Еволюція Землі: гідридна теорія В.Ларіна
Спочатку був вибух Наднової. Розкидана вибухом речовина змішалася з космічним пилом. Потім поступово, під дією гравітації (а також, на перших етапах більшою мірою, світлового тиску навколишніх зірок) ця суміш стала стягуватися до нового центру тяжіння. Що більше стискалася туманність, то швидше вона оберталася - як фігурист, який притискає розкинуті руки, і тим самим різко збільшує швидкість свого обертання. Швидкість обертання нашої туманності від практично нульової на самому початку стиснення зросла до досить відчутних величин.
І, врешті-решт, відцентрові сили врівноважили сили гравітації і стиснення зупинилося. У цей час туманність нагадувала двоопуклу лінзу. Діаметр цього газопилового утворення якраз укладався в нинішню орбіту Меркурія - 100 мільйонів кілометрів. У середині холодної туманної лінзи було згущення, що пізніше перетворилося на Сонце, а на периферії - більш-менш розріджений газ. По-іншому таку туманність астрономи називають небулою. Температура в центрі небули була тоді всього нічого - кілька тисяч градусів.
Звичайне фізичне нагрівання газу, що стискається. Газопилові протопланетні диски на різних стадіях формування в туманності Оріона, віддалені на 1,5 тис. світлових років від Землі, - нині це область зародження молодих зірок. Еволюція кожної з них може призвести до народження планетної системи, подібної до нашої. У чотирьох із п'яти зірок на кадрі, що покриває 0.14 світлового року, є проплиди - три яскраві й одна темна - видимі на тлі світлої туманності. Загалом у цій туманності серед досліджуваних 110 зірок знайдено 56, які мають проплиди. Об'єкт у вигляді краплі трохи правіше центру являє собою незвично розташований газопиловий диск.
Розмір цієї краплі дорівнює приблизно розміру нашої Сонячної системи. Згодом ця крапля теж стиснеться, і в ній утворюються планети. Фонова волокниста структура являє собою "ударні хвилі", в яких речовина, що швидко рухається, - залишки наднових - стикається в міжзоряному просторі з галактичним воднем, що повільно рухається. Через деякий час після того, як небула перестала бути хаотичною кашею, "схопилася" і почала обертатися єдиним цілим, від екватора туманності, яка крутилася, ривком відокремилася частина маси, утворивши "димне кільце". З цього кільця пізніше і з'явилися планети... Момент кількості руху був скинутий - фігурист розкинув притиснуті руки, і його обертання сповільнилося. Туманність стала крутитися повільніше, тому сили Коріоліса в центрі згущення послабшали майже до нуля, струмені плазми перестали закручуватися в спіралі, соленоїд зруйнувався, а з ним відключилася генерація магнітного поля небули.
Виходить, що небула ніби спеціально ввімкнула власне магнітне поле, щоб скинути частину маси для формування планетної системи. Скільки ж тривала ця космічна мить скидання частини зайвої маси і формування протопланетного диска? Нікчемних сто років! Вражаючий миттєвий акорд після мільйона років спочатку неспішного, а потім прискореного згущення! Ну а далі пішло як по маслу. Оскільки швидкість обертання центрального згущення (протосонця) впала, відцентрові сили вже не могли протистояти гравітації, газ почав активно стискатися, температура зростала, і, врешті-решт, у центрі всієї цієї газової купи, яка складалася здебільшого з водню, почалися термоядерні реакції - запалилася зірка.
А що в цей час відбувалося зі скинутим газовим бубликом, що крутиться навколо зірки? Він почав жити своїм життям. І життя це було дивовижним. Магнітне поле небули до його відключення було досить сильним. А внутрішня частина протопланетного диска, охоплена цим полем, була іонізованою, тобто струмопровідною. Коли рубильник вимкнули (соленоїд розпався) і поле почало руйнуватися, у струмопровідному диску навелися кругові електричні струми. Відома справа: згадайте шкільний дослід - учитель розмикає ланцюг в індукційній котушці, і стрілка вольтметра робить мах, фіксуючи стрибок напруги. Це відбувається через те, що в котушці наводиться струм, який прагне зберегти магнітне поле від розпаду.
У шкільному досліді це явище (стрибок напруги) триває частку секунди. Але в небулі котушка соленоїда була в тисячу мільярдів разів більшою. Тому стрибок напруги розтягнувся на тисячі років. І весь цей час у внутрішній частині протопланетного диска (де потім сформувалися планети земного типу) гуляли потужні електроструми.
В результаті газовий бублик став розділятися на безліч більш тонких окремих кілець. Це сталося тому, що струми, які течуть в одному напрямку, притягуються. (Знову-таки шкільний дослід - притягання один до одного провідників з односпрямованим струмом.) Спочатку цих тонких кілець навколо протосонячної небули було дуже багато, але потім вони стали зливатися одне з одним. Причому злиття кількох сусідніх тонких газових кілець в одне не призводило до його потовщення. Навпаки, переріз кілець зменшувався, вони ставали дедалі щільнішими і щільнішими з тих самих причин взаємопритягання.
А потім сталося незвичайне явище - тонкі газові обручі, що обертаються навколо протосонця, почали в окремих місцях немов перетягуватися невидимими нитками, перетворюючись на кільцеву зв'язку "сосисок" нерівної довжини. У фізиці це явище називається пінч-ефектом: коли через плазмовий шнур тече струм, на ньому починають утворюватися кільцеві манжети з магнітних силових ліній, які незабаром перетискають провідник повністю.
Пізніше під дією гравітації ці сосиски перетворилися на газові кулі - глобули, з яких потім зібралися планети. Різновеликих глобул були десятки тисяч, а їхні діаметри сягали мільйона кілометрів. Цікаво, що щойно в газовому бублику, що відірвався від небули, навелися струми, бублик засвітився мерехтливим білим світлом - з тих самих причин, з яких світиться неонова лампа. І чим більше потім ущільнювалися тонкі плазмові кільця, що вийшли з бублика, який розпався, тим яскравіше вони світилися. При цьому Сонця на той момент ще не було, воно тільки-тільки розкочегарювалося і ледь жевріло багряно-червоним кольором.
Іонізація газу, яку постійно підтримували короткоживучі радіоактивні елементи, не давала змоги частинкам речовини збиратися в тверді й тому пружні грудки - електростатичне відштовхування позитивно заряджених іонів противилося силам всесвітнього тяжіння.
Тому-то збирання планет відбувалося не з твердих частинок і тіл, а з газових протопланетних згустків - глобул. У міру збирання протоземлі її маса збільшувалася і, відповідно, зростали сили гравітаційного стягування. Це призводило до збільшення середньої щільності. У результаті радіус зростаючої протопланети залишався в межах мільйона кілометрів. У такому ж стані (газових протопланет) перебували перший час і інші планети земного типу. І лише потім почалася конденсація, оскільки до цього часу підвимерли короткоживучі ізотопи і став спадати ступінь іонізації.
У газовій протопланеті, об'єднаній силами гравітації, ріст великих твердих тіл був неможливий, і конденсація проторечовини з подальшим ущільненням її в тверду планету була подібна до "м'якого пеплопаду" до центру тяжіння. Відбувалася вона досить повільно - протягом наступного мільйона років - і нагадувала чи то злиття крапель, чи то злипання великих пластівців попелу в повільному польоті.
З цього "попелу" і вийшла Земля. Поступова гравітаційна конденсація речовини призводила до її розігріву. Той самий процес ми вже спостерігали раніше в протосонці, коли стискання газу призвело до його нагрівання до півтори-двох тисяч градусів і легкого бордового світіння. Однак подальшого нагрівання - до двох-трьох тисяч градусів - на Землі не відбулося. Тому що енергія гравітаційного стиснення тепер витрачалася вже не на нагрівання, а на створення хімічних зв'язків між воднем і металами. Річ у тім, що реакції утворення гідридів ендотермічні, тобто йдуть із поглинанням тепла.
Виходить, що теплова енергія буквально запасалася, акумулювалася в гідридах. Щоб потім вивільнитися і дати поштовх тепер уже не космічній, але геологічній історії планети. Тиск сприяє проникненню водню в метали. А температура, навпаки, сприяє розкладанню металлогідридів. На першому етапі працював саме тиск, формуючи металогідридне ядро планети. Причому оскільки процес ішов із поглинанням тепла, ядро не нагрівалося до тієї температури, за якої гідриди вже почали б розкладатися, вивільняючи водень назад. Це сталося пізніше, коли радіогенне тепло розігріло надра новенької, щойно з-під преса, планети.
Радіогенне тепло - це тепло від розпаду радіоактивних елементів. Колись короткоживучі (час життя близько мільйона років) радіоактивні елементи зіграли свою роль в еволюції небули: іонізували нейтральний газ, завдяки чому стала можливою магнітна сепарація елементів. А ось тепер уже "довгограючі" радіоактивні елементи типу урану зіграли свою роль у запуску геологічного двигуна нашої планети.
Неспішний розпад трансуранових почав поступово прогрівати планету зсередини по всьому її об'єму. І металогідриди почали поступово розкладатися. Хімічні зв'язки метал - водень рвалися, і звільнений водень, для якого метал прозорий, спрямовувався назовні. Зрозуміло, спочатку металогідриди почали розпадатися там, де їх не стримував тиск, - неподалік від поверхні планети. І поступово цей процес просувався вглиб.
Через якийсь час планета розшарувалася на кілька геосфер, вкладених одна в одну, як матрьошки. Усередині планети залишалося важке і дуже щільне ядро з металогідридів. Його оточив пояс металів, у яких гідриди вже розклалися і тепер це були просто метали з рясно розчиненим у них воднем, що інтенсивно витікав угору.
З плином часу, у міру радіогенного прогріву, шар металів розширювався, а металогідридне ядро зменшувалося через розпад гідридів. Зауважте важливу деталь. Ось уже 4,5 мільярда років усередині Землі працює радіоактивна піч. А Земля не нагрілася, не розплавилася. Чому? Тому що надлишкове тепло інтенсивно відводиться воднем, що витікає вгору. Який, досягнувши поверхні планети, потім відлітає у відкритий космос.
Наразі в самому центрі планети ми маємо металогідридне ядро діаметром 2750 км, яке поки ще не зникло. Його називають внутрішнім ядром, тому що є ще зовнішнє ядро, що складається зі зникаючих гідридів упереміш із металами, які просто насичені воднем. Товщина цього шару 2100 км, а разом внутрішнє і зовнішнє ядра складають Велике ядро Землі. Велике ядро оточує металосфера товщиною приблизно в 2750 км. Як зрозуміло з назви, вона складається зі сплавів різних металів на основі кремнію, магнію і заліза. Водню там практично немає. Нарешті, зверху Землю вкриває тоненький шар силікатів і оксидів товщиною до 150 км. (дані в оцінці товщини вищевказаних шарів різняться у різних авторів залежно від застосовуваних методик. Наприклад, на схемі внизу представлено дані, отримані із застосуванням супутників, таких як CHAMP і Orsted).
Водень, що надходить знизу, вступає в реакцію з киснем, зосередженим у літосфері, і утворює воду, яка заповнює западини між материковими плитами. Ось звідки взялася вода в океанах - буквально з-під землі. Це, до речі, підтверджується несподівано високим вмістом пари у вулканічних газах. Геологи були злегка здивовані, коли виявили цей феномен. Виявилося, в газах вулканів, що постійно вивергаються на Гавайських островах, міститься 80 % водяної пари. Курильські вулкани теж видають 80 % води.
Треба зазначити, що металогідридне ядро планети втрачає водень не по всьому об'єму одразу, водень починає активно випаровуватися тільки з верхніх шарів ядра, тому що чим далі до центру планети, тим більший тиск, а тиск підвищує стійкість гідридів до температури. Гідриди розпадаються, збільшуються в об'ємі і перетворюються спочатку на метал, густо насичений воднем, а потім і просто на метал. Тобто металлосфера потовщується, а гідридне ядро "всихає".
До сьогоднішнього дня металлогідридне ядро займає всього один відсоток об'єму Землі. А враховуючи, що саме воднева дегазація є тектонічним двигуном планети, можна сказати, що наша планета в тектонічному сенсі переживає період глибокого клімаксу... Коли скінчиться весь водень, зовнішнє ядро перестане бути рідким, відключиться магнітне поле. І Земля поступово стане таким же мертвим світом, як Марс або Місяць. (Точних термінів не наводиться, але, наскільки я розуміюся на математиці, згідно з найпесимістичнішими розрахунками, кілька десятків мільйонів років у нас у запасі ще є).