§ 38. Стадия холодной, аморфной, первичной литосферы.

Планеты образуются из материи, которую выбрасывают звезды в свои атмосферы. По законам космической эволюции каждая звезда проходит стадию интенсивного извержения плазмы, газов и металлической пыли в окружающее космическое пространство. В астрономии звезды в начальный период эрупции называются звездами типа Вольфа-Райе. За год эти звезды выбрасывают в свои атмосферы материю в количестве 10 ^{― 5} массы Солнца. Постепенно радиус атмосферы звезды достигает необычайно больших размеров – до 10 - 40 миллиардов километров (в зависимости от массы звезды и скорости её вращения). Вращение звезды вокруг своей оси передается веществу атмосферы. В ходе длительной космической эволюции огромная атмосфера звезды превращается во вращающуюся кольцевидную планетарную туманность.

Около 8 миллиардов лет назад Солнце имело вокруг себя аналогичную кольцевидную туманность. По ширине она распространялась от орбиты Меркурия до орбиты Плутона (60 - 6000 миллионов километров от Солнца). В химическом отношении кольцевидные планетарные туманности состоят на 99% из атомов водорода и на 1% из азота, кислорода, кремния, алюминия, железа и других элементов таблицы Менделеева.

Начался процесс образования 2 планет Солнечной системы около 7 – 8 миллиардов лет назад. Вещество солнечной планетарной туманности «опало» (сколлапсировалось) в 9 гравитационных центрах. Так образовались 9 планет в Солнечной системе. Процесс их возникновения завершился около 5 миллиардов лет назад. Только что появившиеся планеты представляли собой холодные тела, состоящие из однородного аморфного вещества, так как протопланеты в то время еще не образовали кристаллических пород.

Почему концентрация силикатно-металлических соединений в составе протопланет высокая, а в составе звездной атмосферы низкая? Потому что магнитное поле звезды концентрирует все силикатно-металлические соединения в плоскости эклиптики, то есть в том месте, где образуются планеты, аналогично концентрации пыли при помощи магнитного поля галактического ядра. Читайте § 15. К тому же, силикатно-металлические пылинки звездной атмосферы имеют в миллионы раз большую массу, нежели атомы водорода. Следовательно, при гравитационном коллапсе в период образования протопланеты тяжелые металлические пылинки, а не легкие атомы водорода, испытывают в миллионы раз большую силу притяжения к гравитационному центру планеты, а поэтому их концентрация в составе протопланет увеличивается во много раз.

Можно предположить, что в химическом отношении только что образовавшиеся планеты на 90% состояли из водорода. Масса планет была, вероятно, почти в 10 раз выше современной, потому что они содержали большое количество газообразного водорода. Масса уменьшилась во время стадии сильного радиоактивного разогревания планеты, когда почти весь водород был вытеснен из недр в атмосферу, а после этого рассеян по космическому пространству сильным излучением Солнца.

§ 39. Стадия раскаленной жидкой литосферы.

Все планеты вначале своей эволюции состоят из радиоактивных элементов, а поэтому быстро разогреваются и светятся как маленькие звёздочки.

1. Изменение количества радиоактивных элементов в составе литосферы Земли. Эта эволюционная стадия планет характеризуется сильным разогреванием их вещества (до нескольких тысяч градусов). Причина известна – высокая радиоактивность первичной материи. Геофизикой установлено, что единственной причиной нагревания недр планет является радиоактивный распад изотопов. Теплота – это хаотическое движение атомов. Радиоактивные изотопы периодически излучают элементарные частицы, и от отдачи вылета частицы сами атомы начинают совершать колебательные тепловые движения внутри «кристаллической решетки». Элементарная частица во время полета сталкивается с соседними атомами, передает им равное количество движения, и те также начинают колебаться. Хаотическое колебательное движение миллионов атомов является причиной возникновения тепла и температуры, отражает физический смысл нагретого, горячего вещества. Так происходит распространение тепла от радиоактивных пород.

В настоящее время в объеме Земли, масса которой 10 ²⁴ кг, содержится всего 10¹⁴ кг радиоактивных элементов, а 5 миллиардов лет назад их масса была в миллионы раз больше. Радиоактивные элементы нагревают окружающее пространство. Поэтому поверхность молодых планет всегда горячая (достигает 1 – 4 тысячи градусов). Причиной уменьшения количества радиоактивных элементов является их переход в стабильные изотопы после серии радиоактивных превращений. Стабильные элементы не обладают теплотворной функцией. Поэтому старые планеты, которые состоят только из стабильных элементов, являются холодными. На их поверхности начинают образовываться льды и снега.

Для измерения процесса «стабилизации» радиоактивных элементов в ядерной физике введено понятие "периода полураспада" – времени превращения в стабильный изотоп половины первоначальной массы радиоактивного вещества. Так, например, уран-238 испускает около десятка элементарных частиц и за 4,5·10⁹ лет половина его массы превращается в стабильный атом свинца -206. Торий -232 через 1,4 ·10⁴ лет половину первоначальной массы превращает также в стабильный атом свинца -208. Калий-40 превращается в стабильный атом аргона. С каждым годом на планетах количество радиоактивных элементов снижается, а стабильных - увеличивается. Параллельно этому происходит медленное остывание планет.

Исходя из приведенных рассуждений можно сделать вывод о том, что в прошлом радиоактивных элементов в литосфере Земли (в общей сумме на килограмм массы породы коры) содержалось больше в миллионы раз. Расчеты показывают, что 5 миллиардов лет назад количество урана -235 по массе было в 70 раз больше, калия-40 - в 3 раза, урана -238 - в 0,3, марганца -53 - в 2500, железа-60 - в 1600, никеля-59 - в 5000, циркония-94  - в 2500, самария-146, полония-209 - в 4 миллионов раз, кюрия-245 - в 100 000 раз больше. Кроме того, 5 миллиардов лет назад в составе Земли могли находиться радиоактивные изотопы с очень короткими периодами полураспада (от нескольких минут до нескольких лет), которые быстро трансформировались в стабильные элементы с выделением тепла и сейчас не встречаются. Поэтому можно утверждать, что в прошлом в составе Земли содержалась в тысячи раз большая масса радиоактивных веществ. Можно даже предположить, что стабильных элементов кора Земли почти не содержала. По данным Г. В. Войтовича, 5 миллиардов лет назад радиоактивного калия по массе было больше, и он выделял в 5 раз, а уран выделял в 18 раз, больше тепла, чем его выделяется сейчас. По его расчётам недра нашей Земли на глубине 50 километров (гранитная литосфера) имеют 1,4 грамма радиоактивного радия (Ra) на тонну породы, 4 грамма радиоактивного урана (U) на тонну породы и 13,3 грамма радиоактивного тория (Th) на тонну породы. На глубине в 1000 километров (базальтовая литосфера) содержится только 0,34 грамма радиоактивного радия (Ra) на тонну породы, 1 грамм радиоактивного урана (U) и 4 грамма радиоактивного тория (Th). На глубине 2000 километров (передатитовая литосфера) породы недр нашей планеты содержат 0,005 грамма радиоактивного радия (Ra) на тонну породы, 0,014 грамм урана (U) и 0,056 грамма тория (Th). На глубине 3000 километров (промежуточная литосфера) породы недр нашей планеты содержат 0,002 грамма радиоактивного радия (Ra) на тонну породы, 0,01 грамм урана (U) и 0,04 грамма тория (Th). На глубине 6000 километров (центральное ядро) породы недр нашей планеты содержат самое низкое количество радиоактивных элементов: 0,001 грамм радиоактивного радия (Ra) на тонну породы, 0,003 грамма урана (U) и 0,013 грамма тория (Th).

Таким образом, 5 миллиардов лет назад литосфера планеты должна была сильно нагреться. Если сейчас температура ядра Земли составляет 5000 °, средняя температура поверхности 14,3 ° C, то в прошлом (6 миллиардов лет назад) ядро было разогрето примерно до 100000 °, а температура поверхности составляла 3000 ° C. Можно предположить, что тогда в центрах крупных планет происходили термоядерные реакции. Последние исследования физиков говорят о возможности протекания термоядерных реакций при «комнатной» температуре. Протопланеты того далекого времени имели для этого все условия. Они на 90% по массе состояли из водорода. Их масса была примерно в 10 раз больше нынешней. Высокая температура в центре планеты от радиоактивного распада тяжёлых элементов сочеталась с очень высоким центральным давлением. Поэтому с большой долей вероятности можно утверждать о наличии термоядерных реакций в недрах протопланет Солнечной системы 5 миллиардов лет назад.

В стадию «максимального радиоактивного разогрева» произошло превращение планет Солнечной системы в жидкое агрегатное состояние. Можно даже предположить слабое свечение раскаленных планет. Кроме того, многие астрономы придерживаются гипотезы образования спутников всех планет из вещества раскаленных атмосфер этих же планет 6 миллиардов лет назад.

2. Теория возникновения спутников планет. Для образования спутников из вещества самих планет необходимы следующие обязательные условия. Необходимо разогревание поверхности планеты до нескольких тысяч градусов. Обязателен процесс эрупции огромного количества газов, силикатной и металлической пыли в атмосферу планеты. Например, если Луна образовалась из материи атмосферы Земли, то в атмосферу должно быть выброшено 73,5 · 10 ²¹ кг вещества, так как масса Луны соответствует именно этому числу. Поэтому можно утверждать, что атмосфера всех планет в прошлом была значительно протяженнее. Например, сейчас Луна, образованная когда-то Землей, вращается по орбите с радиусом 384 400 километров. Следовательно, 6 миллиардов лет назад, в стадию радиоактивного разогрева, атмосфера Земли имела радиус не менее 500 000 километров. Еще большие по размерам атмосферы имели планеты-гиганты, так как их спутники расположены на расстоянии на миллионы километров от планет.

Спутники вращаются в том же направлении, что и планеты, образовавшие их. Орбиты спутников расположены в плоскости, которая пересекает экватор планеты. Эти симптомы указывают на планетарное образование спутника. Однако могут быть исключения в движении спутников планет, если они образовались другим способом, например, путем гравитационного притяжения крупного астероида или метеорита (например, так образовались крохотные спутники Марса). Из сказанного можно сделать вывод: если принимать гипотезу "планетарного образования" спутников у всех планет Вселенной, тогда необходимо утверждать об очень сильном радиоактивном разогревании только что образовавшихся, молодых планет (протопланет). Спутники обязательно должны быть такого же химического состава, как и атмосфера чрезмерно разогретой планеты, из вещества которой они образовались.

3. Литосфера планет Солнечной системы 5 миллиардов лет назад имела совершенно иные физические и химические параметры, нежели они имеют сейчас. Размер (диаметр) Земли 5 миллиардов лет назад был значительно больше современного. Как известно из физики, все тела при нагревании увеличивают свой объем. Если сейчас Земля имеет радиус 6378 километров, то 5 миллиардов лет (когда ее масса была в 10 раз больше, и когда температура недр достигала 100 000 °) радиус Земли был больше 9000 километров.

Масса Земли в прошлом была значительно выше. Это утверждение доказываются следующими логическими выводами. Во-первых, часть массы Земли потеряна на образование Луны (73,5 · 10 ²¹ кг вещества). Во-вторых, разогревание планеты способствовало выделению в атмосферу огромного количества водорода, который вошел в состав планеты в момент ее образования из планетарной кольцевидной туманности Солнца, состоящей на 90% из водорода. Огромная масса водорода (около 10 масс Земли) была выделена из литосферы в атмосферу, а потом диффузно рассеялась по космическому пространству. В-третьих, масса Земли терялась раньше и теряется сейчас по причине постоянного рассеивания (диссипации) атмосферных газов в межпланетное пространство. От этого Земля теряет в год сотни тысяч тонн своей массы. Читайте § 48. Следовательно, 5 миллиардов лет назад масса Земли была в десятки раз больше сегодняшней массы (сегодня масса равняется 6 ∙10 ²⁴ килограмм).

4. Тяжелые элементы (металлы) содержатся только в коре планеты. Сейчас будет описан процесс, благодаря которому происходит образование полезных ископаемых не только на Земле, но и на поверхности всех остальных планет Вселенной. Минеральные полезные ископаемые в некоторых местах коры находятся в концентрированном виде. Например, если в обычной горной породе железа по весу содержится не более 0,03%, то в железной руде – до 30%. По какой причине в данном месте коры планеты произошел процесс концентрации какого-то металла? Почему минеральные полезные ископаемые содержатся только в коре планеты, и их нет в мантии и ядре?

Вулканические извержения выбрасывают лаву из ядра Земли, состоящую только из легких элементов таблицы Менделеева – H, N, C, O, S, P, Si, Al. В составе вулканической лавы, исходящей из центра Земли, нет ни одного элемента тяжелее кальция (номер элемента 20). Нет ни железа (№ 26), ни меди (№ 29), ни олова (№ 50) и так далее. Этот факт убеждает учёных в том, что ядро Земли состоит из лёгких элементов с порядковыми номерами в таблице Менделеева от 1 до 20. Механизм концентрации металлических и полиметаллических руд в коре Земли следующий. По традиционным законам физики, тяжелые химические элементы (железо, кобальт, никель, медь, серебро, вольфрам и др.) должны под действием силы тяжести опуститься к центру жидкой расплавленной планеты и вытеснить оттуда легкие элементы (водород, гелий, серу, фосфор, кремний и т. д.). Закон распределения различных по удельному весу пород «тяжёлые тонут вниз, а лёгкие плавают на поверхности» справедлив для среды, где давление окружающего вещества не превышает 100 атмосфер, а температура не выше 300 º C. Есть даже гипотеза о существовании жидкого железного ядра Земли. Но эта гипотеза явно ошибочна.

Однако в той среде, где давление вещества составляет десятки тысяч атмосфер, а температура – десятки тысяч градусов, распределение вещества меняется на противоположное: лёгкие и мелкие атомы «вдавливаются» в центр планеты, а крупные и тяжёлые атомы плавают на их поверхности. Почему произошло парадоксальное расположение элементов в недрах Земли: легкие элементы заполняли ядро планет, а тяжелые элементы располагаются «наверху», в их коре? Да, тяжелые металлы действительно «утонули бы» к центру Земли, заполнили бы ядро планеты, если бы не колоссальное давление пород на глубине ниже 5 километров на огромные по величине атомы и ионы тяжелых металлов. Мысленно заглянем в недра Земли, возраст которой составлял 0 миллиардов лет. Земля полностью состояла из расплавленного вещества. При температуре 50000 ° легкие элементы, от водорода-1 до хлора – порядковый номер в таблице Менделеева 17, теряют все свои электроны и превращаются в «голые ядра» атомов. Хорошо известно, что размер ядер атомов 10 ^{─ 13} см, а объем – 10 ^{─ 39} см ³. Все элементы от калия - 19 до курчатовия -104 при той же температуре теряют 5 - 10 электронов, оставив вращаться вокруг ядра только нескольких из них. Все тяжелые элементы сильнее притягивают свои электроны к ядру, и для потери всех электронов им требуется ещё более высокая температура. Точно установлено, что средние размеры ионов тяжелых элементов составляют 10 ^{─ 10} см, а их объемы – 10 ^{─ 30} см ³. Следовательно, в недрах планет, где давление превышает сотни тысяч атмосфер, легкие элементы занимают объем в миллиард раз меньший (10 ^{─ 39} см ³), чем тяжелые элементы (10 ^{─ 30} см ³). Под действием высокого давления ионы тяжелых элементов, которые обладают в миллионы раз большими объемами, «выдавливаются» на поверхность планеты, как пенопластовые поплавки для рыбалки из воды. При помощи механического и теплового перемещения расплавленного вещества в объеме всей планеты, по истечении нескольких миллионов лет, ионы тяжелых элементов попадали из центра на её поверхность. Однако «утонуть» назад к центру планеты огромные по размеру ионы тяжёлых металлов не могли, так как этому препятствовала плотная «броня» крохотных ядер легких элементов (как и поплавок из пенопласта не может опуститься на дно реки). Ионы тяжелых элементов вынуждены были «плавать» на самой поверхности расплавленной планеты. После охлаждения планеты и кристаллизации поверхностных пород ионы превратились в атомы, а поэтому навечно остались в составе самой периферической оболочки литосферы – в коре планеты. Итак, главную роль в порядке расположения элементов внутри тела планеты играет не его удельный вес (количество граммов в кубическом сантиметре данного вещества), а объём его ионов и атомов.

Явление «выдавливания огромных ионов тяжёлых элементов на поверхность планеты» происходили на Земле 6 - 7 миллиардов лет назад, когда Земля находилась в жидком, расплавленном состоянии. Охлаждение и кристаллизация коры планеты навсегда закрепили тяжелые элементы на её поверхности. Вот почему кора Земли содержит залежи металлических руд, а мантия и ядро не содержат в своем составе металлов.

Эксперимент по разделению больших и малых по объему тел (крупных и мелких ионов) может быть поставлен с речным песком (сухим) и небольшими камнями. Если перемешать их в тазу, а потом начать несильными движениями подкидывать содержимое таза, имитируя хаотическое тепловое движение атомов, то через некоторое время крупные камни окажутся на поверхности, а мелкий речной песок будет лежать на дне таза.

В период радиоактивного разогрева произошло химическое перераспределение элементов в литосфере. В раскаленном жидком веществе легкие элементы, ионы которых меньшие по объему, заняли ядро планеты, а тяжелые элементы, ионы которых занимают большой объем, находились и находятся до сих пор на поверхности планеты, в ее коре. Такое распределение элементов характерно для всех планет. ВЫВОД. Учитывая описанную закономерность разделения легких и тяжелых элементов, можно утверждать, что на всех планетах Вселенной полезные ископаемые, содержащие металлы, жизненно необходимые для цивилизации, располагаются на поверхности планет. Поверхностное расположение полезных ископаемых на всех планетах Вселенной снижает стоимость добываемого минерального сырья в миллионы раз. Космические законы помогают, способствуют успешной экономической эволюции Разумных Существ, которые нуждаются в минеральном сырье, особенно в металлических рудах.