Диалоги (апрель 2003 г.) - Александр Гордон

А.Г. То есть пропорции на этой схеме указаны неверно.

– Она не в масштабе, конечно.

Итак, есть очень большое ядро, оно жидкое. Люди, когда говорят «есть ядро», вообще подразумевают всё ядро. Вот в нём жёлтая часть, это жидкое внешнее ядро. А вот то, что белым – это внутреннее твёрдое ядро. И вот очень любопытно здесь протянуть цепочку от состава ядра к составу внешних оболочек. Потому что состав атмосферы, образование гидросферы как-то связаны с образованием самого ядра, что тоже представляет загадку.

Но вот, может быть, Арнольд Арнольдович скажет сейчас о взаимосвязи этих геосфер и внешних оболочек.

А.К. Я хочу сказать, что, конечно, когда появились возможности для сейсмического исследования и определения геофизических свойств Земли, собственно, тогда и родилось полное представление об оболочках Земли. Ядро, мантия.

А.Г. Всё это из-за неравномерности прохождения волн?

А.К. Да, прохождения волн.

О.К. Они по-разному отражаются от границ.

А.К. И уже с этого момента возникла необходимость понимания того, что произошло, почему планета так разделилась. Сейчас нам, конечно, совершенно очевидно, что это очень сложный процесс и о нём можно много говорить, потому что есть разделы науки, которые специально этим занимаются.

Но в общем можно сказать, что когда формировалась Земля, то во время её образования и позднее были очень подвижные фазы. Собственно говоря, эта дифференциация, химическая дифференциация, в основном связана с тем, что были подвижные фазы. На первоначальных этапах формирования Земли металл, в расплавленном состоянии, имел возможность собираться в ядро. Хотя там есть свои проблемы, не очень понятны иногда механизмы отделения металлической фазы от силикатной, тут ещё дискуссия идёт, между прочим. Это первая подвижная фаза.

Вторая подвижная фаза, характерная и для Земли, и для других планет, – это то, что Земля плавилась. Как я говорил, базальт и магма – это 100 километров, коматииты – это 300 километров. Это главные жидкости, которые поступают на поверхность Земли. И базальт – самая главная, конечно, жидкость. И вот подъём этих жидкостей, их отделение приводило к химической дифференциации. То, что мы называем корой (это то, по чему мы ходим с вами), её формирование в основном обусловлено, конечно, тем, что когда-то плавилась мантия и этот материал поднимался. Сама кора тоже была подвержена многим процессам: воздействию океана, атмосферы, – это тоже сложные процессы. А потом оболочка гидросферы.

Третья фаза подвижная – это газ, вернее, поскольку он находился под высоком давлением, то, что мы называем флюидом. Потому что под высоким давлением летучие составляющие Земли уплотняются. В общем, похоже, так получается очень плотная среда. Вот эти три среды, они всё время двигались и разделялись.

А.Г. Простите, пожалуйста, я сразу задам вопрос на понимание. А какая энергия обеспечивала на ранних стадиях этот разогрев, плавление металлов, 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 долго считалось, что Земля твёрдая, и довольно долгое время так считали, хотя много лет таких представлений нет. Но во всяком случае изначально были представления, что всё твёрдо стоит. На самом деле мы знаем теперь, что твёрдое вещество конвектирует, движется, что есть такие диапиры, которые могут возникать в мантии.

И самое главное, сейчас особенно много обсуждается то, что связано как раз с ядром. Есть так называемые «горячие струи», то есть где-то на границе мантии и ядра возникает нарушение механической устойчивости и возникают такие струи, двигающиеся в глубину материала, которые достигают поверхности Земли. И вот то, что мы фиксируем в виде горячих точек на Земле, изолированный вулканизм, на дне океана, скажем, – это сейчас мыслится как движение вещества от границы ядра к поверхности Земли. И, кроме гравитационных сил появились ещё механические силы, движения вещества, крупномасштабные движения вещества. И они, конечно, тоже оказывали и оказывают влияние на химическую дифференциацию, они что-то выносят, что-то приносят. И сейчас 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 магматизм. Но есть представление о том, что на ранних этапах формирования Земли в силу высвобождения гравитационной энергии при формировании ядра, в силу того, что Земля подвергалась воздействию падающих метеоритных тел, происходил разогрев, подъём температуры и была стадия существенного плавления Земли. Полного или частичного – это тоже предмет дискуссии. Но, во всяком случае, жидкость появлялась.

О.К. Может быть, я на секундочку прерву. Это вообще очень сложный процесс, ведь не было никакой Земли, не было, вообще говоря, ни Венеры, ни Меркурия – ничего ж не было. Было то, что называется допланетное или протопланетное облако. В нём были две составляющие: пыль и газ. Газ диссипировал. Газ – это водород. Солнце на 99 процентов состоит из водорода. Облако тоже состояло из водорода. А то, по чему мы ходим, – железо, кремний, кальций, алюминий – это, вообще говоря, ничтожная часть от водорода, который находился в этом облаке.

Хорошо, как вот эта пылевая компонента собралась? Она собиралась постепенно из мельчайших частиц, менее, чем миллиметровых размеров, гораздо более мелких. Она стала аккумулироваться и образовывать тела значительно более крупных размеров. Это очень плохо понятные процессы. Этим занимается такая наука как «космогония».

А.Г. Понятно, когда они начались?

О.К. Да, 4 с половиной миллиарда лет тому назад. Наша Земля, метеориты и Солнце – 4.5–4.6 миллиарда лет. В это же время сформировалась Луна. То есть мы говорим с такой точностью, которая нам доступна, четыре с половиной миллиарда лет.

Потом образовались очень крупные тела, которые приводили к магматическому океану; это уже тела тысячекилометрового размера, то есть, тела лунного размера. Образовался некий крупный зародыш, который как, не знаю, как аллигатор, 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 забрасывается на Землю и на другие планеты.

И вот сталкиваются два больших тела. Представим себе, что Земля первоначально была, скажем, размером с Марс (Марс по радиусу вдвое меньше Земли). И на прото-Землю размером с Марс выпадает тело, скажем, размером Луны. Происходит совершенно колоссальный взрыв, мы даже мысленно не можем представить, что это такое. Когда говорят об астероидной опасности, подразумевается, что тело размером, скажем, в поперечнике 10 километров, может снести вообще всё живое. А здесь тело размером с Луну, прото-Луна падает на прото-Землю. Происходит колоссальный разогрев. И здесь начинается образование магматического океана. Это какая-то, так сказать, каша из металла, из силикатов. Вы спросили об энергии, вот эта колоссальная энергия…

А.К. Она реализовалась таким способом.

О.К. И, конечно, Земля прогрелась очень сильно. Происходило, вероятно, катастрофическое формирование ядра. То есть эта тяжёлая железная фракция, она просто проваливалось к центру. Но ядро, ведь оно радиусом 3 с половиной тысячи километров и треть Земли по массе. Это колоссальное количество железа, железа с примесями, с кислородом, с серой, с углеродом, с водородом и так далее.

Очень важно здесь отметить одну такую особенность, что ядро не чисто железное. Метеориты тоже не бывают чисто железоникелевыми. Плотность железных фаз, померенная в лаборатории, несколько больше, нежели плотность ядра, рассчитанная через методы сейсмологии. Плотность в центре Земли – это около 13 грамм на кубический сантиметр. Плотность железа, измеренная в лаборатории, 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 лёгким легирующим компонентом. Это, ещё раз повторяю, водород, кислород, сера, кремний, углерод – 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 плавления железа. И именно с этими легирующими компонентами связаны флюиды, которые как-то тянутся от ядра и несут все эти летучие фракции, которые образуют и состав ранней атмосферы, и состав гидросферы. Не так ли?