CC BY
149
УДК 552.11
ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВЕЩЕСТВА ЗЕМЛИ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НОВОЙ ГИПОТЕЗЫ
М.И. Дубровский
Г еологический институт КНЦ РАН
Аннотация
Рассмотренная новая модель происхождения Земли Трофимова-Лесового принципиально отличается от старой тем, что исходное протовещество нашей планеты в этой модели не считается постоянным. Согласно новой модели, в результате взаимодействия ядра с космическими излучениями непрерывно продуцируются разнообразные элементы и изотопы, что ведет к увеличению как количества вещества, так и его объема. При этом выделяется достаточно много тепловой энергии, вызывающей реализацию различных геологических процессов. Признание новой модели позволяет решать многие геологические проблемы, не решаемые с позиций старой гипотезы. Сопоставление результатов решения некоторых геологических проблем, проведенное с позиций старой и новой гипотез, однозначно свидетельствует в пользу новой гипотезы, что, по мнению автора, должно привлечь к ней внимание исследователей и увеличить число ее сторонников.
Ключевые слова:
новая гипотеза образования Земли, апейрон-протовещество, продуцирование элементов, увеличение количества вещества.
Все существующие проблемы по строению Земли, слагающих ее пород и минералов, по различным геологическим процессам (геодинамика, образование континентов, океанов и атмосферы, форма и размеры континентов и океанов, «дрейф» континентов и расширение океанов, магматизм, метаморфизм, дифференциация пород и магм, осадконакопление) геологи решают с позиций существующей гипотезы образования и истории развития Земли. Но, конечно же, самая главная проблема - это происхождение и эволюция вещества Земли, поскольку все остальные проблемы являются частными производными. Побудительным мотивом написания данной статьи явилось появление в литературе новой гипотезы образования Земли и эволюции ее вещества [1]. Меня эта статья заинтересовала еще и потому, что мы с Г.В. Трофимовым (бывший сотрудник Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья, кандидат химических наук) обсуждали эту проблему начиная с 2002 года.
Предложенный Г.В. Трофимовым вариант гипотезы образования нашей планеты из нуклонного куска, оторвавшегося от Солнца, из которого при его бомбардировки нейтрино сформировалась Земля, совершенно аналогичен гипотезе Ю.И. Лесового и объясняет общее зональное строение Земли, исключая несколько несущественных деталей. Поражает сходство мыслей двух ученых, неконтактирующих между собой, и я посчитал целесообразным и справедливым назвать эту гипотезу - гипотеза Трофимова-Лесового. Главное достоинство новой гипотезы - признание возможности существование в природе первовещества (апейрона, нуклона), то есть вещества, исходного для образования элементов. Оба автора считают, что это обычное явление. Действительно, если существуют отдельно составляющие вещества - нейтрон и протон, то должно существовать и вещество, состоящее из них обоих. Иначе не было бы звезд, так как, по мнению Трофимова и Лесового, существование звезд также обязано процессу образования элементов за счет апейрона и космических излучений. Модель же генерации звездной энергии реакцией по типу водородной бомбы представляется маловероятной, в противном случае в космосе не было бы водорода и вообще вселенной - она бы взорвалась, поскольку эта реакция спонтанная. Такие реакции, по моему мнению, в природе исключаются.
Аналогичное мнение относительно эволюции исходного вещества нашей планеты высказано Р.Х. Хасановым [2], но в более обобщенном виде. Им выделено четыре эпохи в истории формирования Земли: 1) эпоха субатомных элементарных частиц - звездно-плазменного 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 геологические проблемы. Ю.И. Лесовой считает, что ключом к решению всех проблем является, как ни странно, вопрос о происхождении элементов и их изотопов. Базовые положения происхождения и элементов со всеми их изотопами, и космических тел разработаны более полувека тому назад В.В. Чердынцевым и В.А. Амбарцумяном, но почему-то не получили соответствующего признания и развития. Поскольку в статье Ю.И. Лесового главное внимание уделено условиям образования элементов и их изотопов и лишь намечены возможности решения некоторых общих вопросов, в данной статье внимание сконцентрировано на преимуществах новой гипотезы в решении сложных геологических проблем.
Естественно, в короткой статье невозможно детально проанализировать все проблемы и их решения с позиций двух гипотез. Поэтому были выбраны наиболее важные проблемы. Их суть излагается без детального анализа, поскольку эти проблемы известны геологам, а затем предлагаются решения с точки зрения двух гипотез. Сопоставление точек зрения позволит выявить достоинства и недостатки той и другой гипотезы. Для краткости современную гипотезу будем называть «старой», а предлагаемую Г.В. Трофимовым и Ю.И. Лесовым - «новой».
Наиболее популярно и доходчиво все основные проблемы с позиций старой гипотезы рассмотрены в [3]. Это позволяет автору сократить ссылки на литературу до минимума и использовать лишь те из работ последних лет, в которых известные проблемы решаются более или менее оригинально. Начнем с главной проблемы.
Происхождение Земли и современное ее строение
Старая гипотеза. Всем геологам и любознательным людям известно, что планеты солнечной системы образовались из пылегазового облака, которое попало в зону притяжения Солнца. Считается, что формирование этих планет из пылегазового скопления происходило одновременно и по сходному сценарию, но с различными стадиями развития. Ранние модели (гипотезы) образования Земли из-за возникающих сложностей при объяснении главных проблем геологии пересматривались и в той или иной мере модернизировались. Их разбор и оценка приведены в работе [4]. А.Е. Рингвуд отмечал, что широко 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 лучше использовать информацию, полученную непосредственно при исследовании Земли. Но оказалось, что даже детального изучения Земли (насколько позволяет природа и научно-технические возможности) до настоящего времени недостаточно для того, чтобы предложить приемлемую гипотезу происхождения нашей планеты. Тупиковая ситуация связана с тем, что исходные положения предлагаемых вариантов моделей оставались прежние: планета образовалась из метеоритного вещества, количество и объем которого не могли значительно меняться в истории планеты.
Некоторые ученые считают, что современное представление об образовании планет солнечной системы из космической пыли и астероидов является вообще вымыслом, несоответствующим действительности, так как в природе отсутствует сила, способная быстро сжать облако пыли до плотного сгустка с последующим его расплавлением. Веские аргументы против метеоритного происхождения Земли приведены и в работе Ю.И. Лесового [1, с. 84]. Если бы сила сжатия космической пыли существовала, то за 4.5 млрд лет истории нашей планеты все скопления космической пыли в галактике должны были исчезнуть, и мы просто не знали бы об их существовании.
Итак, согласно старой гипотезе Земля сформировалась при прохождении следующих процессов с образованием вначале твердого и жидкого ядра: аккреции, плавления (частичного или полного), дифференциации, а затем - нижней мантии, верхней мантии, коры, гидросферы, атмосферы и приобрела зональное строение. Зональное строение Земли доказано «ступенчатым» изменением скорости сейсмических волн (рис. 1) и наличием геотермического градиента, рассчитанного по минеральным ассоциациям глубинных ксенолитов. Состав зон сопоставляется с составом различных метеоритов: твердое ядро сложено железом с примесью никеля, жидкое ядро 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 (рис. 2). Следует обратить внимание на значительное снижение скорости Р-волны
в твердом ядре по сравнению со скоростью в нижней мантии вблизи границы с внешним (жидким) ядром (рис. 1) - с 13.5 км/с до 11.5 км/с, в то время как плотность вещества твердого ядра (железного?) должна быть больше плотности вещества нижней мантии.
Давление,кбар ЛА0 500 1000 1500
\ 4 --п--1--1--1-1--1-1--1-1--1-1--1--1—П 1-1-1--1-1-1--1—I—I г
4 II і її і' і І і і_!—і_І і і і і I_і і і і I_і і і і І і і і І І і і і і І і і і і_І і і
0 1000 2000 3000 5000
Глубина, км
Рис. 1. Распределение скоростей сейсмических волн в Земле, по данным разных авторов [4, 13]:
1 - континентальная кора, 2 - верхняя мантия, 3 - переходный слой, 4 - раздел Мохоровичича под континентами, 5 - нижняя мантия, 6 - внешнее (жидкое) ядро, 7 - внутреннее (твердое) ядро
6371км
Рис. 2. Основные оболочки Земли, согласно старой гипотезе [4]:
1 - кора, 2 - раздел Мохоровичича, 3 - верхняя мантия, 4 - зона пониженных скоростей,
5 - 20-градусный раздел, 6 - раздел 650 км, 7 - переходный слой, 8 - нижняя мантия,
9 - раздел ядро-мантия, 10 - внешнее ядро, 11 - внутреннее ядро
При объяснении обособления твердого ядра выявляются явные физико-химические противоречия. Утверждается, что гравитационные силы Земли обуславливают распределение в ее недрах элементов по плотности, вытесняя тяжелые элементы (такие как железо) из внешних зон к
ядру. Но, с другой стороны, предполагается, что в основном и, ТЬ вместе с К находятся в коре. Остается непонятным, почему в процессе образования Земли сначала аккумулировались только частицы железа, образовавшие ядро, а силикаты и окислы обособились на второй, 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 твердом веществе трудно ожидать, что гравитационное равновесие могло быть достигнуто без расплавления вещества. Вероятнее всего, что разделение гомогенной планеты на ядро и мантию произошло позже аккреции ее вещества, когда температура внутри Земли поднялась до точки плавления железа. Ученые не знают точно, за счет какого процесса произошло повышение температуры вещества Земли. В работе [3], например, говорится следующее: «Можно, однако, предполагать, что после образования Земли должно было произойти какое-то событие, обусловившее разогрев Земли и частичное расплавление ее вещества. Об этом свидетельствует существование расплавленного металлического (?) ядра». Авторы указанной работы предполагают такие источники тепловой энергии, как радиоактивность, приливное трение и гравитация. Результаты же расчетов суммарного количества тепла за счет указанных источников показывают, что тепла хватило бы только на частичное плавление. Что же касается гравитации, то до настоящего времени остается невыясненным, 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 подчеркивается в работе [3]: «..и гравитационный, и температурный градиенты стремятся нарушить однородность состава, которая в противном случае будет сохраняться». Причем необходимо подчеркнуть, что дифференциация вещества при действии указанных факторов может осуществляться 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. Остается непонятным, когда и почему процесс кристаллизации остановился на определенной 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. Необъяснимым остается вопрос, почему часть вещества нашей планеты находится в расплавленном состоянии и постоянно, на протяжении всей геологической истории, происходят тектонические, магматические и метаморфические процессы, требующие (потребляющие) огромного количества тепловой энергии. Допустим (предположим), что при аккреции выделилось такое количество тепловой энергии, которого хватило для расплавления всего вещества планеты и нагревания его до 2-2.5 тыс. °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 «2.9 тыс. км может свидетельствовать о достижении ликвидус-солидусного равновесия, которое, по всей вероятности, сохраняется уже много времени, а это возможно только в том случае, если тепловая энергия, теряемая планетой в космос, компенсируется энергией, поступающей от ядра планеты. Если, согласно старой гипотезе, внешнее ядро (жидкое) и внутреннее ядро (твердое) состоят из железа с различными примесями, то генерация тепловой энергии может происходить только за счет кристаллизации жидкого ядра. Тепло кристаллизации внутреннего ядра, как и процесса дифференциации на оболочки - это неполная компенсация тепла, потраченного на разогрев исходного вещества до плавления. Остается тепло солнечно-лунных приливов и распада радиоактивных элементов, но этого количества тепловой энергии, при постоянной потере излучением, не может хватать даже для поддержания ликвидус-солидусного равновесия внешнее ядро - нижняя мантия. Можно допустить, что процесс кристаллизации жидкого
ядра происходит настолько медленно, что, начавшись 3.5-4.0 миллиарда лет назад, он продолжается до настоящего времени с медленным нарастанием нижней мантии за счет жидкого ядра. Что же касается циклического проявления тектоно-магматической активизации и (или) плюмовой тектоники, то признание описанной выше ситуации (состояния) совершенно исключает их реализацию, поскольку для этого требуется достаточно большое количество дополнительной энергии, генерация которой не предусмотрена моделью происхождения Земли из пылегазового вещества.
Таким образом, по старой гипотезе Земля образовалась из определенного количества вещества, представленного в виде атомов и их различных соединений, и в соответствии с законом сохранения материи это количество вещества практически остается постоянным с незначительным изменением за счет радиоактивного распада тяжелых элементов. Имели место лишь изменения формы и размеров за счет уплотнения, а в последующие стадии - расплавление, жидкостная дифференциация и неполная кристаллизация. После этого форма и размеры Земли оставались постоянными. До настоящего времени не предложены варианты источников тепловой энергии, необходимой для сохранения жидкой зоны и прохождения геологических процессов, особенно циклического проявления плюмовой тектоники. В работе В.Е. Хаина и Э.Н. Халилова [5] рассмотрены циклы различных процессов, подразделяемые на порядки по масштабу и важности влияния на эволюцию Земли: климат, оледенение, землетрясение, магнетизм, магматическая и геодинамическая активность, и предложены варианты связи с теми или иными явлениями. Наиболее проблематичное 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.
Работа [6] также посвящена проблеме циклического проявления тектонической и магматической активности, но только в фанерозое и с интервалами от 50-70 до 170 млн лет. Ее авторы приходят к выводу, что процессы такого диапазона не увязываются ни с какими известными геологическими причинами - нет внутри земных источников энергии такой периодичности. Не находят они объяснения и в рамках концепции гелиоцентризма.
Труд, в основу которого положена гипотеза О.Ю. Шмидта, вряд ли может претендовать на название «Теория развития Земли: происхождение, эволюция и трагическое будущее» [7], поскольку и здесь не решена проблема наличия внутри Земли процесса, генерирующего энергию, необходимую для прохождения всех остальных геологических процессов.
Новая гипотеза
Согласно новой гипотезе, образование солнечной системы происходило в результате выбрасывания кусков апейрона (первовещества или нуклонного вещества) из Солнца. Предполагается, что процесс этот был не одноактным. Вероятно, куски апейрона были разных размеров и, естественно, выбрасывались с разной силой и в разное время, что определило расположение будущих планет на соответствующих орбитах относительно Солнца. Сначала эти куски были маленькими звездами, и их существование и эволюция были сходными с солнечными. Около них по описанному сценарию могли образоваться свои спутники.
Современное зональное строение нашей 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 расчетам Г.В. Трофимова равняются 180 м в диаметре. Во второй этап, вследствие у-нейтронного облучения и нейтринной бомбардировки нуклонного ядра, образовалась зона элементов и их изотопов. В результате происходило разбухание планеты и увеличение ее размеров, с радиусом примерно до 1300 км, а вещество в этой зоне находилось в квазигазообразном состоянии. На третьем этапе продолжался рост размера планеты за счет постоянного образования элементов, но одновременно увеличивалась доля тепловой энергии, излучаемой в космос. Поэтому из-за понижения температуры элементы, находящиеся на поверхности, постепенно переходили из квазигазообразного в квазижидкое состояние, начиналось образование некоторых молекул и возникновение химических соединений (оксидов, гидридов, нитратов, карбидов, углеводородов и др.). Непрерывное появление новых атомов в ядре увеличивало объем планеты и относительно монотонно наращивало мощность зоны химически организованного расплава, состав и структура которого приспосабливались к температурному градиенту (эффект Соре), то есть происходила жидкостная дифференциация, а также
образование плотной атмосферы легколетучих веществ. Радиус планеты к концу третьего этапа достиг «3600 км (рис. 3А). Из-за больших потерь тепловой энергии излучением 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 определенного количества воды и образование маломощной гидросферы. Начался геологический этап исторического развития Земли. Предполагается, что это произошло приблизительно через 1-1.5 млрд лет после того, как был выброшен кусок первовещества (апейрона) из Солнца. Это время никак 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.
Рис. 3. Схема строения Земли, построенная автором согласно новой гипотезе с использованием данных [1]: А - возраст 1-1.5 млрд лет; Б - современное
Дальнейшая история нашей планеты в той или иной форме записана в геологических летописях, минералах и породах. Продолжалось образование элементов, но, естественно, с ослаблением интенсивности из-за уменьшения размера апейронового ядра и меньшей возможности
проникновения нейтринного облучения через
образованные зоны расплава и твердой оболочки. С увеличением объема 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 твердой оболочки, до достижения ликвидус-солидусного равновесия (рис. 3Б). Постоянное образование элементов и накопление тепловой энергии приводит к увеличению давления со стороны твердого и жидкого ядер на твердую оболочку. Когда внутреннее давление жидкого ядра превышает прочность твердой оболочки, происходит разрыв последней, и расплавленное вещество по образовавшимся трещинам доставляется в верхние горизонты вплоть до поверхности планеты. Именно в это время активно проявляется тектоника, магматизм и метаморфизм, происходит разрушение континентальной протокоры и наращивание нижней мантии. В современной геологической науке данное явление классифицируется как плюмовая тектоника [8, 9].
После достижения барического и гравитационного равновесия наступает период слабого проявления магматизма, который снова нарушается образованием элементов и последующей вспышкой разбухания планеты, то есть началом нового цикла магматической активности. За геологическую историю Земли геологи задокументировали до 9 тектономагматических циклов. За это время радиус Земли увеличился почти вдвое, первичная континентальная кора разорвана на блоки, растащенные в разных направлениях, и между континентальными блоками постоянно образуется океаническая кора (рис. 4), сложенная коматиит-пикрит-базальтовой породной ассоциацией.
Рис. 4. Границы блоков континентальной коры, движение которых относительно друг друга объясняет возникновение срединно-океанических хребтов [3]:
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
С точки зрения старых вариантов гипотез нет корректного решения этой проблемы. До середины ХХ века широким признанием пользовалась гипотеза холодного происхождения нашей планеты. Но она столкнулась с проблемой присутствия жидкого ядра в центре Земли. Более поздние разработки подвергли критике эту точку зрения [4 и др.]. Были приведены более обоснованные с точки зрения авторов доказательства, 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 подъем температуры примерно на
2 тыс. градусов, что привело к широко распространенному частичному плавлению внутри Земли. Процесс плавления железа и концентрация его расплава могут быть только эндотермическими. К тому же нет строгих доказательств, что при процессах аккреции, уплотнения, радиации, гравитации выделяется тепловая энергия в таких больших количествах, которых хватало для расплавления всего вещества Земли. Даже самые оптимистические расчеты не позволяют говорить о возможности полного плавления вещества Земли. А начавшийся из-за потери тепловой энергии излучением в космос и отсутствия достаточно интенсивного источника внутреннего тепла процесс кристаллизации гипотетического расплава обязательно должен был привести к кристаллизации всего расплава и «тепловой смерти» нашей планеты еще 1—1.5 млрд лет назад. После сравнительного анализа энергетических ресурсов Земли Дж. Ферхуген с соавторами пришли к интересному заключению: «Из всего сказанного очевидно, что внутренний тепловой поток занимает главенствующее место среди прочих источников тепловой энергии Земли. Если бы мы смогли достоверно объяснить его происхождение и величину, мы могли бы тогда быть уверены, что находимся на правильном пути к пониманию эволюции планеты» [3, с. 713].
Согласно же новой гипотезе, проблемы теплового обеспечения геологических процессов просто не существует. Речь может идти только о длительности работы генератора тепла для существования нашей планеты в современном состоянии, поскольку количество апейрона уменьшается и, вероятно, из-за этого происходит неполная компенсация тепла, излучаемого в космос с поверхности Земли. Сделанное предположение подтверждается ослаблением степени термального метаморфизма во времени. Проявление же современного магматизма свидетельствует о том, что генерируемое внутреннее тепло превалирует над теплом, теряемым в космос. Когда же полностью выработается апейрон, а количества тепла за счет радиоактивного распада изотопов не будет хватать для компенсации внешних потерь, тогда наступит тепловая смерть Земли.
«Дрейф» континентов - спрединг и субдукция
Это наиболее сложная проблема для старой гипотезы. В первой половине XX в. Вегенер [3] доказывал, что американский и африканский континенты когда-то были едины, а затем (не понятно по каким причинам) отделились друг от друга и стали перемещаться, «дрейфуя» по литосфере. С этого момента начался период фантастических гипотез увязки пространства, времени, размеров континентов и объема планеты. В настоящее время почти общепризнанной считается гипотеза, смысл которой заключается в том, что континентальные плиты смещаются относительно друг друга (дрейфуют) и ложе океана само принимает участие в общем движении (раздвигание океанического дна). При этом вдоль гребней океанических хребтов за счет 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) придумано для компенсации расширения, для сохранения 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 указанном движении. По этому поводу в работе [3] отмечается, что установление такой связи между процессами в мантии и в земной коре - очень важное открытие. Однако приведенное заключение весьма сомнительно, поскольку возможность возникновения конвекции в твердой среде, да еще находящейся под большим давлением маловероятна. Необходимо напомнить, что в теплотехнике известно три способа (механизма) теплопередачи в зависимости от агрегатного состояния, химических и физических свойств вещества: кондуктивная теплопроводность, конвекция и излучение. Система согласно своим свойствам и агрегатному состоянию сама выбирает наиболее выгодный способ передачи тепловой энергии, когда она попадает в температурный градиент. Поскольку теплопроводность вещества, находящегося в твердом состоянии, на порядки больше того же вещества в жидком состоянии, то, естественно, система в твердом состоянии выберет наиболее выгодный способ передачи тепла - кондуктивную теплопроводность. Поэтому, предполагая конвективный способ переноса тепла в твердой мантии, исследователи по сути «оглупляют» природу, приписывая ей нарушение физико-химических законов. В работе [3] так и написано: «конвекция была привлечена для объяснения процессов орогенеза, континентального дрейфа и раздвигания морского дна, которые трудно объяснить на основе других предположений». Л. Кнопов [10], проанализировав возможности конвективного процесса в мантии, пришел 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 мы имели бы гомогенное ее 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 и геофизикой, что выражается вариациями в распределении скоростей сейсмических волн (рис. 1). Эта неоднородность определяется (создается) стремлением вещества Земли к достижению гравитационного и термического равновесия, о чем говорилось выше.
Нет единого мнения относительно эволюции континентальной коры. Одни геологи считают, что первичная континентальная кора, покрывающая всю поверхность Земли, какими-то процессами была разломана на блоки и растащена. Часть блоков океанизировалась и погрузилась в океан, другая часть просто опустилась в океан [11].
Согласно же новой гипотезе проблема «дрейфа» континентов наиболее проста и решается без применения фантастических вариантов субдукции. Всё прекрасно объясняется увеличением объема планеты с образованием планетарных разломов (рис. 4), по которым происходит излияние различных магм и образование новых слоев океанической коры. О существовании глобальных срединно-океанических разломов, по которым происходит расширение океанической коры, стало известно во второй половине XX в., и это явление в настоящее время не подвергается сомнению. Происходит также разламывание континентальной коры и «залечивание» разломов магматическими инъекциями, главным образом, основного состава. Этот процесс реализуется в континентальном рифтообразовании (геосинклинали, подвижно-складчатые зоны) со своим магматизмом и осадконакоплением. При этом, естественно, происходит увеличение площадей континентальных блоков (плит) и значительная гетерогенезация их вещества как по горизонтали, так, очевидно, и по 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 [5].
Происхождение морских вод и атмосферы
Если предыдущие проблемы в старой гипотезе как-то решаются, правда, с привлечением «глубокомысленных» изысканий, то проблема количественного и качественного соотношения всех компонентов гидросферы и атмосферы остается совершенно не решенной. Предполагается, что компоненты, растворенные в морской воде, 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 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, и в свою очередь гораздо больше того количества, которое могло выделиться и попасть в атмосферу в результате выветривания изверженных пород. Аналогичные заключения получаются и относительно других летучих, таких как бор, бром, фтор, азот, сера и сама вода. Исследователи пришли к выводу, что возможны только два варианта [3]: а) либо эти элементы (компоненты) являются в основном или полностью остаточными от «примитивной» атмосферы или океана; б) либо они были 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 кремнезема, чего нет в разрезах докембрия. Соотношение известняков к другим осадкам остается примерно одинаковым в течение всего геологического времени. Второй вариант представляется более правдоподобным. Вулканы выбрасывают в атмосферу газы, преимущественно состоящие из H2O, CO2, HCl, HF, N2, H2S 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 остается непонятным: откуда брались все указанные летучие, поскольку они должны были покинуть мантию в процессе жидкостной дифференциации на ранней стадии существования Земли.
В работе [12] приведены результаты анализа распределения потоков летучих между мантией и внешними оболочками Земли: корой, гидросферой и атмосферой. Базой анализа были представления о существования баланса между массами летучих, выносимыми совместно с магмами на поверхность Земли, массами этих летучих, поглощенных в недрах совместно с субдуцированной литосферой, а также их массами, которые находятся во внешних оболочках. Эти представления находятся в соответствии со старой гипотезой о незначительном изменении количества исходного вещества планеты, в том числе и летучих. При этом ведущая геодинамическая роль указанного поведения летучих отводится тектонике литосферных плит и мантийных плюмов, взаимоисключающих явлений (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 погребенной массы пород. Авторы считают, что количество воды, вовлекавшейся в процессы рециклинга, превышает ее ювенильные поступления. Поэтому в геологической истории содержание воды в верхних оболочках постепенно уменьшается, а содержание хлора и фтора увеличивается. Кроме того, для анализа (расчета) баланса летучих компонентов авторам пришлось признать наличие газовой экзосферы у Земли, начиная с самых ранних стадий ее развития. При этом надо предполагать, что экзосфера образовалась в результате полной дегазации всего расплавленного вещества Земли. После образования твердых оболочек и океанов начали реализовываться циклы тектоно-магматической активизации, и в результате субдукции летучие «засасывались» в глубь Земли, а затем вместе с магмами снова выносились на поверхность в гидросферу и атмосферу. Таким образом, по мнению авторов, количество летучих на планете Земля и в ее недрах остается приблизительно постоянным на протяжении всей истории Земли. Происходит их круговорот с участием в различных геологических процессах. Из приведенного материала непонятна роль рециклинга летучих в поддержании плюмовой активности Земли. Предлагаемый баланс поведения летучих компонентов вызывает обоснованные сомнения. Если количество летучих в экзосфере и выбрасываемых вулканами можно как-то оценить, то массу летучих, «засасываемых» в мантию субдукцией, невозможно подсчитать даже приблизительно, если не задаваться постоянством общего количества летучих.
По новой гипотезе все указанные летучие компоненты образуются в твердом ядре и затем совместно с другими компонентами транспортируются к поверхности планеты, участвуя во многих геологических процессах. При этом их количество должно увеличиваться совместно с увеличением количества всех элементов и объема планеты.
Заключение
Рассмотренная новая модель происхождения Земли Трофимова-Лесового принципиально отличается от старой тем, что исходное протовещество нашей планеты она не считает постоянным. Согласно этой модели в результате взаимодействия ядра с космическими излучениями непрерывно продуцируются разнообразные элементы и изотопы, что ведет к увеличению как количества вещества, так и его объема. При этом выделяется достаточно много тепловой энергии, вызывающей реализацию различных геологических процессов. Признание новой модели позволяет решать многие геологические проблемы, не решаемые с позиций старой гипотезы. Сопоставление результатов решения некоторых геологических проблем, проведенного с позиций старой и новой гипотез, однозначно свидетельствует в пользу новой гипотезы, 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 ее вещества. Привлечение конвекции литосферного вещества для объяснения «дрейфа» континентов, спрединга и субдукции коровых плит совершенно не реально для твердой литосферы, да ещё находящейся под большим давлением. Вполне правдоподобно эти явления объясняются расширением («разбуханием») Земли, вызванное образованием элементов и их изотопов в ядре планеты и увеличением объема внешнего (жидкого) ядра, что приводит к разрывам твердой оболочки (нижней и верхней мантии) и поступлению в верхние горизонты расплавленного (и флюидизированного) вещества, классифицированного в качестве 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 ведет и к признанию справедливости новой модели происхождения Земли и эволюции ее вещества. И еще 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 в сопоставлении с хондритовыми, для решения геодинамических и петрологических проблем, что активно пропагандируется в современной литературе. Что же касается геохронологических исследований, то интерпретировать их результаты необходимо с большой осторожностью, учитывая геологические и петрологические данные, а также геохимическое поведение используемых изотопов в конкретно изучаемых процессах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лесовой Ю.И. К вопросу эволюции вещества Земли // Отечественная геология. 2007. № 2. С. 83-89. 2. Хасанов Р.Х. Расслоенные гранитоидные плутоны Памира и ранее неизвестные закономерности в магматической геологии // Эволюция петрогенеза и дифференциация вещества Земли. Материалы международного (Х Всероссийского) петрографического совещания «Петрография XXI века». Апатиты, 2005. Т. 1. С. 247-249. 3. Земля (введение в общую геологию) / Дж. Ферхуген, Ф. Тернер, Л. Вейс, К. Вархафтиг, У. Файф. М.: Мир, 1974. Т. 1-2. 846 с. 4. Рингвуд А.Е. Состав и петрология мантии Земли. М.: Недра, 1981. 584 с. 5. Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессов: её возможная природа. М.: Научный мир, 2009. 520 с. 6. Пираев В.В. и др. Принцип каузальности - научная основа фундаментальных проблем геологии / В.В. Пираев, В.И. Молчанов, Э.А. Еганов // Уральский геологический журнал, 2010. № 1 (73). С. 3-20. 7. Сорохтин О.Г. и др. Теория развития Земли: происхождение, эволюция и трагическое будущее / О.Г. Сорохтин, Дж.В. Чилингар, Н.О. Сорохтин. М.; Ижевск: Институт компьютерных исследований, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2010. 752 с. 8. Грачев А.Ф. В поисках обобщенного изотопно-геохимического портрета мантийного плюма (первые результаты) // Мантийные плюмы и металлогения: материалы международного симпозиума. Петрозаводск-Москва, 2002. С. 77-85. 9. Рябчиков И.Д. Геохимия магм плюмовой обстановки // Эволюция петрогенеза и дифференциация вещества Земли. Материалы международного (X Всероссийского) петрографического совещания «Петрография XXI века». Апатиты, 2005. Т. 1. С. 178-180. 10. Кнопов Л. Дрейф материков и конвекция // Земная кора и верхняя мантия. М.: Мир, 1972. С. 595-602. 11. Белоусов В.В. Взаимоотношение между корой и верхней мантией // Земная кора и верхняя мантия. М.: Мир, 1972. С. 610-629. 12. Ярмолюк В.В. и др. Геодинамика, потоки и рециклинг летучих компонентов между мантией и верхними оболочками Земли / В.В. Ярмолюк, В.И. Коваленко, В.Б. Наумов // Эволюция петрогенеза и дифференциация вещества Земли. Материалы международного (X Всероссийского) петрографического совещания «Петрография XXI века». Апатиты, 2005. Т. 1. С. 294-296. 13. Gutenberg B. Physics of the Earths interior. Academic Press, New York and London. 1959. 240 p.
Сведения об авторе
Дубровский Михаил Иванович - к.г.-м.н., ст.н.с., ведущий научный сотрудник; e-mail: [email protected]
