Природа космических тел Солнечной системы - Дмитрий Николаевич Тимофеев
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Во внутреннем ядре Земли малая гравитация и значительные диффузионные процессы не позволяют распределиться элементам по слоям, там сравнительно гомогенная смесь атомов. Выделение энергии во внутреннем ядре Земли происходит от радиоактивного распада U238 и элементов продуктов ядерного синтеза. Процессы альфа-распада здесь приводят к образованию гелия, постоянно поднимающегося из внутреннего ядра в наружное, в мантию, кору и далее в верхние слои атмосферы Земли.
Причины отсутствия на Земле развитой жизни в течение 4 миллиардов лет
Гипотеза 34
В архейской и протерозойской эрах в течение 4 миллиардов лет жизни на Земле не было, не считая простейших цианофитов и прокариотов. Более развитые организмы появились только в кембрийский период 540 миллионов лет назад. Причина, по которой столь долгое время на Земле не развивалась жизнь, до последнего времени была неизвестна. В этой работе выдвинута следующая гипотеза.
Первые 4 миллиарда лет жизнь не развивалась из-за высокого уровня радиации на поверхности Земли от поднимавшихся сюда радиоактивных осколков деления урана в ядре, разрушавшей сложные организмы. Сложные организмы значительно более чувствительны к радиации, чем простейшие. Например, по данным исследований доза половинной выживаемости для бактериофагов (Dsent) равна 580000 рентген, водорослей 5000—10000 рентген, моллюсков 1200 рентген, собак 450 рентген. В архее ядро Земли было небольшое и состояло из самых тяжелых элементов, поэтому радиоактивные осколки деления урана и плутония стронций Sr90, цезий Cz137, церий Се144 и др. беспрепятственно поднимались на поверхность, поскольку имели сравнительно небольшую плотность атомов. В палеозое ядро увеличилось до состояния, когда весь диапазон радиоактивных осколков деления урана и плутония от цинка до гадолиния (стронций Sr90, цезий Cz137, церий Се144…) образовали свои слои в ядре Земли. Все радиоактивные осколки (рис. 11) оказались заперты в ядре. Поднятие радиоактивных осколков деления в мантию и кору Земли полностью прекратилось. Уровень радиации на поверхности снизился, и на Земле кроме простейших организмов начала развиваться жизнь более сложных существ.
Прогноз дальнейшего изменения состояния Земли
Гипотеза 35
Постоянное выделение тепла ядерными реакциями является основной причиной изменения состояния планет. Планеты увеличиваются в диаметре, одновременно уменьшается плотность их веществ. Такое изменение Земли показано на рис. 26
Рис. 26. Увеличение размера Земли и уменьшение толщины ее мантии со временем: 1 – настоящее состояние; 2 – состояние через один миллиард лет; 3 – состояние через 2 миллиарда лет
Верхние сферы Земли (рис. 19): А – кора Земли; В – зона синтеза накопления и трансформации силановой нефти; С – зона образования низкомолекулярных подвижных соединений; D – зона разложения пород. Зона D со временем становятся тоньше. Составляющие их более тяжелые элементы входят в состав ядра Земли. Элементы подвижной фазы – H, N, C, O, S – поднимаются на поверхность, а породообразующие элементы образуют новые слои ядра. После завершения формирования слоя цинка на поверхности ядра станет образовываться слой эрбия, а после завершения его формирования начнется образование слоя железа.
Со временем, из-за разогрева, через миллиарды лет, вся мантия расплавится и испарится, размеры Земли значительно увеличатся, поверхность раскалится, океаны испарятся, карбонаты, сульфиды и сульфаты разложатся с образованием серного ангидрида, паров серы и углекислого газа, которые заполнят атмосферу. Толщина земной коры в горных областях начнёт уменьшаться и горы начнут опускаться, приближаясь по высоте к уровню равнин. Земля перейдёт в состояние Венеры. Затем от раскалённого ядра Земли распадётся и превратиться в газ вся кора Земли, в результате всё вещество Земли перейдёт в газообразное состояние со слоистой структурой ядра. Земля повторяет трансформацию Юпитера, только из-за меньшей гравитации процесс преобразования идет медленнее [Тимофеев, 2009а].
Учитывая, что в соответствии с космогонией Земля имеет состав веществ близкий к составу Солнца, энергии в веществе Земли для превращения ее в раскаленный газовый шар достаточно. Главной причиной препятствующей такому сценарию трансформации Земли и других малых космических тел является сравнительно небольшая их масса, при которой большая часть урана не распадается по механизму цепных реакций с выделением максимального количества энергии, а распадается до свинца. Выделение энергии такого процесса меньше.
Глава 3. Мантия Земли
Геосферы пород мантии
Гипотеза 36
Плотности пород имеют корреляцию с плотностями составляющих их атомов [Тимофеев, 2015а, Тимофеев, 2015б], (рис. 27).
Рис. 27. Корреляция плотности атомов и плотности их окислов
Зная плотности атомов элементов, можно в определенной степени оценить, на каких глубинах находятся породы, в которых эти элементы преобладают.
В мантии Земли плотность пород увеличивается с увеличением глубины. Это определено геофизическими исследованиями по скоростям распространения сейсмических волн. Очевидно, что породы с нарастанием глубины состоят из атомов, обладающих более высокой плотностью, хотя зависимость эта имеет отклонения за счет разных полиморфных форм, а также разных химических соединений. Плотности атомов основных пород мантии Земли, по мере возрастания показана таблице 10. В таблице также показано содержание элементов в массовых процентах [Тимофеев, 2013б]. В мантии находятся преимущественно 47 элементов от лития до цинка, что рассчитано из известных масс ядра Земли и мантии и содержания элементов в Земле. Элементы находятся, как правило, в виде химических соединений, и расположены приблизительно в порядке увеличения атомных масс [Тимофеев, 2013г].
О наличии в мантии Земли геосфер из пород разных элементов говорит ряд фактов:
– в лавах камчатских вулканов с увеличением глубины магматических очагов возрастает содержание калия [Мархинин, 1980], что показывает возможность геосферы калия на близко залегающих глубинах;
– на томограммах Биджварда [Bijwaard,1998] наглядно видна ступенчатая картина поднявшихся масс.
Ступени можно объяснить границами раздела геосфер (рис.28, 1). На обоих томограммах, например, отчетливо просматривается на глубине 1400—2000 км мощный слой, который можно идентифицировать как слой соединений железа (рис. 28, 2), определенный расчетным путем в работе [Тимофеев, 2013].
Рис. 28. Томограммы мантии Земли: 1 – границы геосфер мантии Земли; 2 – мощная геосфера соединений железа
За время существования Земли происходила сепарация более тяжелых пород, что в некоторых случаях происходит даже в твердом состоянии как, например, всплытие масс соли диапиров. По массовому содержанию в мантии преобладают 11 элементов (К, Ca, Rb, Ar, Sr, Kr, Ba, Si, Zr, Fe, Zn). Из минералов на основе этих элементов в мантии Земли, вероятно, имеются 11 геосфер. Инертные газы Ar, Kr, не образующие минералов в условиях коры Земли, в условиях мантии создают твердые соединения [Тимофеев, 2013б.], что позволяет предполагать наличие целых геосфер, где породообразующим элементом они являются. Возможно, существуют сборные геосферы из элементов с близкими плотностями атомов V, P, Pr,
