Среда, 19 Июнь 2019 19:20

Происхождение и эволюция вещества Земли с точки зрения новой гипотезы

Оцените материал
(0 голосов)

Все научные проблемы, касающиеся строения Земли, слагающих её пород и минералов, различных геологических процессов (геодинамика, образование континентов, океанов и атмосферы, форма и размеры континентов и океанов, «дрейф» континентов, расширение океанов, магматизм, метаморфизм, дифференциация пород и магм, осадконакопление) геологи решают с позиций существующей гипотезы образования и истории развития Земли. Происхождение и эволюция вещества Земли – главная проблема, все остальные являются её производными.

Поводом для написания данной статьи стало появление новой гипотезы образования Земли и эволюции её вещества (Лесовой, 2007). Автор статьи и к.х.н. Г.В. Трофимов (бывший сотрудник ИХТРЭМС КНЦ РАН) обсуждали эту проблему с 2002 г. Г.В.Трофимов выдвинул гипотезу образования планеты из нуклонного куска, оторвавшегося от Солнца, из которого при его бомбардировке нейтрино сформировалась Земля. Её общее зональное строение он объяснял аналогично Ю.И. Лесовому, за исключением некоторых деталей. Автора статьи поразило одинаковое течение мыслей двух учёных, не контактирующих друг с другом. В связи с этим кажется справедливым назвать эту идею гипотезой Трофимова-Лесового. Её главное достоинство – признание возможности существования в природе первовещества (апейрона, нуклона), от которого образовались элементы. Действительно, если существуют отдельно составляющие вещества – нейтрон и протон, то может (или должно) существовать и вещество, состоящее из них обоих. Иначе не было бы звёзд.

В упрощённом виде эту гипотезу относительно эволюции исходного вещества нашей планеты высказал Р.Х. Хасанов (2005). Он выделил четыре эпохи в истории формирования Земли: 1) эпоха субатомных элементарных частиц – звёздноплазменного состояния (белый карлик); 2) эпоха возникновения атома и химических элементов с постепенным переходом в высокотемпературный магматический расплав, при этом формируются атмосфера, гидросфера и другие планетные явления; 3) эпоха образования литосферы, земной коры и возникновения биосферы; 4) эпоха появления человека и формирования ноосферы.

Признание новой гипотезы, по мнению автора статьи, позволит обоснованно и с большей вероятностью решать перечисленные геологиче- 5 ские проблемы. Ю.И. Лесовой считает, что ключ к их решению – в происхождении элементов и их изотопов. Базовые положения происхождения элементов, их изотопов и космических тел разработаны более полувека назад В.В. Чердынцевым и В.А. Амбарцумяном, но не получили признания. Поскольку в статье Ю.И. Лесового основное внимание уделяется условиям образования элементов и их изотопов, а возможности решения общих вопросов лишь намечены, в данной статье делается упор на преимуществах новой гипотезы в решении сложных геологических проблем.

Поскольку в рамках статьи невозможно детально проанализировать все проблемы и способы их решения с позиций двух гипотез, рассматриваются наиболее важные из них. После краткого изложения сути проблемы предлагаются пути её решения с позиций двух гипотез. Сопоставление точек зрения позволит выявить их достоинства и недостатки. Для краткости современную гипотезу будем называть старой, а предлагаемую Г.В. Трофимовым и Ю.И. Лесовым – новой. Наиболее популярно основные проблемы с позиций старой гипотезы рассмотрены в (Ферхуген и др., 1974). Это позволило сократить ссылки на литературу до минимума и использовать лишь те из работ последних лет, в которых известные проблемы решаются более или менее оригинально. Начнём с главной.

Происхождение Земли и её современное строение. Старая гипотеза.

Как известно, планеты Солнечной системы образовались из пылегазового облака, которое попало в зону притяжения Солнца. Считается, что формирование планет из пылегазового скопления происходило одновременно и по сходному сценарию, но с разными стадиями развития. Ранние модели (гипотезы) образования Земли из-за возникающих сложностей при объяснении главных проблем геологии пересматривались и модернизировались. Они подробно рассматриваются в (Рингвуд, 1981). А.Е. Рингвуд отмечал, что обсуждаемые теории происхождения планет базируются на интерпретации метеоритных данных, которые не обеспечивают адекватного объяснения состава и строения Земли. Он считал, что для создания общей гипотезы образования планет следует использовать информацию, полученную непосредственно при исследовании Земли. Но оказалось, что даже детального изучения Земли, насколько позволяет природа и научно-технические возможности, недостаточно для обоснования приемлемой гипотезы происхождения планеты. Основной проблемой было то, что исходные положения предлагаемых моделей оставались прежними: планета образовалась из метеоритного вещества, количество и объём которого не могло значительно меняться в истории планеты.

По мнению некоторых учёных, современное представление об образовании планет Солнечной системы из космической пыли и астероидов не соответствует действительности, т.к. в природе не существует силы, способной быстро сжать облако пыли до плотного сгустка, который впоследствии расплавится. Веские аргументы против метеоритного происхождения Земли приведены в (Лесовой, 2007, с. 84). Если бы сила сжатия космической пыли существовала, то за 4.5 млрд. лет истории нашей планеты все скопления космической пыли в Галактике исчезли бы, и мы не знали об их существовании.

Согласно старой гипотезе, Земля сформировалась в результате аккреции, плавления (частичного или полного), дифференциации с образованием вначале твёрдого и жидкого ядра, затем – нижней мантии, верхней мантии, коры, гидросферы, атмосферы. Зональное строение Земли доказано «ступенчатым» изменением скорости сейсмических волн и наличием геотермического градиента, рассчитанного по минеральным ассоциациям глубинных ксенолитов. Состав зон сопоставляется с составом метеоритов: твёрдое ядро сложено железом с примесью никеля, жидкое представлено расплавом железа с добавками металлов и оксидов, нижняя мантия – оксидами и простыми силикатами со шпинелевой структурой, верхняя мантия и кора – обычными оксидами, силикатами и алюмосиликатами. Следует обратить внимание на значительное снижение скорости Р-волны в твёрдом ядре по сравнению со скоростью в нижней мантии вблизи границы с внешним (жидким) ядром – с 13.5 км/с до 11.5 км/с, в то время как плотность вещества твёрдого ядра (железного?) должна быть больше плотности вещества нижней мантии.

При объяснении обособления твёрдого ядра выявляются явные физико-химические противоречия. Утверждается, что гравитационные силы Земли обуславливают распределение в её недрах элементов по плотности, вытесняя тяжёлые элементы (например, железо) из внешних зон к ядру. С другой стороны, предполагается, что U, Th вместе с K находятся преимущественно в коре. Непонятно, почему в процессе образования Земли сначала аккумулировались только частицы железа, образовавшие ядро, а силикаты и оксиды обособились на более поздней стадии. С точки зрения физической химии, более вероятно, что металлы и все остальные вещества накапливались совместно, формируя гомогенную массу планеты. Из-за малой скорости диффузии в твёрдом веществе маловероятно, что гравитационное равновесие могло быть достигнуто без расплавления вещества. Должно быть, разделение гомогенной планеты на ядро и мантию произошло позже аккреции её вещества, когда температура внутри Земли поднялась до точки плавления железа. Точно не установлено, что привело к повышению температуры вещества Земли. В (Ферхуген и др., 1974) предполагается, что «после образования Земли должно было произойти какое-то событие, обусловившее разогрев Земли и частичное расплавление её вещества. Об этом свидетельствует существование расплавленного металлического (?) ядра». В качестве источников тепловой энергии авторы работы рассматривают радиоактивность, приливное трение и гравитацию. Результаты расчётов суммарного количества тепла за счёт указанных источников показывают, что тепла хватило бы только на частичное плавление. До настоящего времени не установлено, какая степень гравитационного равновесия достигнута в недрах Земли.

Кроме того, должно достигаться концентрационное равновесие с температурным градиентом и устанавливаться соответствие (соотношение) этих равновесий. Гравитация и температурный градиент должны «работать» в одном направлении, что подчёркивается в (Ферхуген и др., 1974): «…и гравитационный, и температурный градиенты стремятся нарушить однородность состава, которая в противном случае будет сохраняться». Необходимо подчеркнуть, что при действии указанных факторов дифференциация вещества может происходить только в расплавленном состоянии и в присутствии молекулярных ассоциатов, различающихся по удельному и молекулярному весу. Вначале работает эффект Соре: молекулы с меньшим молекулярным весом концентрируются в зоне большей температуры, а молекулы с большим молекулярным весом – в области меньшей температуры. При последующей кристаллизации малые молекулы образуют более плотные структуры, приспосабливаясь к градиенту давления (глубине). По всей вероятности, планетарная раздифференцированность вещества обязана проявлению обоих явлений.

После жидкостной дифференциации и потери тепла излучением в космос, при отсутствии процесса (явления), продуцирующего тепловую энергию, кристаллизация расплава, которая началась с поверхности планеты, а затем распространилась на глубину, должна была закончиться до геологической стадии. Остаётся непонятным, когда и почему процесс кристаллизации остановился на определённой глубине (2900 км). На этот вопрос сторонники старой гипотезы не могут дать вразумительного ответа, поскольку потери тепла излучением происходят постоянно и никакими процессами не восполняются, за исключением незначительного количества тепла от радиоактивного распада в коре, трения в ядре и приливно-отливных явлений. Остаётся вопрос, почему часть вещества нашей планеты находится в расплавленном состоянии и на протяжении всей геологической истории происходят тектонические, магматические и метаморфические процессы, требующие огромного количества тепловой энергии. Допустим, что при аккреции её выделилось достаточно для расплавления всего вещества планеты и нагревания его до 2000-2500 ° С. Поскольку предполагается, что со временем магматический океан начал кристаллизоваться сверху, то следует признать, что количество тепловой энергии, теряемой излучением с поверхности Земли, превышало количество энергии, поступающей кондуктивно из глубины. Остановка кристаллизации магматического океана на глубине ≈2900 км может свидетельствовать о достижении ликвидуссолидусного равновесия, которое, по всей вероятности, сохраняется уже долгое время.

Это возможно только в том случае, если тепловая энергия, отдаваемая планетой в космос, компенсируется энергией от ядра планеты. Если, согласно старой гипотезе, внешнее ядро (жидкое) и внутреннее ядро (твёрдое) состоят из железа с различными примесями, то генерация тепловой энергии может происходить только за счёт кристаллизации жидкого ядра. Тепло кристаллизации внутреннего ядра, как и процесса дифференциации на оболочки, – это неполная компенсация тепла, потраченного на разогрев исходного вещества до плавления. Остаётся тепло солнечно-лунных приливов и распада радиоактивных элементов, но из-за постоянной потери при излучении его не хватит даже для поддержания ликвидус-солидусного равновесия внешнее ядро-нижняя мантия. Можно допустить, что, начавшись 3.5-4.0 млрд. лет назад, процесс кристаллизации жидкого ядра продолжается до настоящего времени с медленным нарастанием нижней мантии за счёт жидкого ядра. Что касается циклического проявления тектоно-магматической активизации и (или) плюмовой тектоники, то признание описанного состояния совершенно их исключает, поскольку для этого требуется большое количество дополнительной энергии, генерацию которой не предусматривает модель происхождения Земли из пылегазового вещества.

Таким образом, согласно старой гипотезе, Земля образовалась из определённого количества вещества, представленного в виде атомов и их различных соединений. В соответствии с законом сохранения материи, это количество вещества остаётся постоянным, с незначительным изменением вследствие радиоактивного распада тяжёлых элементов. Имели место лишь изменения формы и размеров за счёт уплотнения, в последующие стадии – расплавление, жидкостная дифференциация и неполная кристаллизация. После этого форма и размеры Земли оставались неизменными. До настоящего времени не предложены варианты источников тепловой энергии, необходимой для сохранения жидкой зоны и прохождения геологических процессов, особенно циклического проявления плюмовой тектоники. В (Хаин, Халилов, 2009) рассматриваются циклы различных процессов, подразделяемые на порядки по масштабу и важности влияния на эволюцию Земли: климат, оледенение, землетрясение, магнетизм, магматическая и геодинамическая активность, предложены варианты связи с теми или иными явлениями. Самое спорное объяснение, по мнению автора статьи, дано цикличности магматической активности, проявление которой связывается с космическими сверхдлинными гравитационными волнами. Неудачна попытка «примирения» двух альтернативных моделей – плитной и плюмовой тектоник, которые могут трактоваться только с позиций разных гипотез образования Земли.

В (Пираев и др., 2010) освещена проблема циклического проявления тектонической и магматической активности, но только в фанерозое и с интервалами от 50-70 до 170 млн. лет. Авторы работы приходят к выводу, что процессы такого диапазона не отвечают никаким известным геологическим причинам – внутри земных источников энергии нет такой периодичности. Они не находят объяснения и в рамках концепции гелиоцентризма.

Новая гипотеза.

Предположительно, Солнечная система возникла в результате неоднократного выброса кусков апейрона (первовещества, или нуклонного вещества) из Солнца. Вероятно, куски апейрона отличались по размеру, выбрасывались с разной силой и в разное время, что определило расположение будущих планет на соответствующих орбитах относительно Солнца. Сначала куски были маленькими звёздами, их существование и эволюция были сходны с солнечными. Около них по описанному сценарию могли образоваться свои спутники.

Современное зональное строение планеты, установленное сейсмографией, объясняется новой гипотезой этапным (стадийным) развитием вещественного состава. В первый этап возникло космическое тело, оторвавшееся от Солнца, – протовещество (апейрон, нуклонное вещество). Исходные куски апейрона, вероятно, не превышали сотни метров. Современные размеры нуклонного ядра, по расчётам Г.В. Трофимова, равняются 180 м в диаметре. Во второй этап, вследствие γ-нейтронного облучения и нейтринной бомбардировки нуклонного ядра, образовалась зона элементов и их изотопов. В результате происходило разбухание планеты и увеличение её размеров, с радиусом примерно до 1300 км. Вещество в этой зоне находилось в квазигазообразном состоянии. На третьем этапе продолжался рост планеты за счёт постоянного образования элементов, одновременно увеличивалась доля тепловой энергии, излучаемой в космос. Из-за понижения температуры элементы, находящиеся на поверхности, постепенно переходили из квазигазообразного в квазижидкое состояние, возникали некоторые молекулы и химические соединения. Непрерывное появление новых атомов в ядре увеличивало объём планеты и относительно монотонно наращи- 8 вало мощность зоны химически организованного расплава, состав и структура которого приспосабливались к температурному градиенту (эффект Соре), т.е. происходила жидкостная дифференциация, образовалась плотная атмосфера легколетучих веществ. Радиус планеты к концу третьего этапа достиг ≈3600 км. Из-за больших потерь тепловой энергии, излучаемой в космос, на поверхности Земли началась кристаллизация расплава с образованием зоны, соответствующей по составу континентальной (гранодиоритовой) коре и покрывающей всю поверхность планеты. В это же время произошла конденсация определённого количества воды и образование маломощной гидросферы. Начался геологический этап исторического развития Земли – предположительно, через 1-1.5 млрд. лет после того, как был выброшен кусок первовещества (апейрона) из Солнца. Это время не зафиксировано в геологических образованиях – в минералах и породах, поскольку они до этого не образовывались. Поэтому изотопный возраст самых древних пород Земли редко превышает 3.5 млрд. лет.

 Схематическое строение Земли

Схематическое строение Земли, согласно новой гипотезе, построенное автором с использованием данных (Лесовой, 2007): а – возраст 1-1.5 млрд. лет; б – современное.

Дальнейшая история Земли отражается в геологических летописях, минералах и породах. Продолжалось образование элементов с ослаблением интенсивности из-за уменьшения размера апейронового ядра и меньшей возможности проникновения нейтринного облучения через образованные зоны расплава и твёрдой оболочки. С увеличением объёма и, соответственно, площади планеты, росло количество тепловой энергии, излучаемой в космос. В связи с потерей тепла процесс кристаллизации распространялся от поверхности на глубину планеты при увеличении мощности твёрдой оболочки до достижения ликвидус-солидусного равновесия. Постоянное образование элементов и накопление тепловой энергии приводило и приводит в настоящее время к увеличению давления со стороны твёрдого и жидкого ядер на твёрдую оболочку. Когда внутреннее давление жидкого ядра превышает прочность твёрдой оболочки, происходит разрыв последней, и расплавленное вещество по образовавшимся трещинам доставляется в верхние горизонты, вплоть до поверхности планеты. В это время активно проявляется тектоника, магматизм и метаморфизм, происходит разрушение континентальной протокоры и наращивание нижней мантии. В современной геологии это явление классифицируется как плюмовая тектоника (Грачёв, 2002; Рябчиков, 2005). После достижения барического и гравитационного равновесия наступает период слабого проявления магматизма, который снова нарушается образованием элементов и последующей вспышкой разбухания планеты, т.е. началом нового цикла магматической активности. За геологическую историю Земли зарегистрировано до 9 тектоно-магматических циклов. За это время радиус Земли увеличился почти вдвое, первичная континентальная кора разорвана на блоки, разошедшиеся в разных направлениях. Между континентальными блоками постоянно образуется океаническая кора, сложенная коматиитпикрит-базальтовой породной ассоциацией.

 Границы блоков континентальной коры

Границы блоков континентальной коры, движение которых относительно друг друга объясняет возникновение срединно-океанических хребтов (Ферхуген и др., 1974): 1 – границы с известной скоростью раздвижения; 2 – другие границы блоков с рассчитанным результирующим движением; 3 – границы других возможных блоков; 4 – растяжение; 5 – сжатие.

Проблема тепловой энергии.

Старые гипотезы не дают решения этой проблемы. До середины ХХ в. была популярна гипотеза холодного происхождения планеты, но ей противоречило наличие жидкого ядра в центре Земли. Более поздние разработки подвергли эту идею критике (Рингвуд, 1981 и др.). Приводятся более обоснованные с точки зрения авторов доказательства того, что образование жидкого ядра произошло в начале развития Земли. По мнению авторов гипотез, этот процесс был высоко экзотермическим вследствие выделения гравитационной потенциальной энергии, которая вызвала средний подъём температуры примерно на 2000 °, что привело к частичному плавлению внутри Земли. Процесс плавления железа и концентрация его расплава могут быть только эндотермическими. Кроме того, нет прямых доказательств того, что при аккреции, уплотнении, радиации и гравитации выделяется тепловая энергия в количествах, достаточных для плавления всего вещества Земли. Даже самые оптимистические расчёты не позволяют говорить о возможности полного плавления вещества Земли. Начавшаяся кристаллизация гипотетического расплава из-за потери тепловой энергии излучением в космос и отсутствия достаточно интенсивного источника внутреннего тепла должна была неизменно привести к кристаллизации всего расплава и «тепловой смерти» планеты ещё 1-1.5 млрд. лет назад.

Согласно новой гипотезе, проблемы теплового обеспечения геологических процессов не существует. Речь может идти только о длительности работы генератора тепла для существования планеты в современном состоянии, поскольку количество апейрона уменьшается. Вероятно, из-за этого происходит неполная компенсация тепла, излучаемого в космос с поверхности Земли. Предположение подтверждается ослаблением степени термального метаморфизма во времени. Проявление современного магматизма свидетельствует о том, что генерируемое внутреннее тепло превалирует над теплом, отдаваемым в космос. Когда апейрон полностью выработается, а количества тепла от радиоактивного распада изотопов не будет хватать для компенсации внешних потерь, наступит тепловая смерть Земли.

«Дрейф» континентов – спрединг и субдукция.

Это самая сложная проблема для старой гипотезы. В первой половине XX в. Вегенер (Ферхуген и др., 1974) доказывал, что американский и африканский континенты некогда были едины, а затем по непонятным причинам отделились друг от друга и стали перемещаться, «дрейфуя» по литосфере. С этого момента начался период фантастических гипотез увязки пространства, времени, размеров континентов и объёма планеты. В настоящее время практически общепризнана гипотеза о дрейфе континентальных плит относительно друг друга, при этом ложе океана принимает участие в общем движении (раздвигании океанического дна). Вдоль гребней океанических хребтов за счёт мантии образуется новая океаническая кора, смещающаяся от места своего возникновения в стороны (спрединг) и вновь опускающаяся в мантию (субдукция) под континентальную кору. Если раздвижение (спрединг) океанической коры от срединных разломов в той или иной мере доказывается по смене магнитных полей, то погружение под континенты океанических плит (субдукция) компенсирует расширение и сохранение размера и формы планеты согласно закону сохранения вещества. Предполагается также, что эти движения связаны с крупными тепловыми «конвективными» возмущениями в подстилающей мантии, верхние несколько сотен километров которой участвуют в движении. В (Ферхуген и др., 1974) отмечается, что установление такой связи между процессами в мантии и земной коре – очень важное открытие. Но приведённое заключение весьма сомнительно, поскольку возникновение конвекции в твёрдой среде не представляется возможным, тем более если среда находится под большим давлением.

В теплотехнике известны три механизма теплопередачи в зависимости от агрегатного состояния, химических и физических свойств вещества: кондуктивная теплопроводность, конвекция и излучение. Система сама выбирает наиболее подходящий способ передачи тепловой энергии, когда она попадает в температурный градиент. Поскольку теплопроводность вещества в твёрдом состоянии значительно больше, чем в жидком, то, естественно, система в твёрдом состоянии выберет наиболее выгодный способ передачи тепла – кондуктивную теплопроводность. Поэтому, предполагая конвективный способ переноса тепла в твёрдой мантии, исследователи приписывают природе нарушение физико-химических законов. В (Ферхуген и др., 1974) говорится, что конвекция была привлечена для объяснения процессов орогенеза, континентального дрейфа и раздвигания морского дна, которые трудно объяснить другими гипотезами. Л. Кнопов (1974), проанализировав возможности конвективного процесса в мантии, пришёл к выводу, что модель конвекции, охватывающей всю мантию, мало пригодна для Земли. Ограничение же конвективной циркуляции верхней мантией лишь усугубляет трудности, связанные с проблемой небольшого горизонтального масштаба. Если бы процесс конвекции происходил в верхней мантии (или литосфере), то у неё было бы гомогенное строение, чему нет фактического подтверждения. Наоборот, состав ксенолитов, доставляемых магмами с различной глубины, свидетельствует о химической и фазовой неоднородности литосферы, по крайней мере, до глубины 200-250 км. Зональное строение литосферы Земли подтверждается геофизикой, что выражается в вариациях в распределении скоростей сейсмических волн. Эта неоднородность определяется стремлением вещества Земли достичь гравитационное и термическое равновесие.

Нет единого мнения относительно эволюции континентальной коры. Одни геологи считают, что первичная континентальная кора, покрывающая поверхность Земли, под действием неких процессов была разломлена на блоки и растащена. Часть блоков океанизировалась и погрузилась в океан, другая просто опустилась в океан (Белоусов, 1974).

Согласно новой гипотезе, проблема «дрейфа» континентов наиболее проста и решается без применения фантастических вариантов субдукции. Всё объясняется увеличением объёма планеты с образованием планетарных разломов (рис. 4), по которым происходит излияние различных магм и образование новых слоёв океанической коры. О существовании глобальных срединно-океанических разломов, по которым происходит расширение океанической коры, стало известно во второй половине XX в. и не подвергается сомнению в настоящее время. Также происходит разламывание континентальной коры и «залечивание» разломов магматическими инъекциями, главным образом, основного состава. Этот процесс реализуется в континентальном рифтообразовании (геосинклинали, подвижноскладчатые зоны) со своим магматизмом и осадконакоплением. При этом происходит увеличение площадей континентальных блоков (плит) и значительная гетерогенезация их вещества по горизонтали и вертикали. Выявленные при сейсмотомографии слэбы – результат «залечивания» глобальных разломов веществом, отличным по физическим свойствам от мантийного, а не обломки субдуцируемой плиты, как это интерпретируется в работе (Хаин, Халилов, 2009).

Происхождение морских вод и атмосферы.

Если предыдущие вопросы старая гипотеза так или иначе объясняет, то проблема количественного и качественного соотношения всех компонентов гидросферы и атмосферы остаётся совершенно не решённой. Предполагается, что растворённые в морской воде компоненты были доставлены реками и ветром после разрушения горных пород. Между тем количество хлора в воде океанов во много раз больше общего содержания всех элементов, которые могли выделиться при выветривании изверженных пород в течение геологического времени. Откуда же поступал хлор в океаническую воду?

Подобное расхождение в содержании обнаруживается также и для других компонентов морской воды и атмосферы. Так, количество CO2 карбонатных осадков в несколько сотен раз превышает суммарное количество CO2 , который присутствует в настоящее время в атмосфере и гидросфере. Последнее в свою очередь гораздо больше того количества, которое могло выделиться и попасть в атмосферу в результате выветривания изверженных пород. Аналогичные заключения касаются, в частности, бора, брома, фтора, азота, серы и воды. Исследователи пришли к выводу, что возможны только два варианта (Ферхуген и др., 1974): а) эти элементы в основном или полностью остаточны от «примитивной» атмосферы или океана; б) они дегазированы из недр планеты в течение геологического времени. Первый вариант отвергается по следующим соображениям: вода в океанах была бы кислой (РН≈1); CO2 в этих условиях образовывал бы карбонаты; HCl восстанавливала бы силикаты до SiO2 . В результате образовывалось бы большое количество карбонатов и кремнезёма, чего нет в разрезах докембрия. Соотношение известняков к другим осадкам остаётся примерно одинаковым в течение всего геологического времени. Второй вариант представляется более правдоподобным. Вулканы выбрасывают в атмосферу газы, преимущественно из H2 O, CO2, HCl, HF, N2 , H2 S и SO2 . Вполне вероятно, что масса гидросферы и атмосферы постоянно возрастала, а их состав практически не изменялся. Баланс радиогенного аргона в мантии, коре и атмосфере также свидетельствует о том, что он поступал из мантии. Исследователям остаётся непонятным, откуда брались все указанные летучие, поскольку они должны были покинуть мантию в процессе жидкостной дифференциации на ранней стадии существования Земли.

В (Ярмолюк и др., 2005) приведены результаты анализа распределения потоков летучих между мантией и внешними оболочками Земли: корой, гидросферой и атмосферой. Базой анализа были представления о существовании баланса между массами летучих, выносимыми совместно с магмами на поверхность Земли, массами этих летучих, поглощённых в недрах совместно с субдуцированной литосферой, и их массами, которые находятся во внешних оболочках. Эти представления соответствуют старой гипотезе о незначительном изменении количества исходного вещества планеты, в т.ч. летучих. При этом ведущая геодинамическая роль такого поведения летучих отводится тектонике литосферных плит и мантийных плюмов, взаимоисключающих процессов. Предполагается также, что скорость геологических процессов изменялась незначительно в течение геологического времени. Баланс выноса летучих компонентов из мантии рассчитан по газовым включениям в минералах, слагающих породы различных геодинамических обстановок. Нисходящие массы летучих оценивались по содержанию их в континентальной и океанической коре и по количеству погребённой массы пород. Авторы считают, что количество воды, вовлекавшейся в процессы рециклинга, превышает её ювенильные поступления. Поэтому в геологической истории содержание воды в верхних оболочках постепенно уменьшается, а содержание хлора и фтора увеличивается.

Для расчёта баланса летучих компонентов авторам пришлось признать наличие газовой экзосферы у Земли, начиная с самых ранних стадий её развития. При этом надо предполагать, что экзосфера образовалась в результате полной дегазации всего расплавленного вещества Земли. После образования твёрдых оболочек и океанов начали реализоваться циклы тектоно-магматической активизации, в результате субдукции летучие «засасывались» вглубь Земли, а затем вместе с магмами снова выносились на поверхность в гидросферу и атмосферу. Таким образом, по мнению авторов, количество летучих на планете и в её недрах остаётся приблизительно постоянным на протяжении всей истории Земли. Происходит их круговорот с участием в различных геологических процессах. Но из приведённого материала осталась не понятной роль рециклинга летучих в поддержании плюмовой активности Земли. Предлагаемый баланс поведения летучих компонентов не без основания вызывает сомнения. Если с некоторой натяжкой количество летучих в экзосфере и выбрасываемых вулканами можно оценить, то массу летучих «засасываемых» в мантию субдукцией невозможно подсчитать даже приблизительно, если не задаваться постоянством общего количества летучих.

Согласно новой гипотезе, все указанные летучие компоненты образуются в твёрдом ядре и затем совместно с другими компонентами транспортируются к поверхности планеты, участвуя во многих геологических процессах. При этом их количество должно увеличиваться с увеличением количества всех элементов и объёма планеты.

Заключение.

Новая модель происхождения Земли Трофимова-Лесового принципиально отличается от старой тем, что исходное протовещество планеты не считается постоянным. Согласно этой модели, в результате взаимодействия ядра с космическими излучениями непрерывно продуцируются разнообразные элементы и изотопы, что ведёт к увеличению количества и объёма вещества. При этом выделяется достаточно много тепловой энергии, вызывающей различные геологические процессы. Признание новой модели позволяет решать многие геологические проблемы, не решаемые с позиций старой гипотезы. Сопоставление результатов решения некоторых геологических проблем с позиций двух гипотез свидетельствует в пользу новой, что, по мнению автора, должно привлечь к ней внимание исследователей и увеличить число её сторонников.

Происхождение континентальной и океанической коры практически невозможно объяснить при признании постоянных размеров планеты и количества её вещества. Привлечение конвекции литосферного вещества для объяснения «дрейфа» континентов, спрединга и субдукции коровых плит совершенно не реально для твёрдой литосферы, тем более находящейся под большим давлением. Эти явления можно объяснить расширением («разбуханием») Земли, вызванным образованием элементов и их изотопов в ядре планеты и увеличением объёма внешнего (жидкого) ядра, что приводит к разрывам твёрдой оболочки поступлению в верхние горизонты расплавленного (и флюидизированного) вещества – плюма. Циклическое проявление магматической активности с участием мантийных плюмов не имеет объяснения в старой модели, поскольку она не предлагает источника тепловой энергии, без которой невозможны проявления таких процессов. Следовательно, признание реальности плюмовой тектоники неизбежно ведёт и к признанию справедливости новой модели происхождения Земли и эволюции её вещества.

И ещё одно существенное следствие из новой гипотезы: если все элементы и их изотопы действительно постоянно образуются из первовещества (апейрона, нуклонного вещества), то теряет смысл использование различных земных изотопных отношений, а также их сопоставление с хондритовыми, для решения геодинамических и петрологических проблем, что активно пропагандируется в современной литературе. Результаты геохронологических исследований необходимо интерпретировать с большой осторожностью, учитывая геологические и петрологические данные, а также геохимическое поведение используемых изотопов в конкретных процессах.

Список литературы

1. Грачёв А .Ф .  В  поисках обобщённого изотопно-геохимического портрета мантийного плюма (первые результаты) // Мантийные 12 плюмы и металлогения. Матер. межд. симп. Петрозаводск-Москва, 2002. С. 77-85.

2. Лесовой Ю.И. К вопросу эволюции вещества Земли // Отеч. геол. 2007. № 2. С. 83-89.

3. Пираев В.В., Молчанов В.И., Еганов Э.А. Принцип каузальности – научная основа фундаментальных проблем геологии // Уральский геол. журнал. 2010. № 1(73). С. 3-20.

4. Рингвуд А.Е. Состав и петрология мантии Земли. М.: Недра, 1981. 584 с.

5. Рябчиков И. Д. Геохимия магм плюмовой обстановки // Эволюция петрогенеза и дифференциация вещества Земли. Матер. межд. (Х Всерос.) петрографич. совещ. «Петрография ХХI века». Т. 1. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2005. С. 178-180.

6. Ферхуген Дж., Тернер Ф., Вейс Л. и др. Земля (введение в общую геологию). Т. 1, 2. М.: Мир, 1974. 846 с.

7. Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессов: её возможная природа. М.: Научный мир, 2009. 520 с.

8. Хасанов Р.Х. Расслоенные гранитоидные плутоны Памира и ранее не известные закономерности в магматической геологии // Эволюция петрогенеза и дифференциация вещества Земли. Матер. межд. (Х Всерос.) петрографич. совещ. «Петрография ХХI века». Т. 1. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2005. С. 247-249.

9. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И., Наумов В.Б. Геодинамика, потоки и рециклинг летучих компонентов между мантией и верхними оболочками Земли // Эволюция петрогенеза и дифференциация вещества Земли. Матер. межд. (Х Всерос.) петрографич. совещ. «Петрография ХХI века». Т. 1. Апатиты: Изд-воКНЦРАН, 2005. С. 294-296.

10. Gutenberg B. Physics of the Earth’ s interior. New York – London: Academic Press, 1959. 240 p.

 

Автор: М.И. Дубровский, к.г.-м.н.

Прочитано 132 раз Последнее изменение Среда, 19 Июнь 2019 19:47

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены