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

Кроме того, гранулиты архея содержат очень мало калия. Это особенно бросается в глаза на фоне исключительно мощной нижнепротерозойской гранитизации, сопровождаемой практически повсеместным калиевым метасоматизмом, который проявился прежде всего в виде микроклинизации. Калиевый полевой шпат — микроклин — в обнажениях обычно имеет красный цвет, и это помогает ориентироваться при полевых наблюдениях на щитах. Когда в маршруте вы замечаете, что привычные серые оттенки пород вдруг сменились гораздо более богатой цветовой палитрой с преобладанием розового цвета (и если это не от граната), то почти наверняка, либо вы вышли из архея в протерозой, либо попали в зону, где архейские гранулиты претерпели калиевый метасоматизм протерозойского или более позднего возраста. Получается, что на протяжении почти двух миллиардов лет от рождения планеты вплоть до начала протерозоя что-то сдерживало вынос литофильного калия в верхние горизонты литосферы. Причина этого будет рассмотрена ниже в специальном разделе 11.2, а здесь мы обсудим остальные парадоксы и загадки, упомянутые в этой главе.

«Геобарический и геотермический парадоксы» автоматически исчезают при допущении расширения планеты. Согласно нашей оценке возможного расширения Земли (см. раздел 8.1), сила тяжести в архее была в 3–3,5 раза больше современной, и в этом случае давления порядка 10 кбар достигались на глубинах 8—10 км, что сразу снимает остроту с «проблемы захоронения». Кроме того, если температура в 650–800 °C достигалась уже на глубине 10 км, то получается, что архейский геотермический градиент был примерно в 2,5 раза выше современного, как и должно быть.

В разделе 4 мы уже говорили про образование литосферы на ранних этапах существования планеты в связи с выносом кислорода во внешнюю оболочку в процессе водородной продувки металлосферы. При этом литосфера нарастала только до определенной глубины. Это связано с трансформацией полупроводникового кремния в металлизированное состояние при давлении в 125 кбар (см. рис. № 10). Растворимость водорода в решетке полупроводникового кремния очень мала, тогда как металлизированный кремний (по свойствам он подобен титану) способен растворять очень много водорода. Вместе с тем давно подмечено: чем выше растворимость водорода в решетке металла, тем эффективнее металл очищается от примеси кислорода. Таким образом, при давлениях, превышающих 125 кбар, кремний (в условиях продувки водородом) не может вступать в химическое взаимодействие с кислородом. Наоборот, происходит очищение металлизированного кремния от кислорода (при малой исходной концентрации кислорода, как в нашем случае). Но при меньших давлениях, когда кремний становится полупроводниковым и растворимость водорода в нем резко уменьшается, образование окисла идет весьма энергично с выделением большого количества энергии (тепла)*.

* Кроме того, образование окисла по менее плотной фазе оказывается гораздо более выигрышным с энергетической точки зрения. Это является дополнительным фактором, влияющим на преимущественное образование окиси кремния при давлениях меньших 125 кбар.

Тепло, выделявшееся при образовании силикатов (это сотни кДж на моль), обеспечивало постоянный подогрев силикатно-окисной оболочки, и она, на протяжении всего процесса своего формирования, вынуждена была пребывать в состоянии тепловой конвекции. Сила тяжести к концу архея была в 3 раза больше современной. Давление в 125 кбар (давление металлизации кремния) достигалось на глубине порядка 130 км, и таковой была мощность архейской литосферы. При тепловой конвекции горизонтальные плечи ячей, как правило, всегда меньше их вертикальной составляющей. Поэтому конвекция в архее могла быть только мелкоячеистой, и характерная размерность архейских структур должна быть в пределах десятков километров, не более.