Гипотеза изначально гидридной Земли

Внутреннее строение нашей планеты является одной из самых крупных проблем осовремененного естествознания. Она еще не решена, существует множество гипотез на этот счет.

Важность понимания внутреннего строения Земли определяется следующим:

1. С внутренней структурой планеты связаны вопросы развития внешней твердой оболочки Земли – ее коры. Земная кора формируется все время существования планеты. Ее кора – это продукт физических и физико-химических процессов, которые реализуются в недрах Земли. Понимание процессов развития земной коры необходимо для умения прогнозировать местоположения залежей полезных ископаемых, создания сейсмических прогнозов, для исследования медленных перемещений земной коры.
2. С проблемой внутреннего строения Земли связывают вопрос о ее происхождении.

Под строением Земли понимают:

• архитектуру планеты;
• химический ее состав;
• физическое состояние;
• свойства земного вещества.

Схема строения Земли

По данным сейсмологии Земля имеет следующие слои:

• Внешний слой, называемый земной корой. Данный слой имеет разную толщину. Толщина изменяется от нескольких километров до нескольких десятков километров.
• Следующие три слоя, если двигаться к центу нашей планеты – это оболочки Земли.
• Пятый слой считается особым переходным слоем.
• Далее идет ядро Земли, в нем еще выделяется внутреннее ядро.

Приняв факт расслоения Земли на оболочки, и найдя скорость распространения сейсмических волн в каждой из них, наука:

• не нашла точную на причину данного расслоения;
• и не описала процессы, которые создали современную структуру нашей планеты.

Гипотеза о металлическом строении ядра Земли

Наличие у Земли ядра, свойства которого резко отличаются от свойств оболочки его окружающей, было доказано сейсмологией.

В настоящее время существует несколько гипотез о составе ядра и способе его образования.

Первая такая гипотеза – это гипотеза железно-никелевого ядра. Данная гипотеза основывается на том, что изначально Земля была в состоянии огненного жидкого шара. При этом ядро и другие оболочки возникали в процессе дифференциации вещества Земли:

• на ядро из металла (железа и никеля) с некоторой примесью сидерофильных элементов;
• каменную оболочку.

Аналогом можно считать процесс расслоения в доменной печи. Кроме данной аналогии аргументами, поддерживающими эту гипотезу, считают:

• ядро обладает плотностью, близкой к плотности железа при соответствующем давлении;
• наличие магнитного поля Земли считалось следствием намагниченности железного ядра;
• существование метеоритов из железа, считавшихся осколками ядер распавшихся планет.

Наблюдения за колебаниями полюсов и приливами в теле Земли, исследования отражения сейсмических волн от поверхности ядра, указали на то, что модуль твердости в ядре во много раз меньше, чем у оболочке. Велика вероятность, что данный модуль близок к нулю. Следовательно, земное ядро является жидким (в нашем понимании).

Возможность существования жидкого ядра внутри твердой оболочки и, вероятно, твердом центральном ядре, объяснил Джекобс. Он показал, что температура плавления железа существенно ниже, чем температура плавления пород оболочки. При этом адиабатический градиент в расплаве железа в ядре меньше, чем градиент температуры плавления, этим можно пояснить возможность твердого состояния внутреннего ядра.

В этой гипотезе внутреннее ядро отличается от внешнего ядра составом и фазовым состоянием.

Гипотеза о железном ядре имеет ряд противоречий.

Так, не является очевидным процесс дифференциации по удельному весу. Поскольку, давление внутри Земли очень большое, значит вязкости веществ велики, для дифференциации вещества требуется очень много времени, больше, чем Земля существует. Во внутреннем ядре дифференциация невозможна, так как там почти отсутствует гравитация. Кроме этого границы ядра и окружающей его оболочки и граница внутреннего ядра очень четкие, что не может объяснить дифференциация.

Имеются предположения о том, что Земля не имела жидкой фазы.

Гипотеза В. Н. Ларина

Он предположил, что ядро нашей планеты составлено из соединений металлов и водорода (гидридов металла). Причем газ под огромным давлением растворен в кристаллической решетке металла. (В единице объема металла имеется 850 единиц объема водорода).

Большая часть вещества во Вселенной содержит водород. Можно положи, что в начальном этапе формирования Земля в своем составе, тоже в основном имела водород. Допустим, что часть водорода Землей была потеряна, но существенная часть его осталась. При сжатии планеты давление внутри увеличивалось, водород соединялся с металлами, соединения трансформировались в гидриды. Эти гидриды находятся сейчас в ядре, согласно гипотезе Ларина.

Водород с течением времени освобождается из соединений с металлами и устремляется вверх. Выходя из кристаллических решеток, молекулы газа занимают существенно большие, чем первоначальные объемы. В этом процессе выделяется большое количество теплоты.

В мантии часть высвобождающегося водорода взаимодействует с углеродом, так возникает метан. Из этого газа при высокой температуре и давлении получается природный газ, нефть. В верхних слоях коры Земли и над ее поверхностью водород соединяется с кислородом. Так в данной теории объясняется наличие в составе газе любого вулкана 80% паров воды и водорода. Поднимаясь из ядра на поверхность водород реагирует с кислородом, и вода пополняет уровень мирового океана.

Ученый приводит расчеты, согласно которым наша планета утратила 3% своей массы за время своего существования из-за того, что водород покинул ее ядро и ушел в космос. Но при этом объем планеты постоянно увеличивается. Газ, проходит сквозь мантию Земли, при этом образуются вещества с меньше плотностью, чем гидриды.

В соответствии с гипотезой гидридной Земли из астеносферы планеты через ее кору поднимаются потоки водорода.

Водород, поднимаясь, создает разные геологические структуры:

• карстовые пустоты, возникают, когда струи газа текут сквозь пласты карбонатов;
• кольцевые структуры проседания, появляются там, где газ выходит на поверхность планеты;
• грязевые вулканчики, создаются водородом весной в местах, где почва мешает проходу газа.