Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли)

Однако в случае изначально гидридной Земли все происходило совершенно иным образом. Мы знаем четкое правило: с повышением давления все большую устойчивость приобретают все более плотные фазы, т.е. химические соединения, обладающие большей сжимаемостью. Ниже (в разделе 5.1) будет показано, что ионные гидриды обладают много большей сжимаемостью в сравнении с гидридами ковалентными. Следовательно, при высоком и сверхвысоком давлении (порядка мегабара) гидриды металлов должны трансформироваться таким образом, чтобы иметь преимущественно ионный тип химической связи.

Гидриды всех металлов, входящих в состав планеты (см. табл. № 1), имеют преимущественно ковалентный тип химической связи, но это при давлении в 1 атмосферу. Вместе с тем при возрастании давлений до мегабарного диапазона (давление в центре Земли ≈ 3,6 мегабара) тип химической связи должен быть преимущественно ионным. Чтобы провести такую трансформацию, нужно совершить работу, т.е. затратить энергию. Таким образом, в случае изначально гидридного состава потенциальная энергия, выделявшаяся при гравитационном уплотнении планеты, не приводила к ее разогреву, а преимущественно расходовалась на преобразование химических соединений в недрах Земли. Впрочем, здесь вернее будет сказать не «расходовалась», а «консервировалась» в теле планеты. В рамках термодинамики это означает резкое возрастание химического потенциала водорода*.

* Следует помнить, что водород в исходном составе являлся преобладающим элементом (по числу атомов). В таком случае повышение внутренней энергии при гравитационном сжатии непременно вызывало возрастание «химического потенциала» водорода. «Химический потенциал» — это отнюдь не термин общего пользования, а строго определенная термодинамическая функция, которая имеет размерность энергии и является мерой потенциального стремления компонента к переходу из одной фазы системы в другую. В нашем случае это означает стремление водорода выйти из тела планеты (из твердой фазы) в атмосферу (в газовую фазу планеты как термодинамической системы). В термодинамике химический потенциал «μ» определяется как: μ = U +pV − TS, где U— внутренняя энергия, р — давление, V— объем, Т— температура, S — энтропия. Полный дифференциал этого выражения имеет вид: dμ =dU + pdV+ Vdp − TdS − SdT. Но так как dU = TdS − pdV, то химический потенциал принимает вид: dμ = Vdp − SdT. Когда температура меняется мало или вообще постоянна (по причине протекания эндотермических процессов), то энтропийный член «SdT» будет малым или равным нулю и возрастание давления будет сопровождаться в основном увеличением химического потенциала. Если в дальнейшем к какой-то части этой системы подводится тепло и температура достигает уровня неустойчивости гидридов, последние будут разлагаться с выделением водорода и высвобождением энергии (в виде тепла), ранее запасенной в виде химического потенциала.

Итак по мере роста давлений в недрах планеты начинались процессы, идущие с поглощением тепла, и суть этих процессов в трансформации характера химической связи водорода с металлами. Следовательно, новорожденная планета была относительно холодной. Под этим нечетким определением мы понимаем всего лишь то, что температура в ее недрах не достигала того уровня, при котором гидриды начинали разлагаться. На этом кончается космогонический этап формирования планеты и начинается долгая геологическая жизнь Земли.