Происхождение и эволюция земных оболочек

В условиях высоких температур (3000°С) и давлений (1,3×106 атм), которые достигаются на уровне 2900 км и переводят вещество в ионизованное состояние, действуют законы не межмолекулярной, а ионной, атомной и радиационной химии, и реакция, согласно В. Кесареву (1976), идет по схеме:

МеН2 + МеО2 ® Ме + МеО + Н2О, (III.1)

т.е. в результате взаимодействия дигидритов металлов с пероксидами образуются металлы, их окислы и вода. Вместе с карбидами, нитридами, сульфидами глубинная вода образует газы. При этом наиболее тяжелые компоненты – металлы – в поле термогравитации опускаются к центру Земли и наращивают твердое субъядро, окислы металлов поднимаются к подошве твердой оболочки, а газообразные продукты реакции выводятся к внешним зонам планеты, к ее перисфере (рис. 13). Выше мы видели, что по давлениям, температуре, жесткости, периоду релаксации и высокой вязкости нижняя мантия никак не сравнима с зоной внешнего ядра. Поэтому допустить возможность миграции через нее легких продуктов внутриядерных реакций, по меньшей мере, физически необоснованно. Речь мо­жет идти о диффузии через толщу чудовищно сжатой протопланетной массы оболочки к периферии планеты лишь горячих газов и паров окислов металлов и силикатов.

При наличии сверхплотной упаковки атомов вещества такая диффузия возможна благодаря нарушениям кристаллической струк­туры молекул вещества вследствие радиоактивного самооблучения или химических процессов. Это способствует уменьшению энергии активации, необходимой для преодоления всего барьера оболочки газами. Наиболее быстро эту зону, видимо, проходят гелий и водород, имеющие самые легкие молекулы и наибольшую энергию активации. Необходимость вывода газовых продуктов из реакционной зоны внешнего ядра диктуется также простыми соображениями сохранения планеты от саморазрушения. Легкие компоненты реакции, окислы металлов и силикаты поднимутся к подошве оболочки. Прошедшие оболочку горячие газообразные продукты первой реакционной зоны, очевидно, не сразу прорвутся через внешнюю холодную оболочку планеты. Обладая низкой теплопроводностью, эта последняя оказы­вается непроницаемым барьером для летучих. Поэтому происходит постепенная концентрация горячих летучих под литосферой, что способствует дополнительному разогреву верхов мантии и вследствие этого – образованию здесь второй пластичной зоны, известной под названием «астеносфера». Температура и давление здесь меньше, чем в первой зоне (1300°С и 0,3×106 атм), однако этого оказывается достаточно, чтобы заставить работать второй термохимический реактор, продукцией которого является земная кора.

Таким образом, мы приходим к важному выводу, а именно – астеносфера есть зона накопления глубинного тепла Земли. Последующая разгрузка его осуществляется посредством тепломассопереноса сквозь твердую литосферу. При этом диссипация тепла – тепловое дыхание планеты – осуществляется двумя способами – посредством нормальной теплопроводности со средней скоростью 1,2 кал/см2×с и через глубинные разломы и вулканические аппараты.

Регулярность и цикличность действия буферной зоны, каковой является астеносфера, и относительная проницаемость литосферы предохраняют Землю от теплового разрыва. Избыток тепла вместе с магмой выводятся периодически по мере накопления через глобальные системы разломов, что сопровождается усилением общей тектонической активности на поверхности Земли. Альтернативное допущение увеличения температуры в астеносфере за счет повышенной радиоактивности невозможно, ввиду примерно равномерного распределения радиоактивных элементов по всей оболочке и уменьшения с течением времени доли радиоактивного тепла в общем балансе теплопоступлений. Кроме того, нет никаких указаний на повышенную радиоактивность верхней мантии, а ведь очаги вулканизма имеют свои корни как раз на глубинах астеносферы. Наоборот, ультраосновные породы, слагающие эту зону, обладают пониженным содержание радиоактивных элементов. С другой стороны, значительная концентрация радиоактивных элементов в коре отнюдь не приводит к образованию в ней зон расплавов, а равенство тепловых потоков над океаническими и континентальными секторами свидетельствует о том, что источники тепла под этими областями одни и те же и лежат они существенно ниже границы структурных различий указанных областей.

Из приведенного можно заключить, что физико-химическая переработка первичного планетного вещества происходит в двух зонах Земли – во внешнем ядре и астеносфере. Следовательно, так же как и в первой зоне, в основании астеносферы должна регистрироваться граница уплотнения вещества за счет концентрации тяжелых элементов металлов, так как более легкие силикаты и гидроокислы и летучие вместе с водой будут стремиться к поверхности планеты.

Полезные статьи

Население
Численность населения республики Узбекистан (тыс. чел.) Всего Городское Сельское Всего по Республике Узбекистан в том числе: ...

Влияние природных условий и ресурсов
Ресурсы и природные условия можно назвать неосновным фактором, влияющим на переселение людей и вот почему: разумеется, наличие большого количества п ...

Промышленность
Ведущее место в экономике Республики Коми занимают отрасли материального производства. В 1996 на их долю приходилось 73% занятых в народном хозяйств ...