Растущая Земля: из планет в звёзды (стр. 57 )

§ 9. 4. Основные этапы эволюции атмосферы и гидросферы

Поскольку достоверных признаков воды в архее не обнаружено, можно опираться на астероидный вариант развития Земли, атмосферы и гидросферы на ней. Естественно, на каменных астероидах нет ни атмосферы, ни свободной воды. В процессе роста астероидов атмосфера и вода на них появляются постепенно, но только тогда, когда масса астероида существенно увеличится и он приобретет шарообразную форму. По всей вероятности, Земля прошла путь развития астероида и потому на ней длительное время не было ни атмосферы, ни воды, ни льда.

Иное решение проблема атмосферы и гидросферы получает при кометном варианте развития небесного тела, когда исходным зародышем будущей планеты является комета. Кометы, как известно, состоят из смеси льдов и твердых силикатных частиц и, как правило, удерживают возле себя газовую оболочку. Говорить о каких-то рубежах появления атмосферы и воды в этом случае можно лишь условно, так как разреженная атмосфера и вода в форме льда на комете существуют с самого начала. Дальнейшее развитие (рост) кометы будет зависеть от тех условий, в которых будет развиваться кометный зародыш будущей планеты. Свободная (подповерхностная) вода появляется на таком теле, когда расплавится лед от повышения внутренней температуры в ходе увеличения массы.

Кометы, в принципе, могут развиваться в межзвездном пространстве, автономно расти, в том числе путем абсорбции (намораживания) вещества, вычерпывая постепенно пыль и газ, которые поставляют разрушающиеся звезды. При автономном развитии зародыша-кометы вода в виде льда и газовая оболочка растущего зародыша будут увеличиваться, что в конце концов приведет к повышению внутренней температуры и довольно раннему появлению подповерхностной жидкой воды. Если же комета захватывается какой-либо планетой или звездой, то на развитие кометы будут дополнительно влиять внешние условия возле планеты или звезды.

§ 9. 4. Основные этапы эволюции атмосферы и гидросферы 217

Поскольку кометы блуждают в космическом пространстве, то они часто захватываются на эллиптические орбиты [344] уже сформировавшимися планетами или звездами. Развитие комет на стационарных орбитах (например, возле Юпитера) во многом зависит от тех условий, которые существуют в окрестностях орбит и эволюции этих орбит. От внешних условий зависит и история воды на таких растущих телах. Но в любом случае небольшие зародыши не могут иметь больших масс воды, тем более, в жидкой фазе.

В Солнечной системе замечена закономерность: относительно близкие к центральному телу спутники имеют большие плотности, обусловленные силикатным (каменным) материалом или смешанным (лед + силикаты). У Солнца - это планеты земной группы, состоящие из твердых пород; у Юпитера - это спутники Европа, Ганимед, Каллисто смешанного состава. В данном случае значительную роль, вероятно, играет эффект перетекания легких элементов к более массивному центральному телу. Но чем дальше от Солнца и от центральных планет, тем большее число малых спутников имеют ледяной (кометный) состав. На периферии от центральных тел спутники имеют больше возможностей накапливать легкие химические элементы и соединения из них. Кроме того, вдали от центральных тел слабеет гравитационное поле, которое регулирует, по-видимому, рождение тяжелых химических элементов, в том числе образующих силикаты.

Большинство небесных тел на ранних стадиях развивается по комет-ному варианту. В пользу этого суждения говорит то, что каменные астероиды - это вторичные зародыши небесных тел, образовавшиеся в результате разрушения планет. Кроме того, в Солнечной системе наблюдается большое число тел с малой плотностью (комет и спутников планет), свидетельствующих в пользу преобладания кометного варианта для ранних стадий эволюции космических тел. Тем не менее реально возможен и астероидный вариант, а также смешанный вариант эволюции космических тел.

Следует отметить, что резкого различия между кометным и астерои-дным вариантами развития тел может не быть, если астероид захватывается на далекую от звезды (планеты) орбиту. В таком случае на нем могут накапливаться легкие элементы путем намораживания и астероидный вариант превращается в смешанный. Примером такого смешанного варианта эволюции может служить спутник Нептуна Тритон имеющий [163] наибольшую долю каменного материала (~ 50%) среди спутников больших планет. Плотность Тритона равна 2,07 г/см3, его радиус составляет 2705 10 км (больше лунного). Тритон имеет очень разряженную атмосферу (давление на поверхности 15 мкбар, что в 67000 раз меньше земного) и, вероятно, подповерхностную воду.

Принятый для Земли астероидный вариант эволюции согласуется с тем, что Земля развивалась во внутренней зоне Солнечной системы, где существуют плотные силикатные и железо-силикатные тела. Согласуется астероидный вариант и с тем фактом, что в нижнем и среднем рифее

218 Глава 9. Атмосфера, гидросфера и дегазация Земли .

тиллиты на Земле неизвестны [291]. Если бы Земля развивалась по смешанному варианту Тритона, на поверхности которого много льда, вероятно, архейские тиллиты были бы на земном шаре. Нужно однако отметить, что полностью исключить смешанный вариант эволюции можно будет лишь в том случае, если достоверно будет известно, что Землю с тритоновской массой обогревало Солнце - звезда, излучавшая достаточно энергии, чтобы расплавить снег и лед, которые могли накопиться на прото-Земле. В этом случае пары воды, могли бы свободно покидать малую прото-Землю и на ней оставался бы только материал твердых пород, масса которого могла бы постепенно увеличиваться согласно зависимости (4.18). Поскольку же условия в Солнечной системе на ранних этапах развития Земли остаются не вполне определенными, следует не упускать из вида смешанный вариант развития, но ориентироваться на известные геологические признаки, свидетельствующие об отсутствии свободной воды в раннем рифее.

Учитывая соображения о ранних стадиях растущей Земли и имеющи-еся геологические сведения, можно выделить несколько этапов эволюции гидросферы, отражающих постепенный, хотя и неравномерный, ход увеличения массы воды во времени. На первом этапе развития прото-Земли существовала лишь химически связанная вода, количество которой все время возрастало. Второй этап характеризуется тем, что под воздействием эндогенного тепла стали разрушаться малопрочные химические связи воды в минералах и она появилась в виде паров в составе атмосферы. Третий этап, совпавший по времени с протерозоем, характеризовался усилившейся дегазацией недр и появлением подземной жидкой воды. На четвертом этапе вода стала накапливаться на поверхности Земли: на полюсах - в виде снега и льда, в экваториальной зоне - в виде свободной воды. Вероятный рубеж, после которого следует искать признаки жидкой воды на Земле - средний рифей.

К концу протерозоя и началу палеозоя на поверхности земного шара уже существовали замкнутые, в основном, мелководные моря, развившиеся к концу палеозоя в сообщающиеся морские бассейны. На пятом этапе развития гидросферы резко усилилась дегазация Земли, скорость генерации воды возросла в несколько раз, вода стекла с континентов и размещалась в образующихся глубоководных океанских котловинах.

Ускорение генерации гидросферы со временем - это закономерный процесс, обусловленный ускорявшимся ростом массы планеты и эволюцией ее вещества, элементный состав которого, в конечном счете, должен соответствовать звездному веществу. А звездное вещество, как известно, состоит, в основном, из легких химических элементов. Солнце, например, содержит ~ 99,9% водорода и гелия. По пути к звездному состоянию эволюционирует и звездное вещество, по отношению к которому вода является легким химическим соединением. В этой связи выделение основной массы воды в мезокайнозое - последнем этапе

§ 9. 4. Основные этапы эволюции атмосферы и гидросферы 219

эволюции земного шара - означает начало интенсивной дезинтеграции вещества на Земле, которая в будущем должна проявляться еще более интенсивно и обеспечить трансформацию земного вещества в состояние, характерное для Сатурна и Юпитера.

Естественно, что любая дезинтеграция вещества не происходит без участия ядерных реакций, поэтому совершенно закономерно [144] связал мезокайнозойский этап выделения воды с диффузией водорода (нейтронов) в силикатных породах и образованием воды за счет кислорода кремнезема. Ядерные (как и химические) реакции более интенсивно идут при повышенных температурах. Вероятно, только после палеозоя внутренняя энергия Земли возросла настолько, что ин-тенсивно стали протекать ядерные реакции (6.19) с интенсивным обра-зованием воды. Реакция (6.19) - это одна из возможных ядерных реакций, набор которых может быть очень обширным. Проблема эта только-только обозначилась и подлежит детальному обследованию (см. § 6.3).

Акселерация развития земного шара предопределила не только про-грессирующую генерацию водной оболочки планеты. Ускорением развития и дивергенцией видов характеризуется эволюция жизни на Земле. Ускоренно во времени протекала и дегазация Земли [176, 177]. Ускоренное формирование атмосферы непосредственно сопряжено с дегазацией и образованием гидросферы. С этими глобальными процессами связано также нефтеобразование на Земле, интенсивность которого приурочена к последнему периоду развития земного шара. В свете сказанного становится понятной мысль [263, с.30] о молодости большинства нефтяных месторождений, не находящая объяснений в рамках кантовских гипотез. При росте Земли ”молодость” нефтей объясняется все той же тенденцией преобразования земного вещества в направлении легких химических соединений (нефть легче воды) и звездного вещества. Тенденция эта могла проявиться достаточно заметно только в последний этап (мезокайнозой) роста земного шара.

= = =

Глава 10

Земля среди небесных тел

§ 10.1. Иерархия масс и генезис космических тел

В пределах наблюдаемой Вселенной существуют газ, пыль, метеориты, кометы и астероиды, спутники планет, планеты и целый ансамбль звезд различных масс. Масса является важнейшей характеристикой материальных образований космоса. От величины массы зависят многие параметры планет и звезд, с величиной массы связаны наименования отдельных групп небесных тел. Наименьшей массой обладают молекулы газа и частицы пыли; в порядке возрастания масс населения космоса за газом и пылью следуют микрометеориты и метеориты, а наиболее крупные представители последних переходят в группу астероидов.