Диффузия водорода из мантии Земли в космос

ZXA + 2Не4 → Z+1YA+3 + 1Н1 ( 2 )

ZXA + 0n1 → Z -1YA + 1Н1 ( 3 )

ZXA + hν → Z -1YA -1 + 1Н1 ( 4 )

Образующийся при этом водород является довольно активным восстановителем для ряда окислов, карбидов, нитридов металлов. К элементам, которые способны активно восстанавливаться водородом при температурах расплавленного вещества мантии Земли (1800-27000К), являются, в первую очередь, сидерофильные элементы ( Fe, Ni, Co ) :

MeO + H2 = Me + H2O ( 5 )

Me2C + 2H2 = 2Me + CH4 ( 6 )

Me3N2 + 3H2 = 3Me + 2NH3 ( 7 )

Сульфиды при данных условиях водородом не восстанавливаются, также как и окислы литофильных элементов ( Si, Al, Ca, Mg, Na, K, Ti, Mn, U, Th и т.д.).

Из халькофильных элементов наибольший интерес представляет поведение свинца, поскольку этим элементом оканчиваются урановые и ториевый ряды радиоактивного распада, и за историю существования Земли свинца должно было накопиться значительное количество. Поскольку урановые элементы в мантии находятся в виде окислов ( U3O8 , ThO2 ), то и образующийся свинец должен выделяться в виде окисла. Окислы халькофильных элементов ( Pb, Bi, Tl), образующихся в период радиоактивного распада, в силу своей летучести и термической нестойкости, должны концентрироваться в верхних, более низкотемпературных слоях мантии (по-видимому, в районе астеносферы, способствуя ее разжижению), где они, в основном, должны переходить в сульфиды. А сульфиды в этих условиях водородом не восстанавливаются.

Таким образом, можно заключить, что значительным и постоянным источником воды в истории Земли может быть процесс восстановления соединений сидерофильных металлов водородом, образующимся в результате прохождения реакций радиоактивного распада.

Дополнительным источником воды может быть также реакция:

MeO + H2S = MeS + H2O ( 8 )

С другой стороны, по-видимому, именно реакции 5 и 8 являются основными в пополнении металлической и троилитовой (MeS) фаз ядра Земли.

Описываемое в литературе предположение о том, что основную роль в образовании металлической фазы сыграл углерод, вызывает сомнение. В условиях резко восстановительной среды в мантии из-за присутствия больших количеств H2, H2S, СН4, NH3 и дефицита кислорода практически невозможно образование СО, являющегося необходимым вспомогательным компонентом для восстановительных реакций с участием углерода:

2C + O2 = 2CO ( 9 )

MeO + CO = Me + CO2 ( 10 )

‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾

2MeO + 2C + O2 = 2Me + 2CO2 ( 11 )

Реакция 11 идет практически при любых температурных условиях, в то время как реакция прямого восстановления углеродом в отсутствие кислорода:

2MeO + C = 2Me + CO2 ( 12 )

начинает идти слева направо только выше 25000К при нормальном давлении, а в условиях высоких давлений в мантии этот процесс еще более осложняется. В это же время реакция 5 развивается уже при температурах выше 10000К для FeO и 4000К для NiO, поэтому можно считать, что она более предпочтительна при параллельном прохождении, чем реакция 12.

Другие материалы

Секрет вращения земли и причины возникновения циклонов, тайфунов, торнадо
Почему Земля вращается? Почему ветры в циклонах в северном полушарии дуют против часовой стрелки, а в циклонах в южном полушарии дуют по часовой стрелке? Почему в экваториальной зоне Земли никогда не бывает тайфунов, смерчей и циклонов? На ...

Ф. Магеллан. Первое кругосветное путешествие
В течение XV столетия пиренейские державы — Испания и Португалия — выходят на путь широкой заморской экспансии. В обеих странах особенности их внутреннего развития и географического положения определили необходимость и возможность поисков ...