Глубокий анализ состояния и проблем геодинамики, данный В.Е. Хаиным в начале текущего десятилетия [8, 9], несмотря на достижения последующих лет, сохранил свою актуальность.

Важнейшими положениями являются рассмотрение планеты в качестве открытой системы, признание равноправного сосуществования плейт-тектоники и плюм-тектоники, необходимость учёта  влияния ротационного эффекта на  геодинамические процессы, обозначение активных слоёв, обладающих пониженной вязкостью и играющих ведущую роль в глобальной геодинамике. Остаётся открытым вопрос об источнике энергии, не иссякающей миллиарды лет и являющейся  движущей силой эволюции Земли.

Исследование Земли, познание процессов её зарождения, эволюции, имеют не только научно-познавательное, но и сугубо прикладное значение.

Господствующие парадигмы, гипотезы, нередко объявляемые теориями, с одной стороны являются рабочими и позволяют находить эффективные пути поисков месторождений полезных ископаемых,  с другой часто сдерживают реализацию решений, которые впоследствии оказываются эффективными. В первую очередь это касается поисков месторождений углеводородного сырья.

Полезными ископаемыми являются все природные вещества Земли, извлечение и использование которых при существующих технологиях экономически целесообразно.

Важным следствием познания эволюции Земли является понимание опасности вмешательства современной цивилизации в естественные процессы, являющиеся неотъемлемой составляющей эволюции Земли.

Несмотря на некоторую архаичность, на которую указывает ряд исследователей, гипотеза О.Ю. Шмидта [14] остаётся смелым шагом в познание мира.

Отталкиваясь от её основ, учитывая идеи, изложенные в трудах В.И. Вернадского [3], В.Е. Хаина [8, 9], И.С. Шкловского [13], Ю.М. Пущаровского [6],  Е.Е. Милановского [5], других отечественных и зарубежных учёных, а также опираясь на собственные исследования [10, 11, 12], автор пришёл к некоторым выводам, изложенным в данном докладе.

Для природы характерно «соперничество» антагонистических процессов: уплотнение-разуплотнение, рассеяние-концентрация, упрощение-усложнение и т.п. Нередко эти процессы сосуществуют при превалировании одного над другим или сменяют друг друга. Эволюция Земли не исключение.

На стадии аккреции преобладало уплотнение, вызванное постоянным наращиванием массы планеты в условиях интенсивной бомбардировки, втягивания в её зону гравитационного влияния газово-пылевого межзвёздного вещества.

При этом, кинетическая энергия превращалась в тепловую, которая тут же (по некоторым расчётам до 50%) стала излучаться во Вселенную, а также обеспечила не только  разогрев, но и уплотнение вещества вплоть до образования фазы, в которой находится вещество ядра планеты. Значительная часть энергии как бы законсервирована в ядре и удерживается в высокоплотных фазах.

Кроме обычных фазовых переходов типа кипения, плавления, возгонки, происходящих в рамках атомно-молекулярной структуры вещества, предполагается фазовый переход, когда увеличение давления и температуры приводит к нарушению структуры атомов и образованию сверх плотной материи в состоянии близком к плазме.

В следующую после аккреции стадию формирования планеты на смену уплотнению пришло разуплотнение. Поступление масс из космоса на поверхность Земли и несомая ими кинетическая энергия стали незначительными. Однако планета продолжала и продолжает излучать в Космос тепловую энергию, но уже за счёт аккумулированной в ядре энергии. Высвобождение этой энергии, по мнению автора, происходит в процессе обратных фазовых превращений и перехода вещества более плотной в менее плотную фазу.

Одним из наименее исследованных вопросов является вопрос о начале аккреции, о центре аккретизации (по аналогии с центром кристаллизации). Был ли «зародыш» или нет. И.М. Белозёров  [1 ] предполагает в качестве зародыша осколок барионной звезды, некоторые исследователи предполагают крупные планетозимали. Однако возникновение самих планетозималий при этом «остаётся за скобками».

По мнению автора, следует согласиться с понятием так называемой «гравитационной неустойчивости». «Сущность этой неустойчивости состоит в том, что по причине всемирного тяготения материя не может быть распределена с постоянной плотностью в сколько угодно большом объёме»,  Шкловский И.С. [13].

Согласно этому положению, вещество не может быть в пространстве размещено равномерно, концентрация в сгустки неизбежна. В обозримом пространстве сгустками являются галактики, газо-пылевые туманности, звёзды, планетарные туманности, планеты.

В основе превалирующих представлений о строении Земли лежит предположение о внутреннем ядре, как об остаточном дифференциате расплавленной вследствие получения огромного количества кинетической энергии планеты. Внешнее ядро при этом - остаточный материал первичного расплава, из которого тяжёлые составляющие уходят во внутреннее ядро, а лёгкие формируют мантию.

Позволю себе предположить другую схему. Внутреннее ядро представляет собой вещество, образовавшееся из первичного материала планеты, сформированного в процессе аккреции. В ядре находятся все составляющие, которые попали в тело планеты на стадии аккреции. В том числе водород, углерод, кислород, азот, сера и другие лёгкие элементы. Однако все они под влиянием колоссальных давления и температуры перешли в иное фазовое состояние. В связи с неясностью этого состояния различными исследователями даются ему и различные названия: плазма, предплазменное состояние, перегретый и пересжатый пар, нейтронный бульон. Такие определения несут неодинаковое содержание. В любом случае, плотность этого вещества находится между плотностью вещества в атомарно-молекулярном виде и ядерной плотностью.

В любом случае, разрушаются не только химические связи, но и электронные оболочки атомов, образуется по терминологии И.М. Белозёрова  [1] «нейтронный бульон». Находящиеся  в  центре Земли, по мнению В.В. Кузнецова  [4] остатки остывающего плазмоида Протоземли, представляющие собой перегретый, пересжатый пар, имеют расчётную сверхметаллическую плотность при давлении в центре Земли около 3.5 миллиона атмосфер и температуре около 1,5x10⁴К около 35 г/см³.

С окончанием аккреции начинается обратный фазовый переход. В первую очередь из вещества внутреннего ядра по И.М. Белозёрову за счёт распада нейтронов формируется водород, затем гелий, затем все остальные элементы включая их многочисленные изотопы. Эти преобразования носят экзотермический характер. Внешнее ядро, состоящее уже из этих производных, может существовать только в виде расплава, в котором циркулируют постоянно поступающие из внутреннего ядра протоны, электроны, водород и его производные. Создаётся постоянный электрический ток во внешнем ядре, обуславливающий магнитное поле Земли. Магнитное поле Земли взаимодействует с внешним магнитным полем, в частности солнечным, вызывая обратное влияние на характер электрического тока во внешнем ядре. Последствия, вызываемые этим явлением, пока не ясны.

Переход вещества из фазового состояния внутреннего ядра в фазовое состояние внешнего ядра сопровождается уменьшением его плотности, увеличением радиуса планеты, её объёма и площади поверхности. При формировании каждой следующей оболочки планеты, происходит уменьшение плотности, увеличение радиуса, объёма и площади поверхности Земли.

На начальных стадиях разуплотнения Земля представляла собой внутреннее ядро, покрытое огненным океаном внешнего ядра, на котором формировалась первичная кора.

По мере расходования вещества внутреннего ядра происходит уменьшение его радиуса, объёма и площади поверхности. Соответственно снижается общая теплоотдача внутреннего ядра, создаются благоприятные условия для формирования мантии и коры. Происходит постепенное «выгорание» ядра.

Эволюция Земли происходит в условиях открытой системы. Это касается и каждой из оболочек планеты. По мнению автора, в условиях преобладания разуплотнения Земли, на границах разнофазовых сред происходит изменение фазового состояния вещества, сопровождаемое скачкообразным уменьшением его плотности и таким же увеличением объёма, высвобождением энергии, в том числе тепловой.  Возникает избыточное давление на вышележащие оболочки в условиях открытой системы, а также разогрев вышележащей оболочки в переходном слое D^”  с образованием менее плотных очагов, являющихся корневыми системами плюмов.

На границах вышележащих оболочек Земли, имеющих разные физические характеристики, также имеют место фазовые превращения, сопровождающиеся меньшими, но также скачкообразными изменениями плотности. При этом скорость вращения каждой оболочки с удалением от ядра падала. На границах возникали зоны пониженной вязкости (возможно плавления). Здесь происходит разрядка возникающих напряжений и формируются корни плюмов более высоких порядков.

Поскольку поверхности всех оболочек (начиная с поверхности ядра) имеют в рельефе положительные структуры, а мощность слоя D^” колеблется в широких пределах, то помимо избыточного давления вверх, возникают усилия направленные на выдавливание вещества менее плотной фазы в сторону вершин положительных структур, над которыми и формируются корни плюмов. Этот механизм «работает» на границе ядро-мантия и на всех выше расположенных зонах перехода. Поэтому плюмы могут быть различной глубины заложения, но зачастую они телескопируются. Плюм рассматривается как некоторый объём разуплотнённого вещества, проникающего через более плотные оболочки Земли в направлении от её центра. Характерно наличие выступов ядра под океанами.

При разуплотнении на границе ядра и мантии происходит  разделение элементов с последующим образованием минеральных форм. Где, на каком этапе происходит разделение на твёрдые, жидкие, газообразные образования в процессе восхождения плюмов, требует дополнительного изучения. Металлоносность нефтей, наличие битумов в рудных месторождениях подчёркивают общность их происхождения.

В процессе продвижения восходящего потока и направленного изменения РТ-условий усложняется    химический состав движущейся массы с образованием Н₂О, СО₂, СН₄, Н₂S и др.,  а в дальнейшем происходит синтез сложных углеводородов, возможно в капиллярных системах в присутствии катализаторов, а также образование металлоорганических соединений и других соединений, являющихся прародителями как нефти, так и минеральных эндогенных образований.

Границы сред, в которых вещество находится в различных фазовых состояниях, иногда являются ловушками для различных полезных ископаемых.  Например, газогидраты на границе океанической коры и водной оболочки. Ловушками для жидких, газообразных, твёрдых полезных ископаемых являются и различные геоструктурные, термобарические, геохимические, возможно иные, обстановки.

Предлагаемая гипотеза предопределяет вывод о постепенном «выгорании» ядра и переходе его вещества в мантию. Соответствующие переходы, сопровождаемые увеличением объёма каждой последующей менее плотной фазы, приводят к увеличению общего объёма планеты, увеличению её площади, что подтверждает вероятность гипотезы расширяющейся Земли. На всём протяжении эволюции Земли происходило и происходит «глобальное растрескивание» всех оболочек выше слоя D”. Проявление плюмов на поверхности Земли в зоне влияния таких трещин происходит в рифтовых океанических системах. В иных случаях образуются структуры центрального типа, такие как структура Мексиканского залива или Яно-Колымский геокон [12].   По мере «выгорания» ядра снижается теплоотдача планеты, активность её дегазации и пополнения атмосферы. Постепенная потеря атмосферы в этом случае в результате диссипации неизбежна.

Построения Тектоники плит с учётом предлагаемой гипотезы требуют существенной трансформации. Приоритет глубинных процессов проходящих на границах разноплотностных сред в глубинах Земли, перемещение плит как следствие этих процессов на сегодня уже не кажутся лженаучными. Увеличение объёма и площади Земли позволяют избежать искусственных построений связанных с понятием субдукции, спрединга. Они есть, но не в тех масштабах и не на ту глубину.

Роль конвекции в эволюции Земли, на взгляд автора, преувеличена. В условиях гравитации ничто менее плотное не может погрузиться в более плотное без приложения дополнительных усилий. Такие усилия создают плюмы, но эти усилия достаточны для реализации плитной тектоники лишь в верхних оболочках Земли, преимущественно в коре, но не достаточны для вдавливания плит, тем более представляющих собой мозаику, в глубины мантии, тем более, вплоть до её нижней границы. При этом должна иметь место обратная конверсия плотностей, что маловероятно. Конвекция, сопровождаемая тепломассопереносом,  по мнению автора, возможна лишь в пределах слоёв с близкой плотностью на основе её изменения при разности температур.

Помимо переноса вещества плюмами от ядра происходит постоянное поступление нейтронов, пронизывающих всю толщу мантии и земной коры. Воздействие образующегося водорода, образование метана, синтез нефти происходят постоянно. Осадочные отложения, особенно углеродсодержащие являются благоприятной средой для накопления углеводородов. В том числе это рассеянное углеродистое вещество в карбонатах, горючие сланцы, пласты угля.

Предлагаемая гипотеза требует пересмотра сложившихся подходов к поискам месторождений, в первую очередь, углеводородов. Влияние этих процессов на характер рудоотложения не изучен. Это касается как разновозрастных стратиформных месторождений, так и месторождений других типов, особенно крупных и гигантских.

Среди опасностей для цивилизации, которые возникают в связи с деятельностью человека, нарушающей естественный ход эволюции Земли, хочу отметить три:

Растущее использование атомной энергии ведёт к накоплению ядерных отходов. Какими бы средствами защиты мы не изолировали их, по сравнению с периодами полураспада они являются временными. Это кроме последствий ядерных катастроф типа чернобыльской или, не дай Бог, ядерной войны.

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами гидросферы. Это не только океан, но и гидросфера суши. Дефлюидизация Земли является естественным процессом, последствия которого природой компенсируются. Однако она не готова к компенсации искусственных разливов нефти.

Изменение температурных и иных условий нахождения газогидратов в океанах и под многолетнемёрзлыми породами чревато их массовой газификацией, что непосредственно повлечёт к изменению состава атмосферы со всеми вытекающими последствиями.

В очень интересной книге Ивана Мазура «Восток России: новая эпоха» приведено изречение на пирамиде Хеопса: «Люди погибнут от неумения пользоваться силами природы и от незнания истинного мира».

Переосмысливая это изречение можно сказать: «Будущее человечества находится в руках лучшей его части – в руках научного сообщества».

 

Литература

1.        Белозёров И.М. Природа глазами физика. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.- 131 с.

2.        Валяев Б.М. Углеводородная дегазация Земли и генезис нефтегазовых месторождений. Геология нефти и газа, 1997, № 9, с. 30-37.

3.        Вернадский В.И. Очерки геохимии. М: Наука, 1983. 422 с.

4.        Кузнецов В.В. Физика Земли и Солнечной системы. Тр. ИГиГ СО АН СССР. – Вып 639. – Новосибирск, 1984. – 92 с.

5.        Милановский Е.Е. 27-й Междунар. геол. Конгресс. Доклады. Т. 21. Становление и современное состояние концепций расширения и пульсаций Земли. – М: «Наука», 1984. – с. 41-51.

6.        Пущаровский Ю.М. Избранные труды: Тектоника Земли. Т. 1:Тектоника и геодинамика. – 2005. – 2005. – 350 с.

7.        Тектоносфера Земли. – М: «Наука»,1978. – 532 с.

8.        Хаин В.Е. Современная геодинамика: достижения и проблемы. «Природа». 2002, с. 1-16.

9.        Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии. – М: Научный мир, 2003. – 348 с.

10.    Шаров Г.Н. Эволюция Земли и происхождение полезных ископаемых// Металлогения Сибири. Тез. докл. Новосибирск: СО РАН, 1987. С. 223-228.

11.    Шаров Г.Н. Фазовый переход вещества и эволюция Земли// VI  Междунар. Конф.: Новые идеи в науках о Земле. Тез. докл. М. 2003. С. 128-129.

12.    Шаров Г.Н. Особенности строения и рудоносность Яно-Колымского геокона. – Актуальные проблемы рудообразования и металлогении. Тез. докл. Новосибирск. СО РАН, 2006. С. 242-243.

13.    Шкловский И.С. Звёзды. М: Наука. 1980, 352 с.

14.    Шмидт О.Ю. Происхождение Земли и планет. М.: Изд. АН СССР, 1962. 132 с.