РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ПЛАНЕТА
С ЭПОХАМИ СЖАТИЯ
Клоков Александр Александрович
02.02.2007г.
http://evolyutsiya-zemli-i-zhizni-na-ne.webnode.ru/ ВВЕДЕНИЕ
По завершению до геологической стадии развития Земли (~4.5 – 4.6 млрд. лет назад) земная кора имела повсеместно континентальный тип. Океаническая кора на поверхности Земли полностью отсутствовала. С той или иной степенью вероятности можно говорить, какими породами на Земле, в раннем архее, был представлен “гранитный” слой. Формирование континентальной коры Луны и планет земной группы остановилось на анортозитах (Венера?). По аналогии с планетами земной группы, первичный “гранитный” слой континентальной коры на Земле, возможно, также был представлен анортозитами. Анортозиты зафиксированы на древних платформах и их щитах. В процессе остывания атмосферы сконденсировалась вода, что привело к усилению процессов выветривания и увеличению скорости формирования осадочных горных пород.
Ещё великие русские геологи М.А. Усов, В.А. Обручев, Н.Е. Мартьянов указывали на существование пульсаций объёма Земли. И абсолютно прав Е.Е. Милановский, утверждая, что пульсации объёма планеты, на фоне некоторого общего расширения , более полно объясняют геологические процессы на Земле и строение земной коры. Здесь следует уточнить, что “некоторое общее расширение” составляет увеличение объёма Земли в 3.5 и более раз. Рифтовые зоны Венеры, Земли и Марса подтверждают существование эпох расширения (рис.1). Кордильеры на Земле и Марсе, взбросы на Луне и планетах земной группы указывают на существование и эпох сжатия (рис.2).
Рис.1 Рифты на Венере, Марсе и Земле
Рис. 2 Кордильеры на Марсе и Земле
В основе предлагаемой читателю гипотезы лежит единственное допущение, которое предложил В.Н. Ларин. Ядро Земли состоит из гидридов Fe и других элементов. Ядра планет земной группы, Луны, а возможно и крупных спутников планет гигантов, также состоят или состояли из гидридов.
Фактов достаточно много. Кольская сверхглубокая скважина, например, вскрыла горизонты с повышенным содержанием водорода, из недр Земли к её поверхности постоянно поднимается водород, ювенильная вода и другие водород содержащие химические соединения. Гипотеза “Расширяющаяся планета с эпохами сжатия” объясняет практически все геологические процессы на Земле, Луне и планетах земной группы. Трещины в коре многих спутников планет гигантов, которые отчётливо видны на снимках их поверхности, также можно объяснить с точки зрения “Расширяющейся планеты с эпохами сжатия” (рис.3, 4). Следовательно, гидридное ядро это распространённое явление, по крайней мере, в Солнечной системе. Гидриды железа (FeHn) и многих других металлов, занимают меньший объём, чем той же массы железо без водорода (В.Н. Ларин, “Гипотеза изначально гидридной Земли”). Это значит, что если из гидрида железа удалить водород, то его (железа) объём увеличится, т.е. произойдет расширение с уменьшением плотности. Это справедливо и для многих других химических элементов. Отсюда следует, что Земля и планеты земной группы в начале своего развития были гораздо меньшего размера. В раннем архее размер Земли был примерно такой, как если бы все древние (архейские) платформы сложить так, чтобы они покрывали всю поверхность планеты. Возможно на считанные проценты больше. Объём планеты получается значительно меньше нынешнего, более чем в 3.5 раза! Отсюда, сила тяжести на поверхности планеты была больше, следовательно, процессы метаморфизма начинались на малых глубинах, а земные сутки были весьма коротки. Радиус планеты, к началу геологического развития Земли, составлял не более 4000км. И было это всего 4.5-4.6 млрд. лет назад. Вероятное строение Земли в раннем архее приведено в таблице №1.
Вероятное строение Земли к началу раннего архея
(4.5-4.6 млрд. лет назад)
Таблица №1
№
п/п Название геосфер Вероятные горные породы и химические соединения, слагающие геосферы Мощность геосфер
1. Земная кора “Гранитный слой” – анортозиты ~3 км (0 -3 км)
2. Мантия
(нижней мантии ещё не существовало) Перидотиты ~197 км (3 - 200км)
3. Внешнее ядро Перидотиты с повышенным содержанием железа и элементов группы железа и растворённым в них водородом. ~500 км (200 - 700км)
4. Внутренне ядро Гидриды Fe, Ni, Co и др., троилит (FeS), Si, O ~3300 км (700 - 4000км)
Рис 3. Структуры расширения на спутниках планет гигантов и Луне
Рис.4 Два типа коры на Дионе
(спутник Сатурна)
По сравнению с современным состоянием, мощность мантии, на начальном этапе геологического развития Земли, была много меньше. Увеличение мощности мантии произошло и ныне происходит за счёт ядра. Время от времени в ядре нарушается равновесие между давлением, температурой и содержанием водорода. Это приводит к сбрасыванию внутренним ядром части водорода на границе внутреннее ядро – внешнее ядро. Такие процессы происходили, а возможно и ныне происходят и на других планетах земной группы, Луне и многих спутниках планет гигантов.
В этом отношении не повезло лишь Фаэтону , у которого на начальной стадии геологического развития произошла катастрофически быстрая дегазация водорода в ядре, что привело к взрыву планеты. Большая часть метеоритных кратеров на планетах солнечной системы и их спутниках образовалось в результате падения на них обломков Фаэтона. Многие мелкие спутники планет гигантов являются обломками Фаэтона. На это указывают ориентация плоскостей орбит и направления вращения по ним захваченных спутников. Тяжелая метеоритная бомбардировка планет и их спутников в Солнечной системе произошла ~4млрд.лет назад, следовательно, это и есть время взрыва Фаэтона. Это подтверждается и возрастом метеоритов, который колеблется в пределах 4.0±0.8•109 лет, реже старше. К моменту взрыва Фаэтона планеты земной группы и Луна, а по аналогии с ними и Земля, ещё не пережили начальную стадию расширения, т.к. океаническая кора на них не несёт следов тяжёлой метеоритной бомбардировки. Океаническая кора на Луне и планетах земной группы из-за их малых размеров полностью не обновлялась (Венера?), как это происходило неоднократно на планете Земля . В последующее время в Солнечной системе планеты и их спутники тяжёлой бомбардировке более не подвергались. Следовательно, в Солнечной системе планеты больше не взрывались. Глобальные катастрофы с конца Архея и по ныне стало вызывать практически нечем, т.к. подавляющая часть больших осколков Фаэтона достаточно быстро (первые сотни миллионов лет) была поглощена другими планетами Солнечной системы, их лунами и самим Солнцем. Вероятность столкновения с оставшимися большими обломками Фаэтона Земли и других планет в настоящее время ничтожно мала. Подтверждением этому, служит отсутствие следов тяжёлой метеоритной бомбардировки на поверхности океанической коры Луны и планет земной группы. Это относится и к большим по массе спутникам планет-гигантов (рис.3, 4). Следовательно, обвинять астероиды, крупные метеориты в вымирании огромного количества видов растений и животных на Земле за всю её историю, совсем нет оснований. На то были другие причины.
РАННИЙ АРХЕЙ
Расширение планеты
Время начала первого акта расширения Земли и Луны составляет ~3,9млрд. лет назад.
В результате дегазации водорода из ядра, происходит увеличение объёма и уменьшение плотности металлов, потерявших водород. Плотность участков ядра, из которых улетучился водород уменьшается одновременно с увеличением объёма Земли, что привело к появлению нового слоя в разрезе Земли – нижней мантии . Наращивание мощности нижней мантии за счёт земного ядра происходит в эпохи расширения планеты.
Таким образом, происходит увеличение мощности и объёма нижней мантии за счёт уменьшения объёма ядра. Соответственно, нижняя граница мантии с каждым циклом расширения-сжатия Земли опускается всё глубже и глубже. Здесь следует отметить, что интенсивная дегазация водорода не всегда происходит одновременно по всей поверхности ядра. Временами активная дегазация водорода из ядра происходит лишь на тех его участках, на которых нарушилось равновесие между температурой, давлением и содержанием водорода. Соответственно, фазы расширения и складчатости, проявлялись на поверхности планеты не повсеместно. Это хорошо видно по распространению на планете структур киммерийской (мезозойской) эпохи сжатия. Временные промежутки, между интервалами активной дегазации водорода, на разных участках поверхности ядра могли исчисляться миллионами лет. Отсюда вытекает и ещё одно следствие: форма Земли (геоид), также является производной неравномерности распределения участков активной дегазации водорода по поверхности ядра.
С увеличением радиуса планеты уменьшалась и сила гравитации, т.е. уменьшалось горное давление. Это приводило к тому, что у многих силикатов мантии и земной коры уменьшалось координационное число кислорода, что также приводило к уменьшению плотности и увеличению объёма. В качестве примера можно сравнить плотности стишовита (4.257г/см3) и α-кварца (2.65г/см3), а так же их координационные числа кислорода (это только для примера, свободного кварца в породах земной коры раннего архея ещё не было, да и в породах нынешней мантии тоже). Диафторез также вносит свою лепту в увеличение объёма пород земной коры. Здесь нужно добавить, что увеличение объёма земной коры является весьма незначительной добавкой к общему увеличению объёма Земли.
Скачёк скорости распространения сейсмических волн, с увеличением глубины, может произойти не из-за смены кислых пород на основные, а из-за увеличения плотности тех же кислых пород. Это объясняет, почему Кольская сверхглубокая скважина не вскрыла границу Конрада, где кислые породы (SiO2 ≥ 60%) должны были смениться основными (SiO2 ≈ 45-50%). Следовательно, определять горные породы по геофизическим данным нельзя. Для этого необходимо решить прямую геофизическую задачу на исследуемом участке земной коры и лишь только после этого, можно делать выводы с той или иной степенью вероятности. Кольская сверхглубокая скважина подтвердила это, т.к. даже на глубине 12 км не вышла из “гранитного” слоя. А по данным геофизических исследований, граница Конрада должна была находиться в данном районе на глубине ~7 км.
В результате первичного расширения Земли, земная мантия растрескалась с образованием мантийных блоков, а над границами между ними сформировались рифты. Мантийные блоки в процессе развития могут спаиваться и раскалываться. На поверхности Земли это выглядит, как отмирание старых (Гренландия – С.Америка, например) и заложение новых рифтов (рифт под Красным морем).
Первое увеличение объёма Земли привело к дроблению мантии на блоки и растрескиванию коры над границами между ними с образованием литосферных плит земной коры. Именно при первых актах расширения сформировалась асимметрия Земли из-за неравномерного распределения участков активной дегазации по поверхности ядра. Луна и планеты земной группы так же имеют асимметрию по этой же причине. Асимметрия повлекла за собой появление прецессии оси вращения Земли. Открытые на всю мощность трещины в земной коре, образовавшиеся в результате расширения планеты, превращались в рифты, с последующим раскрытием океанов. Подобные трещины присутствуют на Луне, планетах земной группы (рифтовые системы Марса, например) и даже на крупных спутниках планет гигантов (это особенно хорошо видно на Ганимеде, спутнике Юпитера). При расширении планеты, наращивание земной коры в рифтах происходило и происходит за счёт заполнения раскрывающихся трещин основной по составу магмой из мантии. Так между осколками континентальной коры на Земле впервые появился океанический тип земной коры. Вся земная кора поделилась на литосферные плиты, которые в эпохи сжатия начали свой “дрейф” по земной мантии, сталкиваясь, а порой и дробясь (Китайская платформа) при этом. Следует подчеркнуть, что литосферные плиты относительно мантии двигаются только в эпоху сжатия Земли. Фотоснимки поверхностей других планет земной группы и Луны указывают, что и там происходили циклы расширение-сжатие, разве что в гораздо меньших масштабах, особенно сжатие. Но вернёмся на Землю. Вода, покрывавшая ранее тонким слоем практически всю поверхность Земли, заполнила впадины с океанической корой между образовавшимися материками, дав начало первым океанам в привычном для нас понимании. Континентальная кора полностью освободилась от воды, ведь воды в те времена на планете было в несколько раз меньше, чем ныне. Бóльшая часть воды появилась за счёт выноса водородом кислорода из мантии Земли. Выделившийся из гидридов водород, “продувая” мантию, вступает в реакцию с кислородом, серой, бором, углеродом и другими элементами. Вода и другие летучие, образуя комплексные соединения с тяжёлыми элементами, обогащают ими земную кору. Ювенильная вода, вырываясь на поверхность, пополняет гидросферу, а гидриды и оксиды углерода, азот и другие газы – атмосферу. Именно поэтому атмосферы Венеры и Марса обогащены углекислым газом. Возможно, по этой же причине в атмосферах некоторых спутников планет гигантов повышенное содержание метана (например на Титане, спутнике Сатурна).
Ювенильная вода, в виде пневматолитовых и гидротермальных растворов и по ныне привносит в земную кору огромное количество рудных элементов (чёрные курильщики в современных рифтах, отложения сольфатар и фумарол вулканов и др.). Соединения серы и хлора, на раннем этапе развития Земли, значительно понижали рН морской воды, что позволяло Fe+2 и Fe+3 образовывать истинные водные растворы. Далее кислоты довольно быстро были удалены из атмосферы и морской воды, т.к. они интенсивно выщелачивали из горных пород Na, K, Mg, Ca и др. элементы, что вело к повышению рН и солёности морской воды. С повышением рН и смене Eh с отрицательных значений на положительные (возрастающее содержание О2 в атмосфере и океанической воде) растворённое железо из морской воды выпадало в осадок в виде лимонита, обогащая железом кварцевые и другие по минеральному составу пески, которые в будущем, в результате метаморфизма, превратились в железистые кварциты (джеспилиты). В последующее время условий для формирования исходного материала на Земле, из которого образовались джеспилиты, уже не возникало.
Появление рифтовых трещин в континентальной коре привело к появлению больших перепадов относительных высот (сотни и тысячи метров), в результате активизировались процессы денудации (особенно донная эрозия). Ведь резко понизился основной базис эрозии, уровень мирового океана, (ныне похожий процесс можно наблюдать в Африке, водопад Виктория), и это при ещё большой силе тяжести на поверхности Земли. Чем больше сила тяжести и перепады относительных высот на планете, тем больше живая сила воды (F=mv
2/2 , где: V - скорость текущей воды, m - масса воды), отсюда и высокая скорость разрушения горных пород. В архее и в большей части времени протерозоя, химическое выветривание на Земле протекало в условиях кислой и восстановительной среды (ведь атмосфера с гидросферой были обогащены СО2, H2S, HCl и др.), при крайне низком содержании свободного кислорода. Точка Пастера была достигнута лишь во второй половине протерозоя.
Расширение Земли, в результате распада гидридов на поверхности ядра планеты, протекает до тех пор, пока не установится в нём равновесие между температурой, давлением и содержанием водорода. При этом из недр Земли вместе с веществом, в мантию и далее в земную кору привносится огромное количество энергии.
Первоначально, центрами наращивания океанической коры могли быть не только рифты, но и “горячие точки”, типа Гавайской. Горячие точки существуют и на других планетах (щитовой вулкан Олимп на Марсе, например). На это указывают часто изометричные в плане, формы морей на Луне и планетах земной группы. Тектонические плиты с континентальной корой, как пенка на поверхности кипящей воды, сосредотачивались над нисходящими потоками в мантии, которые образовывались на участках вдавливания “излишков” литосферных плит во времена сжатия планеты, давая при этом начало первым геосинклинальным областям. Срединные массивы при этом располагались над центрами нисходящих потоков. На таких участках земной коры, по окончанию геосинклинального развития, появились на Земле платформы: Русская, Сибирская, Африканская и др., с настоящим, хорошо сформированным, большой мощности гранитным слоем. Поднимающиеся от ядра планеты водород и горячее вещество являются причиной возникновения восходящих потоков в мантии. При расширении, под рифтами и “горячими точками” – восходящие потоки, а под геосинклинальными областями, кордельерами и островными дугами – нисходящие. Нисходящие потоки формируются в результате вовлечения в нисходящее движение участков земной коры под действием вдавливания в мантию “излишков” з.к., образующихся при сжатии планеты. Район Индонезии и Филиппин, Курильская островная дуга, например.
При расширении Земли тектонические плиты земной коры относительно мантии практически не двигаются (возможны незначительные смещения за счёт действия силы Кориолиса). Расстояние между плитами изменяется за счёт расширения рифтовых трещин с наращиванием в них площади океанической земной коры, т.е. за счёт увеличения объёма планеты. Следовательно, такого процесса как спрединг в природе не существует.
Мантия и земная кора, в эпохи расширения, подвергаются действию сил растяжения. Именно при расширении планеты образуются кальдеры активно извергавшихся вулканов центрального типа в предыдущую эпоху сжатия.
По завершению активной стадии дегазации водорода из ядра планеты начинается эпоха её сжатия.