ГЛУБИННАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ВЕЩЕСТВА. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МАТЕРИКОВ И ОКЕАНОВ

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.

Сначала силикатное ядро ледяных планет и спутников было небольшим, можно даже сказать - крошечным. Но по мере роста ледяной планеты и разогрева ее недр ядро все увеличивалось. При этом увеличивались и ледяная оболочка, и осадочный слой, но рост силикатного ядра и ледяной оболочки происходил быстрее, чем рост наружного слоя. Наконец, масса ледяной планеты достигает такой величины, что в центре силикатного ядра, в результате повышения температуры, тепла становится достаточно, чтобы растопить сохранившийся отчасти там водный лед. Жидкая вода начинает постепенно накапливаться в центре силикатного ядра. Ее температура постепенно, по мере дальнейшего увеличения массы и размеров ледяной планеты, растет, и при достижении определенной температуры вода начинает закипать и частично превращается в водяной пар, переходя из жидкого в газообразное агрегатное состояние.

Затем повторяется такая же картина, которая имела место в развитии планеты раньше, при участии углекислоты. Водяной пар, создав в центре ледяной планеты повышенное давление при кипении воды, начинает вместе с горячей водой через поры силикатных пород проникать от центра силикатного ядра на его периферию. Удаляясь в виде восходящего потока от горячего центра недр планеты, пароводяная смесь постепенно охлаждается, и, охладившись на определенную величину, превращается в жидкую воду. Жидкая вода, перемещаясь и еще более охладившись в более холодных породах, начинает растекаться в стороны от потока, а затем стекать вниз, к центру силикатного ядра. Здесь вода снова закипает, превращаясь частично в газообразное состояние и горячая паро-водяная смесь снова начинает пробиваться через силикатные породы вверх до определенного уровня.

И так продолжается много-много раз, на протяжении миллиардов лет. А в верхних слоях планеты точно так же продолжает циркулировать углекислота, все более и более увеличивая силикатное ядро путем его наращивания на его границе с ледяной оболочкой.

Вода, перемещаясь то вверх, в паро-водяном состоянии, то вниз, в жидком состоянии, не двигается порожняком, а, как и углекислота, транспортирует в обеих направлениях вещества разных пород, осуществляя в силикатном ядре дифференциацию глубинного вещества на слои с различным химическим составом и плотностью. Вниз вода транспортирует одни, как правило, более тяжелые породы, особенно те из них, которые имеют свойство растворяться в жидкой воде. А наверх вода (и пар) транспортирует в основном более легкие породы, особенно те, которые обладают свойством растворяться в парообраз ном виде.

В результате этого подземного кругооборота воды силикатное ядро расслаивается на три сферы. В центре планеты возникает небольшое ядро, состоящее из наиболее плотных пород, преимущественно типа базальтов с большой примесью металлов и их соединений. А вокруг базальтового ядра возникает также сначала небольшая оболочка из более лёгких (менее плотных) силикатных пород типа гранитов. Сверху же гранитного слоя остаются силикатные обезвоженные, хотя и не полностью, породы (см. рис.3).

По мере дальнейшего увеличения планеты (спутника), которое происходит главным образом во время галактичес ких зим, базальтовое ядро и гранитная оболочка все более и более увеличиваются за счет дифференциации силикатной оболочки водой и водяным паром. Но силикатная оболочка не исчезает, поскольку она, сокращаясь внизу, от центра, вследствие кругооборота воды в центральной части планеты, в то же самое время наращивается сверху, снаружи, вследствие кругооборота углекислоты на периферии планеты.

Если раньше, на первом этапе существования небесного тела вещество состояло из недифференциро ванных космических осадков, и если на следующем этапе вещество ледяной планеты состояло из трех оболочек: силикатного ядра, ледяной оболочки и слоя осадочных пород, то теперь планетное вещество состоит уже из пяти оболочек, в центре планеты находится базальтовое ядро, затем располага ются гранитная, силикатная и ледяная оболочки, а снаружи расположена оболочка из космических осадков.

По мере роста планеты происходит увеличение массы вещества во всех оболочках ледяной планеты, но базальтовое ядро растет быстрее всего. Ведь все другие оболочки с одной стороны - изнутри размываются, а с другой стороны - снаружи наращиваются. И что они теряют изнутри, они приобретают снаружи. Они как бы постепенно передвигаются от центра на периферию. А базальтовое ядро только наращивается сверху, на границе с гранитными породами.

На определенном этапе роста и геологического развития ледяной планеты, по мере увеличения в центре планеты температуры, плотности и давления, в чрезмерно выросшем базальтовом ядре начинается новый кругооборот нового рабочего вещества, более тугоплавкого и более тяжелого, чем углекислота и вода. По мнению советских исследователей С. И. Григорьева и М. Т. Емцова, этим рабочим веществом может быть сера. Если это так, то именно с участием серы начинается новый этап дифференциации глубинного вещества. Сера, растопившись при нагреве, а затем и закипая, начинает, подобно углекислоте и воде, циркулировать вверх-вниз, то закипая и превращаясь в газово-жидкую серную смесь в центре базальтового ядра, то охлаждаясь на его периферии и стекая вниз. При этом сера так же, как и углекислота и вода, начинает транспортировать базальтовые породы, расслаивая их на более тяжелые (плотные), которые отлагаются в центре, и на более легкие, которые располагаются между новым плотным ядром и базальтовой оболочкой.

Таким образом, на новом этапе геологического развития планеты, последняя состоит уже из семи сфер, или оболочек. Но, как известно, вещество современных планет земной группы состоит из большего числа слоев: твердого центрального ядра, большого жидкого ядра, нижней, средней и верхней мантии, базальтовой и гранитной оболочек и слоя осадочных пород.

Отсюда можно сделать два вывода. Во-первых, в больших планетах после расслоения базальтового ядра при участии серы (или другого рабочего вещества) и возникновении в нем двух новых сфер, происходит еще одно (или несколько), новое расслоение, либо при участии четвертого рабочего вещества (быть может, свинца, цинка или ртути), либо вследствие расплава в центре планеты пород под воздействием высокой температуры. Во-вторых, в некоторых планетах и спутниках земного типа происходит таяние ледяной оболочки и, вследствие этого, оседание слоя космических осадков на дно образовавшейся гидросферы, в результате чего слой осадочных пород объединяется в единый слой с силикатной оболочкой. Хотя более вероятно, что сначала на некоторых далеких от Солнца планетах и спутниках произошло полное исчезнове ние посредством дифференциации слоя осадков, а затем уже таяние ледяной оболочки и ее полное или частичное выпаривание в межпланетное пространство (Ио, Европа, Тритон, Уран, Нептун).

В результате сложились, если не считать планеты-гиганты, внутреннее строение которых неизвестно, две группы планет, резко отличающиеся друг от друга по своему строению (и плотности). В силикатных планетах и спутниках выше гранитного слоя расположен слой осадочных пород, а на Земле еще и гидросфера. А в ледяных планетах и спутниках (Плутон, Ганимед, Каллисто, Титан и др.) снаружи гранитного слоя расположена оболочка недифференцированных обезвоженных силикатов, затем ледяная оболочка и, наконец, слой осадков (грязный рыхлый снег).

Как известно, наружные оболочки планет - осадочные породы, граниты, базальты - составляют литосферу. К ней же обычно относят и верхнюю мантию. На силикатных планетах и спутниках литосфера имеет небольшую толщину, порядка 100-300 км. На ледяных планетах и спутниках все обстоит иначе. Литосфера там мощная, протяженная, ведь к литосфере на этих планетах и спутниках относятся и ледяная оболочка, и силикатная, и оболочка космических осадков. Если на силикатных планетах литосфера составляет меньшую часть их толщи, то на ледяных, наоборот, большую часть. Возможно, на некоторых планетах и спутниках литосфера занимает промежуточное положение, например, на Ганимеде и Каллисто.

Говоря выше о глубинной дифференциации вещества, мы исходили из упрощенного представления, что космические осадки, выпадающие на поверхность небесных тел, распределяются на ней более или менее равномерно по их количеству и химическому составу. И, вследствие этого, дифференциация вещества происходит одинаково со всех сторон планеты. Однако, дело обстоит несколько иначе.

Космические осадки, особенно твердые тела, а вместе с ними и радиоактив ные вещества, распределяются не абсолютно равномерно на поверхности планет при выпадении на них. Это приводит к гравитационным и температурным аномалиям в веществе планеты. Гравитационные аномалии приводят к прогибам на поверхности планет, а температурные аномалии - к неравномерной дифференциации вещества с разных сторон планеты.

Чаще всего гравитационные и температурные аномалии действуют совместно в одних и тех же местах планеты. А это усиливает их воздействие на геологичес кую эволюцию планеты, отклоняя ее от нарисованной выше картины.

При значительном прогибе поверхности планеты хотя бы в одном только месте, хотя их может быть несколько, космические осадки заполняют его во время очередной галактической зимы, подобно тому, как снег во время земной зимы заполняет все овраги, сравнивая их с поверхностью земли. Но под тяжестью заполнивших прогиб поверхности планеты космических осадков, которых в месте прогиба на единицу площади поверхности приходится во много раз больше, чем в среднем по планете, прогибание поверхности в этом месте еще более усиливается, вследствие нарушения установившегося было гравитационного равновесия за счет прогиба поверхности.

Во время следующей галактической зимы в увеличивающийся прогиб попадает еще больше, в расчете на единицу площади, космических осадков, и снова происходит во время и после окончания галактической зимы дальнейшее усиление прогиба поверхности. Более того, и после окончания галактической зимы космические осадки, распределившиеся по всей поверхности планеты, начинают перемещаться под действием атмосферных перемещений, а также и гидросферных, если гидросфера имеется, и, по мере оседания вещества в месте прогиба, заполняют его снова и снова.

В результате прогиб поверхности планеты превращается как бы в гравитационный колодец, через который космические осадки попадают внутрь планеты. Конечно, через гравитационный колодец попадают в недра планеты не все осадки, но их значительная часть, может быть и большая, начиная с какого-то времени геологического развития планеты.

Одновременно продолжает действовать и описанный выше механизм дифференциации вещества планеты, но теперь большая часть вещества космических осадков попадает внутрь планеты уже через один или несколько ограниченных участков поверхности (морских впадин). Некоторые из морских впадин могут достигать больших размеров. Такой огромной древней океанической впадиной на Земле был, возможно, древний Тихий океан, границами которого являются, приближенно, современные тихоокеанские хребты, проходящие по окраинам современного Тихого океана. Большая часть же поверхности планеты обновляется медленно, что в конце концов приводит к грандиозным последствиям в геологическом развитии планеты.

Космические осадки, втягиваясь вглубь планеты через морские впадины, также проходят через весь описанный выше ряд этапов дифференциации вещества, сначала посредством углекислоты, затем воды, серы и т. д. Изменяется не сам механизм дифференциации вещества при возникновении гравитационных колодцев, а скорость протекания дифференциации вещества в различных частях планеты.

В результате, при сохранении темпов роста планеты происходит замедление расширения наружных оболочек планеты. Если раньше, при примерно равномерной дифференциации вещества по всем направлениям от центра планеты, последняя увеличивалась только снаружи, то теперь, при образовании гравитационных колодцев, планета начинает увеличиваться не только (и не столько) снаружи, но и изнутри. А это приводит к возникновению мощных и все более усиливающихся напряжений внешних оболочек планеты, которая превращается как бы в паровой котел, в котором непрерывно увеличивается давление пара.

И рано или поздно сила давления глубинного вещества на наружные оболочки изнутри достигает такой критической величины, что в наружных оболочках планеты возникают трещины. И наружные оболочки лопаются на несколько частей, между которыми возникают глубокие разломы, которые снизу постепенно заполняет глубинное вещество, а сверху, более быстро, - космические осадки.

После разлома наружных оболочек на части (плиты) они начинает постепенно как бы расходится в разные стороны. Дифференциация вещества на поверхности этих плит почти прекращается. Все космические осадки втягиваются атмосферными перемещениями в образовавшиеся разломы и дифференциация космических осадков происходит теперь главным образом в местах разлома.

Планета продолжает постепенно увеличиваться, но площадь поверхности континентальных плит не увеличивается. Увеличение поверхности планеты происходит за счет расширения разломов и увеличения их поверхности. И хотя континентальные плиты не подвергаются (или подвергаются мало) горизонталь ным перемещениям, но они отдаляются друг от друга, поскольку перемещаются в вертикальном направлении при увеличении объема, площади поверхности и радиуса планеты по мере ее роста.

В местах разломов верхних оболочек планеты сразу же начинают формироваться новые оболочки, преимущественно за счет космических осадков, заполняющих в галактические зимы и после их окончания разломы и подвергающие ся в разломах ускоренной дифференциации. Но различие в уровнях поверхностей плит и разломов сохраняется еще долгое время, хотя и со временем все более стирается. Единая раньше поверхность планеты, если не считать небольшие по площади морские прогибы, разделяется на материковые поднятия и океанические впадины. И только срединно-океанические хребты показывают места расколов единой ранее материковой коры.

Но через какой-то довольно длительный промежуток времени уровни материков и океанов сравниваются за счет наращивания верхних оболочек в океанических впадинах. А затем увеличившаяся планета, залечив на своем теле глубокие шрамы, принимает свой прежний вид. Но пройдет время, и все повторится снова. Вновь возникнут гравитационные колодцы, вновь планета будет пухнуть изнутри, вновь лопнет с грохотом верхняя ледяная (или ледяная и силикатная и т.д.) оболочки, и вновь возникнут материки и океаны, возникнут, чтобы снова со временем исчезнуть.

При последнем разломе земной материковой коры возникли три новых океана: Атлантический, Индийский и Северный. А Тихий океан лишь увеличил свои размеры, поскольку разлом литосферы произошел и по его дну вблизи берегов. Можно предположить, что древний Тихий океан, в несколько раз меньший современного, произошел либо в результате прогиба вследствие гравитационно-температурных аномалий, имевших место на его территории в еще более раннее время, либо в результате предпоследнего разлома материковой коры (вместе с литосферой) на континентальные плиты, которые затем срослись за счет привнесения космических осадков во все океанические впадины. Сращивание не произошло лишь в одном месте - в наиболее крупной впадине, там, где располагался древний Тихий океан. Ныне это центральная часть современного Тихого океана. Что, возможно, единая материковая кора Земли подвергалась нескольким разломам, подтверждается, по-видимому, тем, что материковые платформы отличаются между собой возрастом. Если соединить мысленно все древние платформы одного возраста, мы получим первоначальную литосферу маленькой Земли. Любопытно, что тогда с лица планеты исчезнут и Западно-Сибирская низменность, и Уральский хребет, и его продолжение - Северная Земля. Тот факт, что восточный край Восточно-Европейской древней платформы и западный край Восточно-Сибирской древней платформы имеют одинаковые очертания, говорит о том, что ранее они сливались в единую платформу. Затем эта единая платформа раскололась при очередном разломе литосферы Земли и между раздвинувшимися плитами возник древний Урало-монгольский океан. А современный Уральский хребет и Новая Земля являются остатками древнего срединно-океанического хребта, юго-восточная часть которого была разрушена мощными потоками северных ветров (атмосферной и гидросферной эрозией).

Любопытно, что очертания древних платформ Африки и Южной Америки со стороны Атлантического океана не совпадают подобно современным их берегам. Очевидно, между этими материками разломы происходили не один раз.

На определенной стадии развития планеты ледяная оболочка начинает таять под влиянием внутрипланетного (или солнечного) тепла, в результате чего на поверхности планеты возникает постоянная или временная гидросфера. Гидросфера способствует ускоренному перемещению космических осадков по планете с поверхности материков в океанические впадины и разломы или морские прогибы, и тем самым ускоряет цикл возникновения на поверхности планеты материков и океанов и их исчезновения (см. рис. 5).