Ждет ли Землю судьба Фаэтона - страница 19
Итак, мало кто из исследователей сомневается в том, что на ранних этапах существования Земли элементы, ее составляющие, находились в более перемешанном состоянии, чем ныне. А вся дальнейшая эволюция Земли непосредственно связана с т.н. дифференциацией ее недр, заключающейся в том, что более легкие элементы и вещества (по закону Архимеда) поднимаются ближе к поверхности, а более тяжелые - наоборот, стремятся к центру планеты.
Не подлежит сомнению также, что элементы и вещества в недрах планеты вступают в химическое взаимодействие друг с другом, которое (с точки зрения химии) может иметь либо восстановительный, либо окислительный характер (другие виды взаимодействия нас не будут интересовать).
Исходя из того, что в составе Земли очень много кислорода, и из его химических свойств довольно очевидно, что основным окисляющим элементом будет именно кислород. А в рамках гидридной теории, основным восстанавливающим элементомсреди наиболее распространенных элементов - будет водород.
Известно, что химические реакции преимущественно (при прочих равных условиях) идут в том направлении, при котором энергия связи между элементами образующегося вещества наиболее высока. Так, скажем, энергия связи Al-O и Si-O существенно выше энергии связей H-O, Ca-O и Mg-O, которые приблизительно равны друг другу, но, в свою очередь, значительно выше энергии связей К-O и Na-O. Поэтому на ранних этапах истории Земли будет преобладать окислительный характер химических реакций, т.к. у водорода просто не хватит сил отвлечь на себя кислород от более аппетитных элементов, среди которых и кремний - элемент, находящийся в недрах в изобилии. Однако
Термодинамические расчеты, проведенные О.Л.Кусковым с учетом сжимаемости конденсированных фаз, показали, что с ростом давления тепловой эффект реакций восстановления изменяется с эндотермического на экзотермический и чем больше величина давления, тем большее количество тепла выделяется при восстановлении. В случае восстановления окиси кремния водородом (или углеродом) инверсия знака теплового эффекта оказывается в области 400 10>8Па. Следовательно, при давлениях больше 400 10>8Па самопроизвольно будут протекать реакции восстановления, тогда как в области меньших давлений, наоборот, должны идти реакции окисления, и чем меньше давление, тем больше будет их экзотермический эффект (В.Ларин, Гипотеза изначально гидридной Земли ).
То есть, говоря по-русски, упомянутые процессы окисления будут происходить ближе к поверхности Земли, а в недрах - преобладать реакции восстановления. При этом, высвобождающийся из недр кислород, поднимаясь вверх, во внешних оболочках будет втягиваться в реакции окисления, сопровождающиеся (в условиях малых давлений) выделением большого количества тепла, прогревающего верхний слой Земли. Параллельно, поступающий из глубины водород обеспечивает резко восстановленный характер флюида, содержащий преимущественно Н >2и СН >4. (Недра же тоже прогревались, только из-за реакций восстановления, а прогрев высвобождал новый водород).
Таким образом, получается весь набор условий, характерный для азоя-архея: сильно прогретая внешняя оболочка, которая вследствие своих малых размеров обуславливает мелкий масштаб конвекции и значительное разнообразие образующихся пород; сильно восстановленный безводный флюид (о составе которого свидетельствуют и мелкие газовые включения в древнейших породах), который обуславливает и незначительное количество свободного кислорода в первичной атмосфере Земли.
Но, естественно, данный процесс не мог продолжаться вечно. В конце концов кислород выбрал наиболее аппетитные элементы и принялся за другие, среди которых оказался и главный восстановитель - водород. Таким образом, в состав основных действующих лиц включилась вода, которая, как известно, является, во-первых, весьма химически активным веществом; а во-вторых, и весьма легким подвижным веществом, т.е. способна выполнять роль флюида в глубинных процессах.
Раз свободного кислорода стало меньше, - во внешнем слое прекратились реакции окисления с выделением тепла; оболочка остыла и произошел т.н. процесс консолидации первичной твердой коры, а активные химические процессы сместились вглубь. Это произошло ориентировочно на границе архея-протерозоя. И именно это время, следуя элементарной логике, можно считать временем формирования первой астеносферы. Но это далеко не все результаты упомянутой переориентации химических процессов.