Ждет ли Землю судьба Фаэтона

Скляров Андрей Юрьевич

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

Данное разделение основано прежде всего на том, что породы, содержащие разное количество щелочей (натрия и калия, фигурирующих в таблице под обозначениями Na2O и K2O) обладают и различными свойствами. И во многом именно по этому признаку отличают, например, базальтовую океаническую кору от материковой, содержащей породы от базальтов до гранитов.

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 изменение в составе формирующихся пород происходит на рубеже палеозоя и мезозоя(приблизительно 250 млн. лет назад), после которого образование гранитов не наблюдается, а в кору поступают исключительно базальты, как правило обедненные щелочными металлами). При этом снижение содержания щелочных металлов (и особенно калия) в формирующихся породах занимает значительно меньше времени, нежели его повышение на рубеже архея и протерозоя. Конец калиевого взрыва носит еще более взрывной характер.

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.