Совсем "не такая"
Земля...
Лет двадцать назад молодой геолог Владимир Николаевич Ларин часто бывал в Казахстане. Занимали его месторождения редких металлов - те, что скрыты от нас на большой глубине. Месторождения эти гидротермальные, то есть образуются из горячих минерализованных вод, циркулирующих в недрах Земли. И никак не мог понять Ларин: откуда в гранитной магме, которая выплавляется из кристаллических пород земной коры, могла появиться вода? Никто над этим раньше не задумывался, а у Владимира Николаевича повод для вопроса появился вполне обоснованный. Вода состоит, как известно, из кислорода и водорода.
И как ни пытался Ларин "свести баланс", одно и то же получалось: кислорода достаточно (его, по современным представлениям, более 40 процентов в теле планеты), а водорода катастрофически не хватало. Но вода тем не менее есть - месторождения гидротермальные, этим все сказано.
Вот тогда впервые и подумал В. Ларин: а что, если водород поступает из более глубоких недр - из мантии Земли7
Подумал - и сам себе удивился:
откуда только смелость взялась? По нынешним понятиям, никакого водорода в мантии нашей планеты вообще нет. Кислорода сколько угодно, а про водород, кажется, до сих пор не слыхали...
А что мы вообще "слыхали" о составе и строении Земли?
Ядро железное, мантия силикатная (различные соединения кремния с кислородом) - так решили еще в прошлом веке. Позднее, в начале двадцатого века, сейсмологи установили, что в самом центре Земли более плотное и тяжелое ядро. Единственный тяжелый элемент, широко распространенный в природе,- это железо.
Вспомнили и про железные метеориты, по составу которых судят о строении Земли. В общем, ядро нашей планеты было окончательно признано железным. А силикаты? Тут на помощь пришло воображение: в начале столетия бурно развивались металлургия, доменные процессы. Землю без тени сомнения уподобили домне: в ней когда-то, мол, произошло плавление, тяжелое железо потекло вниз, к центру планеты, а легкие силикаты (подобно шлакам в домне) всплыли наверх, образовав мантию и кору Земли.
Все вроде хорошо: и аналогия впечатляющая, и состав Земли вполне объясним и понятен. Об одном забыли - аналогия была чисто умозрительной, не более. Домна как модель Земли всего лишь образное сравнение.
Никогда никем не подтвержденное и не доказанное, оно незаметно для всех превратилось в постулат. Из теоремы в аксиому.
Эта научная несправедливость не давала покоя В. Ларину. Откуда в таком случае мы знаем, что ядро Земли железное, а мантия силикатная? Специалисты, которых Ларин донимал вопросами, в поддержку "железосиликатного" состава Земли приводили только один довод: среди метеоритов, по которым принято судить о составе планет земной группы, встречались силикатные и железные.
"Вправе ли мы считать метеориты за образец? - подумал Владимир Николаевич.- Они приходят к нам из пояса астероидов, расположенного далеко за Марсом (последней планетой земного типа). Дальше- планетыгиганты, которые значительно отличаются по составу от своих меньших собратьев по Солнечной системе. Так по какому праву мы "записали" метеориты в кандидаты на модель Земли?
Скорее они характеризуют вещество именно из промежуточной зоны...
"Колосс-то, кажется, на глиняных ногах!" - решил для себя В. Ларин.
Итак, метеоритная гипотеза небезупречна. "Доменная модель" с ее силикатами была принята без доказательств, а потому вызывает справедливые сомнения.
Кто знает, возможно, и стерлись бы со временем у В. Ларина все эти сомнения и догадки, если бы в конце 60-х годов с новой силой не разгорелся спор об эволюционном развитии Земли. Спорили две мощные группировки ученых: мобилисты и фиксисты.
Первые уверяли, что 250 миллионов лет назад Атлантического океана не было и обломочный материал сносился ледниками из Африки в Южную Америку. Фиксисты ничего подобного и слышать не желали: материки как стояли незыблемо на одном месте, так и стоят по сей день. Доказательство? На том и другом континентах есть регионы, где из глубин поднималась по особым природным каналам расплавленная магма. И если бы материки начали движение, они, несомненно, оторвались бы от этих каналов.
А этого не произошло. Но, с другой стороны, флора, фауна, очертания Африки и Южной Америки подтверждают их движение - тогда правы мобилисты...
И появилась среди спорящих еще одна группа, очень небольшая. Ее представители, словно стараясь примирить фиксистов и мобилистов, выдвинули гипотезу расширяющейся изнутри Земли: материки действительно раздвигались, но вместе с каналами.
Правда, приверженцам этой гипотезы тут же досталось и от фиксистов, и от мобилистов. Антидоводов приводилось много, и главный - непонятен был механизм внутреннего расширения планеты: просто так ничего не расширяется.
Просто так... "Нет, не просто так, что-то здесь есть, причем вполне реальное".
А потом Владимир Николаевич, просматривая специальную литературу, усмотрел в ней то, на что раньше, возможно, и не обратил бы внимания.
Прочитал он про водородистые соединения металлов - гидриды. И подметил интересный факт: многие металлы, поглощая сотни объемов водорода на один свой объем, не разбухают при этом, а, наоборот, уплотняются. То есть в гидриде атомы металла упакованы более плотно, чем в самом металле.
Теперь представим, что гидрид начал разлагаться: водород из него уходит (дегазируется), а атомы металла, ничем не связанные, удаляются друг от друга. А раз удаляются, значит, металл в объеме увеличивается, расширяется?
Вот они, первые звенья логической цепи. Допустим, глубинные недра планеты содержат водородные соединения металлов - гидриды. Разлагаясь, они выделяют водород. Земля при этом за счет разбухания металлов, расставшихся с водородом, увеличивает свой объем.
Так постепенно обретала конкретные очертания новая гипотеза о геохимическом строении Земли. Многое из того, что раньше было неясно, она объясняла. Водород для гидротермальных месторождений? Он поступает с большой глубины за счет дегазации из гидридов. Спор между фиксистами и мобилистами, компромиссная версия "внутреннего расширения"
Земли? Опять же благодаря разложению гидридов: водород ушел, металлы разбухают. Водород, конкурируя с другими соединениями, претендовал на роль одного из главных компонентов в составе Земли. Кислороду отводилось куда более скромное место.
Поэтому в недрах должны преобладать гидриды, водородистые соединения металлов.
Теперь В. Ларину предстояло самое сложное: фактически обосновать предложенный им состав Земли.
И вновь Владимир Николаевич вспоминал, анализировал давно известные науке положения.
Как представляем мы себе "сотворение мира"? Вначале пылегазовая туманность, часть межзвездной материи. Пять миллиардов лет назад где-то вблизи взорвалась сверхновая. Былую гравитационную устойчивость туманность утратила и стала сжиматься к своему центру тяжести, одновременно раскручиваясь все быстрее и быстрее.
Вскоре превратилась в эллипсоид: по его экватору произошло истечение протопланетного вещества, из которого со временем и сформировались планеты. В центре былой туманности образовалось Солнце.
Этот "сценарий мироздания", предложенный еще Иммануилом Кантом более двухсот лет назад, оказался, как потом поняли, не в ладах с законами механики. По этим законам сжатию пылегазовой туманности до звезды, то есть до Солнца, должны были помешать центробежные силы.
В общем, ни Солнца, ни Солнечной системы? Но они есть!
Выход из "вселенского тупика" предложил известный астрофизик Ф. Хойл:
когда создавался протопланетный диск, пылегазовая туманность обладала мощным магнитным полем. Магнитные силовые линии, словно спицы в колесе, выполняли роль сцепки во вращающейся и сжимающейся туманности: они как бы тормозили ее вращение и раскручивали внешнюю оболочку. Внутри туманности, где ослабли центробежные силы, сформировалось Солнце, снаружи - планеты.
Вот этому магнитному полю В. Ларин отвел в своей гипотезе, пожалуй, самую ответственную роль.
Есть в физике такое понятие: потенциал ионизации. Что это? Вещества, как известно, состоят из молекул, те, в свою очередь, из атомов. А у каждого атома есть внешние электроны. Та энергия, которая необходима для отрыва электрона от атома, и характеризует потенциал ионизации. Оторвался электрон - атом превращается в положительно заряженную частицу, ионизируется.
А ведь на этапе формирования Солнечной системы вещества в пылегазовой туманности были ионизированными. И магнитное поле здесь же. Которое к ионизированным частицам явно неравнодушно: чем ниже потенциал ионизации, тем проще магнитному полю захватить частицу, помешать ее движению, не пустить дальше. Своеобразное магнитное сито, или, если хотите, магнитный сепаратор.
Все, логическая цепочка построена.
Формирующееся Солнце, создавая дочернюю систему, каждую секунду выбрасывало в пространство гигантское количество вещества - тех элементов, которые позднее станут основой химического состава планет. У каждого элемента свой потенциал ионизации.
От него и зависит, завязнет частица в магнитном сите, станет ли строительным материалом какого-либо небесного тела или помчится дальше.
Магнитная сепарация элементов по их потенциалам ионизации, считает В. Ларин, и определила состав планет Солнечной системы. Причем Владимир Николаевич действительно "считает":
им предложена специальная формула для аналитического расчета исходного состава Земли.
По новой гипотезе, в недрах нашей планеты среди металлов преобладают кремний, магний, железо. Но железа гораздо меньше, чем предполагали.
А газы: водород или доминирующий до недавнего времени кислород? Кислороду, увы, придется потесниться.
Его, по последним расчетам, в недрах Земли максимум три процента, а не сорок, как считали раньше. Зато водорода вполне достаточно, чтобы в исходном составе планеты преобладали соединения металлов с водородом гидриды.