Но в общем можно сказать, что когда формировалась Земля, то во время её обр
азования и позднее были очень подвижные фазы. Собственно говоря, эта диф
ференциация, химическая дифференциация, в основном связана с тем, что бы
ли подвижные фазы. На первоначальных этапах формирования Земли металл, в
расплавленном состоянии, имел возможность собираться в ядро. Хотя там е
сть свои проблемы, не очень понятны иногда механизмы отделения металлич
еской фазы от силикатной, тут ещё дискуссия идёт, между прочим. Это первая
подвижная фаза.
Вторая подвижная фаза, характерная и для Земли, и для других планет, Ц эт
о то, что Земля плавилась. Как я говорил, базальт и магма Ц это 100 километро
в, коматииты Ц это 300 километров. Это главные жидкости, которые поступают
на поверхность Земли. И базальт Ц самая главная, конечно, жидкость. И вот
подъём этих жидкостей, их отделение приводило к химической дифференциа
ции. То, что мы называем корой (это то, по чему мы ходим с вами), её формирован
ие в основном обусловлено, конечно, тем, что когда-то плавилась мантия и э
тот материал поднимался. Сама кора тоже была подвержена многим процесса
м: воздействию океана, атмосферы, Ц это тоже сложные процессы. А потом об
олочка гидросферы.
Третья фаза подвижная Ц это газ, вернее, поскольку он находился под высо
ком давлением, то, что мы называем флюидом. Потому что под высоким давлени
ем летучие составляющие Земли уплотняются. В общем, похоже, так получает
ся очень плотная среда. Вот эти три среды, они всё время двигались и раздел
ялись.
А.Г. Простите, пожалуйста, я сразу задам вопрос на понимание. А
какая энергия обеспечивала на ранних стадиях этот разогрев, плавление м
еталлов, плавление базальтов?
А.К. Об этом можем поговорить. Само движение, конечно, связано с
тем, что весь процесс проходит в гравитационном поле. И это первый фактор
. Но есть и другие факторы, например, динамические процессы в Земле. Ведь д
олго считалось, что Земля твёрдая, и довольно долгое время так считали, хо
тя много лет таких представлений нет. Но во всяком случае изначально был
и представления, что всё твёрдо стоит. На самом деле мы знаем теперь, что т
вёрдое вещество конвектирует, движется, что есть такие диапиры, которые
могут возникать в мантии.
И самое главное, сейчас особенно много обсуждается то, что связано как ра
з с ядром. Есть так называемые «горячие струи», то есть где-то на границе м
антии и ядра возникает нарушение механической устойчивости и возникаю
т такие струи, двигающиеся в глубину материала, которые достигают поверх
ности Земли. И вот то, что мы фиксируем в виде горячих точек на Земле, изоли
рованный вулканизм, на дне океана, скажем, Ц это сейчас мыслится как движ
ение вещества от границы ядра к поверхности Земли. И, кроме гравитационн
ых сил появились ещё механические силы, движения вещества, крупномасшта
бные движения вещества. И они, конечно, тоже оказывали и оказывают влияни
е на химическую дифференциацию, они что-то выносят, что-то приносят. И сей
час этот механизм в центре внимания находится.
О.К. Наверное, надо добавить о магматическом океане.
А.К. Да, конечно. Я говорил о плавлении, которое проявлялось на
Земле в течении длительных геологических времён, это базальтовый магма
тизм. Но есть представление о том, что на ранних этапах формирования Земл
и в силу высвобождения гравитационной энергии при формировании ядра, в с
илу того, что Земля подвергалась воздействию падающих метеоритных тел, п
роисходил разогрев, подъём температуры и была стадия существенного пла
вления Земли. Полного или частичного Ц это тоже предмет дискуссии. Но, во
всяком случае, жидкость появлялась.
О.К. Может быть, я на секундочку прерву. Это вообще очень сложны
й процесс, ведь не было никакой Земли, не было, вообще говоря, ни Венеры, ни М
еркурия Ц ничего ж не было. Было то, что называется допланетное или прото
планетное облако. В нём были две составляющие: пыль и газ. Газ диссипирова
л. Газ Ц это водород. Солнце на 99 процентов состоит из водорода. Облако тож
е состояло из водорода. А то, по чему мы ходим, Ц железо, кремний, кальций, а
люминий Ц это, вообще говоря, ничтожная часть от водорода, который наход
ился в этом облаке.
Хорошо, как вот эта пылевая компонента собралась? Она собиралась постепе
нно из мельчайших частиц, менее, чем миллиметровых размеров, гораздо бол
ее мелких. Она стала аккумулироваться и образовывать тела значительно б
олее крупных размеров. Это очень плохо понятные процессы. Этим занимаетс
я такая наука как «космогония».
А.Г. Понятно, когда они начались?
О.К. Да, 4 с половиной миллиарда лет тому назад. Наша Земля, метео
риты и Солнце Ц 4.5Ц 4.6 миллиарда лет. В это же время сформировалась Луна. То
есть мы говорим с такой точностью, которая нам доступна, четыре с половин
ой миллиарда лет.
Потом образовались очень крупные тела, которые приводили к магматическ
ому океану; это уже тела тысячекилометрового размера, то есть, тела лунно
го размера. Образовался некий крупный зародыш, который как, не знаю, как ал
лигатор, вычерпывал всю эту мелочь, которая была в рое допланетных тел.
Те метеориты, которые мы сейчас видим, которые падают и в настоящее время,
это некое, так сказать, охвостье, которое осталось в поле астероидов и заб
расывается на Землю и на другие планеты.
И вот сталкиваются два больших тела. Представим себе, что Земля первонач
ально была, скажем, размером с Марс (Марс по радиусу вдвое меньше Земли). И н
а прото-Землю размером с Марс выпадает тело, скажем, размером Луны. Происх
одит совершенно колоссальный взрыв, мы даже мысленно не можем представи
ть, что это такое. Когда говорят об астероидной опасности, подразумевает
ся, что тело размером, скажем, в поперечнике 10 километров, может снести воо
бще всё живое. А здесь тело размером с Луну, прото-Луна падает на прото-Зем
лю. Происходит колоссальный разогрев. И здесь начинается образование ма
гматического океана. Это какая-то, так сказать, каша из металла, из силика
тов. Вы спросили об энергии, вот эта колоссальная энергия…
А.К. Она реализовалась таким способом.
О.К. И, конечно, Земля прогрелась очень сильно. Происходило, вер
оятно, катастрофическое формирование ядра. То есть эта тяжёлая железная
фракция, она просто проваливалось к центру. Но ядро, ведь оно радиусом 3 с п
оловиной тысячи километров и треть Земли по массе. Это колоссальное коли
чество железа, железа с примесями, с кислородом, с серой, с углеродом, с вод
ородом и так далее.
Очень важно здесь отметить одну такую особенность, что ядро не чисто жел
езное. Метеориты тоже не бывают чисто железоникелевыми. Плотность желез
ных фаз, померенная в лаборатории, несколько больше, нежели плотность яд
ра, рассчитанная через методы сейсмологии. Плотность в центре Земли Ц э
то около 13 грамм на кубический сантиметр. Плотность железа, измеренная в л
аборатории, она превышает плотность центра Земли.
А.Г. Несмотря на то, что там давление колоссальное.
О.К. Это колоссальное давление, это давление трех с половиной
миллионов атмосфер. И поэтому ядро нужно чем-то разбавить, каким-то лёгки
м легирующим компонентом. Это, ещё раз повторяю, водород, кислород, сера, к
ремний, углерод Ц не обязательно, что они там есть, я говорю о гипотезах.
А.К. Это то, что может понизить плотность.
О.К. То, что может понизить плотность и понизить температуру п
лавления железа. И именно с этими легирующими компонентами связаны флюи
ды, которые как-то тянутся от ядра и несут все эти летучие фракции, которы
е образуют и состав ранней атмосферы, и состав гидросферы. Не так ли?
А.К. Да. Конечно, ранние этапы формирования Земли Ц это вообще
-то область гипотез. Просто потому что Земля в своём веществе очень мало с
охранила информации о самых ранних этапах. То есть они скрыты поздними п
роцессами. Что, скажем, происходило 3.5 миллиарда лет назад мы знаем, всё-так
и что-то осталось, а более ранние этапы, они науке мало известны, потому чт
о не сохранила природа данных.
Но, действительно, летучие компоненты земли важны для понимания гидросф
еры, и атмосферы, и ранней атмосферы. На ранних этапах состав этих летучих
компонентов, как мы предполагаем, был тесно связан с формированием ядра.
В чём дело? По-видимому, был этап Ц хотя это гипотеза Ц был этап, когда мет
алл находился в равновесии с силикатом, ещё ядра не было. Но в присутствие
металла возникает пониженная химическая активность кислорода, как бы д
ефицит. И при таком состоянии глубинного вещества состав газа должен быт
ь абсолютно иным, чем тот, который мы сейчас видим. Это должен был быть вод
ород, метан, Ц как мы говорим, восстановленные газы. Вот они должны были п
рисутствовать в земле.
Но доказать это довольно трудно. Хотя мы пытаемся это сделать. Но как мы пы
таемся сделать? Какие методы используем для того, чтобы понять эти проце
ссы?
Первый путь совершенно очевиден, он связан с ксенолитами, с теми глубина
ми, откуда магма выносит части атмосферы.
О.К. Надо рассказать, наверное, что такое ксенолиты.
А.К. Ксенолиты Ц это часть глубинной породы, которую магма пр
и своём подъёме как бы вырвала из окружающей среды и вынесла на поверхно
сть земли. Мы эти части просто видим, в базальтовой жидкости они сохранил
ись, мы можем их собирать. Мы можем взять эти ксенолиты, изучить химически
е равновесия и рассчитать, скажем, химический потенциал кислорода. Это н
аука и делает. Таким образом мы можем реконструировать, какой газ там был:
вода, СО2 или же метан.
Кроме того, эти глубинные минералы почти что все содержат включения глуб
инных газов. Опять-таки Ц это глубина 100 километров. Мы можем этим восполь
зоваться. Такими методами пользуется наука.
И вот когда мы это сделали, то увидели, что в древних породах литосферы, вы
несенных кимберлитовыми магмами (это такой несущий сплав, ксенолит, кото
рый содержит алмазы), мы видим довольно низкий потенциал кислорода. Дово
льно низкий. Причём возраст этих ксенолитов где-то 3.5 миллиарда лет.
Но всё-таки не настолько низкий, чтобы это вещество находилось в равнове
сии с металлом. А потом по этим же измерениям мы знаем, что потенциал кисло
рода, по-видимому, повышался, и в архее повышался. И вот современная манти
я имеет высокий потенциал кислорода. И метан в верхних слоях мантии не ус
тойчив. Мы не видим таких признаков. Устойчива вода, углекислота, карбона
ты.
О.К. А можно какую-то аналогию провести между составом атмосф
еры Венеры и составом атмосферы Земли?
А.Г. Я тоже хотел об этом спросить.
А.К. Тут надо сказать так. Существует гипотеза эволюции соста
ва газа Земли со временем, которая утверждает, что на ранних этапах был во
сстановленный состав газов мантии. По-видимому, на каких-то ранних этапа
х атмосфера тоже содержала восстановленный летучий метан. По отношению
к Земле мы можем это как-то более-менее обосновывать. Но если говорить в п
ринципе, если сравнивать одну планету с другой по изотопии, то Эрик Михай
лович Галимов, который у вас делал доклад о происхождении жизни, приходи
т к выводу, что на Марсе тоже была восстановленная атмосфера. Но вы спраши
ваете о другом: почему вода на Земле и СО2 на Венере.
А.Г. Один и тот же ли был сценарий развития событий?
О.К. Влияло ли расстояние от Солнца? Или какие-то другие процес
сы? Ещё тут важно магнитное поле. У Венеры нет магнитного поля, у Земли ест
ь магнитное поле.
А.К. Вы знаете, это очень дискуссионный вопрос. Я могу свою точк
у зрения высказать на этот счёт. Эту концепцию, эти представления, вернее,
ибо до концепции ещё далеко, я могу выразить следующим образом.
Вполне возможно, что при формировании протопланетного облака происход
ит так, что то вещество, из которого образовывалась Земля, в целом имело ин
ую летучесть кислорода, чем вещество Венеры. Если мы возьмём систему, кот
орая определяет образование главных газов, Ц это вода, метан, водород, и
эта система будет в равновесии со свободным углеродом (а мы предполагаем
, что на ранних этапах свободный углерод был), то там есть одна важная спец
ифическая особенность термодинамики этих равновесий. Там получается т
ак, что состав газа в этом случае будет очень сильно меняться как раз от по
тенциала кислорода, как мы уже говорили, от химической активности кислор
ода. Очень сильно. Он будет меняться от газов или флюидов, богатых СО2 до га
зов, богатых метаном, потом водородом.
Так вот могло получиться так, что Земля при своём формировании имела отл
ичный потенциал кислорода, и вследствие сжатия этой газовой смеси (поско
льку идёт аккреция, давление) где-то оказалось, что потенциал кислорода с
оответствует устойчивости воды. А на Венере это может быть СО2. И можно нач
ать поиски в этом направлении. Но, в общем, это всё-таки пока не очень понят
но.
А.Г. Это может объяснить газовый состав атмосферы Венеры. А ка
к это объясняет тот факт, что у Венеры, судя по тому, что у неё нет магнитног
о поля, нет, скорее всего, и жидкой мантии, и твёрдого ядра? Если правильна г
ипотеза о происхождении нашего магнитного поля.
О.К. Это, конечно, один из фундаментальных вопросов. Может быть
, даже, что магнитное поле земли как-то связано с происхождением жизни.
Дело в том, что мало иметь ядро. Вообще говоря, все небесные тела имеют ядр
а. Даже астероиды. Астероиды, самые крупные из них типа Весты, Цереры, мень
ше Луны, существенно меньше Луны. И, тем не менее, всё равно они имеют внутр
еннее железное ядро. Когда я говорю «железное», нужно всегда добавлять, ч
то это, во-первых, железоникелевое ядро, потому что все метеориты содержа
т в своём составе никель. Ну, и, кроме того, обязательно должна быть какая-т
о лёгкая примесь элемента типа кислорода или серы. Или похожего на них. Ме
ркурий имеет очень много железа.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35