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

* Существует корреляция — чем выше плотность, тем выше скорости прохождения сейсмических волн. И действительно, на сейсмических разделах, где скорости возрастают скачком, также возрастает плотность. Вместе с тем по физическому закону скорости и плотности в твердых телах находятся в обратной зависимости согласно выражению: Vp² = E/d, где Е — модуль упругости, d — плотность. Если при фазовом переходе скорости возрастают, то это связано с резким увеличением модуля упругости, что перекрывает обратное влияние плотности. По этой причине не следует думать, что принимаемая нами высокая плотность внутреннего ядра должна была бы обусловить высокие скорости.

При такой плотности гидридов в мегабарном диапазоне давлений, развитие изначально гидридной Земли должно было привести примерно к пятикратному увеличению ее объема (25 : 5 = 5, делитель здесь — это плотность металлосферы над границей с ядром).

Важное значение имеет своеобразие самого процесса расширения планеты. Вызвать разложение гидридов можно лишь тепловым нагревом. Для этого привлекается радиогенное тепло. Кстати, изначально на нашей планете урана и калия было на порядок больше, чем в метеоритах, тория больше примерно в 2 раза. Так определила магнитная сепарация согласно потенциалам ионизации этих элементов (см. рис. 4). При таких концентрациях урана, тория и калия Земля должна нагреваться на 100 °C примерно за каждые 7—10 миллионов лет в мезокайнозое, а в нижнем архее за каждые 2–3 миллиона лет (тогда радиогенного тепла выделялось больше).

Повышение температуры в определенной зоне глубин (в наружной сфере внутреннего ядра) до температурного предела устойчивости гидридов вызывает их разложение, и в данной зоне начинается разуплотнение и дегазация водорода во вне. Энергия для разуплотнения берется из тех энергетических запасов, которые были сделаны в виде химического потенциала водорода на стадии формирования (и уплотнения) твердого тела изначально гидридной Земли (в нашем понимании, потенциальная энергия при гравитационном сжатии планеты не выделялась в виде тепла, а трансформировалась в химический потенциал водорода).

Энергетический баланс этого процесса можно представить в следующем виде:

µ + ∆Q_R = p∆V + ∆Q_H ↑,

где µ — химический потенциал водорода в гидридах,

∆Q_R — радиогенное тепло,

p∆V — работа по разуплотнению (∆V) при давлении (р) в зоне разуплотнения,

∆Q_H ↑— тепло, уносимое из зоны разуплотнения протонированным водородом как теплоносителем.

Выше мы уже отмечали, что «изначально гидридная Земля» изначально была холодной. В рамках наших построений, работа по расширению планеты (p ∆V) целиком поглощает энергию химического потенциала и преобладающую часть радиогенного тепла (∆Q_R), а остаток уносится водородом-теплоносителем. Соответственно, у нас нет оснований предполагать существенный разогрев планеты, покуда у нее имеются запасы гидридов, идет расширение и происходит дегазация водорода. Ниже (в разделе 14) будет показано, что термодинамика Земли, по сути, такая же, как у живых организмов, которые способны поддерживать температуру на одном уровне на протяжении всей своей жизни.

Вместе с тем это слишком осредненная (во времени) картина, что-то вроде «средней температуры по больнице» за несколько лет. На самом деле, в пределах интервала времени каждого тектономагматического цикла земные недра, скорее всего, испытывали то сильный разогрев, то глубокое охлаждение. Рассмотрим, что будет, когда во внешней сфере внутреннего ядра температура (за счет радиогенного тепла) поднялась выше температурного предела устойчивости гидридов, и они претерпели диссоциацию. Сжимаемость гидридов много больше сжимаемости металлов с растворенным в них водородом (даже если водорода в них не меньше, чем в гидридах). Следовательно, в сфере, где гидриды распались, сразу начиналось разуплотнение. Эта работа осуществлялась за счет энергии химического потенциала, которая выделялась при распаде гидридов. Но поскольку часть тепла уходила с водородом-теплоносителем во внешние сферы, то температура в зоне разуплотнения начинала понижаться.