Текст книги "Природа космических тел Солнечной системы"

Генерация магнитного поля слоями из-за несовпадения оси вращения Земли и полярности магнитного поля

Гипотеза 32

Известно, что магнитное поле не совпадает с осью вращения Земли в результате чего имеющее электрический заряд заряженное вещество в геосферах, при вращении пересекают магнитные силовые линии. Такие пересечения однозначно приводят к появлению токов внутри Земли, а те к генерированию магнитного поля, которое входит как составная часть общего магнитного поля Земли.

Инверсии магнитного поля от перестановки слоев элементов в ядре Земли

Гипотеза 33

Магнитное поле Земли неоднократно меняло свою полярность. Обращение или, как говорят, инверсии магнитного поля за последние 4 миллиона лет происходили 22 раза. Инверсии магнитного поля можно объяснить тем, что в ходе различных процессов в ядре Земли от постоянного повышения температуры изменяется взаимное расположение слоев, изменяются их массы, изменяются их заряды, следовательно, и величины генерируемых ими полей. Это влияет на суммарное магнитное поле Земли. Например, в первоначальном состоянии слои ядра располагались в порядке увеличения плотности атомов элементов. При разогревании и образовании в кристаллических газах межатомного пространства последовательность расположения слоев стала переходить в закономерность по закону Авогадро (слои элементов перестраиваются в последовательность увеличения атомных масс, гипотеза 15). Каждая перестановка изменяла магнитное поле в ту или иную сторону. Другой причиной является то, что при повышении температуры разные слои изменяют свои заряды не одинаково. У одних слоев заряды изменяются значительней, чем у других. Также изменяются величины магнитных полей из-за перемен зарядов слоев в результате распада α– и β-активных изотопов. Все процессы этих изменений постоянно изменяют величину суммарного значения магнитного поля Земли то в одну, то в другую сторону и создают явление инверсий [Тимофеев, 2011б].

Блуждание магнитных полюсов вызвано ядерными вспышками в ядре

Гипотеза 34

Магнитные полюса Земли постоянно изменяют свое положение, перемещаются, что до настоящего времени объяснения не имело.

Магнитное поле Земли генерируется заряженными слоями. В зоне F ядра Земли происходит сепарация веществ, способных на ядерное деление, например, U²³⁵. При достижении критической массы U²³⁵ происходят цепные ядерные реакций распада, вызывающие локальные выделения тепла. Локальные температурные всплески происходят и в слое обогащенном U²³³, и в слое обогащенном Pu²³⁹. Это приводит к местному повышению температуры и конвективным процессам, деформирующим форму слоев ядра, что дает искажение магнитного поля и блуждание магнитного полюса Земли [Тимофеев, 2011б]. Дополнительные искажения могут вызываться изменениями состояния разных участков мантии, которая создает свое магнитное поле при суточном вращении разноименно заряженных слоев пород.

Строение внутреннего ядра Земли

Гипотеза 35

Законы природы таковы, что в условиях глубинных сфер Земли самым тяжелым наиболее распространенным веществом оказался уран U²³⁸, который является основным элементом внутреннего ядра. Уран здесь находится в газообразном состоянии при температуре порядка 780000°К в седьмой степени ионизации.

Во внутреннем ядре Земли, в отличие от Солнца и крупных планет, свободное межатомное пространство в веществе достаточно большое, оно занимает объем равный 0.932 от объема атомов урана. Здесь в небольшом количестве могут находиться и ионизированные осколки деления ядер. Но большая их часть при распаде ядер делящегося вещества всплывает из зоны F и распределяется по своим слоям в верхнем ядре. Здесь также находится некоторое количество изотопов за урановых элементов протактиния, нептуния, плутония, америция, менделевия и других. Эти элементы известны, поскольку искусственно синтезированы в реакторах и ускорителях. Возможно наличие в ядре Земли и других, еще неизвестных науке элементов, которые естественным путем получаются в результате множественных ядерных реакций, например, нейтронного облучения, содержатся здесь в количествах, определяемых скоростями их синтеза и периодами их полураспада.

Синтез элементов по ядерной массе, значительно превышающей уран, невозможен из-за снижения прочности более тяжелых ядер. В 1939 году советские физики К. А. Петржак и Г. Н. Флеров, работая под руководством И. В. Курчатова, открыли спонтанное (самопроизвольное) деление ядер урана на два осколка со сравнительно близкими массами. Поведение тяжелого ядра может быть описано моделью жидкой капли, находящейся под действием сил электростатического отталкивания протонов и противодействующих им сил поверхностного натяжения. Степень неустойчивости ядра относительно деления определяется отношением энергий электростатического отталкивания к энергии поверхностного натяжения, то есть отношением Z²/А, где Z – заряд ядра, А – его массовое число. При достаточно больших значениях Z²/А деление атомного ядра может происходить самопроизвольно (так называемое спонтанное деление). Период полураспада при спонтанном делении быстро уменьшается с увеличением Z²/А, например, для U²³⁸ Т_1/2=8∙10¹⁵ лет, а для Сf²⁴⁶ Т_1/2=2∙10³лет. Спонтанное деление ядер характерно для всех элементов тяжелее тория. Этот процесс лимитирует массу ядер, определяет границу периодической системы и, следовательно, облик Вселенной. Более тяжелые ядра просто распадаются на осколки в условиях планет Солнечной системы. Возможно, в условиях глубин звезд или вещества нейтронных звезд ядра с номером 300, 400 и более реально существуют и реально определяют процессы в таких космических телах, однако, при условиях Земли существование таких элементов, как это предполагает Тихонов А. И. [Тихонов, 2016], не доказано. Нахождение таких элементов в ядрах планет маловероятно.

Во внутреннем ядре Земли малая гравитация и значительные диффузионные процессы не позволяют распределиться элементам по слоям, там сравнительно гомогенная смесь атомов. Выделение энергии во внутреннем ядре Земли происходит от радиоактивного распада U²³⁸ и элементов продуктов ядерного синтеза. Процессы альфа-распада здесь приводят к образованию гелия, постоянно поднимающегося из внутреннего ядра в наружное, в мантию, кору и далее в верхние слои атмосферы Земли.

Причины отсутствия на Земле развитой жизни в течение 4 миллиардов лет

Гипотеза 36

В архейской и протерозойской эрах в течение 4 миллиардов лет жизни на Земле не было, не считая простейших цианофитов и прокариотов. Более развитые организмы появились только в кембрийский период 540 миллионов лет назад. Причина, по которой столь долгое время на Земле не развивалась жизнь, до последнего времени была неизвестна. В этой работе выдвинута следующая гипотеза.

Как представлено в гипотезе №1 четыре с половиной миллиарда лет назад произошел взрыв нейтронной звезды вокруг которой вращалась Земля. Нейтронная звезда в результате взрыва исчезла, разлетелась на атомы, образовала туманность, которая со временем собралась в Солнечную систему [Шмидт, 1960]. При взрыве все планеты, находящиеся на орбитах вокруг нейтронной звезды разлелелись и в течении четырёх миллиардов лет блуждали в тёмном холодном космическом пространстве пока не собрались на новых орбитах вокруг обновлённого Солнца, которое в нынешнем виде загорелось только пятьсот сорок миллионов лет назад. До загорания Солнца некоторое количество тепла от ядерных реакций согревало земные породы, что позволяло существовать простейшим организмам. Загоревшееся Солнце отогрело Землю до состояния, когда создались условия образования жизни.

Другой причиной, по которой развитая жизнь на Земле образовалась только пятьсот сорок миллионов лет назад явилось то, что первые 4 миллиарда лет жизнь не развивалась из-за высокого уровня радиации на поверхности Земли от поднимавшихся сюда радиоактивных осколков деления урана в ядре, разрушавшей сложные организмы. Сложные организмы значительно более чувствительны к радиации, чем простейшие. Например, по данным исследований доза половинной выживаемости для бактериофагов (Dsent) равна 580000 рентген, водорослей 5000—10000 рентген, моллюсков 1200 рентген, собак 450 рентген. В архее ядро Земли было небольшое и состояло из самых тяжелых элементов, поэтому радиоактивные осколки деления урана и плутония стронций Sr⁹⁰, цезий Cz¹³⁷, церий Се¹⁴⁴ и др. беспрепятственно поднимались на поверхность, поскольку имели сравнительно небольшую плотность атомов. В палеозое ядро увеличилось до состояния, когда весь диапазон радиоактивных осколков деления урана и плутония от цинка до гадолиния (стронций Sr⁹⁰, цезий Cz¹³⁷, церий Се¹⁴⁴…) образовали свои слои в ядре Земли. Все радиоактивные осколки (рис. 11) оказались заперты в ядре. Поднятие радиоактивных осколков деления в мантию и кору Земли полностью прекратилось. Уровень радиации на поверхности снизился, и на Земле кроме простейших организмов начала развиваться жизнь более сложных существ.

Прогноз дальнейшего изменения состояния Земли

Гипотеза 37

Постоянное выделение тепла ядерными реакциями является основной причиной изменения состояния планет. Планеты увеличиваются в диаметре, одновременно уменьшается плотность их веществ. Такое изменение Земли показано на рис. 26

Рис. 26. Увеличение размера Земли и уменьшение толщины ее мантии со временем: 1 – настоящее состояние; 2 – состояние через один миллиард лет; 3 – состояние через 2 миллиарда лет

Верхние сферы Земли (рис. 26): А – кора Земли; В – зона синтеза накопления и трансформации силановой нефти; С – зона образования низкомолекулярных подвижных соединений; D – зона разложения пород.

Элементы подвижной фазы – H, N, C, O, S – поднимаются на поверхность, а наиболее тяжелые элементы образуют новые слои ядра. После завершения формирования слоя цинка на поверхности ядра станет образовываться слой эрбия, а после завершения его формирования начнется образование слоя железа.

Со временем, из-за разогрева, через миллиарды лет, вся мантия расплавится и испарится, размеры Земли значительно увеличатся, поверхность раскалится, океаны испарятся, карбонаты, сульфиды и сульфаты разложатся с образованием серного ангидрида, паров серы и углекислого газа, которые заполнят атмосферу. Толщина земной коры в горных областях начнёт уменьшаться и горы начнут опускаться, приближаясь по высоте к уровню равнин. Земля перейдёт в состояние Венеры. Затем от раскалённого ядра Земли распадётся и превратиться в газ вся кора Земли, в результате всё вещество Земли перейдёт в газообразное состояние со слоистой структурой ядра. Земля повторяет трансформацию Юпитера, только из-за меньшей гравитации процесс преобразования идет медленнее [Тимофеев, 2009а].

Учитывая, что в соответствии с космогонией Земля имеет состав веществ близкий к составу Солнца, энергии в веществе Земли для превращения ее в раскаленный газовый шар достаточно. Главной причиной препятствующей такому сценарию трансформации Земли и других малых космических тел является сравнительно небольшая их масса, при которой большая часть урана не распадается по механизму цепных реакций с выделением максимального количества энергии, а распадается до свинца. Выделение энергии такого процесса меньше.

Глава 3. Мантия Земли

Геосферы пород мантии

Гипотеза 38

Плотности пород имеют корреляцию с плотностями составляющих их атомов [Тимофеев, 2015а, Тимофеев, 2015б], (рис. 27).

Рис. 27. Корреляция плотности атомов и плотности их окислов

Зная плотности атомов элементов, можно в определенной степени оценить, на каких глубинах находятся породы, в которых эти элементы преобладают.

В мантии Земли плотность пород увеличивается с увеличением глубины. Это определено геофизическими исследованиями по скоростям распространения сейсмических волн. Очевидно, что породы с нарастанием глубины состоят из атомов, обладающих более высокой плотностью, хотя зависимость эта имеет отклонения за счет разных полиморфных форм, а также разных химических соединений. Плотности атомов основных пород мантии Земли, по мере возрастания показана таблице 10. В таблице также показано содержание элементов в массовых процентах [Тимофеев, 2013б]. В мантии находятся преимущественно 47 элементов от лития до цинка, что рассчитано из известных масс ядра Земли и мантии и содержания элементов в Земле. Элементы находятся, как правило, в виде химических соединений, и расположены приблизительно в порядке увеличения атомных масс [Тимофеев, 2013г].

О наличии в мантии Земли геосфер из пород разных элементов говорит ряд фактов:

– в лавах камчатских вулканов с увеличением глубины магматических очагов возрастает содержание калия [Мархинин, 1980], что показывает возможность геосферы калия на близко залегающих глубинах;

– на томограммах Биджварда [Bijwaard,1998] наглядно видна ступенчатая картина поднявшихся масс.

Ступени можно объяснить границами раздела геосфер (рис.28, 1). На обоих томограммах, например, отчетливо просматривается на глубине 1400—2000 км мощный слой, который можно идентифицировать как слой соединений железа (рис. 28, 2), определенный расчетным путем в работе [Тимофеев, 2013].

Рис. 28. Томограммы мантии Земли: 1 – границы геосфер мантии Земли; 2 – мощная геосфера соединений железа

За время существования Земли происходила сепарация более тяжелых пород, что в некоторых случаях происходит даже в твердом состоянии как, например, всплытие масс соли диапиров. По массовому содержанию в мантии преобладают 11 элементов (К, Ca, Rb, Ar, Sr, Kr, Ba, Si, Zr, Fe, Zn). Из минералов на основе этих элементов в мантии Земли, вероятно, имеются 11 геосфер. Инертные газы Ar, Kr, не образующие минералов в условиях коры Земли, в условиях мантии создают твердые соединения [Тимофеев, 2013б.], что позволяет предполагать наличие целых геосфер, где породообразующим элементом они являются. Возможно, существуют сборные геосферы из элементов с близкими плотностями атомов V, P, Pr, Yb, Ce, Nd, Cr, на 10 уровне и Sm, Mn, C, Co, Gd, Tb, Cu, S, Er на 12 уровне. В сумме можно приближенно считать, что мантия имеет 13 главных геосфер толщиной более 100 км (рис. 29). Элементы в геосферах, как правило, находятся в виде ковалентных и ионных химических соединений с неметаллами Si, C, Cl, H, N, O, F, S, Br, J. Элементы, имеющие малое содержание в мантии Земли, или входят в состав минералов породообразующих элементов, или образуют тонкие пласты своих минералов на горизонтах соответствующих их плотностям.

Рис. 29. Теоретическое расположение породообразующих элементов в геосферах мантии Земли

Картина процессов в мантии Земли показана на рис. 30.

Лава магматического очага, расположенного на большей глубине (в центре Африки вулкан Ньирагонго), содержит много (около 35%) окиси кальция, что, показывает расположение вулканического очага в геосфере соединения кальция (рис. 30, поз. 9).

Рис. 30. Основные процессы в мантии земли (выделенное линией – – – увеличено):

1 – массивы всплывающего очищенного дистиллированного (деплетированного) вещества ядра Земли; 2 – коренные породы мантии; 3 – зона распада вещества мантии; 4 – поднятие газов из зоны распада; 5 – скопление силановой нефти (астеносфера); 6 – скопление силановой нефти под океанами; 7 – корень континента; 8 – проекции фокусов землетрясений 1965 – 1968 гг в петропавловском секторе Камчатки на плоскость перпендикулярную Камчатскому желобу, по С. А. Федотову [Федотов, Токарев, 1971]; 9 – континентальный вулкан (Ньирагонго); 10 – утолщение коры Земли, зона синтеза базальта; 11 – интенсивное утолщение коры Земли в горных районах; 12 – скопление нитронефти; 13 – залежи углеводородов; 14 залежи карбонатов и рудных тел; 15 – выход воды, азота, углекислого газа; 16 – поднятие силановой нефти внутри континента в зоне разлома

Ядро после распада соединений полностью очистилось от легких элементов. Элементы с плотностью атомов меньше, чем у цинка, всплыли из ядра Земли с образованием грандиозных массивов дистиллированной (деплетированной) породы океанической мантии из чистых химических соединений (рис. 30, 1). Эти всплывшие массы были обнаружены по аномалиям скоростей [Павленкова, 2011], что отличает их от имеющих примеси, коренных пород мантии (рис. 30, 2). В коренных породах мантии в виде примесей в химически связанном состоянии, находится и небольшое количество тяжелых элементов, из которых состоит ядро Земли. Незначительное содержание тяжелых элементов в мантии определяет незначительное содержание их в коре. Это создает иллюзию малого содержания их во всей Земле, что является неправильным представлением.

Зона разложения пород и синтеза подвижных соединений

Гипотеза 39

На границе между мантией и ядром Земли находится зона разложения пород. Элементы С, N, O, S, H имеют с породообразующими элементами соединения с разной прочностью связей. В слое, прилегающем к ядру Земли, где температура выше, в твердом состоянии могут находиться соединения углерода (карбиды, ацетилениды), температуры плавления и разложения которых наиболее высоки. Далее от ядра элементы могут находиться как в виде карбидов, так и в виде нитридов и азидов. Еще выше, помимо соединений углерода и азота, могут находиться, не разлагаясь, окислы. В верхней части нижней мантии, где температуры ниже, не разлагаясь, помимо соединений углерода, азота, кислорода, могут быть также соединения водорода (гидриды) а также хлора, фтора, брома, йода и серы. Такая последовательность подтверждается, например, температурами плавления соединений V, Nb, Sb. Температуры плавления карбидов составляют 2800—3800^оС, нитридов 2050—2300^оС, окислов 1495—1970^оС. От теплового воздействия ядра Земли постоянно происходит разложение соединений нижней мантии. Например, разложение карбида золота пойдет по следующей реакции:

Au₂C₂→Au↓+C↑

В результате этого разложения выделившееся золото (плотность 19.3 г/см3) погрузится в ядро Земли, а углерод (плотность в состоянии алмаза 3.5 г/см³) будет подниматься.

Выше, в слое мантии, где могут залегать соединения азота, происходит разложение нитридов и азидов, например, по реакции:

Cu (N₃) ₂→Cu+3N₂↑

Выше происходит разложение окислов, например, по реакции:

2СdO→2Cd+O₂↑

Выше, происходит разложение гидридов, например, по реакции:

TiH₂→Ti+H₂↑

Аналогично разлагаются соединения галогенов и серы.

Выделившиеся газообразные элементы при поднятии или взаимодействуют с породами, или, проходя через все вышележащие слои Земли, выходят на поверхность.

По мере поднятия подвижных соединений нитриды в пластах трансформируются в карбиды, окислы в нитриды, гидриды в окислы по реакциям:

2Cu (N3) ₂ +2С →Cu₂С₂+6N₂↑

6СdO +2N₂→2Cd₃N₂ +3O₂↑

TiH₂ +O₂→TiO₂+H₂↑

Таким образом, фронт нижней мантии из карбидов, нитридов, окислов, гидридов, по мере разложения нижней поверхности мантии температурным воздействием ядра, перемещается вверх к коре Земли.

В нижней мантии при разложении пород выделяются Cl₂, H₂, N₂, С, O₂, F₂, S, J, Br, образующие подвижные соединения с высоким изобарным потенциалом: NO, N₂O, N₂O₄, Cl₂O, ClO₂, Cl₂O₆, Cl₂O₇, ClN₃ Cl₃N, J₃N, FN₃, N₂O₅, NO₂, N₂O₃, NH₃, O₃, N₂H₄, C₂H₂, C₄N₂, C₂N₂, а также, радикалы HO+, CN, CH, например, по реакциям:

N₂+2O₂↔2NO₂

2Cl₂+O₂↔2Cl₂O

N₂+2H₂↔N₂H₄

Все реакции обратимы, однако, в этих условиях высокого давления и высоких температур равновесие смещено в сторону конечных продуктов из-за их высокого изобарного потенциала. Подобный синтез окислов азота, например, происходит в условиях повышенного давления в цилиндрах двигателей автомобилей.

Число видов соединений с поднятием температуры уменьшается и доходит до совершенно небольшого перечня веществ, состоящих из низкомолекулярных соединений с максимальными энергиями связей. Такое состояние преобладает в мантии ближе к ядру, где температуры для мантии максимальны. В верхней мантии, где температуры ниже, реакции крекинга не так сильны, соединения имеют больший молекулярный вес, разнообразие соединений намного шире.

Природа образования веществ деплетированной мантии и веществ корней континентов

Гипотеза 40

Структуры верхней мантии континентов и океанов принципиально отличаются. Континентальные аномалии высоких сейсмических скоростей простираются до глубины 300—400 км. Состав мантии континентов и океанов различен, по этой причине мантия под океанами стала называться деплетированной [Павленкова, 2011] (рис. 23. 1). Состав деплетированного океанического мантийного вещества обеднен электроположительными элементами (U, Th, К, Rb, Cs, Sr, Ва, Be и др.) и легкими редкоземельными элементами (La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm). Для деплетированной мантии характерны пониженные значения изотопных соотношений Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁴ и Sr⁸⁷/Sr⁸⁶ и повышенные – Nd¹⁴³/Nd¹⁴⁴. Такие выводы о составе океанической мантии сделаны по результатам изучения базальтов срединно-океанических хребтов [Zindler, Hart, 1986]. Это различие требовало объяснения. Предлагается следующее объяснение этого отличия. Вещество мантии континентов меньше подверглось трансформации в ходе исторического изменения ее состава. Оно образовалось путем длительной сепарации реликтового космического вещества, из которого сформировалась планета 4.5 миллиарда лет назад. В процессе сепарации значительный процент примесей сохранился в составе вещества мантии. Поскольку это вещество не подвергалось значительному нагреванию, в нем сохранилось некоторое количество примесей тяжелых элементов в виде сложных химических соединений, имеющих в совокупности с другими элементами значения плотностей, позволявших им удерживаться на их горизонтах мантии. Деплетированное вещество океанической мантии образовалось в первую очередь из фракций ядра Земли при условиях более мощного температурного воздействия. Эта фракция вещества, имеющего сравнительно малую плотность атомов, исторически оказалась в составе ядра Земли при формировании ее массы из космического реликтового пепла 4.5 миллиарда лет назад. При разогреве ядра до состояния раскаленных газов эти вещества распались до атомарного состояния, по этой причине сепарировались на отдельные элементы, чем очистились от всех примесей и затем, как более лёгкие, всплыли из ядра в мантийное пространство. Здесь вновь при взаимодействиях образовали те же породы, что породы континентальной мантии, но уже без примесей, поскольку примеси тяжелых атомов остались в ядре, а более легких образовали отдельные фракции. Кроме как из реликтового вещества ядра, значительная часть деплетированного вещества образовалась при разложении пород нижней мантии теплом раскаленного ядра Земли. Постепенно нижняя поверхность мантии разлагается от тепла ядра и переходит в состояние веществ из атомарных газов. При этом фракция элементов с малой плотностью атомов не попадает в ядро, а поскольку имеет плотность меньше плотности мантийного вещества на этом горизонте, поднимается в более высокие мантийные сферы. Преобразование вновь образованных веществ в те же породы, что и континентальные объясняется примерно одинаковыми условиями по давлениям и температурам в мантийном пространстве под континентами и океанами. Таким образом, деплетированное вещество океанической мантии – это легкая фракция дистиллированного в ядре Земли (перегнанного) вещества космического пепла.

Разница в изотопных соотношениях (пониженные значения Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁴ и Sr⁸⁷/Sr⁸⁶ и повышенные – Nd¹⁴³/Nd¹⁴⁴) объясняется тем, что новое дистиллированное вещество содержит изотопы не только образованные в процессе зарождения Солнечной системы (при нейтронном взрыве 4.5 миллиарда лет назад), но и продукты ядерных реакций в ядре Земли, образующиеся по иному механизму. Другим следствием такого представления является то, что континенты и их, как принято считать, корни являются едиными массивами пород, имеющих более древнее и менее трансформированное вещество космического пепла, разъединённое при расширении Земли и плавающее в среде вновь образованного вещества океанической мантии из дистиллированных очищенных пород.