предыдущая главасодержаниеследующая глава

А если Земля первоначально была холодной?

Действительно, если Земля образовалась из холодной метеоритной пыли, как могли возникнуть геосферы, откуда появилась атмосфера, как шло развитие нашей планеты на разных этапах ее жизни - в младенчестве и в юности?

Согласно гипотезе, одинокая звезда - Солнце - на своем пути через космические дали встретило огромное облако пылевидной холодной материи, являющееся, быть может, следом какой-то давней космической катастрофы. Солнце увлекло это облако за собой. Часть пылевидной материи поглотило само солнце. Из остальной стали формироваться сгустки - планеты. Среди них была и наша Земля.

Возникнув путем соединения космических частиц, наша планета вначале была холодной и однородной. В ходе радиоактивного распада Земля стала постепенно разогреваться, а это повлекло за собой разделение веществ по составу и удельному весу. В глубоких частях планеты стали накапливаться тяжелые, к поверхности поднимались более легкие вещества. Петрографы считают, что в разделении Земли на геосферы большую роль сыграла магматическая деятельность. Именно с ней связано перемещение расплавляющегося материала вверх. С ходом геологической истории накапливалось все больше и больше магматических пород, сначала базальтовых, а затем и гранитных. Они выплавлялись из тела Земли, как «легкие» шлаки. В результате длительной истории тело Земли оказалось дифференцированным, разделенным на ряд оболочек - геосфер.

Каким же мог быть механизм этого разделения? Лучше всего его объясняет гипотеза зонной плавки, сформулированная несколько лет назад академиком А. П. Виноградовым.

Ряд данных говорит о том, что состав первичной Земли мог быть близок к составу каменных метеоритов. Посланцы космоса - каменные метеориты состоят из оливина, пироксена, полевых шпатов, в меньшем количестве - из никелистого железа и сульфидов железа. В составе этих метеоритов есть и радиоактивные элементы...

Тепла, накопленного в недрах планеты в результате радиоактивного распада, постепенно стало столько, что в какой-то момент геологической истории началось расплавление отдельных участков. Появились магматические очаги; они развивались, затем угасали, спустя некоторое время возникали вновь в иных местах, процесс шел дальше, причем многократно повторялся. Таким образом, недра Земли полностью должны были испытать многократное переплавление.

Но это не было просто переплавление одного и того же материала. Ведь расплавляющийся материал обычно отделяется от примесей, разделяется на два или несколько веществ. В металлургии, например, этот физико-химический процесс широко используется для очистки металлов от примесей, разделения руды на металл и шлак.

Представьте себе, что с помощью специального устройства по бруску очищаемого вещества медленно передвигается нагревательный элемент, создающий узкую расплавленную зону. В этой зоне вещество расплавляется, и одновременно происходит перераспределение примесей на границе расплав-кристаллизующееся вещество. Легкоплавкие примеси скапливаются в расплаве, а кристаллизующееся вещество захватывает преимущественно тугоплавкие примеси. Если в слитке какого-нибудь материала расплавить узкую зону и затем передвигать зону плавления в одном направлении, расплавленный участок застывает, освобождаясь от легкоплавких примесей, а соседний с ним плавится, обогащаясь легкоплавкими компонентами (рис. 10). В результате одного продвижения зоны плавления через весь слиток в переднем его конце возникает повышенная концентрация легкоплавких примесей. Так в результате зонной плавки происходит разделение веществ.

Рис. 10. Схема распределения компонентов при зонном плавлении (по Л. С. Тарасову)
Рис. 10. Схема распределения компонентов при зонном плавлении (по Л. С. Тарасову)

Обратите внимание на то, что в процессе зонной плавки не происходит одновременного расплавления всего вещества. Перемещается только узкая зона расплава, в которой и накапливаются легкоплавкие примеси, Гипотеза зонной плавки была проверена на опыте плавлением каменного метеорита «Саратов» в течение 40 час при температуре 1600° С. Вещество каменных метеоритов по химическому составу приближенно можно рассматривать как систему MgO - SiO2 с примесью щелочей, алюминия, кальция и легколетучих компонентов. Из системы MgO - SiO2 могут возникнуть такие минералы как оливин (Mg2SiO4), ромбический пироксен (MgSiO3) и кварц (SiO2). Были изучены свойства чистой системы MgO - SiO2, но, вероятно, добавление к ней указанных примесей будет понижать температуру плавления и образование более легкоплавкой фазы.

При высокой температуре (около 1600° С) пироксен не просто расплавляется, а распадается на кристаллы оливина и кремнеземистый расплав:

Распад пироксена на кристаллы оливина и кремнеземистый расплав
Распад пироксена на кристаллы оливина и кремнеземистый расплав

Как показывает реакция, в процессе расплавления вещества каменных метеоритов на месте должен накапливаться оливин (образующий ультраосновную породу - дунит), а кислый расплав с легкоплавкими примесями - перемещаться в направлении передвижения теплового очага. Так и получилось при опыте зонной плавки. Исходное содержание SiO2 составляло в метеорите 44,8%, а в переднем конце столбика, подвергнутого зонной плавке, оказалась стеклообразная масса с 52-65% кремнезема, в одних случаях близкая к базальту, а в других еще более кислая. В противоположном конце этого столбика преобладал оливин и порода в целом отвечала дуниту.

Таким образом, экспериментально была доказана возможность разделения первичного материала планеты на базальт и дунит, то есть на вещество земной коры и вещество, присутствующее в верхней мантии. Механизм зонного плавления хорошо объясняет сущность процессов выплавления и дегазации вещества мантии, происходивших в течение нескольких последних миллиардов лет геологической истории Земли. Породы, слагающие мантию, - дуниты - остаток от выплавления, а земная кора, гидросфера и атмосфера - это вещества, выделившиеся в процессах зонной плавки и дегазации первичного вещества мантии.

Выплавление легких веществ из мантии - процесс необратимый. Он неминуемо ведет ко все большей и большей дифференциации вещества планеты и земной коры. С точки зрения гипотезы зонной плавки состав земной коры меняется от одного этапа геологической истории к другому. Средний состав земной коры в современную эпоху должен отличаться от состава коры в начале палеозойской эры и еще более - от состава ее в архейское время. Таким образом, развитие земной коры оказывается необратимым.

Зонной плавкой, по-видимому, можно объяснить не только образование неоднородностей планетарного масштаба - геосфер Земли, но и явления более мелкие, как, например, полосчатость в некоторых глубинных магматических породах. А. П. Виноградов считает, что если расплавленный материал будет быстро застывать, диффузия не проявится в полной мере и неоднородность расплава не выравняется. В результате кристаллизующаяся масса окажется неоднородной и будет состоять из ряда полос различного состава. Таковы, например, нефелиновые сиениты Ловозерского массива на Кольском полуострове.

Необратимо также и развитие атмосферы. Образовавшаяся из твердого холодного космического материала, Земля вначале была лишена воздушной оболочки. Когда начался радиоактивный разогрев, из твердого вещества Земли стали выделяться заключенные в нем газы. С течением времени возникла первичная атмосфера планеты. Ее состав вначале был совершенно непохож на современный: преобладали водород, азот, углекислый газ. Постепенно деятельность растений и процессы образования карбонатных осадочных пород уменьшили количество углекислоты, растения обогатили нижние слои атмосферы кислородом, воздух Земли оказался состоящим из азота и кислорода. На изменение состава атмосферы неоднократно оказывала влияние и вулканическая деятельность. Водяной пар и газы, выделившиеся из магмы, пополняли воздушную оболочку Земли, изменяя ее состав.

В необратимости многих процессов развития Земли таится еще одна трудность для исследователей. Ведь многие процессы в далеком геологическом прошлом нашей планеты протекали не так, как сейчас. Значит, недостаточно понять, как идет развитие Земли сейчас, недостаточно разгадать сущность современных процессов, происходящих на поверхности Земли и в ее глубинах. Надо еще приподнять завесу времени и по сохранившимся иероглифам каменной книги прочитать, какими были все эти процессы сотни миллионов и миллиардов лет назад.

предыдущая главасодержаниеследующая глава






Лабораторные бриллианты становятся популярнее

В Калининграде нашли янтарь весом более 3 кг

Муассанит: ярче бриллианта и крепче сапфира

На кувейтском острове нашли 3,6-тысячелетнюю ювелирную мастерскую

Сияющий опал: 10 удивительных фактов о самом красивом драгоценном минерале

Модный тренд 1950-х: ювелирные украшения, которые приклеивали к телу

Ювелирный этикет ношения колец: правила, которые необходимо соблюдать

Странные гигантские алмазы приоткрывают тайну состава Земли

Что хранится в королевской шкатулке?

Работу хабаровского ювелира приняли в постоянную экспозицию Эрмитажа

В Болгарии найден древний амулет из Китая



Rambler s Top100 Рейтинг@Mail.ru
© Карнаух Лидия Александровна, подборка материалов, оцифровка; Злыгостева Надежда Анатольевна, дизайн;
Злыгостев Алексей Сергеевич, разработка ПО 2008-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник: 'IzNedr.ru: Из недр Земли'