связи между калием и водородом калий теряет один электрон, а водород приобретает, превращаясь в пузатый гидрид-ион. Гидрид-ионы большие и «рыхлые». Их очень легко сжать, потому что, собственно говоря, и сжимать-то там особо нечего – один протон, вокруг которого крутятся два электрона. Сплошная пустота. Водород – это вам не атом металла, который может состоять из полутора сотен протонов и нейтронов и почти сотни электронов! Водород – фитюлька нехитрая.
И когда давление прижимает электронные орбиты к водородному ядру, гидрид-ион становится таким маленьким, что легко умещается в дырочках между крупными «шарами» атомов калия. Точнее, не атомов, а ионов калия – это важное примечание, поскольку теперь наш калий живет без одного электрона (который перешел к водороду), то есть без внешней электронной оболочки. Поэтому ион калия почти вдвое меньше, чем атом калия, ведь именно внешняя оболочка составляет 5/6 объема атома.
Атом сам разделся, «просить» не пришлось. А если еще и «попросить» с помощью хорошего давления, то «раздетому» атому будет легче сжиматься, поскольку электронная теснота уже не так плотна, как в чистом калии.
На рисунке внизу схематически показан процесс уплотнения гидрида калия и сжатие пузатых гидрид- ионов, которые теперь помещаются в промежутках между ионами калия.
И так ведет себя не только калий. Аналогичным аномальным образом сжимаются литий, натрий, рубидий, кальций и другие металлы. Но нас с вами интересуют не эти ничтожества, а магний и кремний – основа нашей планеты.
Если у магния сорвать внешнюю электронную оболочку, то его размер здорово уменьшится. Диаметр атома магния – 3,2 ангстрема. А диаметр положительного иона магния, лишенного двух электронов, всего 1,3 ангстрема. С кремнием та же хрень: диаметр полного атома кремния – 2,7 ангстрема, а «без башни» – 1,1.
Что это означает на практике? Это означает, что при определенных условиях плотность магния и кремния может вырасти в 14 раз и превысить плотность золота. Таков теоретический предел плотности гидридов магния и кремния. Это полностью снимает аргумент противников металлогидридной Земли о том, что у магния и кремния недостаточная плотность, чтобы быть «кандидатами на ядро». Действительно, плотность земного ядра, измеренная методами геофизики, составляет 12,5 г/см3, а плотность кремния 2,3 г/см3, магния – 1,74 г/см3. Маловато. Но если учесть, что плотность гидридов кремния и магния может быть увеличена до 14 раз, то вполне хватит. Причем с большим запасом.
Глава 4. Чудеса в решете. Точнее, в решетке
Теперь, отдав должное металловедению и кристаллографии, вновь вернемся в прошлое и посмотрим, что происходило дальше с нашей туманностью, которая доэволюционировала наконец до глобул – разреженных газовых шаров по миллиону километров в диаметре. Именно так выглядела когда-то наша будущая Земля. Впрочем, слово «выглядела» здесь совершенно неуместно, поскольку протоземля была невидима в силу своей разреженности – ее плотность в 1000 раз меньше плотности воздуха. Смотреть не на что! Абсолютно прозрачный шар, который и газовым-то назвать можно с некоторой натяжкой. Почти вакуум!
Но постепенная гравитационная конденсация вещества приводила к его разогреву. Тот же самый процесс мы уже наблюдали ранее в протосолнце, когда стискивание газа привело к его нагреву до полутора-двух тысяч градусов и легкому бордовому свечению. Однако дальнейшего нагрева – до двух-трех тысяч градусов на Земле не произошло. Потому что энергия гравитационного сжатия теперь расходовалась уже не на нагрев, а на создание химических связей между водородом и металлами. Дело в том, что реакции образования гидридов эндотермические, то есть идут с поглощением тепла. Получается, что тепловая энергия самым буквальным образом запасалась, аккумулировалась в гидридах. Чтобы потом высвободиться и дать толчок теперь уже не космической, но геологической истории планеты.
Выше мы «проходили», что давление способствует проникновению водорода в металлы. А температура, напротив, способствует разложению металлогидридов. На первом этапе работало именно давление, формируя металлогидридное ядро планеты. Причем поскольку процесс шел с поглощением тепла, ядро не нагревалось до той температуры, при которой гидриды уже начали бы разлагаться, высвобождая водород обратно. Это случилось позже…
Это случилось тогда, когда радиогенное тепло разогрело недра новенькой, только что из-под пресса, планеты. Радиогенное тепло – это тепло от распада радиоактивных элементов. Когда-то короткоживущие (время жизни около миллиона лет) радиоактивные элементы сыграли свою роль в эволюции небулы: ионизировали нейтральный газ, благодаря чему стала возможной магнитная сепарация элементов. А вот теперь уже «долгоиграющие» радиоактивные элементы типа урана сыграли свою роль в запуске геологического двигателя нашей планеты.
Что это за двигатель такой?
Да очень просто. Следите за мыслью…
Неспешный распад трансурановых начал постепенно прогревать планету изнутри по всему ее объему. И металлогидриды начали постепенно разлагаться. Химические связи металл – водород рвались, и освобожденный водород, для которого металл прозрачен, устремлялся наружу. Разумеется, сначала металлогидриды начали распадаться там, где их не сдерживало давление, – неподалеку от поверхности планеты. И постепенно этот процесс продвигался вглубь.
Через какое-то время планета расслоилась на несколько геосфер, вложенных друг в друга, как матрешки. Внутри планеты оставалось тяжелое и очень плотное ядро из металлогидридов. Его окружил пояс металлов, в которых гидриды уже разложились и теперь это были просто металлы с обильно растворенным в них водородом, который интенсивно утекал вверх. С течением времени, по мере радиогенного прогрева, слой металлов расширялся, а металлогидридное ядро уменьшалось из-за распада гидридов.
Заметьте важную деталь. Вот уже 4,5 миллиарда лет внутри Земли работает радиоактивная печка. А Земля не нагрелась, не расплавилась. Почему? Потому что избыточное тепло интенсивно отводится утекающим вверх водородом. Который, достигнув поверхности планеты, затем улетает в открытый космос. Об этом у нас еще будет конкретный базар.
Заметьте еще одну важную деталь. Улетающий из металлогидридного ядра водород прошивает окружающую ядро металлическую оболочку. А что делает водород, прошивающий металл? Мы это тоже проходили! Он выносит из металла кислород. И это значит, что в результате водородной продувки практически весь кислород, ранее равномерно размазанный по объему планеты, оказался вынесенным к ее поверхности. Именно поэтому складывается ощущение, что кислорода на нашей планете полно. Нет, не полно! Его, как и указано в таблице, всего 1 % от массы Земли. Просто теперь весь этот процент сосредоточен у поверхности планеты, а не в ее объеме. И только поэтому его хватило на формирование океанов, атмосферы и даже тонкой силикатной (окисной) корочки планеты.
(У самых внимательных граждан, имеющих отношение к науке, может возникнуть вопрос: а почему на рис. 3 мы видим «кислородную аномалию», которая не укладывается в генеральную линию? Не означает ли это, что кислорода на планете все-таки больше, чем один весовой процент?.. Не означает. На графике дано относительное содержание элементов в системе Земля – Солнце. При этом данные об относительном содержании элементов на Земле получены, разумеется, с помощью изучения земной поверхности, поскольку с глубины более 150 км у нас образцов нет. А так как весь кислород выдуло именно к поверхности, он и дал такой вот выброс, «сделав вид», что его много.)
Ну и что же мы имеем в итоге? Давайте подобьем бабки, если бабок не жалко.
В самом центре планеты мы имеем пока еще не исчезнувшее металлогидридное ядро диаметром 2750 км. Его называют внутренним ядром, потому что есть еще внешнее ядро, состоящее из исчезающих гидридов вперемешку с металлами, которые просто насыщены водородом. Толщина этого слоя 2100 км, а вместе внутреннее и внешнее ядра составляют Большое ядро Земли.
Большое ядро окружает металлосфера толщиной примерно в 2750 км. Как ясно из названия, она состоит из сплавов разных металлов на основе кремния, магния и железа. Водорода там практически нет.
Наконец, сверху Землю покрывает тоненький слой силикатов и окислов толщиной до 150 км.
И никакой, как видите, силикатной мантии. Никакого железного ядра. Потому что железа на Земле очень
