А здесь тело размером с Луну, прото-Луна падает на прото-Землю. Происходит колоссальный разогрев. И здесь начинается образование магматического океана. Это какая-то, так сказать, каша из металла, из силикатов. Вы спросили об энергии, вот эта колоссальная энергия…
А.К. Она реализовалась таким способом.
О.К. И, конечно, Земля прогрелась очень сильно. Происходило, вероятно, катастрофическое формирование ядра. То есть эта тяжёлая железная фракция, она просто проваливалось к центру. Но ядро, ведь оно радиусом 3 с половиной тысячи километров и треть Земли по массе. Это колоссальное количество железа, железа с примесями, с кислородом, с серой, с углеродом, с водородом и так далее.
Очень важно здесь отметить одну такую особенность, что ядро не чисто железное. Метеориты тоже не бывают чисто железоникелевыми. Плотность железных фаз, померенная в лаборатории, несколько больше, нежели плотность ядра, рассчитанная через методы сейсмологии. Плотность в центре Земли - это около 13 грамм на кубический сантиметр. Плотность железа, измеренная в лаборатории, она превышает плотность центра Земли.
А.Г. Несмотря на то, что там давление колоссальное.
О.К. Это колоссальное давление, это давление трех с половиной миллионов атмосфер. И поэтому ядро нужно чем-то разбавить, каким-то лёгким легирующим компонентом. Это, ещё раз повторяю, водород, кислород, сера, кремний, углерод - не обязательно, что они там есть, я говорю о гипотезах.
А.К. Это то, что может понизить плотность.
О.К. То, что может понизить плотность и понизить температуру плавления железа. И именно с этими легирующими компонентами связаны флюиды, которые как-то тянутся от ядра и несут все эти летучие фракции, которые образуют и состав ранней атмосферы, и состав гидросферы. Не так ли?
А.К. Да. Конечно, ранние этапы формирования Земли - это вообще-то область гипотез. Просто потому что Земля в своём веществе очень мало сохранила информации о самых ранних этапах. То есть они скрыты поздними процессами. Что, скажем, происходило 3.5 миллиарда лет назад мы знаем, всё-таки что-то осталось, а более ранние этапы, они науке мало известны, потому что не сохранила природа данных.
Но, действительно, летучие компоненты земли важны для понимания гидросферы, и атмосферы, и ранней атмосферы. На ранних этапах состав этих летучих компонентов, как мы предполагаем, был тесно связан с формированием ядра. В чём дело? По-видимому, был этап - хотя это гипотеза - был этап, когда металл находился в равновесии с силикатом, ещё ядра не было. Но в присутствие металла возникает пониженная химическая активность кислорода, как бы дефицит. И при таком состоянии глубинного вещества состав газа должен быть абсолютно иным, чем тот, который мы сейчас видим. Это должен был быть водород, метан, - как мы говорим, восстановленные газы. Вот они должны были присутствовать в земле.
Но доказать это довольно трудно. Хотя мы пытаемся это сделать. Но как мы пытаемся сделать? Какие методы используем для того, чтобы понять эти процессы?
Первый путь совершенно очевиден, он связан с ксенолитами, с теми глубинами, откуда магма выносит части атмосферы.
О.К. Надо рассказать, наверное, что такое ксенолиты.
А.К. Ксенолиты - это часть глубинной породы, которую магма при своём подъёме как бы вырвала из окружающей среды и вынесла на поверхность земли. Мы эти части просто видим, в базальтовой жидкости они сохранились, мы можем их собирать. Мы можем взять эти ксенолиты, изучить химические равновесия и рассчитать, скажем, химический потенциал кислорода. Это наука и делает. Таким образом мы можем реконструировать, какой газ там был: вода, СО2 или же метан.
Кроме того, эти глубинные минералы почти что все содержат включения глубинных газов. Опять-таки - это глубина 100 километров. Мы можем этим воспользоваться. Такими методами пользуется наука.
И вот когда мы это сделали, то увидели, что в древних породах литосферы, вынесенных кимберлитовыми магмами (это такой несущий сплав, ксенолит, который содержит алмазы), мы видим довольно низкий потенциал кислорода. Довольно низкий. Причём возраст этих ксенолитов где-то 3.5 миллиарда лет.
Но всё-таки не настолько низкий, чтобы это вещество находилось в равновесии с металлом. А потом по этим же измерениям мы знаем, что потенциал кислорода, по-видимому, повышался, и в архее повышался. И вот современная мантия имеет высокий потенциал кислорода. И метан в верхних слоях мантии не устойчив. Мы не видим таких признаков. Устойчива вода, углекислота, карбонаты.
О.К. А можно какую-то аналогию провести между составом атмосферы Венеры и составом атмосферы Земли?
А.Г. Я тоже хотел об этом спросить.
А.К. Тут надо сказать так. Существует гипотеза эволюции состава газа Земли со временем, которая утверждает, что на ранних этапах был восстановленный состав газов мантии. По-видимому, на каких-то ранних этапах атмосфера тоже содержала восстановленный летучий метан. По отношению к Земле мы можем это как-то более-менее обосновывать. Но если говорить в принципе, если сравнивать одну планету с другой по изотопии, то Эрик Михайлович Галимов, который у вас делал доклад о происхождении жизни, приходит к выводу, что на Марсе тоже была восстановленная атмосфера. Но вы спрашиваете о другом: почему вода на Земле и СО2 на Венере.
А.Г. Один и тот же ли был сценарий развития событий?
О.К. Влияло ли расстояние от Солнца? Или какие-то другие процессы? Ещё тут важно магнитное поле. У Венеры нет магнитного поля, у Земли есть магнитное поле.
А.К. Вы знаете, это очень дискуссионный вопрос. Я могу свою точку зрения высказать на этот счёт. Эту концепцию, эти представления, вернее, ибо до концепции ещё далеко, я могу выразить следующим образом.
Вполне возможно, что при формировании протопланетного облака происходит так, что то вещество, из которого образовывалась Земля, в целом имело иную летучесть кислорода, чем вещество Венеры. Если мы возьмём систему, которая определяет образование главных газов, - это вода, метан, водород, и эта система будет в равновесии со свободным углеродом (а мы предполагаем, что на ранних этапах свободный углерод был), то там есть одна важная специфическая особенность термодинамики этих равновесий. Там получается так, что состав газа в этом случае будет очень сильно меняться как раз от потенциала кислорода, как мы уже говорили, от химической активности кислорода. Очень сильно. Он будет меняться от газов или флюидов, богатых СО2 до газов, богатых метаном, потом водородом.
Так вот могло получиться так, что Земля при своём формировании имела отличный потенциал кислорода, и вследствие сжатия этой газовой смеси (поскольку идёт аккреция, давление) где-то оказалось, что потенциал кислорода соответствует устойчивости воды.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
А.К. Она реализовалась таким способом.
О.К. И, конечно, Земля прогрелась очень сильно. Происходило, вероятно, катастрофическое формирование ядра. То есть эта тяжёлая железная фракция, она просто проваливалось к центру. Но ядро, ведь оно радиусом 3 с половиной тысячи километров и треть Земли по массе. Это колоссальное количество железа, железа с примесями, с кислородом, с серой, с углеродом, с водородом и так далее.
Очень важно здесь отметить одну такую особенность, что ядро не чисто железное. Метеориты тоже не бывают чисто железоникелевыми. Плотность железных фаз, померенная в лаборатории, несколько больше, нежели плотность ядра, рассчитанная через методы сейсмологии. Плотность в центре Земли - это около 13 грамм на кубический сантиметр. Плотность железа, измеренная в лаборатории, она превышает плотность центра Земли.
А.Г. Несмотря на то, что там давление колоссальное.
О.К. Это колоссальное давление, это давление трех с половиной миллионов атмосфер. И поэтому ядро нужно чем-то разбавить, каким-то лёгким легирующим компонентом. Это, ещё раз повторяю, водород, кислород, сера, кремний, углерод - не обязательно, что они там есть, я говорю о гипотезах.
А.К. Это то, что может понизить плотность.
О.К. То, что может понизить плотность и понизить температуру плавления железа. И именно с этими легирующими компонентами связаны флюиды, которые как-то тянутся от ядра и несут все эти летучие фракции, которые образуют и состав ранней атмосферы, и состав гидросферы. Не так ли?
А.К. Да. Конечно, ранние этапы формирования Земли - это вообще-то область гипотез. Просто потому что Земля в своём веществе очень мало сохранила информации о самых ранних этапах. То есть они скрыты поздними процессами. Что, скажем, происходило 3.5 миллиарда лет назад мы знаем, всё-таки что-то осталось, а более ранние этапы, они науке мало известны, потому что не сохранила природа данных.
Но, действительно, летучие компоненты земли важны для понимания гидросферы, и атмосферы, и ранней атмосферы. На ранних этапах состав этих летучих компонентов, как мы предполагаем, был тесно связан с формированием ядра. В чём дело? По-видимому, был этап - хотя это гипотеза - был этап, когда металл находился в равновесии с силикатом, ещё ядра не было. Но в присутствие металла возникает пониженная химическая активность кислорода, как бы дефицит. И при таком состоянии глубинного вещества состав газа должен быть абсолютно иным, чем тот, который мы сейчас видим. Это должен был быть водород, метан, - как мы говорим, восстановленные газы. Вот они должны были присутствовать в земле.
Но доказать это довольно трудно. Хотя мы пытаемся это сделать. Но как мы пытаемся сделать? Какие методы используем для того, чтобы понять эти процессы?
Первый путь совершенно очевиден, он связан с ксенолитами, с теми глубинами, откуда магма выносит части атмосферы.
О.К. Надо рассказать, наверное, что такое ксенолиты.
А.К. Ксенолиты - это часть глубинной породы, которую магма при своём подъёме как бы вырвала из окружающей среды и вынесла на поверхность земли. Мы эти части просто видим, в базальтовой жидкости они сохранились, мы можем их собирать. Мы можем взять эти ксенолиты, изучить химические равновесия и рассчитать, скажем, химический потенциал кислорода. Это наука и делает. Таким образом мы можем реконструировать, какой газ там был: вода, СО2 или же метан.
Кроме того, эти глубинные минералы почти что все содержат включения глубинных газов. Опять-таки - это глубина 100 километров. Мы можем этим воспользоваться. Такими методами пользуется наука.
И вот когда мы это сделали, то увидели, что в древних породах литосферы, вынесенных кимберлитовыми магмами (это такой несущий сплав, ксенолит, который содержит алмазы), мы видим довольно низкий потенциал кислорода. Довольно низкий. Причём возраст этих ксенолитов где-то 3.5 миллиарда лет.
Но всё-таки не настолько низкий, чтобы это вещество находилось в равновесии с металлом. А потом по этим же измерениям мы знаем, что потенциал кислорода, по-видимому, повышался, и в архее повышался. И вот современная мантия имеет высокий потенциал кислорода. И метан в верхних слоях мантии не устойчив. Мы не видим таких признаков. Устойчива вода, углекислота, карбонаты.
О.К. А можно какую-то аналогию провести между составом атмосферы Венеры и составом атмосферы Земли?
А.Г. Я тоже хотел об этом спросить.
А.К. Тут надо сказать так. Существует гипотеза эволюции состава газа Земли со временем, которая утверждает, что на ранних этапах был восстановленный состав газов мантии. По-видимому, на каких-то ранних этапах атмосфера тоже содержала восстановленный летучий метан. По отношению к Земле мы можем это как-то более-менее обосновывать. Но если говорить в принципе, если сравнивать одну планету с другой по изотопии, то Эрик Михайлович Галимов, который у вас делал доклад о происхождении жизни, приходит к выводу, что на Марсе тоже была восстановленная атмосфера. Но вы спрашиваете о другом: почему вода на Земле и СО2 на Венере.
А.Г. Один и тот же ли был сценарий развития событий?
О.К. Влияло ли расстояние от Солнца? Или какие-то другие процессы? Ещё тут важно магнитное поле. У Венеры нет магнитного поля, у Земли есть магнитное поле.
А.К. Вы знаете, это очень дискуссионный вопрос. Я могу свою точку зрения высказать на этот счёт. Эту концепцию, эти представления, вернее, ибо до концепции ещё далеко, я могу выразить следующим образом.
Вполне возможно, что при формировании протопланетного облака происходит так, что то вещество, из которого образовывалась Земля, в целом имело иную летучесть кислорода, чем вещество Венеры. Если мы возьмём систему, которая определяет образование главных газов, - это вода, метан, водород, и эта система будет в равновесии со свободным углеродом (а мы предполагаем, что на ранних этапах свободный углерод был), то там есть одна важная специфическая особенность термодинамики этих равновесий. Там получается так, что состав газа в этом случае будет очень сильно меняться как раз от потенциала кислорода, как мы уже говорили, от химической активности кислорода. Очень сильно. Он будет меняться от газов или флюидов, богатых СО2 до газов, богатых метаном, потом водородом.
Так вот могло получиться так, что Земля при своём формировании имела отличный потенциал кислорода, и вследствие сжатия этой газовой смеси (поскольку идёт аккреция, давление) где-то оказалось, что потенциал кислорода соответствует устойчивости воды.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70