А. Данилович
У розгляді проблеми використані дані наукових досліджень і одна з робіт присвячена внутрішньому устрою Землі.
Грунтуючись на роботі Ю.Г. Старицького, інших авторів, даних сейсморозвідки і матеріалі сайту « Речовина під тиском », Спробуємо розглянути будову Землі і процеси, що відбуваються в її надрах.
До глибин 12,2 км є інформація про фізико-хімічні характеристики будови земної кори, отримані в результаті буріння серії наукових свердловин.
Що стосується сейсміки, то наведені дані можна вважати інформативними і такими, що заслуговують на увагу до глибин близько 5000 км, де починається зона центрального, важкого ядра. Оскільки не можна назвати достовірними дані (див рис.1 і 3), коли при зростанні тиску і зростанні щільності речовини, не спостерігається зростання швидкості сейсмічної хвилі. Хоча відомо - швидкість поздовжніх хвиль пропорційна щільності речовини. Пунктир графіку показує швидкість поздовжньої Vp і поперечної Vs сейсмічної хвилі показує зону невизначеності. Дані можуть бути недостовірні, через низьку точності (чутливості) вимірювань. Оскільки мають місце відображення сейсмічної хвилі від кордонів розділу (стрибка щільності) на глибині 2,9 і 5 тис. Км., І пов'язане з цим ослаблення реєструється сейсмічної хвилі. Можливі й інші причини, про які скажу нижче.
При цьому на залежності швидкість сейсмічних хвиль від глибини (рис.4) спостерігається зниження їх швидкості на початковій ділянці, що пояснюється наявністю в цих шарах рідини - сильно мінералізованих розчинів [2].
Можна припустити, у верхній частині кори до глибин 10-33 км, при падінні температури і тиску конденсуються леткі сполуки виходять з глибших шарів і насичують її рідкими розчинами і, в порівнянні з утворюють породами, більш легкоплавкими речовинами.
Тепер настав час звернутися до малюнка 5, і розглянути варіант будови Землі, який так само як і інші має право на існування. Підемо від поверхні вглиб і на підставі наявних даних розглянемо структуру земної кори, її фізичні властивості. Малюнок, практично аналогічний наведеному в роботі [1,] (рис.1) і побудований за принципами викладеним в матеріалі сайту «Речовина під тиском».
Кора (зовнішня оболонка з глибинами до 33 км.) Характеризується:
Можна міркувати про перехід «хімічно і фізично зв'язаної води та інших летких сполук у вільний стан» [3] навітьпри температурі 200-300 град С і тиску близько 1000 кг / см2. Але треба не забувати про те що, з будь-якого теплофізичні довідника відомо, рівноважний стан вода - пар для температури 370 град. З має місце бути при тиску 214,68 кг / см2, а при більш високому тиску навіть при даній температурі стан води - рідина. А рідина в цих умовах саме насичений розчин хімічних речовин. Виділення водо-паро-газових складових з таких розчинів можливо тільки при падінні тиску. Це може статися тільки в разі падіння давленіея менше 200 кг / см2 (для даних температур). В цьому випадку відбувається відділення водо-паро-газових складових, а розчинені речовини переходять в тверду фазу з утворенням «рудних тіл».
Рихлість порід на глибинах 12 км визначається перш за все їх властивостями міцності і тиском перевищує модуль Юнга для деяких гірських порід вже на цій глибині. Саме для них, в цих умовах, починається руйнування кристалічної структури і як результат - тріщинуватість. Ця область (пухких порід) досить широка. Можна припустити, що вона простягається від 10-12 до 25-33 км і визначається властивостями міцності утворюючих порід (енергіями зв'язками між атомами утворюють кристалічну структуру атомами) і доданими до них зовнішнім тиском.
Малюнок 5.
Подальший розгляд можна проводити тільки на основі непрямих даних сейсморозвідки.
А вони показують - до глибин близько 1 км йде швидке зростання швидкості сейсмічної хвилі (5 10-3 км / сек на км.). Це характеризує високу швидкість росту щільності і як результат тиску на глибинах до 1000 км.
Оскільки на цій глибині є достовірні дані (Vp, Vs) сейсморозвідки, то можна припустити, що на кордоні області C і D складаються такі умови:
- щільність речовини близько 4 г / см3
- тиск порядку 0,3 -0,5 Мбар
- температура близько 1000 градусів.
Особливо слід відзначити перехідну зону з областю глибин від 700 до 1200 км, коли температури перевищують 500 град С а тиску більше 0,4 Мбар знижуються міцнісні властивості кристалічних структур порід, що, які піддаються розтріскування, фрагментації і стисненню. На глибинах до 710 км при стисненні можливе утворення кристалічних структур з більш щільною кристалічною решіткою і більшою енергією зв'язку між її атомами.
На глибинах 710 км ще є протяжні освіти містять кристалічні структури, що підтверджується наявністю в цій області вогнищ землетрусів, що виникають при їх руйнуванні. Глибших вогнищ за даними літератури не зафіксовано.
На глибинах понад 1000-1200 км при тиску більше 0,3-0,5 Мбар в фрагментовані стан переходять всі існуючі породи з подальшим стисненням. До зниження приросту швидкості сейсмічних хвиль (10-3 км / сек на 1000км) призводить зниження швидкості росту щільності речовини.
На глибинах від 1000 до 2900 км під дією тиску відбувається подальше стиснення фрагментів порід, при цьому речовина повністю переходить в стан в якому в обсязі міститися тільки атоми складових речовин (рідкий розплав). Енергія зруйнованих під впливом тиску атомних зв'язків в кристалі виділяється у вигляді тепла.
Стан речовини в атомарної формі, можна назвати аморфним станом речовини, що характеризується низькою теплопровідністю, високою в'язкістю і щільністю на глибині менше 2900 км близько 5-6 г / см3. Тиск досягає 1,1-1,5 Мбар, а температура в шарі D від 1000 град. на кордоні з шаром C до 5-7 тисяч градусів поблизу шару E.
Сфера E розглядається всіма авторами як ядро, напевно в силу своїх фізичних властивостей. Саме в силу її фізичних властивостей цю область можна віднести і до ядра і до мантії, я б виділив її в проміжну область в силу її специфічного фізичного стану та складу.
У сфера E, навіть на зовнішній його оболонці, тиск настільки велике, що речовина переходить в новий стан. Воно характеризується настільки щільною упаковкою атомів речовини, що найбільш слабо пов'язані з атомом зовнішні електрони відриваються і стають загальними для всіх атомів. Речовина стає іонізованим (що складається з вільних електронів та іонів). Іонізації в першу чергу піддаються атоми де енергія зв'язку електронних оболонок з атомом мінімальні. При подальшому зростанні тиску атоми зближуються і втрачають електрони з внутрішніх оболонок і так аж до втрати всіх електронів на нижній межі сфери E.
Електрони з внутрішніх областей сфери E дифундують в область меншої щільності речовини, таким чином зовнішня область сфери E характеризується надмірним вмістом електронів і підвищеною провідністю і рядом інших, що не звичайних для речовини такої щільності фізичних параметрів (аномально низька в'язкість). В силу надмірності електронів речовина (якщо можна застосовувати для таких умов поняття плазма) не є електрично нейтральним. Ця область обертається разом з планетою в зовнішніх магнітних полях Сонячної системи індукує впорядкований рух надлишкових електронів. Їх впорядкований рух бере участь в створенні магнітного поля Землі.
Шар E характеризується низьким градієнтом температур за рахунок високої теплопровідності, якщо взагалі можна говорити про температуру речовини в такому фізичному стані.
Подальше стиснення призводить до абсолютно нового стану речовини. При тиску перевищує 5 Мбар починають зливатися ядра речовини звільняючи енергію зв'язку починаючи з тих ядер де вона найменша і аж до тих для яких тиск близько 6,7 - 8 Мбар призводить до злиття. Можна тільки припустити, що тиск перевищує критичний тиск достатня для злиття найбільших ядер.
Найбільш цікава перехідна сфера F в якій переважають ядра водню (протони) як найбільш легкі і більш рухливі частки входять в ядро будь-якого атома речовини. Як відомо протони мають заряд рівний електрону але з протилежним знаком. Маса протона в 1836 разів більше маси електрона. У магнітному полі Землі в зоні надлишкової концентрації протони як і електрони можуть утворювати впорядковані потоки (струми), що відрізняються від струмів освічених впорядкованим рухом електронів більшою інерційністю. Оскільки число протонів дорівнює в атомі числу електронів їх струми співмірні, а енергія руху потоків протонів в 1836 разів більше, чим і пояснюється їх визначальний вплив на магнітне поле землі. Нестійкість будь-якого з цих двох джерел магнітного поля Землі може привести до лавиноподібного процесу переполюсовкі магнітних полюсів Землі.
Ще однією особливістю сфер E, F, G є наявність електростатичних зарядів позитивного і негативного знака в сферах E і F. Це може призводити до дифузії ядер водню в глибинні області сфери E і деякого розсмоктування надлишкових електронів і протонів з областей максимальної концентрації.
Це ж може сприяти дифузії новоутворених ядер, які у відсутності або при повному обсязі заповненої електронної оболонці є іонами з позитивним зарядом.
Говорити про щільність речовини на глибинах понад 5000 км проблематично, оскільки поки неможливо говорити про стан речовини в цій зоні. Хоча логіка підказує, тиск в цій області продовжує зростати, як і щільність речовини. Але швидкість сейсмічної хвилі згідно безлічі авторів практично не зростає і тримається на рівні 10-11 км / сек. Це може бути пояснено новим, невідомим нам станом речовини, коли одночасно зі зростанням його щільності, має місце і зростання його фізичних характеристик описують його пружні властивості До і μ (див. Ф.2).
За що пройшла в ЗМІ січні - лютому 2008 р інформації йдеться, що за даними американських вчених сейсмічні дослідження показали наявність в центі ядра Землі ще більш щільного утворення діаметром 600 км.
Оскільки навіть приблизно оцінити фізичні умови в цій області ми не можемо, можна тільки припускати, що в цій галузі знаходяться частинки утворюють ядра атомів стислі тиском з надмірним вмістом нуклонів (нейтронів, протонів).
Зрозумілим є одне, щільність речовини в цій області надзвичайно велика (більше 13 г / см3), а температура можливо вище 10 тис. Град.
Такий представляється структура Землі з точки зору стисливості речовини. При цьому треба враховувати, що структура земних сфер має різні перехідні зони стану речовини і більш тонкі сейсмічні дослідження дозволять їх уточнити.
Центральне ядро землі здатне генерувати стійкі і слабо стійкі ядра (ядра ізотопів з малим періодом напіврозпаду), які групуються з частинок утворюють ядро. Причому генеруються ядра найбільш масивні, мають найбільшу внутрішню енергію і здатні зберегтися якщо їх імпульс руху спрямований від центру. Нестійкі ядра йдучи в зону більш низьких температур і тисків (від центру) можуть розпадатися відповідно до свого часом життя і в свою чергу генерувати більш легкі ядра. Такі ядра потрапляючи в сферу E захоплюють електрони і при подальшій дифузії в області утворюють атоми. Ті з них які мають час життя більше часу проходження сфери E, потрапляючи в сферу D, інші розпадаються на шляху до сфер В і С, відповідно до пори життя (періодом напіврозпаду), на атоми легших речовин.
Сфера D є зоною утворення хімічних сполук. Через відносно низьку теплопровідність градієнт температур в ній великий і це сприяє активному руху речовини.
Загальна структура земних сфер має яскраво виражені градієнти температур і тисків, спрямовані з центральних сфер до зовнішніх. це сприяє дифузії внутрішнього речовини до зовнішніх сфер. Правда враховуючи температури, розміри час дифузії досить значно.
Це дозволяє пояснити чому на глибинах 12 тис. М такий зміст теплотворних радіоактивних елементів (U, Th, K), що «половина теплового потоку має радиогенное походження» [3] і це враховуючи, що за час існування Землі, як небесного тіла (по загальноприйнятій відліку 4570 мільйонів років) їх залишилося від ½ до 1/10 початкової кількості. Хоча є інформація на користь збільшення цього часу принаймні в 2 рази.
Все перераховане дозволяє стверджувати, що хімічний склад земної кори зумовлений процесами, що відбуваються в ядрі.
У верхній частині кори, на глибинах від часткою км і до 33 км, в умовах падіння температури і тиску конденсуються леткі сполуки виходять з глибших шарів з високими температурами і тиском, насичуючи її рідкими і легкоплавкими речовинами.
розширюється Земля
Існує безліч даних підтверджують збільшення діаметра Землі.
Дані наведені Ю.Г. Старицьким в [1], з різних джерел, про що розширюється Землі підтверджуються описаними явищами. більше того вони пояснюють причину цього явища саме збільшення діаметра Землі без збільшення маси.
Я б навіть припустив незначне зниження загальної маси, за рахунок витоку легких компонентів атмосфери в космічний простір.
Що стосується самого факту збільшення діаметра Землі, то він підтверджується зміною числа днів в році на протязі геологічного часу.
Цитата [1]
Число днів в році, можна визначити тривалість однієї доби, тобто одного оберту Землі навколо своєї осі, а саме: для девону ця величина є функцією довжини радіуса, тому що куб довжини радіуса обернено пропорційний квадрату часу звернення. Виходячи з цього, радіус Землі в девоні визначається в 5993 км.
Ці цифри, звичайно, не точні. Зокрема, не точна тривалість доби, округлена довжина радіуса Землі, не враховано тривалість девону. Земля не є кулею і т.д. Отриманий результат дає лише приблизну оцінку величини радіуса Землі для Девона. Проте, ця величина цілком правдоподібна; вона показує, що радіус щорічно збільшується в середньому приблизно на 1 мм.
Необхідно сказати, що причину уповільнення обертання земної кулі багато пояснюють не збільшенням її радіусу, а впливом приливних сил. На жаль, ні основоположник вивчення залежності припливів від впливу Місяця Д. Дарвін, ні автори пізніших публікацій з цього питання не дають чисельних значень такої залежності. Чи не спростовуючи їх висновків, відзначимо лише, що для суттєвого впливу припливів на обертання Землі необхідно глибоке море (океан), а протягом палеозою і, ймовірно, тріасу моря були порівняно дрібними.
Кінець цитати.
Кількість днів в році на протязі геологічного періоду (по В.Е.Попову, В.А. Стромову)
Кількість днів в році 365 375 371 380 400 419 412 424 млн. Років назад 3,4-23,7 74,5-144 225-245 296-360 367-408 414-438 448-505 523-570 Період Неогеновий крейдяний Тріасовий Карбон Девонський Силурийский Ордовикский Кембрійські
Таблиця 1 взята з [1] доповнена назвами геологічних періодів.
На малюнку 6 графічно показані дані наведені в таблиці 1.
Червона крива - тимчасові позначки нормалізовані, оскільки фізичні процеси мають циклічність. Застосовано згладжування.
Темно коричнева штрих - пунктирна лінія - побудована за даними таблиці 1, де величини тимчасових інтервалів таб.1 нормалізовані.
Реальні значення можуть знаходитися в інтервалі між кривими. На мій погляд ближче до червоної кривої.
На малюнку 6 проглядається явна циклічність процесу і видно що Земля знаходиться в першій половині наступного циклу. З нього так само можна припустити можливість попереднього циклу і існування Землі як сформованого або закінчує формування небесного тіла принаймні ще один цикл до Девона. Звідси випливає мінімальний вік Землі як сформувалася планети більше 800 мільйонів років. А враховуючи, що формування речовини планети йде з ядра (в тому числі і ізотопів) вони не можуть служити тимчасовими маркерами.
У циклу можна виділити дві частини.
- перехідний період (ПП) - характеризується зміною тривалості доби зі змінним знаком. Таких періодів два. ПП попереднього циклу 425 (+ / _ 75) млн. Років тому. ПП поточного циклу 125 (+ / _ 75) млн. Років тому.
- Стабільний період в проміжку між перехідними тривалістю близько 170 млн. Років (від точки 200 до точки 370 млн. Років).
Інша підтвердження збільшення діаметра Землі це зміщення материків.
Цитата з [1].
Збільшення радіуса Землі викликає збільшення площі її поверхні. Один міліметр збільшення радіусу дає збільшення довжини екватора або меридіана на 6,3 мм в рік, або на 63 км за 1 млн. Років. Ці цифри порівнянні зі значеннями руху материків по К. Ле Пишона, складові від 0,95 до 6,0 см в рік.
Тихий океан Атлантичного океан Індійський океан Широта ШВИДКІСТЬ, см / рік Широта ШВИДКІСТЬ, см / рік Широта ШВИДКІСТЬ, см / рік 17 ° пд.ш .. 6.0 25 ° пд.ш .. 2.25 5 ° пн.ш. 1.5 45 ° пд.ш. 5,1 30 ° пд.ш .. 2.0 30 ° пд.ш .. 2.4 60 ° пд.ш .. 4,0 50 ° пд.ш .. 1.53 43 ° пд.ш .. 3.0 65 ° пд.ш . 2,8
Кінець цитати.
Причини розширення Землі
Виходячи з будови Землі і описаної вище природи її ядра ясно, що з її ядра, як зони більш високих тисків і температур, в напрямку менших тисків і температур постійно дифундують стійкі і нестійкі ядра атомів (у вигляді іонів) важких елементів. На всьому шляху свого руху нестійкі ядра, атоми розпадаються даючи в результаті життя легшим атомам. В шарі E вони захоплюють електрони стаючи повноцінними іонами і дифундують в земну кору. На кордоні сфер C і D вони утворюють хімічні сполуки, які в рідкому вигляді (у вигляді розплаву утворюється при декомпресії речовини мантії по розривах кори, насиченою мінералізованої суміші або в газоподібному стані крізь ферментовані породи виносяться в астеносферою. Остання через своїх фізичних умов (низького тиску) є ідеальним місцем для випадання з розсолів твердих речовин і конденсації в області низьких (нижче температури кипіння) температур летючих фракцій речовини.
Через перерозподілу маси Землі між ядром і іншими сферами, де щільність речовини нижче ніж в ядрі, в мантії присутня надлишковий тиск. Воно призводить до постійних мікророзривів земної кори і просочуванню рідкої речовини мантії в земну кору. Іноді ці явища набувають глобального характеру, що призводить до розриву плит, підйому і опускання фрагментів земної кори.
Сфера D по суті є зоною синтезу хімічних сполук.
На глибинах 300 - 700 км стан речовини (температура і тиск) сприяють його кристалізації і утворення протяжних структур з високими характеристиками міцності. Непрямим підтвердженням цьому служить відсутність землетрусів на глибинах понад 700 км.
«Е.М. Рудич на підставі вивчення понад 500 свердловин в акваторії Світового океану показав, що протягом останніх 160 млн. Років обсяг води в ньому збільшився на 580-10 6 км 3, що становить 42,3% сучасного обсягу »Це результат освіти і закінчення в тій або іншій формі з ядра.
Можна погодитися з Ю.Г. Старицьким -
«Значну частку в збільшенні обсягу Землі вносять великі підняття земної поверхні за рахунок тиску на неї знизу розширюється мантії. Так, велика частина Російської платформи являє собою область підняттів. Район Москви піднято над рівнем моря майже на 300 м, Білорусії - на 345 м, Ростова-на-Дону - на 367 м. Ще більш вражаючим є плато Путорана на Північно Заході Сибірської платформи, де горизонтально лежать основні пласти підняті до позначку 1700 м. Прекрасним зразком таких підняттів є також велике плато Колорадо в С. Америці в штатах Колорадо і Юта, підняте на висоту до 4000 м. і складене горизонтально залягають пластами порід. (Це прекрасно видно в знаменитому каньйоні р. Колорадо.) »
Розширення Землі зрозуміло з наступного. Щільне ядро передаючи частину своєї маси в мантію і земну кору, де в умовах більш низького тиску надходить речовина збільшується в об'ємі. Збільшенню обсягу сприяє і утворення хімічних сполук, які часто теж мають щільність нижче ніж вихідні речовини.
Вступники з області ядра речовини створюють в мантії надлишковий тиск, при перевищенні деякого порога тиску відбувається розтріскування кори. Це розтріскування може бути як катастрофічним - землетрус, так і постійним - сейсмічний шум. Можна сказати, саме сейсмічний шум характеризує ті постійні мікрорасшіренія відбуваються на кордоні до глибин 700 км ..
Усі дані говорять про збільшення діаметра Землі, а з рис.6 відена циклічність цього процесу. Оскільки тривалість навіть "швидких" ділянок циклів становить десятки мільйонів років можна припустити, що ця циклічність визначається саме процесами, що відбуваються в ядрі і мантії.
Будова Землі ще недостатньо вивчено головним чином тому, що недостатньо вивчено поведінку речовини в умовах надвисоких тисків і температур. Це не дивлячись на те, що вже існують штучні алмази, вивчається металевий водень і кисень. Поки це тільки підтверджує глибину проблеми.
Відсутність інформації дозволяє говорити деяким авторам про залізному (є й інші варіанти) ядрі. Хоча в умовах тиску 10 Мбар і більш, і температур в десятки тисяч градусів С, взагалі говорити про речовину можна з великими застереженнями.
Наявність в земних сферах дуже різнорідних за характеристиками (наприклад - плотностям) областей дозволяє говорити про реальну щільності і масі центральній частині ядра Землі (діаметром близько 600км) сильно відрізняються в більшу сторону від існуючих уявлень. Зараз цю величину важко оцінити, але можливо значення щільності, від передбачуваних деякими авторами, 10-13 г / см3 до значень в районі 20-30 г / см3 і більше. Речовина з такими характеристиками набуває нові фізичні властивості. Можна навіть припустити захоплення їм нейтрино з усіма витікаючими з цього наслідками.
У внутрішніх сферах Землі існує циркуляція речовини визначається тепловими потоками (градієнтами температур) і тисків. Вона проявляється у вигляді зустрічних потоків від кори до ядра і від ядра до кори Землі.
Дифузія речовини з ядра в мантію є один з утворюють сировинні ресурси Землі процесів.
Дифузія речовини з ядра в мантію може створити враження, що ці ресурси нескінченні оскільки речовина генерується ядром, і населення Землі на багато тисячоліть забезпечено ними. Але не слід забувати, ми зараз використовуємо ті ресурси які були накопичені за багато мільйонів років.
До таких ресурсів можна віднести більшість з використовуваних зараз. Від сировини для атомної промисловості, металургії до вуглеводнів.
Але не спокушайтеся, сотень мільйонів років, безліч катаклізмів, потрібні були, щоб створити запаси ресурсів в земній корі на існуючому рівні.
Для повного розуміння процесів необхідні більш тонкі дослідження стану речовини в мантії і центральній частині ядра. Тонкі - це такі, які хоча б дадуть можливість виявляти вогнищеві неоднорідності щільності речовини менше 10% в розмірах 1-10 км.
При зниженні маси центрального ядра можливе зниження обсягів надходження речовини з ядра і швидкості розширення Землі.
Даний матеріал, не претендує на істину в останній інстанції, це тільки спроба поглянути на проблему під іншим кутом і показати наскільки вона складна.
