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.
Рис. 68. Владимир Ларин
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.
Рис. 69. Схема атомов металла и водорода
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.