Реферат: Глубинная дифференциация вещества

Паршаков Евгений Афанасьевич

В предыдущей главе мы выяснили, что все небесные тела Солнечной системы не являются неизменными на протяжении миллиардов лет, как полагают многие астрономы и небесные механики. Они изменяются, и изменяются весьма существенно. А именно, планеты и другие небесные тела увеличиваются, обрастая диффузной материей посредством ее аккреции, ее вычерпывания небесными телами и посредством падения на поверхность небесных тел Солнечной системы других, более мелких небесных тел, как принадлежащих ранее Солнечной системе, так и не принадлежащих ей.

При увеличении планеты и другие крупные небесные тела не остаются недифференцированными. Их вещество постепенно дифференцируется, разделяясь на слои: ядро, мантию, кору и т.д. И эта дифференциация планетного вещества начинается задолго до того, как небесное тело превратится в большую планету по мере его увеличения. В процессе дифференциации небесные тела проходят ряд этапов, первый из которых начинается тогда, когда они еще не являются планетами, а всего лишь астероидами или кометами. К недифференцированным телам относятся и мелкие спутники.

Вначале любое небесное тело, обращается ли оно вокруг звезд, планеты или вокруг центра Галактики по независимой от звезд окологалактической орбите, является недифференцированным телом, вследствие его малой массы и малых размеров. В его недрах вблизи центра его тяжести мало радиоактивных веществ, которые не выделяют достаточного тепла для разогрева глубинного вещества, без чего не может начаться дифференциация вещества.

Но с каждой галактической зимой небесные тела все более увеличиваются и на них попадает все более и более радиоактивных веществ. А это ведет к их постепенному разогреву, который усиливается и вследствие тепла от химических реакций, от падения на поверхность небесных тел космических осадков и постепенного сжатия, уплотнения вещества небесных тел. Наконец, в центре небесного тела или вблизи его собирается достаточно тепла, чтобы в нем начало таять какое-то вещество небесного тела, которое, растаяв, начинает растекаться по порам недифферен цированного вещества. Можно предположить, что этим веществом является углекислота, которая является весьма распространенным веществом во Вселенной.

Вода же в это время еще находится из-за низкой температуры в недрах небольшого небесного тела в твердом состоянии, если, конечно, это небольшое тело не находится вблизи Солнца или другой звезды.

Итак, первым рабочим веществом в планетной геологической эволюции, по нашему предположению, является углекислота, которая вследствие этого играет в развитии небесных тел великую роль в процессе глубинной дифференциации вещества.

Дальнейшее увеличение небесного тела, накопление им радиоактивных веществ и разогрев теплом его недр приводит к тому, что жидкая углекислота все дальше и дальше растекается от очага разогрева. Но, удаляясь от источника разогрева в разные стороны, в том числе вверх, к поверхности, разогретая жидкая углекислота при ее соприкосновении с более холодными породами начинает охлаждаться. При охлаждении же углекислота, как и другие вещества, становится более плотной и более тяжелой. В силу этого обстоятельства в глубинных недрах небесного тела возникают конвективные течения.

В тех местах, где радиоактивных веществ больше, недра небесного тела разогреваются сильнее и здесь возникает восходящий поток жидкой углекислоты (если, конечно, первым рабочим веществом является именно углекислота, а не другое вещество). Устремляясь вверх, углекислота охлаждается и, разойдясь в стороны от вертикального восходящего потока, начинает просачиваться через поры планетного вещества вниз. Здесь более тяжелая охлажденная углекислота занимает место перемещающейся вверх более теплой углекислоты и, разогревшись, тоже устремляется вверх.

Таким образом, в центре небесного тела или вблизи него возникает циркуляция, или кругооборот углекислоты, несколько напоминающий кругооборот воды на Земле. Этот кругооборот усиливается по мере увеличения и разогрева небесных тел. Вертикальные восходящие потоки от мест больших скоплений радиоактивных веществ становятся все более мощными и по толщине, и по высоте. Восходящий поток усиливается в силу ряда факторов. Во-первых, в силу того обстоятельства, что разогретая жидкая углекислота легче холодной жидкой углекислоты и потому стремится подняться снизу вверх, а более тяжелая холодная углекислота, наоборот, стремится занять место внизу, вследствие чего и стекает сверху вниз. Во-вторых, при дальнейшем увеличении небесных тел и разогрева их недр углекислота вблизи центра тела начинает закипать при нагреве до температуры кипения. Углекислый газ при этом смешивается с жидкой углекисло той в виде пузырьков газа, и образовавшаяся газово-жидкая углекислая смесь, имея более высокую, чем раньше, температуру, меньшую плотность и большее давление, начинает быстрее перемещаться вверх, увеличивая мощность восходящего газово-жидкого потока. И, в-третьих, мощность этого восходящего потока усиливается вследствие того, что в него вовлекаются различные газы, находившиеся (или образовавшиеся при разогреве) в недрах небесного тела: водород, гелий, кислород, азот и др. Некоторые из этих газов растворяются, полностью или частично, в жидкой углекислоте, другие движутся вверх вместе с потоком углекислоты в газообразном состоянии, в виде газовых пузырьков. Наличие в жидкой углекислоте различных газов уменьшает плотность газово-жидкой смеси и способствует усилению мощности и скорости перемещения потока углекислоты вверх, а затем, следовательно, и вниз.

Углекислый газ, возникающий при нагреве жидкой углекислоты радиоактивным теплом, повышает в недрах небесного тела давление и вследствие этого газово-жидкая углекислая смесь расползается все дальше от очага разогрева. Проникая в поры недифференцированного вещества, состоящего из космических осадков, углекислая газово-жидкая смесь под действием повышенного давления около центра небесного тела стремится разойтись дальше от него во все стороны, где давление в порах понижено или отсутствует совсем. Но, проникнув дальше от разогретого центра небесного тела, углекислая смесь охлаждается и пузырьки углекислого газа начинают конденсироваться и сжижаться. Плотность газово-жидкой смеси увеличивается. Увеличивается она вследствие того, что углекислота охлаждается. В результате углекислота начинает постепенно растекаться в разные стороны от вертикального восходящего потока. При этом различные газы, находившиеся в составе углекислой смеси, покидают ее, продолжая двигаться дальше вверх, к поверхности небесного тела, а затем рассеиваясь в мировое пространство. Углекислота же, еще более уплотнившись и потяжелев, начинает многокилометровый путь вниз, к очагу разогрева. Вверх углекислая газово-жид кая смесь перемещается вследствие ее низкой плотности и высокого давления, а вниз жидкая углекислота движется вследствие ее более высокой плотности и гравитационного притяжения к центру небесного тела.

И такой кругооборот углекислоты происходит беспрестанно, начиная с какого-то определенного времени, когда выделяется в центре небесного тела достаточно тепла для превращения твердой углекислоты в жидкую, в затем в газообразную. Начинается и происходит на протяжении миллиардов лет великий кругооборот углекислоты в недрах небесных тел, подобный кругообороту воды на Земле. И этот кругооборот углекислоты имеет самое непосредственное отношение к дифференциации глубинного вещества небесных тел.

Двигаясь вверх от центра небесного тела, углекислая смесь захватывает маленькие крупинки, кристалики водного льда и, возможно, некоторых других легких веществ, и выносит их из центра на периферию небесного тела. Там же углекислота охлаждается и, оставив кристалики водного льда наверху, опускается, стекает вниз к центру, прихватив с собой другие крупинки различных, более тяжелых и более тугоплавких веществ, которые

отчасти растворяются в жидкой углекислоте. Тем самым, транспортируя твердую воду (водный лед) снизу, из центра небесного тела наверх, на его периферию, а другие вещества космических осадков сверху вниз, углекислота осуществляет первую дифференциацию вещества небольших небесных тел на три слоя: силикатное ядро, ледяную оболочку и верхний слой осадочных пород, состоящий из космических недифферен цированных осадков (см. рис. 2).

Небесные тела, в которых еще не началась глубинная дифференциация вещества, относятся к кометам. Те же небесные тела, в которых произошло разделение глубинного вещества на три сферы, или оболочки, можно называть ледяными планетами. Однако следует иметь в виду, что в ледяных планетах дифференциация вещества находится на различных этапах. На одних из них верхний слой, состоящий из грязного снега, может быть незначительным, а на других, более мелких ледяных планетках и спутниках наружный слой недифференциро ванных космических осадков может включать в себя большую часть массы веществ небесного тела.

Можно предположить, что плотность силикатного ядра ледяных планет и спутников равна от 2 до 3 г/см3, в зависимости от их массы, плотность ледяной оболочки - несколько менее 1 г/см3, а плотность наружного слоя (грязного снега) самая низкая - около 0, 1 г/см3 и менее. В зависимости от величины ледяных планет и спутников , их средняя плотность, т. е. плотность всей планеты, может колебаться в широких диапазонах, по-видимому, от 2 до 0, 1 г/см3.