Природа космических тел Солнечной системы

Тимофеев Дмитрий Николаевич

Ядро после распада соединений полностью очистилось от легких элементов. Элементы с плотностью атомов меньше, чем у цинка, всплыли из ядра Земли с образованием грандиозных массивов дистиллированной (деплетированной) породы океанической мантии из чистых химических соединений (рис. 30, 1). Эти всплывшие массы были обнаружены по аномалиям скоростей [Павленкова, 2011], что отличает их от имеющих примеси, коренных пород мантии (рис. 30, 2). В коренных породах мантии в виде примесей в химически связанном состоянии, находится и небольшое количество тяжелых элементов, из которых состоит ядро Земли. Незначительное содержание тяжелых элементов в мантии определяет незначительное содержание их в коре. Это создает иллюзию малого содержания их во всей Земле, что является неправильным представлением.

Зона разложения пород и синтеза подвижных соединений

Гипотеза 37

На границе между мантией и ядром Земли находится зона разложения пород. Элементы С, N, O, S, H имеют с породообразующими элементами соединения с разной прочностью связей. В слое, прилегающем к ядру Земли, где температура выше, в твердом состоянии могут находиться соединения углерода (карбиды, ацетилениды), температуры

плавления и разложения которых наиболее высоки. Далее от ядра элементы могут находиться как в виде карбидов, так и в виде нитридов и азидов. Еще выше, помимо соединений углерода и азота, могут находиться, не разлагаясь, окислы. В верхней части нижней мантии, где температуры ниже, не разлагаясь, помимо соединений углерода, азота, кислорода, могут быть также соединения водорода (гидриды) а также хлора, фтора, брома, йода и серы. Такая последовательность подтверждается, например, температурами плавления соединений V, Nb, Sb. Температуры плавления карбидов составляют 2800—3800^оС, нитридов 2050—2300^оС, окислов 1495—1970^оС. От теплового воздействия ядра Земли постоянно происходит разложение соединений нижней мантии. Например, разложение карбида золота пойдет по следующей реакции:

Au₂C₂– >Au?+C?

В результате этого разложения выделившееся золото (плотность 19.3 г/см3) погрузится в ядро Земли, а углерод (плотность в состоянии алмаза 3.5 г/см³) будет подниматься.

Выше, в слое мантии, где могут залегать соединения азота, происходит разложение нитридов и азидов, например, по реакции:

Cu (N₃) ₂– >Cu+3N₂?

Выше происходит разложение окислов, например, по реакции:

2СdO->2Cd+O₂?

Выше, происходит разложение гидридов, например, по реакции:

TiH₂– >Ti+H₂?

Аналогично разлагаются соединения галогенов и серы.

Выделившиеся газообразные элементы при поднятии или взаимодействуют с породами, или, проходя через все вышележащие слои Земли, выходят на поверхность.

По мере поднятия подвижных соединений нитриды в пластах трансформируются в карбиды, окислы в нитриды, гидриды в окислы по реакциям:

2Cu (N3) ₂ +2С ->Cu₂С₂+6N₂?

6СdO +2N₂– >2Cd₃N₂ +3O₂?

TiH₂ +O₂– >TiO₂+H₂?

Таким образом, фронт нижней мантии из карбидов, нитридов, окислов, гидридов, по мере разложения нижней поверхности мантии температурным воздействием ядра, перемещается вверх к коре Земли.

В нижней мантии при разложении пород выделяются Cl₂, H₂, N₂, С, O₂, F₂, S, J, Br, образующие подвижные соединения с высоким изобарным потенциалом: NO, N₂O, N₂O₄, Cl₂O, ClO₂, Cl₂O₆, Cl₂O₇, ClN₃ Cl₃N, J₃N, FN₃, N₂O₅, NO₂, N₂O₃, NH₃, O₃, N₂H₄, C₂H₂, C₄N₂, C₂N₂, а также, радикалы HO+, CN, CH, например, по реакциям:

N₂+2O₂<->2NO₂

2Cl₂+O₂<->2Cl₂O

N₂+2H₂<->N₂H₄

Все реакции обратимы, однако, в этих условиях высокого давления и высоких температур равновесие смещено в сторону конечных продуктов из-за их высокого изобарного потенциала. Подобный синтез окислов азота, например, происходит в условиях повышенного давления в цилиндрах двигателей автомобилей.

Число видов соединений с поднятием температуры уменьшается и доходит до совершенно небольшого перечня веществ, состоящих из низкомолекулярных соединений с максимальными энергиями связей. Такое состояние преобладает в мантии ближе к ядру, где температуры для мантии максимальны. В верхней мантии, где температуры ниже, реакции крекинга не так сильны, соединения имеют больший молекулярный вес, разнообразие соединений намного шире.

Природа образования веществ деплетированной мантии и веществ корней континентов

Гипотеза 38

Структуры верхней мантии континентов и океанов принципиально отличаются. Континентальные аномалии высоких сейсмических скоростей простираются до глубины 300—400 км. Состав мантии континентов и океанов различен, по этой причине мантия под океанами стала называться деплетированной [Павленкова, 2011] (рис. 23. 1). Состав деплетированного океанического мантийного вещества обеднен электроположительными элементами (U, Th, К, Rb, Cs, Sr, Ва, Be и др.) и легкими редкоземельными элементами (La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm). Для деплетированной мантии характерны пониженные значения изотопных соотношений Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁴ и Sr⁸⁷/Sr⁸⁶ и повышенные – Nd¹⁴³/Nd¹⁴⁴. Такие выводы о составе океанической мантии сделаны по результатам изучения базальтов срединно-океанических хребтов [Zindler, Hart, 1986]. Это различие требовало объяснения. Предлагается следующее объяснение этого отличия. Вещество мантии континентов

меньше подверглось трансформации в ходе исторического изменения ее состава. Оно образовалось путем длительной сепарации реликтового космического вещества, из которого сформировалась планета 4.5 миллиарда лет назад. В процессе сепарации значительный процент примесей сохранился в составе вещества мантии. Поскольку это вещество не подвергалось значительному нагреванию, в нем сохранилось некоторое количество примесей тяжелых элементов в виде сложных химических соединений, имеющих в совокупности с другими элементами значения плотностей, позволявших им удерживаться на их горизонтах мантии. Деплетированное вещество океанической мантии образовалось в первую очередь из фракций ядра Земли при условиях более мощного температурного воздействия. Эта фракция вещества, имеющего сравнительно малую плотность атомов, исторически оказалась в составе ядра Земли при формировании ее массы из космического реликтового пепла 4.5 миллиарда лет назад. При разогреве ядра до состояния раскаленных газов эти вещества распались до атомарного состояния, по этой причине сепарировались на отдельные элементы, чем очистились от всех примесей и затем, как более лёгкие, всплыли из ядра в мантийное пространство. Здесь вновь при взаимодействиях образовали те же породы, что породы континентальной мантии, но уже без примесей, поскольку примеси тяжелых атомов остались в ядре, а более легких образовали отдельные фракции. Кроме как из реликтового вещества ядра, значительная часть деплетированного вещества образовалась при разложении пород нижней мантии теплом раскаленного ядра Земли. Постепенно нижняя поверхность мантии разлагается от тепла ядра и переходит в состояние веществ из атомарных газов. При этом фракция элементов с малой плотностью атомов не попадает в ядро, а поскольку имеет плотность меньше плотности мантийного вещества на этом горизонте, поднимается в более высокие мантийные сферы. Преобразование вновь образованных веществ в те же породы, что и континентальные объясняется примерно одинаковыми условиями по давлениям и температурам в мантийном пространстве под континентами и океанами. Таким образом, деплетированное вещество океанической мантии – это легкая фракция дистиллированного в ядре Земли (перегнанного) вещества космического пепла.

Разница в изотопных соотношениях (пониженные значения Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁴ и Sr⁸⁷/Sr⁸⁶ и повышенные – Nd¹⁴³/Nd¹⁴⁴) объясняется тем, что новое дистиллированное вещество содержит изотопы не только образованные в процессе зарождения Солнечной системы (при нейтронном взрыве 4.5 миллиарда лет назад), но и продукты ядерных реакций в ядре Земли, образующиеся по иному механизму. Другим следствием такого представления является то, что континенты и их, как принято считать, корни являются едиными массивами пород, имеющих более древнее и менее трансформированное вещество космического пепла, разъединённое при расширении Земли и плавающее в среде вновь образованного вещества океанической мантии из дистиллированных очищенных пород.

Образование в глубинах Земли подвижного вещества— «силановой нефти»

Гипотеза (концепция) 39

Кора Земли должна состоять из пород на основе самых легких элементов: Na, K, Ca, Mg. Однако исследования показали более сложный состав коры Земли: O 49.8%, Si 26.9%, Al 7.2%, Fe 3.87%, Ca 3.7%, K 2.1%, Na 2%, Mg 1.7%, C 0.77%, H 0.7%, Cl 0.24%, S 0.14%, N 0.002% остальные 0.251%, [Григорьев,2009], что требовало объяснения. Нахождение в коре Земли неметаллов H, O, N, S, Cl, B, F объясняется просто – они создают в условиях мантии рыхлые неплотные вещества с ковалентными связями, поэтому всплывают. А вот как всплыли довольно плотные Si, Al, Fe? Подсказку нам дает углерод. Он поднимается в виде углеводородов. В верхних слоях это в большой степени гомологи метана – СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₄Н₁₀, С₅Н₁₂…, но кремний – аналог углерода, и создает аналогичные соединения. Всем известны кремниевые полимеры, резины, масла, клеи. Создает кремний и аналогичные соединения с водородом. Аналог метана СН₄, газ силан SiH₄, температура кипения -111.8°С. (у метана температура кипения -164°С). Как у метана, у силана есть ряд гомологов Si₂H₆, Si₃H₈, Si₄H₁₀, Si₅H₁₂, Si₆H₁₄…Была выдвинута гипотеза, по которой кремний в глубинах Земли находится в стабильном состоянии в виде силанов [Тимофеев,2015а]. Нахождение элементов в виде тех или иных соединений, в соответствии с законами химической термодинамики, определяется их своеобразным параметром изобарными потенциалами. Чем больше значение изобарного потенциала вещества, тем стабильней это вещество в условиях высокого давления и высокой температуры. Сходные по структуре вещества с близкими изобарными потенциалами должны быть стабильны в аналогичных условиях по температуре и давлению. Сравнительные изобарные потенциалы соединений углерода и кремния (рис. 31).

Рис. 31. Сравнительные изобарные потенциалы соединений углерода и кремния

На рисунке видно, что по значению изобарных потенциалов двуокись углерода сходна с двуокисью кремния, а метан сходен с силаном, что говорит о том, что в условиях стабильного нахождения углерода в виде метана кремний находится в стабильном состоянии силана. Большое положительное значение изобарного потенциала силана однозначно показывает на нахождение кремния в состоянии гидридов в мантии Земли, где температура высокая. На поверхности Земли силаны находиться не могут, поскольку самовозгораются или взрываются в контакте с атмосферой, а также реагируют с водой. В глубинах Земли силаны вполне стабильны и находятся в виде крупных месторождений. Подвижное вещество, находящееся в глубинах Земли, основным составляющим которого являются силаны получило название силановая нефть [Тимофеев, 2015а]. В составе силановой нефти также находятся растворённые соединения железа, алюминия, марганца, углерода и других элементов, встречающихся в коре Земли.