идея «изначально гидридной Земли»В.Н.Ларина. Однако, на наш взгляд, в каждую из этих идей необходимо внести ряд корректировок, которые способствовали бы показу реальности предложенной модели с точки зрения формальной логики. Содержания этих корректировок в тезисной форме сводится к следующему.
1). Хондритовый состав Земли, который взял за основу своей модели Г.В.Войткевич, не соответствует, вероятно, действительности. Впрочем, хондритовым составом первичной Земли оперирует не только данный автор, но и определяющее большинство геохимиков, интересующихся происхождением Земли. Первопричиной данного феномена является два обстоятельства: во-первых, 93% падающих на Землю метеоритов имеют именно хондритовый состав, тогда как только 7% метеоритов представлены двумя другими разновидностями метеоритов – железокаменными и железными; во-вторых, минеральный состав хондритов допускает присутствие в них всей совокупности свойственных Земле химических элементов, хотя в процентном отношении существует некоторый дисбаланс.Тем не менее, общепринято, что все метеориты являются «осколками» малых планет, которых называют астероидами. Нам представляется, что эти малые планеты в момент своего образования также были раздифференцированы согласно плотности слагающего их вещества в следующей последовательности (с центра к периферии): железные → железокаменные → каменные (хондритовые и ахондритовые) метеориты и, соответственно, падающие на Землю метеориты являются «осколками» разных уровней расколовшихся астероидов. Если это так, то валовой состав вещества Земли необходимо рассчитывать не только применительно к составу хондрита, но и с учетом состава железных и железокаменных метеоритов. При такой трактовке получают логичное объяснение целый ряд вопросов, подтверждающее реальность предложенной нами геохимической модели Земли. К ним относятся: а) каменные, т.е хондритовые и ахондритовые метеориты падают на Землю чаще (85,7% и 7,1%, соответственно) чем железные и железокаменные (5,7% и 1,5%, соответственно), поскольку первые являются «осколками» наиболее объемной и «легко раскалываемой» внешней части астероидов; б) «мощную оболочку – мантию Земли – легко можно отождествить с каменными метеоритами, а внутреннее ядро – с метеоритами железными» [5, с.18]; в) при расчете валового состава первичной Земли с учетом составов всех трех типов метеоритов можно избежать указанного выше дисбаланса в содержании некоторых химических элементов в Земле, в первую очередь, дефицит некоторых металлов. Так, например, процентное содержание никелистого железа и трилита (FeS) в составе типичного хондрита составляет около 18% общей массы, тогда как только одна предполагаемая железоникелевая модель ядра сегодняшней планеты занимает 31,5% полной массы Земли [11, с.137];г) результаты специальных исследований особенностей металлических фаз метеоритного материала показали, что они являются самостоятельными и более ранними по отношению к силикатам образованиями, аккумулированными непосредственно из паров протопланетного облака при температуре более 1500°С [Виноградов, Сеитов, с.136]; д) если провести параллель между метеоритами и планетой Земля, то становится очевидным исключительно восстановительные условия образования первичного ядра планеты при довольно высоких значениях температуры, что оправдывает присутствие в этих условиях главного восстановителя – водорода и, соответственно, напрашивается вывод о благоприятных условиях для присутствия этого водорода в гидридной связи с металлами. Такое представление в общих чертах согласуется с данными о том, что в последовательном ряду железных, железокаменных и каменных метеоритов, т.е. от предполагаемого центра к периферии былого астероида намечается постепенное уменьшение плотности вещества, увеличение доли силикатов, а значит, уменьшение содержания металлов, увеличение степени окисленности вещества и т.д. О том же свидетельствует полное отсутствие кислорода – наиболее активного агента окисления – в составе железных метеоритов и постепенное возрастание его содержания в хондритах (41,0%) через железокаменные метеориты (18,55%) [5].
2) Гидридизация металлов представляет собой эндотермический процесс, протекающий с поглощением огромного количества тепла. Следовательно, предполагаемое гидридное ядро Земли уже при своем образовании заведомо «впитывает в себе» огромный запас тепловой энергии, что сопровождается быстрой кристаллизацией и охлаждением его вещества, образованного за счет газо-пылевых частиц Космоса. (вспомните о «холодном» происхождении Земли согласно наиболее приемлемой на сегодня «гипотезы Шмидта–Фесенкова» об образовании Земли). Это скрытая в гидридах внутренняя энергия высвобождается при их разложении (процесс «дегидридиизации металлов»), представляющем собой экзотермический процесс. Необходимым и обязательным условием для осуществления «дегидридизации» является одностороннее увеличение температуры при постоянном давлении (или при его уменьшении) и превышение температурного предела устойчивости гидридов [11, с. 141].
3) В качестве «спускового механизма» для начала «дегидридизации» ядра В.Н.Ларин предлагает радиогенное тепло недр Земли. Данное представление имеет некоторое внутреннее противоречие: даже при допущении достаточных концентраций радиоактивных веществ в составе первичного гидридного ядра, что маловероятно (в ядре сосредоточены только сверхплотные гидриды металлов, тогда как основные концентрации радиоактивных элементов протовещества должны были консолидироваться в «мантийной смеси»), действие радиогенного тепла на гидридное ядро должно было проявиться во время формирования самих гидридов ядра, а не после образования главных геосфер Земли в лице первичного ядра и первичной мантии и служить поэтому всего-навсего «спусковым механихмом» для разложения уже готовых гидридов. Другими словами, почему радиогенное тепло должно присутствовать только при разложении гидридов, а не при их создании?
На наш взгляд, радиогенное тепло здесь не играет существенной роли. За резкое повышение температуры в первичном гидридном ядре, «подключившей» «спусковой механизм» разложения гидридов ответственна, очевидно, энергия гравитационного сжатия Земли, приобретавшая все большее значение по мере ее формирования в двухслойную систему. Очевидно, что энергия гравитационного сжатия зарождающейся планеты растет прямо пропорционально увеличению ее массы и наибольшего значения достигнет ко времени формирования первичного ядра и первичной мантии. При этом наиболее разогретой окажется ее внутренняя сфера, представленная ядром, что отражается в геотермическом градиенте юной Земли. Таким образом, именно на уровне ядра начнут господствовать достаточные для начала экзотермических реакций дегидридизации ядра высокие, превышающие предел устойчивости гидридов, температуры. Правомерность такого понимания роли гравитации в глубоких горизонтах планеты подтверждается результатами исследования академика А.А.Логунова, который гравитационное поле отождестволяет с материей, приписывает ему плотность энергии и импульса и, в конечном счете, не исключает возможность превращения гравитационной энергии при благоприятных на то условиях в свою противоположность – в тепловую энергию [13, 14].Если это так, то сила гравитации могла играть роль не только «спускового механизма» для начала «дегидридизации ядра» в момент формирования планеты, но и одного из дополнительных «неисчерпаемых» источников тепловой энергии, ответственной за поддержание эндогенной активности нашей планеты в ходе ее геологического развития.