Лабораторная модель Земли. Водород в недрах Земли.
Кратко:

Извержения вулканов

Геологические про­цессы, формирующие облик и внутреннюю структуру нашей планеты, протекают чрезвычайно медленно и не поддаются непо­средст­венному наблю­дению.

Единственным исклю­чением служит вулкани­ческая деятельность — явление грандиозное и впечатляющее. При извержении вулканов облик отдельных участков Земли может измениться до неузнава­емости за считанные дни (а порой часы и даже минуты). Естественно, что уже одно это заставляет учёных с жадным интересом относиться к процессу вулканизма. А если добавить ещё и возможность непо­средст­венного контакта с «внутренним содержанием» планеты и невероятную эффектность зрелища…

Не удивительно, что извержения вулканов — едва ли не единственный геологический процесс, известный всем. И в то же время до сих пор в этом явлении много неясного и таинственного.

Этна. Сицилия.

Бурный выход газов из магмы через три жерла, расположенные вдоль трещины, открывшейся на высоте около 3000 м в ходе извержения 1971 г. (Этна. Сицилия)

Клубы белого пара, вырывающегося из кратера и боковых трещин Суфриера.

Клубы белого пара, вырывающегося из кратера и боковых трещин Суфриера. На заднем плане - город Бас-Тера, столица Гваделупы.

 

hyundai hd78

Подробно:

ГИПОТЕЗЫ, ФАКТЫ, РАССУЖДЕНИЯ

Водород в недрах Земли.
Лабораторный эксперимент по проверке правильности модели внутреннего строения Земли.

Предисловие автора сайта. Научиться предотвращать вулканические извержения, наверное, удастся не скоро. А вот избежать жертв во время земных катаклизмов мог бы помочь надежный, максимально точный прогноз. Чтобы научиться прогнозировать извержения необходимо прежде всего понять его причины.

Владимир Каланов.


"Знания-сила"

Занимаются проблемой прогнозирования извержений давно, но известны лишь отдельные удачи — например, советские вулканологи смогли с высокой точностью предсказать извержение вулкана Плоский Толбачик в 1976 году. Но, повторяем, это лишь случай.

Водород в недрах Земли

Почему всё так сложно? Мало изучен геологический механизм извержений. Их пытаются предсказать по таким симптомам, как землетрясения, газовые выделения и изменения их химического состава. Однако эти явления и сами по себе во многом загадочны. Взять те же газовые выделения, известно, что в основе их — водород. Известно, что рвутся они из глубин Земли, подталкивая вулкан к извержению. Но «из глубин» — это, согласитесь, довольно расплывчато. Откуда конкретно? Из ядра Земли, из мантии, из других структур? Знать бы точно, возможно, прогнозы извержения стали бы достовернее. Да и сведения о строении Земли пополнились новым багажом.

Может быть, именно сложностью заинтересовала эта проблема члена-корреспондента Российской Академии наук А.А. Маракушева (в своё время он возглавлял лабораторию термодинамики минералов Института экспериментальной минералогии РАН и заведовал кафедрой петрографии Московского государственного университета). Но с чего начать, каким путём вести исследования? В глубь планеты, конечно, не проникнуть, решил Алексей Александрович, на источник водорода воочию не взглянуть. Но ведь можно попробовать смоделировать условия, схожие с теми, при которых миллиарды лет назад формировалась наша Земля.

Лабораторная модель Земли

Однако модель надо из чего-то сделать. Что считать аналогом планетарного вещества? Может быть, метеориты?

По мнению специалистов, они имеют полное право претендовать на роль модели Земли. Ведь установлено: их возраст (за редким исключением) исчисляется в 4,6 миллиарда лет, что примерно совпадает с возрастом Земли. А раз формировались в одно время, в схожих условиях, есть, значит, нечто общее. Да и состав метеоритов, собственно, во многом напоминает «внутренности» нашей планеты. Особенно метеоритов хондритовых, сложенных из железа и силикатов — соединений, которые преобладают и в земном веществе.

А.А. Маракушев и его сотрудники решили воспроизвести на модели давно минувшие события — под большими давлениями и температурой расслоить метеоритное вещество на железо и силикаты, вернуть в исходное состояние. Разумеется, в присутствии водорода, да ещё и воды — ведь земные магматические породы зарождались в водно-водородной среде.

Водород, вода, метеоритное вещество. Три компонента модели. При соответствующих давлении и температуре водород проникнет в метеоритную массу, тогда и станет видно, что будет дальше.

Но на традиционной аппаратуре эксперименты ставить было бессмысленно: водород легко просачивается сквозь металлические стенки сосудов. Тем более под давлением. Вольфрам — один из немногих металлов, который «непрозрачен» для этого газа. Но мало сделать лишь герметичный сосуд, в котором можно «варить» метеорит. В эксперименте, как предполагали ученые, давление водорода придется изменять в широких пределах, а для этого не обойтись без редукторов, снижающих давление газа, клапанов, вентилей… Каждый такой узел — лазейка, сквозь которую водород может выбраться наружу. Тогда нашли обходной маневр: в сосуд решили закачать не чистый водород, а его смесь с аргоном. Этот газ очень удобен для обращения, и изменять его давление совсем несложно. А если изменять давление аргона — наполнять им сосуд в большей или меньшей степени,— то будет изменяться и давление самого водорода!

Оставалось найти способ сделать так, чтобы аргон не контактировал непосредственно с метеоритным веществом. Хотя этот газ и инертен, но вдруг его присутствие исказит картину. И здесь использовали как раз свойство водорода проникать через металлы. В вольфрамовый сосуд поместили еще один — из платины, а в него заключили метеорит и воду. Для водорода платина не преграда, а аргон она не пропускает.

За метеоритом поехали в Комитет по метеоритам при Институте геохимии и аналитической химии Академии Наук. Частичку внеземного вещества откололи от метеорита Царев — этот многотонный пришелец был найден в 1928 году на территории нашей страны. В лаборатории его растерли, расплавили, затем поместили однородную метеоритную массу, весьма схожую с земным веществом, в платиновую ампулу, а ту, в свою очередь,— в вольфрамовый сосуд.

Есть нужная температура. Есть и давление — с его помощью водород проходит сквозь платину, соединяется с метеоритной массой, давит на неё, проникает внутрь.

Эксперимент остановлен. Интересно, что там получилось?

В нижнюю часть ампулы опустилось железо. (Вспомним: в центре Земли и прочих родственных планет — как раз железное ядро.)

Повыше в ампуле — соединения силикатов с магнием. (Сравним с Землёй: над ядром, считают учёные, расположена магниево-силикатная мантия.) И верхний слой напомнил по составу земную кору: кремний, алюминий, магний в небольших количествах.

Получилось, что расслоившись в платиновой ампуле под давлением, метеоритная масса образовала модель Земли. Но если так, то где водород, в каком именно слое? Из каждого брали пробы. Считали, сравнивали. Ещё раз и ещё…

Большая часть водорода, участвовавшего в эксперименте, осела в нижнем слое, в железном. В других, в том числе и силикатном, его гораздо меньше. Водород ушёл в железо. И ядро у Земли железное… Значит, именно из железного ядра рвутся к поверхности водородные струи, пробуждая вулканы.

Выходило, что формирование Земли могло идти по следующему сценарию.

В тот далёкий период, когда земная праматерия кипела и бурлила, водород тяготел к центру зарождающейся планеты, растворяясь в железном ядре. Со временем (оно исчисляется миллионами лет) внешняя оболочка остывала, твердеющая сфера становилась все толще, шаг за шагом наступая на раскаленные «внутренности». Те, в свою очередь, сжимались к центру, к тому самому центру, где, как мы считаем, расположилось железное ядро, начиненное водородом.

Внешние силы сжимали ядро всё сильнее и сильнее. Но всему есть предел. И начали вырываться из него струи газа — одна за другой, словно сок из апельсина, сдавленного крепкой рукой. Впрочем, от брызнувшего сока вреда никакого нет. А вырвавшиеся к поверхности планеты потоки водорода предвещают явление опасное и, к сожалению, неотвратимое: колеблется земная твердь, дышат огнём кратеры…

«Кнопка», запускающая вулкан, спрятана на самой глубине, в железном ядре Земли. Вот такая гипотеза. Если её принять, возможно, решение проблемы прогноза вулканических извержений станет яснее.

↻Назад ➤ Читайте дальше: Эволюция Земли: новый взгляд на проблему

Регулировки чтения: ↵ что это   ?  

Чтение голосом будет работать во всех современных Десктопных браузерах.

1.1
1.0

Поделиться в соцсетях: