Ждет ли Землю судьба Фаэтона
Шрифт:
| Окислы | Вулканические и глубинные породы | кислые | средние | основные | ультраосновные | гранит | андезит | базальт | анортозит | перидотит | дунит |
| SiO 2 | 72,5 | 60,0 | 49,0 | 50,0 | 44,0 | 40,5 | |||||
| TiO 2 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 0,2 | 0,1 | 0,02 | |||||
| Al 2 O 3 | 14,0 | 17.0 | 16,0 | 28,0 | 5,0 | 1,0 | |||||
| CaO | 1,5 | 6,0 | 9,0 | 12,5 | 3,5 | 0,7 | |||||
| MgO | 0,5 | 3,0 | 6,0 | 1,2 | 37,0 | 46,0 | |||||
| Na 2 O | 3,5 | 3,5 | 3,0 | 4,0 | 0,5 | 0,1 | |||||
| K 2 O | 5,5 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 0,2 | 0,04 | |||||
| FeO | 1,8 | 6,1 | 11,2 | 2,1 | 8,3 | 8,1 |
Известно, что в разные периоды времени в коре Земли преобладало формирование разных видов пород. Так в азое и начале архея (примерно до времени 3,0 - 2,5 млрд. лет назад) породы, образующие кору были более разнообразны по составу и несколько ближе к базальтам, нежели к гранитам. С течением времени в ней постепенно увеличивается количество пород близких по составу к гранитам, но со значительно меньшим содержанием калия. Для пород этого времени характерен т.н. безводный резко восстановленный характер поступающего из недр флюида (газообразной смеси легких веществ) и явные следы мелкомасштабной конвекции (перемешивания).
В конце архея - начале протерозоя постепенно набирает силу кардинальное изменение условий: в составе флюида появляется вода, а в формирующихся породах преобладают граниты, характеризующиеся резко повышенным содержанием щелочных металлов (особенно калия). Более того, ранее сформировавшаяся кора испытывает сильнейшие изменения, характеризующиеся также повышением концентрации в них щелочных металлов. Период протерозояизвестен как период всеобщей гранитизации, а резкое увеличение калия в составе коры носит название калиевого взрыва(см. Рис. 34 ).
– Рис. 34–
Следующее резкое
Попробуем теперь разобраться в описанных процессах, исходя из того, что в рамках гидридной модели, в недрах Земли помимо основных элементов, перечисленных в таблице пород, в довольно значительном количестве (не по весу, а по числу атомов) содержится и водород.
Итак, мало кто из исследователей сомневается в том, что на ранних этапах существования Земли элементы, ее составляющие, находились в более перемешанном состоянии, чем ныне. А вся дальнейшая эволюция Земли непосредственно связана с т.н. дифференциацией ее недр, заключающейся в том, что более легкие элементы и вещества (по закону Архимеда) поднимаются ближе к поверхности, а более тяжелые - наоборот, стремятся к центру планеты.
Не подлежит сомнению также, что элементы и вещества в недрах планеты вступают в химическое взаимодействие друг с другом, которое (с точки зрения химии) может иметь либо восстановительный, либо окислительный характер (другие виды взаимодействия нас не будут интересовать).
Исходя из того, что в составе Земли очень много кислорода, и из его химических свойств довольно очевидно, что основным окисляющим элементом будет именно кислород. А в рамках гидридной теории, основным восстанавливающим элементомсреди наиболее распространенных элементов - будет водород.
Известно, что химические реакции преимущественно (при прочих равных условиях) идут в том направлении, при котором энергия связи между элементами образующегося вещества наиболее высока. Так, скажем, энергия связи Al-O и Si-O существенно выше энергии связей H-O, Ca-O и Mg-O, которые приблизительно равны друг другу, но, в свою очередь, значительно выше энергии связей К-O и Na-O. Поэтому на ранних этапах истории Земли будет преобладать окислительный характер химических реакций, т.к. у водорода просто не хватит сил отвлечь на себя кислород от более аппетитных элементов, среди которых и кремний - элемент, находящийся в недрах в изобилии. Однако
Термодинамические расчеты, проведенные О.Л.Кусковым с учетом сжимаемости конденсированных фаз, показали, что с ростом давления тепловой эффект реакций восстановления изменяется с эндотермического на экзотермический и чем больше величина давления, тем большее количество тепла выделяется при восстановлении. В случае восстановления окиси кремния водородом (или углеродом) инверсия знака теплового эффекта оказывается в области 400 10 8 Па. Следовательно, при давлениях больше 400 10 8 Па самопроизвольно будут протекать реакции восстановления, тогда как в области меньших давлений, наоборот, должны идти реакции окисления, и чем меньше давление, тем больше будет их экзотермический эффект (В.Ларин, Гипотеза изначально гидридной Земли ).
То есть, говоря по-русски, упомянутые процессы окисления будут происходить ближе к поверхности Земли, а в недрах - преобладать реакции восстановления. При этом, высвобождающийся из недр кислород, поднимаясь вверх, во внешних оболочках будет втягиваться в реакции окисления, сопровождающиеся (в условиях малых давлений) выделением большого количества тепла, прогревающего верхний слой Земли. Параллельно, поступающий из глубины водород обеспечивает резко восстановленный характер флюида, содержащий преимущественно Н 2и СН 4. (Недра же тоже прогревались, только из-за реакций восстановления, а прогрев высвобождал новый водород).
Таким образом, получается весь набор условий, характерный для азоя-архея: сильно прогретая внешняя оболочка, которая вследствие своих малых размеров обуславливает мелкий масштаб конвекции и значительное разнообразие образующихся пород; сильно восстановленный безводный флюид (о составе которого свидетельствуют и мелкие газовые включения в древнейших породах), который обуславливает и незначительное количество свободного кислорода в первичной атмосфере Земли.
Но, естественно, данный процесс не мог продолжаться вечно. В конце концов кислород выбрал наиболее аппетитные элементы и принялся за другие, среди которых оказался и главный восстановитель - водород. Таким образом, в состав основных действующих лиц включилась вода, которая, как известно, является, во-первых, весьма химически активным веществом; а во-вторых, и весьма легким подвижным веществом, т.е. способна выполнять роль флюида в глубинных процессах.