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

Теперь покажем путь расчета современного отношения ³Не/⁴Не на Земле:

1. Определяем исходное содержание гелия в Протосолнце. В современном Солнце установлено 5∙10⁹ атомов Не/(на 10⁶ атомов Si ) . Согласно оценкам астрофизиков в Протосолнце содержание гелия было немногим меньше, порядка 1·10⁹ ат. Не/на 10⁶ ат. Si ).

Рис. 48. Содержание изотопов гелия в железной (черные точки) и силикатной (светлые кружки) фазах железокаменных метеоритов. Выбраны образцы с одинаковым содержанием первозданного гелия–3 в обеих фазах, это указывает на удержание газов в образцах с момента их образования.

2. Проводим тренд на рис.3 и согласно потенциалу ионизации гелия ( 23,58 В) определяем его коэффициент недостачи на Земле F=5∙10⁻¹³ (к сожалению, это мы можем сделать только с точностью «± порядок»).

3. По формуле: Не_3емля=Не_Солнце∙F определяем исходную концентрацию гелия на Земле порядка 5∙10⁻⁴ ат. Не/(на 10⁶ ат. Si ) .

4 . Изначальный изотопный состав гелия в Солнечной системе определяем по изотопному составу гелия в железных метеоритах: ³Не/⁴Не=10⁻¹

5. Исходя из современной концентрации урана на Земле 10⁻¹ ат. U/(на 10⁶ ат. Si ) , это на порядок больше, чем в метеоритах, и принимая современные отношения ²³⁸U/²³⁵U=137,88 и Th/U=3 , определяем количество радиогенного гелия ⁴Не, выделившееся от распада урана и тория за 4,57 миллиарда лет.

Итак, мы определили исходное содержание гелия на Земле и его изначальный изотопный состав (³Не/⁴Не=10⁻¹). Добавка радиогенного изотопа ⁴Не от распада урана и тория, при нашей оценке содержания этих элементов, дает современное отношение ³Не/⁴Не=2,7∙10⁻⁵. Эта цифра удивительным образом совпадает с максимальными значениями отношения ³Не/⁴Не в базальтах океанических островов. Однако при нашей точности определения исходных параметров к этому совпадению (до знака после запятой) не следует относиться серьезно, нас вполне устраивает порядок величины ( 10⁻⁵ ) . Согласитесь, если вы в расчетах используете значения, различающиеся на 21 порядок, и в результате получаете искомый порядок величины, то это уже вряд ли случайность, очень уж мала вероятность столь точного попадания по воле случая.

Таким образом, принятое нами содержание урана на Земле (на порядок большее, чем в метеоритах) согласуется с изотопным составом современного глубинного гелия. И еще, при таком содержании урана должно быть принято и расширение Земли, поскольку из-за масштабов генерации радиоактивного тепла планета с постоянным объемом была бы не в состоянии избежать полного плавления.

Наконец, отметим, что эволюция отношения ³Не/⁴Не в теле Земли от 10⁻¹ до 10⁻⁵ разрешает присутствие древних минеральных фаз в недрах планеты с гелиевым изотопным отношением порядка 10⁻⁴ и даже 10⁻³ . И если такие фазы будут обнаружены, то для них не надо придумывать внеземное происхождение. Помнится, я уже видел публикацию про алмазы с таким «аномальным» гелием. В рамках бытующих представлений автор этой публикации был вынужден предположить, что алмазы произошли где-то в космосе за пределами Земли, и потом долго и мужественно фантазировал относительно того, как они попали в кимберлитовую трубку.

Следует отметить, что если алмазы с отношением ³Не/⁴Не порядка 10⁻³ действительно существуют, то они могли быть образованы только в начальные 50 миллионов лет существования планеты (так показывают расчеты эволюции изотопного отношения гелия во времени). Однако в то время еще не было литосферы и планета (изначально холодная) только согревалась. Протопланетный конденсат во внешней зоне превращался в интерметаллические соединения, в которых углерод мог присутствовать в виде твердого раствора. С началом «водородной продувки» этот углерод должен был выделиться в виде самостоятельной фазы — алмаза. Возможность этого была показана нами экспериментально (см. раздел 6.2). В дальнейшем эти алмазы могли сохраниться при образовании литосферы (в условиях высоких давлений и водородного флюида, что способствует сохранению алмаза). И теперь мы их находим в минеральной ассоциации пироповых эклогитов (гранатовых пироксенитов), которые встречаются среди глубинных ксенолитов в кимберлитах*.