Глава 03. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ (1119266), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Именно поэтому начнем с состава первичного земноговещества.Состав первичной Земли. Расчет среднего состава земного вещества по главнымпетрогенным окислам и элементам можно выполнить, мысленно смешав веществоосновных геосфер Земли: мантии, ядра и земной коры. Такой расчет приведен в табл. 2.1.Как видно из нее, первичное вещество Земли представляло собой резко выраженнуюультраосновную породу с низким коэффициентом насыщенности кремнеземом(практически таким же, как и у оливина) и высоким относительным содержаниемдвухвалентнойокисижелеза.Следовательно,первичноевеществоЗемлихарактеризовалось резко выраженным ортосиликатным составом и состоялоприблизительно на 75% из оливина (Mg0,62Fe0,38)2SiO4, на 11% из остальных силикатов ина 13,8% – из камасита Fe0,9·Ni0,1.Судя по приведенным расчетам, можно считать, что относительно среднего составасолнечного вещества, а следовательно, и среднего состава планет и метеоритовСолнечной системы Земля несколько обогащена железом и его окислами (приблизительнона 50—60%), существенно обеднена серой (примерно в 10 раз), калием (около 4—5 раз) идругими подвижными элементами, но характеризуется почти средним для Солнечнойсистемы обилием кислорода (по отношению к кремнию).Содержание в первичном веществе Земли летучих, подвижных и редких(рассеянных) элементов вычислить значительно сложнее.
Для этого, к сожалению, частоприходится пользоваться лишь косвенными методами, всегда помня, что найденные наповерхности образцы глубинных земных пород еще в процессе внедрения или87последующих воздействий обычно бывают существенно контаминированы (загрязнены)водой и рассеянными элементами, попадающими в них из внешних геосфер (гидросферыили земной коры). Например, для определения содержания воды и других летучих вмантии приходится полностью браковать все данные по ксенолитам (включениям)глубинных пород в лавах вулканов ввиду неопределенности истории их формирования.По-видимому, для этих целей можно пользоваться только анализами содержаний искомыхкомпонентов в закалочных стеклах свежих базальтов из рифтовых зон срединноокеанических хребтов, да и то лишь после их термической обработки для удалениясорбированных Н2О и СО2.
Для определения же концентрации калия в Земле приходитсяпривлекать данные по распространенности радиогенного аргона в атмосфере. Всоответствующих разделах монографии (раздел 4.2) рассмотрим эти примеры подробнее,здесь же отметим лишь главные выводы такого анализа.Оказывается, земное вещество по сравнению с углистыми хондритами, близкимипо среднему составу к исходному протопланетному веществу, обеднено водой в 200–250раз; калием в 5–7 раз; углеродом приблизительно в 1000 раз и т.д.
Такие же соединения,как метан или аммиак, по-видимому, были практически полностью выметены из областиформирования планет земной группы и поэтому вообще не попали на Землю. Дефицит жеблагородных газов (кроме радиогенного аргона), по оценкам специалистов, достигает 10–6– 10–14. Некоторые летучие элементы и соединения в небольших количествах все же моглипопадать на Землю, но только в связанном состоянии: вода – с гидросиликатами,углекислый газ – в виде карбонатов, азот – в составе нитридов и нитратов и т.д. И лишьсамые ничтожные количества первичных газов, в том числе и благородных, попадали наЗемлю, адсорбируясь на поверхности рыхлых и пористых частиц исходногопротопланетного вещества.Строение первичной Земли.
Зная состав первичного вещества и с большимоснованием предполагая, химическую однородность молодой Земли, уже можнорассчитать распределение плотности в ее недрах, например, по данным ударного сжатиясиликатов и железа. Такой расчет был выполнен нами для наиболее вероятногораспределения температуры в недрах только что образовавшейся Земли (см. рис. 3.8).Результаты такого расчета приведены в табл. 3.1 и показаны на рис. 2.13.
Как видно изприведенных расчетов, в первичной Земле не было никаких границ раздела, кроме зонфазовых переходов на глубинах от 300 до 700 км. В те далекие времена на Земле еще несуществовало ни земной коры, ни мантии, ни тем более земного ядра. Все эти геосферыобособились значительно позже – только в архее, а тогда (в катархее) была лишьоднородная по составу Земля, расчлененная на зоны только полиморфнымиминеральными ассоциациями в зависимости от господствующих на данных глубинахдавлений. Плотность вещества на поверхности молодой Земли достигала 3,92 г/см3, а к еецентру она повышалась до 7,2 г/см3.Радиус молодой Земли, по-видимому, мало отличался от современной еговеличины, равной 6371 км.
Связано это с тем, что в процессе эволюции Земли на ееразмеры одновременно действовали сразу два противоположно направленных фактора. Содной стороны, дифференциация земного вещества, сопровождаемая выделениемплотного ядра, увеличением давления в центральных частях Земли и перераспределениемускорения силы тяжести в ее недрах, все это должно было бы приводить к уменьшениюобъема Земли и ее радиуса на 150 – 200 км. С другой стороны, после дифференциацииЗемли плотность ее верхних слоев должна была заметно снизиться (с 3,9 до 3,2 г/см3), аэто уменьшало давление в верхней мантии и увеличивало глубину расположения границглавных фазовых переходов в подстилающем ее слое Голицына, что должно былоприводить к расширению Земли. Такой же эффект возникал и за счет дополнительногоразогрева земных недр приблизительно на 2000 °С.
Поэтому суммарный эффект88расширения от этих двух воздействий также приблизительно равнялся все тем же 150–200км.Т а б л и ц а 3.1Распределения плотности, температуры, давления и ускорения силы тяжести вмолодой Земле*)Глубина,Плотность,Температура,кмг/см3Ккбар26011471385–”–14571294–”–1433141114001393138713841381082168–”–261285–”–35845655665675485294802004004006006706708001000120014001600180020003,924,214,514,634,894,985,145,245,385,505,625,735,835,94Давление,Ускорениесилытяжести,см/с2985980973–”–986955–”–941921898874848821793Глубина,Плотность,кмг/см3220024002600280030003400380042004600500054005800620063606,066,176,276,366,466,636,786,917,07,067,127,167,187,18Температура,К13791378137713761375137313711369136713651363136113591358Давление,кбар10421133122313091393154816881810191219952057209721162116Ускорениесилытяжести,см/с2764734703670638569498425350273196119520*) При расчете распределений плотности, ускорения силы тяжести и давления использовалось значениемассы Земли М = 5,977·1027 г, при этом безразмерный момент инерции сферической Земли J оказалсяравным 0,374.Поверхностные слои Земли практически в течение всего периода ее формированиясостояли только из мелкопористого реголита, постоянно возникавшего за счет оседаниятонкодисперсной пыли и конденсации испарявшегося при ударных взрывах веществападавших на Землю планетезималей.
Сорбционная способность такого грунта былаисключительно высокой, и он, безусловно, активно поглощал собой все те остаткилетучих, которые выделялись при тепловых взрывах планетезималей или захватывалисьрастущей Землей из протопланетного облака (правда, уже практически полностьюпотерявшего ко времени образования Земли все свои летучие компоненты). Сказанноеполностью относится и к таким ныне достаточно распространенным во внешнихгеосферах летучим, как вода и углекислый газ.
В процессе образования Земли вода иуглекислый газ, частично освобождавшиеся при испарении падавших на Землюпланетезималей, сразу же усиленно связывались с ультраосновным по составу реголитом,например, благодаря реакции серпентинизации4Mg2SiO4 + 4H2O + 2CO2 → Mg6[Si4O10](OH)8 + 2MgCO3 + 65,05 ккал/моль. (3.8)Поскольку протопланетное вещество в зоне формирования Земли уже ранее былосущественно обеднено содержанием H2O и СО2 (о чем говорилось выше), то такойпроцесс серпентинизации и другие аналогичные ему реакции гидратации реголитапрактически полностью поглощали и погребали под новыми наслоениями земноговещества практически все поступавшие на Землю количества воды и углекислого газа.
Извсех летучих лишь тяжелые благородные газы (Ne, Ar, Kr, и Xe), попадавшие на Землю висключительно малых количествах, возможно, с солнечным ветром, еще моглисохраняться в газовой фазе протоатмосферы молодой планеты.Из приведенных теоретических соображений и расчетов вытекает важныйгеологический вывод: первичная Земля не имела ни гидросферы, ни плотной атмосферы.89Все это появилось значительно позже, приблизительно через 600 млн лет послеобразования Земли, а в ту далекую эпоху молодая Земля могла обладать лишьсравнительно разреженной атмосферой из азота с небольшой примесью благородныхгазов.
Суммарное давление такой примитивной атмосферы тогда не превышало 0,5–0,6атм.3.6. Энергетика и тепловой режим молодой ЗемлиРаспределение температуры в первичной Земле по понятным причинам можнооценить лишь теоретически, исходя из имеющихся представлений о формировании планетСолнечной системы. Такую наиболее вероятную оценку для рассмотренной выше моделиобразования Земли (благодаря аккреции холодного протопланетного пылевого облака)выполнил В.С. Сафронов (1969).По этой модели большая часть тепловой энергии растущей Земли генерировалась вее недрах за счет перехода в тепло кинетической энергии падавших на земнуюповерхность планетезималей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
