ОТ РЕДАКТОРА

Настоящая работа талантливого молодого ученого В. Н. Лари­на посвящена новой глобальной концепции изначально гидридной Земли, весьма тщательно согласованной с классическими н новей­шими космохимическими, геохимическими, геофизическими, геоло­гическими и металлогепичеекими данными. Обширную гамму гло­бальных геологических явлений (формирование атмосферы и океа­нов, складчатость и магматизм, горообразование и т. и.) автор рас­сматривает-и объясняет па основе одного определяющего процес­са — дегазации водорода из недр Земли..

Гипотеза, основы которой" по существу заложены в одной из незаслуженно забытых работ В. И. Вернандского, находится в ост­ром противоречии с господствующей ныне концепцией кислород­ной Земли, но, как показали многочисленные творческие дискус­сии, удачно объясняет многие явления, интерпретация которых с классических позиций затруднена или невозможна.

Достоинство предложенной гипотезы — в ее простоте, а также в том, что многие ее положения, следствия и прогнозы могут быть проверены и оценены экспериментально. Интуитивность ряда по­ложений автора обусловлена отсутствием целенаправленных фи­зико-химических и геолого-геофизнческнх исследований, однако теоретическая и практическая значимость этих положений оче­видна.

Детальная разработка непротиворечивой глобальной концепций не под силу одному, даже очень квалифицированному исследова-телю.' Автор в полной мере сознает это и видит сьою главную зада­чу в привлечении новых сил к этой важной работе.

Плодотворность новой — г еох и м и ч ес к о й — глобальной кон­цепции оценит время, однако актуальность объединения новейших знаний, накопленных науками о Земле, в рамках единой модели не подлежит сомнению. Не исключено, что это объединение произой­дет под эгидой геохимии — науки синтетической, прочно стоящей на рельсах реального знания и приобретающей в настоящее время Ведущую роль среди наук о Земле.

Д-р геол.-минер, наук Д. Л. МИНЕЕВ

УДК 551.1

Ларин В. Н. Гипотеза изначально гидридной Земли (новая гло­бальная концепции). М., «Недра», 1975. 100 с.

Современные космогонические представления и закономерное увеличение дефицита элементов на Земле (относительно Солнца), по мере роста их потенциалов ионизации позволяют предполагать, что процесс фракционирования трудиононизируемых элементов из внутренних частей протопланетного диска был определяющим в пла-нетохимии. Отсюда следует, что на Земле и родственных ей плане­тах кислород не-может быть преобладающим элементом и что из­начальный состав их должен был быть гндридиым (металлы и кремний + водород).

Рассмотрение свойств водорода и особенностей его взаимодейст­вия с металлами приводит к принципиально новой модели современ­ной Земли: внутреннее ядро — гидриды металлов, внешнее ядро — металлы с растворенным в них водородом, нижняя мантия (вклю­чая слой С) — металлы, верхняя мантия (слой В) и кора — окислы и силикаты. Эта модель хорошо согласуется с современными дан­ными по физике ядра и мантии.

Новая модель позволяет связать всю гамму глобальных геологи­ческих явлений (океанообразование, геосинклинали и складчатость, горообразование и др.) с единым, процессом дегазации водорода от ядра по мере радиогенного разогревания планеты.

Гипотеза изначально гидридного состава внутренних планет (зем­ного типа) позволяет понять разнообразие их физических, свойств, особенности .магнитной активности и ее. причины, а также предполо­жить внутреннее устройство. Предлагаемая концепция может быть проверена на Луне, где внешняя силикатно-окисная оболочка во много раз тоньше, чем на Земле, в силу чего в выбросах крупных ударно-взрывных кратеров могут быть обнаружены неокисленные фрагменты.

Книга рассчитана на широкий круг геологов, интересующихся во­просами происхождения, строения и развития Земли и планет зем­ного типа.

Таблиц 8, иллюстраций 33, список литературы—131 название.

Научный редактор Д. А. Минеев

20801—215 043(01)-75

©Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ПМГРЭ), 1975

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время отсутствует единая глобальная теория Зем­ли. Более того, существуют многочисленные концепции, часто вза­имоисключающие, и ни одна из них не претендует на глобальность. При таком положении необходимо вновь и вновь возращаться к исходным фундаментальным постулатам в наших представлениях о Земле, проверяя, насколько они соответствуют возросшему об­щему уровню знания, ибо ошибочная исходная догма может зам­кнуть все дальнейшие разработки в круг ложных построений.

I. Верна ли главная догма в науках о земле

В науках о Земле важнейшей исходной посылкой является хи­мический состав планеты в целом. Именно он обусловливает в ее недрах процессы, которые определяют и наружный лик Земли и ее внутреннее устройство. Каковы же современные представления о внутреннем строении и составе Земли?

Геофизики ещё в начале века установили, что наша планета имеет плотное ядро, мощную мантию и сравнительно тонкую кору. В- дальнейшем было выяснено, что эти сферы дополнительно рас-слоены (по плотности и другим физическим свойствам) еще на ряд оболочек. Таблица 1 отражает современные геофизические данные, которые, видимо, принципиально не изменятся в обозримом бу­дущем.

По мере накопления геофизических данных было высказано! много предположений о химическом составе этих зон, т. е. было прелложено много геохимических моделей Земли, из них к насто-ящему времени укрепилось две. Обе они имеют кремний-кислорород ное (силикатно-окисное) сложение коры и мантии и различаются, лишь по составу ядра: в первой (она же более ранняя) ядро же лезное; во второй ядро имеет тот же силикатный состав, что ш мантия, но кислородные соединения в центре планеты уплотнены (металлизованы) под влиянием сверхвысоких давлений.

Ядро занимает лишь 16,2% от объема Земли, т. с. менее 1/6 ее части. Следовательно, основной объем планеты (5>/6) по этим моделям оценивается одинаково, и по существу их нельзя считать альтернативными. Видимо, этим объясняется их «мирное сосуще­ствование» на протяжении нескольких десятилетии.

Таблица I

Геофизическая модель „А" Гутенберга — Булена

В силикатах и окислах свыше 90% от объема занимают анионы кислорода, в пустотах между ними заключены катионы кремния, мапшя, железа, алюминия, кальция и других металлов. Следова­тельно, обе модели постулируют «кислородное сложение» Земли, и в соответствии с нищ; предполагается, что кислорол является одним из наиболее распространенных элементов в составе плане­та, но мнению автора, это и есть главная, основополагающая дог­ма геологии. Чем же она обоснована? На каких фундаментальных фактах зиждется этот постулат?

Полагают,' что о кислородном сложении Земли убедительно свидетельствует силикатно-окисный состав земной коры и глубин­ных магматических образовании, а также метеоритов. Обсудим убедительность этих фактов.

Действительно, земная кора и наиболее глубинные кимберли-товые магмы имеют силикатно-окисный состав. Однако можно, ли на основании этого постулировать кислородное сложение внутрен­них геосфер? Кимберлитоваи магма формируется на глубине 100— 20 км, что не превышает 1,5—2% радиуса Земли. По всей всро-гности, это не может служить указанием на целиком кислород­ное сложение недр планеты хотя бы потому, что содержание кис­лорода с глубиной закономерно падает (в %):

гидросфера 86;

осадочные породы 53;

грэнитоиды 50;

базальтонды 44;

ультрабазпты 35.

Кроме того, минералого-петрографические особенности пород мантийного происхождения (в частности, присутствие в них кар­бидов металлов) указывают на все более восстановительный с глу­биной характер обстановки в подкоровых горизонтах, что отража-

0т падение с глубиной активности кислорода и возрастание по­тенциала водорода (Маракушев, Перчук, 1973).

Понятие «метеорная материя» объединяет метеориты, метеоры и болиды. Из них только метеориты достигают поверхности Земли, тогда как метеоры и большая часть болидов полностью разруша­ются в атмосфере.

Принято считать, что метеоры но составу идентичны метеори­там, при этом быструю эрозию метеоров в атмосфере объясняют их малыми размерами. Однако эта точка зрения весьма неопреде­ленна, так как достоверных способов измерения масс метеоров по существу нет. Кроме того, вызывает сомнения их идентичность, поскольку в кислородной (на 21%) атмосфере может (и должна) осуществляться селекция частиц метеорной материи, сжигание ее горючей составляющей, вследствие чего поверхности Земли дости­гают лишь несгораемые фрагменты. В настоящее время эти со­мнения можно подтвердить наблюдениями.

Во-первых, спектрометрия метеоров показывает, что они поми­мо обычных элементов (магния, железа, кремния и др.) обогаще­ны водородом. В их спектрах присутствуют также линии кислоро­да, однако они появляются раньше других линий возбуждения (в том числе раньше линий натрия и кальция, потенциалы иони­зации которых по сравнению с кислородом намного ниже). Эта особенность позволяет полагать, что кислородные линии при сго­рании метеоров обусловлены преимущественно излучением кисло­рода атмосферы (Бронштен, Любарский, 1966), так как в ней на высоте 50 км и более (где преимущественно происходит сгорание метеоров) многие атомы возбуждены «на верхний уровень» и до­статочно небольшой добавочной энергии для их ионизации.

Во-вторых, метеоры испытывают аномально быстрое торможе­ние в атмосфере, согласно которому их плотность должна быть порядка 0,1 г/см³ (Брандт, Ходж, 1967), тогда как плотность ме­теоритов обычно превышает 3 г/см³.

Эти данные позволяют предполагать водородистый (гидрид-ный) состав метеорных частиц, что объясняет их полную эрозию (гидриды прекрасно горят в атмосфере Земли, часто со взрывом) и аномальное торможение. Последнее может быть- обусловлено несколько меньшей плотностью гидридов кремния, магния, алюми­ния и других элементов по сравнению с их силикатами, а также наличием газовой «подушки», образуемой из продуктов сгорания метеорных тел¹.

' Следует отметить, что В.И. Вернадский ещё в 30-х годах нa-шего столетия обращал внимание на условия проникновения ме-

теорной материи в биосферу, исключающие возможность сохранения водородистых соединений хотя последние, по его мнению, должны преобладать в космогенных образованиях.

Кроме того, метеоры и метеориты, по всей вероятности, при-надлежат к различным зонам солнечной системы. И если потоки метеорных частиц (в какой-то их части) можно считать остатка-ми протопланетного вещества, сохранившегося в зоне формиро-вания планет земного типа, то метеориты, вероятнее всего, при­ходят к нам из пояса астероидов, который расположен далеко за Марсом. т. е. вне зоны внутренних планет. Наконец, напомним, о метеориты составляют не более 0,1% от общей массы мете­ного вещества.

Итак, метеориты составлялют, весьма малую долю в метеорной материн. по всей вероятности, они химически отличны от основной массы метеорного вещества и приходят из зоны, лежащей за пре-делами области формирования планет земного типа. А теперь по-авнм вопрос, можно ли состав метеоритов отождествлять со еднпм составом Земли? С нашей точки зрения, это совершенно празомерко*.

Таким образом никаких доказательств кислородного сложения Земли нет и. следовательно, это положение не может служить единственно "возможным исходным: постулатом. В будущем для истории науки, по всей вероятности, составит большой интерес pe-шение вопроса: почему в геологии к 70-м годам XX в. версия кислородном сложении Земли утвердилась в виде догмы без сколь-ко-нибудь глубокого фактического обоснования.

Ниже будет показано, что модели и с железным ядром, и с ядром из металлизованных силикатов вызывают целый ряд серь­езных возражений. «Нам постоянно приходится выбирать из двух -невозможкостей», как отметил один из наших ведущих геофизи­ков, когда -окончилась безрезультатно его очередная попытка вы-, брать из этих моделей менее порочную.

• Создалось поистине драматическое положение. Исследователи видят глубокие по'роки обеих моделей, но почему-то убеждены; что иных вариантов быть не может. А так ли это? Попробуем по­искать выход из этого тупика, начав свой путь от рождения сол­нечной системы.