Диффузия водорода из мантии Земли в космос

Миллиарды лет поверхность Земли покрыта океанами и морями, общая масса которых составляет на сегодняшний день ~ 1,5∙1018 т. Встает вопрос, благодаря чему в течение столь длительного исторического периода поддерживается баланс такого огромного количества воды? Ведь известно, что так называемый "круговорот воды в природе" на самом деле является незамкнутым. С одной стороны, идет постоянная диссоциация воды:

а) под действием фотохимических процессов в стратосфере Земли;

б) при механических кавитационных процессах на гребнях волн во время океанских штормов;

Биологическое связывание воды с углекислым газом и с выделением кислорода, которое в начальный период образования биосферы сыграло свою роль, в дальнейшем можно было уже не учитывать, поскольку процессы биосинтеза вошли в равновесие с процессами органического разложения, сопровождающимися высвобождением воды).

В результате прохождения первых двух процессов идет постоянное разложение молекул воды на водород и кислород:

2 H2O + ∆E → 2 H2 + O2 ( 1 )

Водород, как более легкий газ, быстро диффундирует в космос, а кислород, который тяжелее азота, большей частью опускается к поверхности Земли. Там кислород частично поддерживает баланс своего содержания в атмосфере, а частично связывается в различных окислительных процессах (например, окисление NH3, CH4, H2S, CO, FeO и т.д., выходящих на поверхность Земли в результате глубинных процессов).

Таким образом, если бы не было постоянного источника подпитки мирового океана новыми порциями воды, то его уровень в течение миллиардов лет постепенно снижался бы.

Принято считать, что таким постоянным источником воды является термическое разложение гидратированных силикатных глубинных пород Земли, якобы попавших туда из космоса в период формирования планет Солнечной системы. Однако такое предположение вызывает сомнения.

Из соображений химической кинетики, термическое разложение гидратированных силикатов должно протекать в определенном (по глубине и температуре) слое Земли и при этом должна наблюдаться падающая по экспоненте временная зависимость валового выделения воды по мере обезвоживания разлагающейся породы.

Поддерживать уровень океана могло бы постепенное продвижение фронта термического разложения пород в новые более поверхностные слои Земли, но для этого необходимо было бы постепенное повышение температуры внутри Земли. Однако если и говорить об историческом изменении потока энергии из недр Земли, то, скорее всего, наоборот, температура должна снижаться в силу постепенного истощения запасов радиоактивных элементов.

Более правдоподобным является предположение о том, что силикаты являются не источником воды, а наоборот, химически связывают значительную часть воды, просачивающейся на поверхность Земли через литосферу. При этом слой гидратированных силикатов постепенно уходит вглубь Земли по мере ее остывания из-за истощения запасов радиоактивных элементов.

Все это приводит к мысли о том, что должен быть другой стабильный источник выделения воды за столь длительный период существования земной гидросферы.

Известно, что при распаде радиоактивных элементов (U235, U238, Th232, K40), содержащихся в мантии Земли в гораздо больших количествах, чем в поверхностных слоях коры, происходит выделение таких высокоэнергичных частиц как α-частицы (ядра 2Не4), нейтроны (0n1) и гамма-излучение. Вступая во вторичные ядерные реакции, они способны приводить к выделению значительных количеств протонов (ядер водорода 1Н1):

Другие материалы

Общая характеристика слабо развитого района. Латинская Америка
ЛАТИНСКАЯ АМЕРИКА, общее название стран, расположенных в южной части Сев. Америки, к югу от р. Рио-Браво-дель-Норте (включая Центр. Америку и Вест-Индию), и в Юж. Америке. Общая площадь 20,5 млн. км2. Население 464 млн. человек (1993). На ...

Разработка региональной справочной общегеографической карты Смоленской области для Атласа Центра РФ
Разработать проект общегеографической карты Смоленской области Атласа Центра РФ. Атлас является справочным по назначению и общегеографическим по содержанию. Атлас предназначен для широкого круга читателей в качестве полезного справочного ...