Физика мантии и модели Земли

 

В структуре скоростного разреза наитии отмечаются три значка скорости у глубин 400, 650 и 1050 км. Традиционные представления связывают их с полиморфизмом силикатов: оливин-шпинелевым переходом (400 км), с трансформацией структуры шпинели в ильменитовую или перовскитовую (650-700 км) и т.п.

 

Наша модель объясняет тонкую структуру слоя "С" мантии полиморфизмом кремния, который должен быть (по нашим представлениям) самой распространенной фазой металлической мантии. В нем обнаружены именно три фазовых перехода при давлениях, которые (с учетом реально существующих градиентов dP/dT) согласуются с давлениями в мантии на уровнях скоростных скачков.

 

Традиционные представления о силикатном составе всей мантии встречают определенные трудности с объяснением скачка электропроводности в ней на несколько порядков, особенно если учесть, что этот скачок резко "гуляет" по вертикали. В штате Техас (США), например, кровля проводящей мантии на расстоянии 400 км испытывает резкий подъем с глубины 320 км до 160 км. Такие наблюдения ставят под сомнение связь скачка электропроводности с фазовым переходом.

 

В свете новой модели кровля проводящей мантии фиксирует раздел между силикатно-окислой оболочкой планеты и бескислородной металлической мантией. Естественно, что с этим разделом должно быть связано резкое увеличение теплопроводности.

 

Наконец, наша модель автоматически объясняет аномально низкие (для силикатов) градиенты нарастания плотности и скоростей сейсмических волн в нижней мантии, поскольку это хорошо согласуется с уменьшением градиентов сжимаемости и модуля упругости металлов при давлениях свыше 40 GPa.

 

 

Глава V

ФИЗИКА ЯДРА И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЗЕМЛИ

 

Каждая модель обязана объяснить происхождение ядра, его высокую плотность, а также ответить на вопрос, почему внешнее ядро жидкое, а внутреннее - твердое. В работе показаны те проблем, которые возникают с принятием гипотезы "железного ядра", а также версии, допускающей появление ядра в связи с металлизацией силикатов, а затем рассматриваются вопросы физики ядра в рамках новой концепция. В самом общем виде остановимся на последнем.

 

После трансформации кристаллических решеток в наиболее плотные модификации (путем фазовых переходов) сжимаемость конденсированных тел целиком зависит от "рыхлости" внешних электронных оболочек ионов и атомов, слагающих кристаллический остов решетки. По мере уплотнения внешних электронных оболочек они вступают в кулоновское взаимодействие с внутренними (плотно упакованными и поэтому практически несжимаемыми), и сжимаемость кристаллических тел резко уменьшается.

 

Однако, у водорода нет внутренних оболочек и это ставит его, в отношении сжимаемости, в исключительное положение. В ионных гидридах кристаллический остов решетки составлен из гидрид-анионов (Н^-), в промежутках между которыми заключены катионы металлов. По этой причине гидриды обнаруживают аномальную сжимаемость.

 

Имеющиеся в настоящее время данные по сжимаемости ионных гидридов позволяют предполагать, что высокая плотность внутреннего ядра обусловлена присутствием в нем гидридов металлов, которые многократно уплотнены в условиях мегабарных давлений.

 

Жидкое состояние внешнего ядра связывается с наличием растворенного водорода - протонного газа. 3 работе показано, что присутствие полностью протонированного водорода в объеме металла приводит к «сжижению» и уплотнению последнего (в условиях сверхвысоких давлений).

 

Глава VI

ГЕОЛОГО-ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ

ГИПОТЕЗЫ ИЗНАЧАЛЬНО ГИДРИДН0Й ЗЕМЛИ

 

Расширение Земли.

 

Главным геолого-тектоническим следствием новой концепции является значительное, возможно, многократное увеличение объема Земли за время геологической истории. Расширение связано с тем, что в гидридах металлические атомы упакованы гораздо плотней (особенно в условиях всестороннего сжатия), в сравнении с решетками металлов. Соответственно, при разложении гидридов и дегазации водорода из металла объем вещества должен увеличиваться. Это совершенно реальная (физически) причина расширения планеты, если последняя устроена согласно предлагаемой концепции.

 

В данной связи в работе обсуждены имеющиеся в литературе возражения геолого-тектонического плана по поводу возможного расширения Земли и показано, что они в рамках новой модели находят естественное объяснение. Так, например, избыточное горизонтальное сжатие в массивах кристаллических пород связывается нами не с общей контракцией планеты (как считают многие исследователи), а с ее расширением и соответствующим уменьшением кривизны литосферных блоков, что приводит к накоплению напряжений сжатия в приповерхностных горизонтах литосферы.

 

Приведена специально выведенная формула, по которой можно оценивать масштабы данного явления при различных переменных.

 

Показано также, что планета, устроенная по нашей модели, должна испытывать во времени акселерацию расширения и генерализацию структур, отражающих это явление, от рассеянных з прошлом по глобусу в единую рифтовую систему, обусловившую заложение к развитие современных океанов. Проблема складчатости, требующая сжимающих горизонтальных усилий, также находит решение в рамках новой концепции и будет рассмотрена ниже.