Гипотезы теории факты 65

Гипотезы теории факты 65

Разбегающиеся материки
Наверное, вряд ли вообще кто-нибудь когда-нибудь задумался бы о том, что планета, на которой мы живем, может менять свои размеры. Мы живем и не видим абсолютно никаких признаков того, чтобы Земля «раздувалась» или «усыхала». Но житейский субъективный опыт на самом деле не так уж и редко бывает обманчив.
Мы же видим, например, что каждый день Солнце бегает по небосводу с востока на запад. И из нашего субъективного опыта следует, что Солнце вращается вокруг Земли. Однако мы знаем, что все происходит с точностью до наоборот – Земля вращается вокруг Солнца (и это один процесс), а видимое движение нашего светила по небосводу является следствием вращения Земли вокруг своей оси с запада на восток (а это другой процесс). И потребовалось немалое развитие науки, чтобы это понять и отойти от ошибочного субъективного опыта…
Как бы то ни было, с проблемой «что вокруг чего движется» мы уже разобрались. А вот в вопросе о постоянстве или изменении размеров нашей планеты согласия среди исследователей нет до сих пор, хотя споры идут уже довольно давно…
Все началось с простейшего геометрического сходства очертаний восточного побережья Южной Америки и западного побережья Африки – они так и просятся «вложиться друг в друга». На это сходство впервые обратил внимание еще Френсис Бэкон в 1620-х годах. Немецкий теолог Теодор Лилиенталь в 1756 году высказал утверждение, что побережья двух материков не просто похожи, а в точности соответствуют друг другу. А в 1858 году Антонио Снидер (американец, живший в Париже) предположил, что Африка и Южная Америка – это осколки некоего единого материка, расколовшегося некогда в прошлом на составные части. Дальнейшие многочисленные геологические и палеонтологические исследования подтвердили, что ранее два континента действительно составляли единое целое, а затем – вследствие неких причин – разошлись в разные стороны.
Естественным логическим следствием было предположение, что аналогичный процесс мог иметь место и с другими материками. Опять же многочисленные исследования достаточно уверенно это подтвердили. И теперь уже практически никто не сомневается, что в некоем далеком прошлом все известные материки нашей планеты составляли единое целое.
Факт не просто любопытный, а требующий объяснения. Почему был сначала один большой материк, а потом стало несколько, но меньших размеров?.. Почему осколки этого некоего единого целого не остались на месте, а разбежались друг от друга?.. Что заставило их это сделать?.. Целый каскад вопросов, на которые необходимо было дать ответы.
В итоге сложились две принципиально разные теории.
Первой появилась на свет теория растущей Земли. Согласно ей, материки представляют из себя «осколки» коры молодой планеты, имевшей ранее существенно меньший размер. В процессе и из-за увеличения размеров Земли в ходе неких процессов, исходная единая кора раскололась на отдельные материки, «осколки» начали постепенно удаляться друг от друга, и процесс этот продолжается до сих пор.
Разные исследователи указывают разное время появления этой теории и различных авторов идеи расширения. Но самые ранние упоминания ссылаются на две публикации 1889 и 1909 годов итальянского геолога Роберто Мантовани.
Другая теория получила название теории дрейфа материков. Автором ее является Альфред Вегенер, выдвинувший в 1913 году идею о том, что материки являются более легкими «платформами», которые могут медленно передвигаться по более тяжелым недрам планеты подобно тому, как дрейфуют льды по поверхности воды. Эта теория, по умолчанию, подразумевала постоянство размеров планеты. По крайней мере сам Вегенер, формулируя свою теорию, ни о каком расширении не упомянул. И хотя, строго говоря, сама по себе идея дрейфа материков не нуждается в постоянстве размеров Земли, ныне эта теория воспринимается именно в совокупности с этим весьма жестким ограничением.
Довольно продолжительное время обе теории занимались сугубо умозрительными спорами. Проблема в том, что Вегенер, сформулировавший теорию дрейфа материков, не дал никаких объяснений причин этого явления. Но и у теории расширения не было сколь-нибудь толкового объяснения причин весьма существенного изменения размеров планеты кроме невнятных ссылок на некие «внутренние процессы, связанные с магматической и вулканической активностью». Обе теории находились в равных условиях и выбор между ними определялся лишь субъективными предпочтениями геологов и геофизиков.
Так бы две теории и оставались еще долго в состоянии гипотетических споров, если бы не известный геолог Артур Холмс, который высказал идею о том, что движение материков (впрочем, и не только материков, но и других участков земной коры в виде тектонических плит) происходит по поверхности планеты вследствие воздействия на них конвективных потоков в мантии – восходящих горячих и нисходящих холодных.
 «В своем широко известном и авторитетном учебнике «Начала физической геологии», впервые опубликованном в 1944 году, Холмс изложил теорию дрейфа континентов, основные положения которой признаны и сегодня. Для того времени она была довольно радикальной и широко критиковалась, особенно в Соединенных Штатах, где противодействие теории дрейфа продолжалось дольше, чем где-либо. Там один обозреватель не на шутку беспокоился, что Холмс изложил свои доводы настолько ясно и убедительно, что студенты действительно могут ему поверить.
Правда, в других странах новая теория получила устойчивую, хотя и осторожную поддержку. В 1950 году голосование на ежегодном собрании Британской ассоциации содействия развитию науки показало, что около половины присутствовавших к тому времени стали сторонниками идеи дрейфа континентов. (Вскоре после этого Хэпгуд ссылался на эту цифру как на свидетельство прискорбных заблуждений британских геологов.) Любопытно, что сам Холмс порой колебался в своих убеждениях. В 1953 году он признавался: «Мне так и не удалось избавиться от мучительного предубеждения против идеи дрейфа континентов. Можно сказать, я всем своим геологическим нутром чувствую, что гипотеза эта нереальна»» (Б.Брайсон, «Краткая история почти всего на свете»).
Однако с обнаружением Срединно-Атлантического разлома, а затем и аналогичных разломов в других океанах с горячими восходящими мантийными потоками, гипотеза Холмса получила широкое признание. Тем более, что даже сугубо психологически было проще принять положение о постоянстве размеров планеты, чем их изменение…
Правда, в ходе того же исследования океанического дна вслед за открытием разломов обнаружилась пара «досадных» фактов.
Во-первых, была выявлена принципиальная разница по химическому составу между материковыми (преимущественно гранитными) и океаническими (исключительно базальтовыми) плитами. А во-вторых, оказалось, что если материковые плиты имеют возраст, исчисляемый миллиардами лет (по принятой геохронологической шкале), то океанические существенно моложе – нигде их возраст не превышает всего пары сотен с половиной миллионов лет. Разница кардинальная – на целый порядок!
Обойти эти (и другие) сложности помогла гипотеза субдукции – гипотеза «подныривания» тяжелых океанических плит под более легкие материковые. Обогатившись этим и подобными (не важными для нас) дополнениями, теория дрейфа материков переросла в теорию тектоники плит. И в итоге сложилась следующая картина, которую я представлю в упрощенном варианте.
На срединно-океанических разломах под воздействием восходящих горячих мантийных потоков близлежащие участки океанических плит раздвигаются в разные стороны, попутно сдвигая и более отдаленные участки. При этом в месте раздвига из поднявшейся к поверхности мантийной массы образуется новая океаническая кора. Конвективный поток, расходясь в стороны под корой, дополнительно сдвигает в направлении своего движения и океанические плиты. Дойдя до границы материковой плиты и успев к этому времени уже изрядно остыть, конвективный поток становится нисходящим холодным и опускается вглубь мантии. Океаническая плита, будучи более плотной и, соответственно, более тяжелой, нежели материковая, «подныривает» под материк и, увлекаемая все тем же конвективным потоком, устремляется вглубь мантии на переплавку. Это, по мнению приверженцев данной теории, «объясняет» и отсутствие океанических плит старше 250 миллионов лет – такие участки коры уже якобы переплавились. Совокупность же всех этих передвижений и «толканий» плит отвечает и за смещение материков друг относительно друга.
Вот примерно в таком виде теория дрейфа материков, преобразовавшись уже в теорию тектоники плит, дошла до наших дней. Попутно эта теория стала доминирующей и «общепринятой», поскольку альтернативная ей теория расширения еще долго топталась на месте, будучи лишенной вразумительного объяснения механизма самого процесса изменения размеров планеты.
Вдобавок, против теории расширения срабатывало и то, что в рамках гипотезы железо-никелевого ядра Земли, которая также была доминирующей в это время, для соединения материков в единое целое в далеком прошлом на планете заметно меньшего размера требовались буквально «запредельные» значения давления в таком ядре.
«Расчеты показывают, что при сжатии радиуса Земли в 1,7 раза плотность в ее центре возрастает примерно в 10 раз, достигая 150 граммов на кубический сантиметр, давление увеличивается до 930 миллионов атмосфер (то есть в 250 раз!), а температура поднимается до нескольких сотен тысяч градусов» (О.Сорохтин, Катастрофа расширяющейся Земли ).
Естественно, что принять реальность подобных давлений внутри планеты, геофизики никак не могли…
Вроде все ясно – одна теория стоит на месте, а другая двигается вперед семимильными шагами. Нормальный процесс развития науки. Победителей, как известно, не судят…
Или все-таки судят?..
На самом деле, несмотря на «победное шествие» теории тектоники плит, в ней не все так уж и гладко.
Прежде всего, эта теория так и не дала ответ на самый коренной вопрос – в чем причина тех самых конвективных потоков, которые заставляют двигаться различные участки земной коры (материковые и океанические плиты) в том или ином направлении. Высказывалась масса гипотез, но ни одна из них так и не смогла получить сколь-нибудь устойчивого признания, поскольку не решала всех возникающих с этим вопросов.
Проблема в том, что обычные «классические» (если так можно выразиться) конвективные потоки внутри такого симметричного тела как Земля, регулируемые законами тепло- и массопереноса, должны, как легко следует из совершенно банальных умозрительных соображений, также обладать определенной симметрией, связанной в том числе и с таким феноменом, как вращение планеты вокруг своей оси. Между тем ничего подобного не наблюдается и в помине.
Это со всей отчетливостью показали широкомасштабные сейсмические исследования, проведенные японскими учеными, которые целенаправленно изучали горячие восходящие потоки в мантии в 90-е годы прошлого ХХ века.
Например, наличие восходящего потока под Срединно-Атлантическим разломом подтвердилось. Но это оказалась буквально тоненькая струйка. Аналогичная струйка восходящего потока, скажем, была обнаружена под Гавайями, однако она почему-то вовсе не привела к образованию разлома. Вместо того, чтобы расколоться в этом месте (как это произошло в Атлантическом океане), тихоокеанская плита как будто полностью игнорирует гавайский восходящий поток и продолжает свое величественное движение над ним. При этом, вдобавок, делает это по странной изломанной траектории, которая прослеживается по цепочке вулканических островов, «прожженных» этим восходящим потоком в тихоокеанской плите.
Большие – и даже огромные – восходящие потоки обнаруживаются всего в двух местах планеты. Из-за своих громадных размеров они получили отдельное название – плюмы.
Мало того, что они расположены совсем не симметрично. Только один из них – южно-тихоокеанский плюм – совпадает с океаническим разломом. Второй же располагается вовсе не в океане, а непосредственно под Африкой и ныне разрывает на части этот древний материк.
Вдобавок выяснилось, что горячие восходящие потоки вовсе не являются какой-то частью замкнутого конвективного круга в мантии (как должно было бы быть в случае обычной конвекции, при которой холодные потоки, постепенно прогреваясь в недрах, становились бы горячими восходящими), а берут свои корни непосредственно от границ ядра Земли. Более того, там они даже похожи по форме как раз на разветвленные корни дерева, выходящие из ядра и сливающиеся в единый восходящий «ствол». Сама эта форма свидетельствует о том, что речь надо вести вовсе не просто о конвективных потоках, а о феномене, порождаемом процессами внутри ядра планеты.
Другая проблема заключается в том, что версия единого материка, окруженного единым Мировым океаном и расколовшегося впоследствии на отдельные разбегающиеся части, позволяет хоть как-то более-менее корректно описать события всего чуть более полумиллиарда лет. Но Земле-то, в рамках принятой ныне версии, почти в десять раз больше!.. А что тогда было раньше – на протяжении почти четырех миллиардов лет?..
Версия, что до того так и был единый материк, явно не проходит. Во-первых, не ясно, почему изначально мог сформироваться всего один материк. А во-вторых, это противоречит даже самому принципу униформизма. Если сейчас мы имеем дело с некими мантийными конвективными потоками, расколовшими этот единый материк и заставляющими его осколки бегать по поверхности планеты, то у нас нет абсолютно никаких оснований полагать, что ранее – на протяжении почти четырех миллиардов лет – таких потоков в мантии не было. Наоборот – они должны были иметь место!.. А раз так, то должно было быть и перемещение тектонических плит!..
Все эти соображения, которые необходимо было вдобавок наложить на известные геологические, палеомагнитные и палеоклиматические данные, привели к появлению некоей модели, в рамках которой материковые плиты и их части регулярно то разбегались, то собирались вместе на протяжении всей истории планеты с периодом примерно в 800 миллионов лет.
Оставим в стороне точность определения этого периода, но факт остается фактом – чтобы «сшить» вместе имеющиеся эмпирические данные, требуется принять, что материки собирались в единый супер-континент как минимум четыре раза. И была даже составлена некая «реконструкция» этого процесса (см. Рис. 63).
По этой реконструкции получается, что материки то разбегаются, то снова сбиваются в единую кучу, но при этом почему-то абсолютно не изменяют своего взаимного расположения. Ни разу, скажем, Северная Америка не втиснулась между Южной Америкой и Африкой или между другими материками. И более того: каждый раз материки соединяются, прямо-таки волшебным образом поворачиваясь друг к другу именно так, чтобы выступ на окраине одного континента пришелся на выемку в окраине другого, и зазоры между ними оказались минимальными.
Попробуйте-ка честно помешать домино таким образом, чтобы (при даже не совсем случайном движении рук) все костяшки домино собрались вместе, плотно прилегая друг к другу ровными поверхностями. Ясно, что вероятность подобного идеального совпадения практически равна нулю. А в реконструкции-то «костяшки» кроме всего прочего и не прямоугольные, а гораздо более сложной формы!..
Абсурд?.. Конечно!..
Есть законы логики. Согласно им, любая ошибка, заложенная в той или иной теории, на определенном этапе неизбежно начинает порождать несуразности и противоречия установленным данным. И для того, чтобы проверить теорию, надо на конкретном примере попытаться довести ее до состояния логического абсурда. Именно это и сделали фактически авторы этой «реконструкции» – они получили абсурдный результат. А следовательно, в исходной теории есть грубейшие ошибки…
Хотя в конце концов: модель – есть модель. Авторы модели могли и просто ошибиться.
Но дело в том, что у теории тектоники плит действительно есть очень серьезные проблемы в самой ее основе. Точнее: в ее базовой гипотезе, которая послужила в свое время «палочкой-выручалочкой» для теории дрейфа материков и вроде бы как все «объяснила». Я имею в виду гипотезу субдукции, которая – вопреки многочисленным утверждениям – так и остается всего лишь недоказанной гипотезой.
Сторонники ее нередко утверждают, что субдукция якобы подтверждается составом пород, которые извергаются вулканами на поверхность в районах, где океаническая плита «сталкивается» с материковой, и где из-за этого наблюдается повышенная тектоническая и вулканическая активность. При этом прежде всего имеется в виду Тихоокеанское побережье Дальнего Востока.
Однако, во-первых, вариантов объяснения состава извергаемых тут пород – масса. Субдукция – лишь один из таких возможных вариантов. А можно, скажем, предположить, что горячая магма, поднимаясь из верхних слоев мантии по обычному разлому земной коры (без какой-либо субдукции в этом месте), попутно расплавляет с одной стороны материковую плиту, а с другой – океаническую, после чего выдает «на гора» при извержении получаемую таким образом смесь, которую просто ошибочно трактуют в качестве результата субдукции и переплавки в недрах мантии остатков океанической плиты.
А во-вторых, абсолютно никаких подобных извержений мы не наблюдаем, скажем, вдоль подавляющей части африканского побережья. Здесь вообще нет вулканов, которые можно было бы связать с процессом субдукции, хотя она – по всем теоретическим выкладкам, да и по простым логическим соображениям – просто обязана была бы иметь место не только со стороны Атлантики, но и со стороны Индийского океана. По крайней мере на юге континента – вдали от африканского плюма.
Нет таких вулканов и на западном побережье Австралии, хотя тут и плюмов даже никаких нет…
Другой наиболее серьезный аргумент сторонников гипотезы субдукции – сейсмопрофиль в районе западного побережья Южной и Северной Америки, который якобы непосредственно выявляет под материком погружающийся в мантию край тихоокеанской плиты. Прорисовки с этих районов чаще всего и преподносятся в качестве иллюстраций процесса субдукции.
Однако результаты сейсмозондирования – штука тонкая. Их еще надо адекватно и корректно проинтерпретировать. Ведь что такое сейсмозондирование по своей сути?.. Это – измерение времени прохождения тех или иных сейсмоволн между разными точками. По этому времени можно определить скорость прохождения сейсмоволн, которая непосредственно связана со свойствами проходимой ими среды – прежде всего с плотностью этой среды. То есть в конечном итоге экспериментально измеряется плотность пород в глубине. И все!.. На этом вся эмпирика практически заканчивается. Все дальнейшее строится сугубо на дополнительных гипотезах и предположениях!.. А они вполне могут быть ошибочными.
Это, скажем, замечательно продемонстрировала Кольская сверхглубокая, которая опровергла данные предварительного сейсмозондирования, обещавшего на некоторой глубине переход от гранитов к базальтам (то есть как раз по основным породам, характеризующим отличие океанических плит от материковых).
«…геологический прогноз разреза скважины не оправдался. Картина, которая ожидалась на протяжении первых 5 км, в скважине растянулась на 7 км, а дальше появились совсем неожиданные породы. Прогнозируемых на глубине 7 км базальтов не нашли, даже когда опустились до 12 км.
Ожидали, что граница, дающая наибольшее отражение при сейсмическом зондировании, – это тот уровень, где граниты переходят в более прочный базальтовый слой. В действительности же оказалось, что там расположены менее прочные и менее плотные трещиноватые породы – архейские гнейсы. Такого никак не предполагали. И это принципиально новая геолого-геофизическая информация, которая позволяет по-другому интерпретировать данные глубинных геофизических исследований» (А.Осадчий, «Кольская сверхглубокая»).
Что показывает сейсмопрофиль под Южной или под Северной Америкой?.. Он показывает «язык» повышенной плотности, уходящий вглубь мантии.
И что?.. Разве хоть что-то указывает, что это – именно край океанической плиты, а не просто тот самый нисходящий холодный конвективный поток, который якобы и двигает океаническую плиту?.. Ведь более холодный – значит, более плотный. А мы и фиксируем область увеличения плотности!..
Более того. В случае наличия субдукции «язык» повышенной плотности, уходящий вглубь должен быть «двуслойным», то есть должен иметь две параллельные друг другу области, разделяемые заметным скачком по плотности. Ведь плотность твердой океанической плиты заведомо должна отличаться от плотности нисходящего конвективного потока, который эту плиту и увлекает якобы вниз. Однако ни на одной прорисовке реального (!!!) сейсмопрофиля в данном районе абсолютно никакой «двуслойности» не фиксируется – никакого скачка плотности нет!..
Но тогда возникает закономерный вопрос: если нисходящий «язык» – это край океанической плиты, то куда делся конвективный поток?.. А если «язык» – это конвективный поток, то где же край океанической плиты?..
Без конвективного потока у океанической плиты нет никакого движущего фактора, который заставлял бы ее подныривать под другой материк и уходить вглубь магмы. А вот конвективный поток вполне может устремляться вниз и без всякой океанической плиты. Так что данные сейсмозондирования на самом деле вовсе не подтверждают, а опровергают теорию субдукции!..
Но если субдукции нет, то куда пропала вся океаническая кора старше 250 миллионов лет?..
И если планета не меняет своего размера, то «куда» нарождается новая кора в районе срединно-океанических разломов?.. А ведь этот процесс совершенно отчетливо прослеживается на картах, составленных в ходе исследования дна Мирового океана и показывающих возраст различных участков океанических плит (разный цвет для областей разного возраста – см. Рис. 66). Процесс шел и продолжает идти!.. Куда же «помещать» все новую и новую кору на планете неизменного размера?..
И последнее.
Видимо, по иронии судьбы, теория тектоники плит окончательно и бесповоротно терпит крах именно там, где все и начиналось – на объяснении взаимного расположения Африки и Южной Америки. И точку в этом вопросе ставят те самые широкомасштабные исследования мантийных горячих восходящих потоков конца ХХ века, которые уже упоминались ранее.
Так, согласно теории тектоники плит, вследствие действия Срединно-Атлантического восходящего потока (который действительно был обнаружен) Южная Америка и Африка, ранее составлявшее единое целое постепенно удаляются друг от друга, а ширина Атлантического океана, расположенного между ними, растет. Это – классический пример, которым обычно и иллюстрируют теорию тектоники плит, считая его одним из подтверждений этой теории. Но если присмотреться к деталям, то окажется, что этот самый классический пример на самом деле вовсе не подтверждает, а опровергает версию тектоники плит!..
Дело в том, что, согласно упомянутым исследованиям конца ХХ века, Срединно-Атлантический восходящий поток очень слабый. С другой же стороны Южной Америки – к западу от этого материка – располагается мощнейший Южно-Тихоокеанский горячий восходящий поток, так называемый «плюм».
Представляется достаточно очевидным и даже банальным, с позиций элементарных законов физики, что чем мощнее восходящий поток – тем сильнее он должен сдвигать плиты коры. В соответствии с этим, и согласно законам Ньютона, Южная Америка должна сдвигаться не с востока на запад (как это представляется в рамках теории тектоники плит), а в прямо противоположном направлении – с запада на восток! Если же учесть, что Африка не меняет своего положения в направлении восток-запад, то получается, что Атлантический океан должен не увеличиваться в размерах, а уменьшаться!.. Между тем он реально увеличивается не только по теории, но и на практике – это подтверждается измерениями с помощью спутниковых систем на орбите Земли.
В итоге возникает вполне явный «парадокс», который в действительности указывает лишь на то, что теория тектоники плит противоречит либо законам Ньютона, либо законам геометрии.
Любопытно, что ни один из сторонников этой теории, с которым мне доводилось общаться, до сих пор не смог придумать никакого объяснения этого «парадокса» – а по сути, факта, опровергающего теорию тектоники плит в корне. И подобных «парадоксов» при анализе расположения разломов плит и конвективных потоков можно легко найти с десяток-другой. Факты прямо противоречат теории, а следовательно, надо выбрасывать теорию тектоники плит в мусорную корзину!..
С  другой стороны, факты требуют объяснения, и на смену устаревшей теории надо ставить новую. Ведь если Атлантический океан расширяется, а Южная Америка и Африка удаляются друг от друга, то это нужно объяснить, и объяснить так, чтобы не противоречить ни законам физики, ни геометрии, ни эмпирическим данным (в том числе по постоянно нарастающей коре в зоне океанических разломов). И это удается лишь в одном случае – при переходе от модели планеты постоянных размеров к модели расширяющейся Земли.
Теория гидридного ядра
Пока теория тектоники плит праздновала свою «победу», параллельно набирая минусы в ходе дальнейших исследований строения недр и продвигаясь к своему краху, теория расширения Земли решила две свои главные проблемы, причем одновременно – был найден вариант такого механизма расширения, который снимает попутно и все вопросы по «запредельным» давлениям в ядре.
Выход из длительного тупика был предложен примерно три десятка лет назад советским ученым Владимиром Лариным (ныне доктор геологических наук), который, как это часто бывает, вышел на эту проблему совсем с другой стороны.
Дело в том, что для образования рудных месторождений некоторых металлов (железа, золота, урана и пр.) необходимо, помимо прочих условий, значительное количество воды, молекулы которой, как известно, состоят из атомов водорода и кислорода. Кислорода в мантии Земли вполне достаточно (более 40% по весу), а вот водорода, по имевшимся моделям химического состава Земли, – явно не хватало.
С целью решения проблемы такого дефицита водорода, некоторые исследователи высказывали предположение, что рудные месторождения возникали там, где вулканическая лава извергалась прямо под водой. Дошло даже до вывода о существовании периодов, когда вся поверхность планеты (за исключением мелких островков) была покрыта морями. А это явно противоречило не только известным данным, но и тому факту, что целый ряд рудных месторождений образовался там, где заведомо не было моря.
Ларин предположил, что недостающий водород поступал из недр планеты и даже построил такую модель формирования Солнечной системы, которая предоставляла возможность иметь значительно больше водорода в составе вещества Земли, нежели это считалось ранее.
Согласно его гипотезе, в процессе образования планет Солнечной системы водород (который только по массе составляет более трех четвертей вещества Вселенной, а по количеству атомов более 90 с лишним процентов), вовсе не улетучился на орбиты внешних планет или вообще неизвестно куда. Вместо этого, будучи весьма химически активным элементом, водород вступал во всевозможные реакции, образуя различные соединения, и в качестве составной части этих соединений, также оказывался в недрах планет.
Как ни парадоксально, но все предыдущие модели формирования Солнечной системы по каким-то странным причинам обходили такой мощнейший и важнейший фактор как химическое взаимодействие. В рамках подобных представлений, водород так и оставался в состоянии газа, который в дальнейшем просто выдувался солнечным ветром подальше от нашего светила (совершенно естественное и логичное следствие из абсолютно ошибочного предположения). Однако Ларин решил отойти от представления водорода в качестве «пассивно ожидающего своей участи» элемента.
«Во-первых, водород весьма охотно взаимодействует с большинством элементов, давая водородные соединения, а во-вторых, он может адсорбироваться на поверхности частиц конденсируемых веществ. К примеру, если железо конденсируется в атмосфере водорода, то на каждый атом железа в конденсате приходится одна молекула водорода» (В.Ларин, «Земля, увиденная по-новому»).
«Практически все металлы способны реагировать с водородом. Взаимодействие идет по следующей схеме: адсорбция на поверхности – растворение в объеме металла (окклюзия) – химическое взаимодействие (образование гидридов). Адсорбция и окклюзия являются чисто физическими процессами: адсорбция вызывает диссоциацию молекул водорода на атомы, в процессе окклюзии водород отдает электрон в зону проводимости металла и присутствует в его объеме в виде протонного газа. Металлы способны в одном своем объеме растворять сотни и даже тысячи объемов водорода… Химическое взаимодействие между водородом и металлами приводит к образованию качественно новых соединений – гидридов – с новым типом решеток, в которых водород имеет химическую связь с металлами и присутствует в виде гидрид-иона Н– (протон с двумя электронами)» (В.Ларин, «Гипотеза изначально гидридной Земли»).
Но если водород так охотно взаимодействует с металлами, то почему, собственно, железо и никель должны быть исключением?.. И В.Ларин закономерно задается вопросом: а кто сказал (и доказал ли?) что ядро Земли сугубо железное или железо-никелевое?..
«…почему все считают, что ядро железное, а мантия силикатная [состоящая из соединений кремния]?.. Оказалось, что это самое фундаментальное положение никогда не было доказано и что лаконичная формула «ядро железное, мантия силикатная» – не более чем умозрительное предположение… В недрах Земли было обнаружено плотное и тяжелое ядро, а поскольку железо – единственный тяжелый элемент, широко распространенный в природе (к тому же есть железные метеориты), то как само собой разумеющееся стали считать ядро железным. Далее, начало нашего века – время индустриального становления металлургии и доменного процесса. Тогда это была вершина прогресса… Поэтому опять же сама собой родилась аналогия: в Земле когда-то произошло плавление, тяжелое железо стекло вниз, в центр планеты, а легкие силикаты, как шлаки в домне, всплыли и образовали мантию. Отсюда и повелось: ядро железное, мантия силикатная» (В.Ларин, «Земля, увиденная по-новому»).
Поскольку же сугубо железо-никелевый состав ядра совершенно не доказан, постольку вполне допустима гипотеза, что внутреннее строение Земли совсем иное: в ядре планеты очень много водорода, который в твердом ядре находится в составе гидридов, а в жидком внешнем ядре – в качестве раствора в металле (пусть даже в том же железе и никеле).
Может ли такое быть?.. А почему бы и нет?!. Законы химии и физики этого абсолютно не запрещают!.. Более того. Водород не только сам по себе химически очень активный элемент даже в обычных условиях. Его активность с увеличением давления значительно возрастает. А посему присутствие водорода в качестве различных соединений в недрах планеты не только не запрещено, но и вполне логично и закономерно!..
Отметим попутно, что, будучи самым легким элементом, водород мало отражается на величине плотности вещества, в котором он находится (скажем, атом водорода легче атома того же железа в 56 раз). Поэтому присутствие водорода в недрах даже в очень значительных количествах (с точки зрения химических процессов) практически не сказывается на достаточно достоверно установленном распределении массы и плотности внутри Земли. Говоря другими словами, при исследовании недр Земли доступными средствами (прежде всего сейсмозондированием) наличия там водорода могли просто не заметить!..
Но водород – не просто химически активный элемент. Он обладает еще и рядом весьма важных и уникальных свойств, которые определяются его простейшей структурой – атом водорода состоит всего из одного протона в качестве ядра и одного электрона.
Прежде всего, растворение водорода в металле оказывается не простым перемешиванием его с атомами металла – водород при этом отдает в общую копилку раствора свой электрон, который у него всего один, и остается абсолютно «голым» протоном. А размеры протона в 100 тысяч раз (!) меньше размеров любого атома, что в конечном итоге (вместе с громадной концентрацией заряда и массы у протона) позволяет ему даже проникать глубоко внутрь электронной оболочки других атомов (эта способность оголенного протона уже доказана экспериментально).
Но проникая внутрь другого атома, протон как бы увеличивает заряд ядра этого атома, усиливая притяжение к нему электронов и уменьшая таким образом размеры атома. Поэтому растворение водорода в металле, каким бы парадоксальным это ни казалось, может приводить не к рыхлости подобного раствора, а наоборот – к уплотнению исходного металла. При нормальных условиях (то есть при обычном атмосферном давлении и комнатной температуре) этот эффект незначителен, но при высоком давлении и температуре – весьма существенен.
Таким образом, предположение о том, что внешнее жидкое ядро Земли содержит в себе значительное количество водорода, во-первых, не противоречит его химическим свойствам; во-вторых, уже решает проблему глубинного хранилища водорода для рудных месторождений; и в-третьих, что для нас более важно, допускает значительное уплотнение вещества без столь же существенного возрастания в нем давления.
«В московском университете создали баллон на основе… интерметаллида [сплав лантана и никеля]. Поворот крана – и из литрового баллона выделяется тысяча литров водорода!» (М.Курячая, «Гидриды, которых не было»).
Но оказывается, что все это – «семечки»…
В гидридах металлов – то есть в химических соединения металла с водородом – мы имеем другую картину: не водород отдает свой электрон (в общую довольно рыхлую электронную копилку ), а металл избавляется от своей внешней электронной оболочки, образуя так называемую ионную связь с водородом. При этом атом водорода, принимая дополнительный электрон на ту же орбиту, по которой вращается уже имеющийся у него электрон, практически не меняет своего размера. А вот радиус иона атома металла – то есть атома без его внешней электронной оболочки – значительно меньше радиуса самого атома. Для железа и никеля радиус иона составляет примерно 0,6 от радиуса нейтрального атома, а для некоторых других металлов соотношение еще более внушительное. Подобное уменьшение размера ионов металла допускает их уплотнение в гидридной форме в несколько раз без какого-либо повышения давления в качестве следствия такого уплотнения!..
Причем эта способность к гиперуплотнению упаковки частиц гидридов экспериментально обнаруживается даже при обычных нормальных условиях (см. Табл. 1), а при высоких давлениях еще больше увеличивается.
Плотность, г/cм LiH NaH KH RbH CsH CaH2 SrH2 BaH2
Металл 0,534 0,971 0,862 1,532 1,903 1,55 2,60 3,50
Гидрид 0,816 1,396 1,43 2,59 3,42 1,90 3,26 4,21
Уплотнение, % 52,8 43,8 65,8 69,2 80,0 22,6 25,4 22,9
Табл. 1. Способность к уплотнению некоторых гидридов (при нормальных условиях)
Вдобавок, сами гидриды способны еще и растворять в себе дополнительный водород. Эту их способность даже пытались в свое время использовать при разработке водородных автомобильных двигателей для хранения топлива.
«…например, один кубический сантиметр гидрида магния вмещает водорода по весу в полтора раза больше, чем его содержится в кубическом сантиметре жидкого водорода, и в семь раз больше, чем в сжатом до ста пятидесяти атмосфер газе!» (М.Курячая, «Гидриды, которых не было»).
Одна проблема – при нормальных условиях гидриды очень неустойчивы…
Но нам-то и не нужны нормальные условия, поскольку речь идет о возможности их существования глубоко в недрах планеты – там, где давления существенно выше. А при повышении давления устойчивость гидридов существенно увеличивается.
Ныне получено уже экспериментальное подтверждение этих свойств, и все больше геологов постепенно склоняется к тому, что модель гидридного ядра может оказаться куда ближе к реальности, нежели прежняя железо-никелевая модель. Тем более, что уточненные расчеты условий в недрах нашей планеты выявляют неудовлетворительность «чистой» железо-никелиевой модели ее ядра.
 «Сейсмологические измерения указывают на то, что и внутреннее (твердое), и внешнее (жидкое) ядра Земли характеризуются меньшей плотностью, по сравнению со значением, получаемым на основе модели ядра, состоящего только из металлического железа при тех же физико-химических параметрах…
Присутствие водорода в ядре долгое время вызывало дискуссию из-за его низкой растворимости в железе при атмосферном давлении. Однако недавние эксперименты [Badding J.V., Mao H.K., Hemley R.J., High-Pressure crystal structure and equation of state of iron hydride: implications for the Earth’s core // High-Pressure Research: Application to Earth and Planetary Sciences / (Syono H., Manghnan M.H. – eds.) TERRAPUB, Tokyo – Am. Geophys. Union. Washington D.C. 1992. P363-371] позволили установить, что гидрид железа FeH может сформироваться при высоких температурах и давлениях и, погружаясь вглубь, оказывается устойчив при давлениях, превышающих 62 ГПа, что соответствует глубинам ~1600 км. В этой связи присутствие значительных количеств (до 40 мол. %) водорода в ядре вполне допустимо и снижает его плотность до значений, согласующихся с данными сейсмологии» (Ю.Пущаровский, «Тектоника и геодинамика мантии Земли»).
Но самое главное заключается в том, что при определенных условиях – например, при уменьшении давления или при нагревании – гидриды способны распадаться на составляющие. Ионы металлов переходят в атомарное состояние со всеми вытекающими отсюда последствиями. Происходит процесс, при котором объем вещества существенно увеличивается без изменения массы, то есть без какого-либо нарушения закона сохранения материи. Аналогичный процесс происходит и при выделении водорода из раствора в металле (см. выше).
А это уже дает вполне понятный механизм увеличения размеров планеты!!!
«Главным геолого-тектоническим следствием гипотезы изначально гидридной Земли является значительное, возможно, многократное за время геологической истории увеличение ее объема, что обусловлено непременным разуплотнением недр планеты при дегазации водорода и переходе гидридов в металлы» (В.Ларин, «Гипотеза изначально гидридной Земли»).
Итак, Ларин предложил теорию, не только решающую некоторые проблемы рудных месторождений и объясняющую ряд процессов в истории Земли (к чему мы еще вернемся), но и обеспечивающую серьезную почву для гипотезы расширения нашей планеты – в качестве побочного следствия.
Ларин сделал главное – он снял все основные проблемы теории расширения Земли!..
Остались только «технические мелочи».
Например, абсолютно не ясно, насколько именно увеличилась наша планета за все время своего существования, и с какой именно скоростью происходило ее расширение. Разные исследователи давали оценки, которые очень сильно расходились друг с другом, вдобавок при этом сильно напоминая простое высасывание из пальца.
«…в палеозое, по этой гипотезе, радиус Земли был примерно в 1,5 – 1,7 раза меньше современного и, следовательно, с тех пор объем Земли увеличился приблизительно в 3,5 – 5 раз» (О.Сорохтин, «Катастрофа расширяющейся Земли»).
«Наиболее вероятными мне кажутся представления об относительно умеренном масштабе расширения Земли, при котором с раннего архея (то есть за 3,5 миллиарда лет) ее радиус мог увеличиться не более чем в полтора-два раза, с позднего протерозоя (то есть за 1,6 миллиарда лет) – не более чем в 1,3 – 1,5 раза, а с начала мезозоя (то есть за последние 0,25 миллиарда лет) не более чем на 5, максимум 10 процентов» (Е.Милановский, «Земля расширяется? Земля пульсирует?»).
Увы. Гипотеза Ларина также не дает прямого ответа на этот вопрос.
Более того, все исследователи исходили из того, что процесс идет с самого начала образования Земли более-менее равномерно (автор гидридной теории В.Ларин также придерживается этой гипотезы). А это приводит к столь малым скоростям расширения, что современными приборами и зафиксировать-то его практически невозможно. И проверка справедливости теории кажется делом лишь отдаленного будущего.
Но так ли это?..