Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли)

Я же стоял и сокрушался по поводу силы стереотипов в нашем мышлении, ну почему раньше мне не приходило в голову, что внешнее ядро планеты тоже может быть холодным (временами) и вместе с тем будет оставаться жидким, электропроводящим и плотным, в рамках моей концепции, разумеется. Ниже мы еще поговорим об этом.

7 . МЕТАЛЛОСФЕРА.

7.1. Переходный слой мантии.

По сейсмическим данным, на глубинах 400, 670 и 1050 км установлены скачки в скорости прохождения сейсмических волн (рис. № 9). Геофизики связывают это с трансформацией кристаллических решеток в более плотные модификации по мере возрастания давления. По нашим данным, эти уровни находятся в пределах металлосферы которая на 90 % сложена силицидами магния и железа, а также металлическим кремнием — Si. Относительную распространенность этих фаз можно представить пропорцией — Mg₂Si: Si: FeSi = 6: 3: 1.

Рис. 9. Три скачка в скорости распространения сейсмических волн в верхней мантии.

Естественно было предположить, что объемные эффекты связаны с трансформациями кристаллических решеток, преобладающих по объему фаз (Mg₂Si и Si). По этой причине я обратился к соответствующим специалистам в надежде уговорить их определить сжимаемость силицида магния до давлений порядка 450 кбар. Но они (специалисты) не согласились, ссылаясь на то, что соединение Mg₂Si разлагается во влажной атмосфере и это создает большие сложности в работе. Они же порекомендовали мне только что опубликованную работу американских физиков по сжимаемости кремния до 510 кбар (рис. № 10). Я не очень надеялся обнаружить сразу все три скачка в плотности в одном кремнии, но и не очень удивился этому, поскольку уже привык, что концепция сама себе помогает.

Рис. 10. Три полиморфных перехода у кремния при статическом сжатии до 510 кбар на алмазных наковальнях.

Разумеется, давления переходов в эксперименте с кремнием (при комнатной температуре) разнятся с давлениями переходов в недрах планеты, где температуры существенно выше, так и должно быть. Однако давайте представим, как может выглядеть диаграмма фазовых состояний кремния на основе известных данных (рис. 11). Мы знаем температуру плавления кремния при атмосферном давлении — это 1430 °C на оси температур. Из эксперимента американских физиков нам известно положение точек A-B-C по оси давлений при комнатной температуре (20 °C). Мы не знаем закона, по которому происходит смещение фазовых границ в зависимости от температуры, т. е. не знаем, каковы градиенты dP/dT. Эти градиенты можно определить, повторив эксперимент американских физиков при более высокой температуре. Допустим, этот эксперимент покажет давления фазовых переходов при температуре 400 °C, и это будут точки X-Y-Z (разумеется, сейчас мы не знаем положение этих точек по давлению, и на рисунке они показаны чисто условно, с тем чтобы обозначить возможный ход рассуждений). Если эти точки будут определены, то мы сможем провести фазовые границы.

Рис. 11. Возможная диаграмма фазовых состояний кремния, римскими цифрами показаны фазы.

Сейсмологи дают нам глубины (суть, давления) фазовых переходов в недрах планеты, эти уровни показаны вертикальными пунктирными линиями (130 кбар, 240 кбар и 400 кбар). И если эти переходы обусловлены полиморфизмом кремния, то, проведя фазовые границы до пересечения с этими уровнями (точки D-E-F), мы сможем определить температуры в мантии на глубинах 400, 670 и 1050 км. Таким образом, здесь открывается возможность определить температуры в недрах планеты на глубинах фазовых переходов. Для этого нужно всего лишь повторить эксперимент американцев, но при более высоких температурах. Технически это не составляет проблемы.

Геофизиков весьма интригует необычный характер скоростей сейсмических волн ниже и выше раздела у 400 км. Под этим разделом градиент нарастания скоростей почему-то ощутимо выше, чем над ним. Получается, что сжимаемость вещества после полиморфного перехода (те. в области более высоких давлений) становится выше. Для силикатов и окислов это совсем не свойственно, но не так уж редко случается при переходах типа «полупроводник → металл», как в нашем случае с кремнием. Более плотная металлизированная фаза может обладать большим градиентом сжимаемости в связи с разрушением жестких ковалентных связей кристаллической решетки полупроводника. И если вы посмотрите на рис. 10 под острым углом «с юго-востока», то увидите это сами, отрезок № 2 кривой сжимаемости идет гораздо круче вниз в сравнении с отрезком № 1.

Геофизики также отмечают в «нижней мантии» (глубже 1000 км) аномально низкие градиенты нарастания скоростей сейсмических волн и сжимаемости. Но это опять же аномально только для силикатов и окислов и, напротив, свойственно металлам, у которых при давлениях более 400 кбар резко сокращается приросты сжимаемости и модуля Юнга (он же модуль упругости).