КОСМОФИЗИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ НАС ПРИРОДЫ
Эта статья была написана для журнала "Sience"
физиком-ядерщиком, доктором физико-математических наук
Игорем Михайловичем Белозёровым.
Стремительное увеличение количества и глубины знаний о природе, обретаемых человеческой цивилизацией особенно в последние десятилетия, не позволяет все-таки дать сегодня разумный рациональный ответ на целый ряд порой животрепещущих вопросов, в далеко не полный перечень которых входят, например, следующие:
- расширяется ли Земля и, если «да», то почему?
- какова физическая и энергетическая природа разрушительных мощнейших тектонических подвижек на Земле и на суше и на море?
- откуда на Земле несметные запасы водорода, ежегодно улетучивающегося в космическое пространство в количестве сотен миллионов тонн, и где же он на планете хранится?
- какая сила вздымает вверх колоссальные массы обширных горных систем на Земле и на других планетах?
- какова природа истекающих из недр Земли потоков нейтронов?
- какова природа нефтей, газов, других углеводородов, ювенильной воды и т.п.?
- откуда взялись в природе только распадающиеся радиоактивные изотопы различных химических элементов и в каком процессе они могут «рождаться»?
Перечень этих пока безответных «земных» (и не только!) вопросов может быть продолжен и существенно расширен.
Следует отметить, что сегодня практически ни одна из отдельных дисциплин, специализирующихся на изучении проблем природоведения, не в состоянии предложить даже гипотетический логичный ответ на ряд из предложенных вопросов, не говоря уж об их комплексе. Очевидно, что поиск этого ответа необходимо должен базироваться на некоей сумме имеющихся знаний, достигнутых в ряде сопряженных областей природоведения. Очевидно также, что этот ответ должен быть прежде всего физически обоснован и не нарушать незыблемых природных законов сохранения.
С учетом вышеизложенного в предлагаемой статье в общих чертах изложена концепция, претендующая на некоторое обобщение имеющейся на сегодня суммы физико-химических знаний об окружающей нас природе и хотя бы частичное восполнение дефицита имеющихся знаний о ней. Излагаемая ниже концепция, несмотря на местами не достающую ей некоторую фундаментальность, позволяет предложить несколько иную нетрадиционную физико-химическую картину образования и развития окружающего нас мира, в том числе, в частности, и обосновать рациональные ответы на многие вопросы о нем [3].
Сначала некоторые факты.
Исследования последних десятилетий, проводимые, в частности, российскими геофизиками, наглядно показывают, что наша планета является активным источником в окружающую среду водорода, а также и нейтронов.
Многочисленные работы наших современников [2, 10, 19, 20, 21, 23 и др.], ряд проводимых прежде всего в рамках РАН научно-технических конференций, на которых обсуждаются проблемы физики и дегазации Земли [ 4, 5, 16, 17, 18 и др.], наглядно демонстрируют факт непрерывного, предельно продолжительного истечения из недр значительных потоков флюидов, содержащих как собственно водород, так и его производные (углеводороды, ювенильную воду и др.). Оценки, приводимые в [1, 8, 9, 17, 19, 21 и др.], показывают, что только количества ежегодно поступающих в атмосферу Земли водорода и метана составляют 40 ÷ 130 миллионов тонн и 1 ÷ 5 миллиардов тонн соответственно.
В последние 20÷25 лет, начиная с работ НИИ ядерной физики МГУ им. М.В. Ломоносова [10, 14, 20 и др.], все больший размах в России и СНГ приобретают исследования феномена истечения из земной коры потоков свободных нейтронов, в частности, теплового энергетического спектра [2, 4, 11, 16, 18, 23 и др.]. Сугубо предварительный анализ суммы полученных различными исследователями данных показывает, что величина регистрируемого потока истекающих из недр тепловых нейтронов достаточно непостоянная и зависит от многих природных факторов. Количественно же, согласно [11 и 4], плотность нейтронного потока может быть оценена величиной ≈ 1 н/см2 * сек, но, в зависимости от ситуации, может быть и значительно больше.
Естественно, для данного сообщения интерес представляет не столько сам факт постоянного истечения из недр Земли значительных потоков водорода и его производных, а также нейтронов, что следует считать доподлинно установленным, сколько физическая природа этих двух явлений.
С точки зрения классической геофизики природа этих двух потоков истекающего из недр планеты вещества различна. Наличие в недрах Земли колоссального количества испокон веков истекающего наружу водорода классика объясняет «захватом» его из окружающего пространства неким умозрительным протопланетным облаком в процессе также умозрительной аккреции Протоземли. Истечение же из недр планеты значительных потоков нейтронов объясняют протеканием в ее коре другого, совершенно независящего от первого также умозрительного процесса ядерного взаимодействия вещества планеты с остаточным количеством постоянно только распадающихся радиоактивных изотопов различных химических элементов или же с достигающими поверхности планеты корпускулами космического происхождения.
Нам же, в отличие от классики, физическая природа этих двух явлений - истечения из недр планеты водорода (и его производных) и нейтронов - представляется единой и взаимосвязанной.
Принципиально не отвергая некоторую гипотетическую возможность протекания вышеупомянутых достаточно умозрительных процессов, представляется, что, даже если бы они существовали и/или существуют, то их вклад в рассматриваемые два явления чрезвычайно гипертрофирован.
Предлагаемый принципиально иной концептуальный взгляд на физически единую природу рассматриваемого феномена относительно подробно изложен наит в [3, 4 и 5]. Здесь же физико-химическая основа предложенной концепции изложена достаточно конспективно.
Известно, что нейтрон как элементарная частица микромира, входящий в состав ядер всех химических элементов (исключая протий), был открыт лишь 80 лет назад (в 1932 году). За эти годы практически все основные свойства нейтрона достаточно хорошо изучены и он стал основой как современной ядерной энергетики, так и боевого оружия.
Известно, что нейтрон стабилен лишь в составе атомных ядер. В свободном же состоянии (вне атомного ядра) нейтрон «n» приобретает свойство радиоактивных ядер и подвергается самопроизвольному β-распаду на протон «р» и электрон «е» с периодом полураспада «Т1/2» около 15 минут и выделением энергии «Э», удельное значение которой (0,784 мегаэлектронвольта) практически сопоставимо с удельной энергией, выделяющейся при делении легкого изотопа урана «U-235» (в среднем около 0,915 Мэв) [7 / 17, 13, 22].
С химической точки зрения образующийся протон «р» является по своим свойствам катионом водорода «Н+», который, нейтрализуясь в окружающей среде, превращается в атомарный водород «Н», являющийся сильнейшим восстановителем [12] и рекомбинирующий впоследствии в молекулярный водород «Н2». Указанный процесс «НПВ» - преобразования (нейтрон -> протон -> водород) свободного нейтрона «n» сопровождается интенсивнейшим разуплотнением ядерного вещества вследствие увеличения линейного размера элементарной частицы радиусом ≈ 0,8 *10-13 см до размера иона и/или атома радиусом ≥ 1 *10-8 см, т.е. на 5 порядков или в ≈ 200 тысяч раз и соответствующим увеличением объема на 15 ÷ 16 порядков. Такова физико-химическая природа этой элементарной частицы. Таков механизм образования в природе наряду со свободными нейтронами «n» огромных количеств молекулярного водорода «Н2». Естественно, что в процессе этого «НПВ» - преобразования исходная частица во всех трех своих ипостасях оказывает определенное физико-химическое и энергетическое воздействие на все соответствующие компоненты окружающей ее среды.
Не вдаваясь в относительно подробное рассмотрение всех деталей возможного взаимодействия преобразующейся частицы с окружающей ее средой, рассмотрим один вопрос:
- откуда же, собственно, берется в природе свободный нейтрон «n»?
Для этого вновь обратимся к физическим основам природы. Известно, что в природе существует 4 типа силового взаимодействия тел и частиц между собой. Два из них - сильное и слабое взаимодействия - действуют в масштабах микромира, а два других - гравитационное и электромагнитное - в масштабах макромира. Радиус действия последних - сама бесконечность, а их интенсивность обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами масс этих тел. Иными словами, при увеличении расстояния вдвое сила взаимодействия тел уменьшается вчетверо, а при уменьшении расстояния вдвое это взаимодействие вчетверо возрастает, и так далее. В пределе же при уменьшении этого расстояния до нуля сила их взаимодействия возрастает до бесконечности.
Как известно, этот закон справедлив и для космического масштаба тел и расстояний. По мере сближения любого тела в процессе его движения вокруг центра системы (например, галактики) с ее ядром сила и скорость этого сближения возрастают в соответствии с указанным законом. Процесс сближения заканчивается катастрофическим «падением» тела на ядро системы, следствием чего, говоря языком астрофизиков, является «гравитационный коллапс», сопровождающийся так называемой «нейтронизацией» вещества, при которой «…в условиях чрезвычайно высокого давления электроны как бы вдавливаются в протоны, нейтрализуя их заряд» [6/19]. Протоны «р», нейтрализуемые в этом процессе электронами «е», превращаются в нейтроны «n», и физико-химическая атомная форма материи в «упавшем» на ядро системы теле перестает существовать, преобразуясь в очередной кусочек чисто физической «темной» материи. (С этой точки зрения процесс «нейтронизации» вещества можно назвать процессом аккумулирования гравитационной энергии). Современная астрофизика считает, что в состоянии «темной материи» находится до 90% вещества Вселенной.
Рост нейтронных образований (звезд) в этом процессе гравитационного концентрирования вещества не бесконечен. По мере достижения критического состояния неустойчивого равновесия или в случае ослабления сил гравитационного сжатия внутри тела по другой причине начинается процесс центробежного разуплотнения исходного нейтронного гиганта («Большой Взрыв» в случае нашей Галактики - «Млечного Пути»). Из возникающих в этом процессе нейтронных «брызг» образуются более мелкие системы, аналогичные нашей Солнечной, а из еще более мелких «капелек» - планеты, их спутники и т.п. Вся исходная система начинает разуплотняться, расширяться и остывать, последовательно образуя на поверхности своих составляющих сначала нейтронно-плазменные структуры (современные Солнце и звезды), позднее - химические вещества и газовые структуры (четыре газовых гиганта в нашей Солнечной системе - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), далее - твердые оболочки с нейтронно-плазменным жидким ядром (Марс, Земля, ряд спутников планет в Солнечной системе) и, наконец, полностью остывшие и твердые тела, на которых обусловленная разуплотнением исходного вещества тектоническая «жизнь» уже закончилась (Венера, Меркурий, большинство спутников планет, астероиды и т.п.).
В этом плане целесообразно и небезынтересно хотя бы конспективно рассмотреть пройденный путь развития в данном процессе и оценить современное состояние дел на нашей планете Земля.
Первоначальный диаметр вращавшейся с огромной скоростью исходной капли (шарика) вчерашней нейтронной звезды при сегодняшней ее массе и ядерной плотности вещества (1014 ÷ 1015 г/см3) составлял всего лишь 0,25 ÷ 0,50 км, т.е. в 40 ÷ 80 тысяч раз меньше современного. В процессе экзотермического преобразования в наружном слое чисто физической нейтронной формы материи в физико-химическую нейтрон-протон-водородную происходило постепенное истечение в пространство из этого мини-солнышка корпускулярного (нейтрон-протон-водородного) и электромагнитного излучения и связанное с ним постепенное разуплотнение и охлаждение вещества. Параллельно с этим в указанном наружном слое происходил также двухстадийный процесс физического взаимодействия (агрегирования) исходных нейтронов «n» с образующимися из них протонами «р» , приводящий на первой стадии к образованию широко известных в ядерной физике «α»-частиц, состоящих из двух нейтрон-протонных дуплетов, а на второй стадии - к образованию из этих «α»-частиц легких химических элементов, атомный вес ядер у которых кратен (или близок) четырем. Именно по этой причине данные химические элементы (углерод-12, кислород-16, магний-24, кремний-28, сера-32, хлор-36, калий-40, кальций-40, титан-48, железо-56 и т.п.) составляют в сумме львиную долю (около 90%) массы вещества Земли [7/9].
Спокойное течение этого комбинированного процесса серьезно осложнилось, когда на внешнем слое протопланеты возник и начал постепенно нарастать слой (корка) твердого вещества, состоящего из химических соединений, образовывавшихся из указанных элементов, и все более затруднявшего свободное истечение в пространство прежде всего корпускулярного (нейтрон-протон-водородного) излучения. По этой причине вследствие продолжающегося процесса разуплотнения исходного нейтронного вещества в подкорковом пространстве произошло постепенное существенное повышение температуры среды и давления, что привело, в частности, также к постепенному образованию всего остального многообразия ядер химических элементов, включая нейтроноизбыточные стабильные и менее стабильные радиоактивные химические элементы, их изотопы, и т.д. Процесс генерации (синтеза) ядер химических элементов из элементарных частиц продолжается и сегодня во внешнем слое нейтроноизбыточного керна ядра Земли, причем набор этих элементов непосредственно зависит от конкретных условий в зоне синтеза - количественного соотношения нейтронов, протонов и «α»-частиц, температуры, давления и т.п.
В таком состоянии наша планета находится и в настоящее время . По данным [15], диаметр Земли после образования на ней твердой поверхности увеличился в ≈ 1,82 раза (т.е. объем увеличился в ≈ 6 раз) и, согласно многочисленным прецизионным оценкам, продолжает возрастать. Этот процесс сопровождается многочисленными землетрясениями, количество которых только с магнитудой 5,0 баллов и выше оценивается почти в тысячу в год [6/23], массированным непрерывным излиянием из недр расплавленной лавы, прежде всего, в молодых срединноокеанических хребтах, через вулканы и т.п. Толщина земной коры, согласно данным [7/9 и др.], составляет в настоящее время от 5 км (под океанами) до 70 км (под материками). Естественно, преодолеть непосредственно такую толщу обычному веществу в любом фазовом состоянии практически невозможно. Поэтому физическая разгрузка мантии планеты при разуплотнении ее нейтроноизбыточного керна ядра происходит не только при описанных выше тектонических событиях (что очевидно!), но также в значительной степени и посредством истечения из зоны разуплотнения исходящего из керна ядра потока «испаряющихся» нейтронов, для которых обычное вещество в силу электронейтральности и чрезвычайно малых размеров нейтронов (≈ 0,8 * 10-13 см) «прозрачно».
Целесообразно отдельно рассмотреть «судьбу» потока нейтронов, исходящего из зоны разуплотнения в тело планеты. Меньшая часть этого потока, теряя энергию, достигает дневной поверхности земной коры, обеспечивая указанный в начале статьи поток истекающих из планеты тепловых нейтронов (≈ 1 н/см2*сек). Основная же часть этого потока, рассеивающаяся внутрь тела планеты, либо частично поглощается встречающимися на его пути химическими элементами -поглотителями нейтронов, либо в соответствии с естественным процессом β-распада свободных нейтронов постепенно превращаются в протоны и далее - в водород. Естественно, во всех ипостасях продукты β-распада нейтронов также взаимодействуют с окружающей их средой. Часть этого протон-водородного потока обеспечивает постоянное и непрерывное гидрирование этой среды, производя при этом, в частности, ювенильную воду, некоторые кислоты, углеводороды самого широкого спектра, включая нефти, природные газы, битумы, парафины и т.п., сероводород, меркаптаны, силаны, другие гидриды. Наконец, сохранившаяся (не прореагировавшая «по дороге») часть водородного потока выходит и на дневную поверхность, также участвуя в процессе разгрузки недр планеты [1, 8, 9, 17, 19, 21 и др.].
Приведенное выше описание вероятного развития процесса разуплотнения нейтроноизбыточного ядра Земли безусловно должно рассматриваться лишь как ориентировочное и допускающее те или иные дополнения и/или корректировки. В то же время из изложенного, в частности, однозначно следует, что, например, существующие в природе процессы естественного гидрирования различных веществ и получение из них тех или иных природных продуктов, включая различные углеводороды, ювенильную воду и т.д., будут продолжаться в существенных масштабах до тех пор, пока на планете не угаснет ее тектоническая активность. (Как видим, мудрая природа надолго обеспечила своих чад энергетическими и другими жизненными ресурсами.) Этот вывод сам по себе представляется чрезвычайно важным и актуальным.
В заключение статьи следует заметить, что по окончании цикла центробежного разуплотнения любую остывшую систему ожидает новый цикл развития, включая постепенное гравитационное «концентрирование» вещества вокруг какого-либо центра другой растущей системы, последующее преобразование физико-химической формы материи в ней в чисто физическую (нейтронную) под действием гравитационных сил, за которым может последовать новый цикл разуплотнения вещества и т.д. - с полным соблюдением всех действующих в природе законов сохранения массы, энергии и др.
Природа вечна и бесконечна.
***
Такой нетрадиционный неочевидный физический подход к наблюдаемым природным явлениям и процессам, несмотря на свою кажущуюся околофантастичность, позволяет дать разумный логичный ответ на целый ряд насущных вопросов и загадок природы, часть которых приведена в начале данной публикации.
Список литературы
1. Адушкин В.В., Кудрявцев В.П., Хазинс В.М. Водородная дегазация Земли и озоновые аномалии // Докл. АН 2006. Т.406. №2. С.241-243.
2. Алексеенко В.В., Джаппуев Д.Д., и др. Анализ вариации потока тепловых нейтронов на высоте 1700м над уровнем моря // Изв. РАН Серия физическая. 2007. Т.71. №7. С.1075-1078.
3. Белозеров И.М. Природа глазами физика //Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2008. №12 (68). С.8-58.
4. Белозеров И.М., Мезенцев Л.Н., Минин В.А., Митькин В.Н. Земля - активный источник нейтронов и водорода // Материалы международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина, «Современное состояние наук о Земле»: Москва, 01-04 февраля 2011г. М.: изд. Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова. 2011. С.211-215.
5. Белозеров И.М., Минин В.А., Шаров Г.Н. «Гравитационная пружина» как физическая основа объемно-динамических процессов на Земле и других объектах Вселенной // Вулканизм и геодинамика: Материалы докладов 5 Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург: изд. ИГиГ УрО РАН. 2011. С.10-11.
6. Большая иллюстрированная энциклопедия «АиФ»: т.1-32. М.: изд. «Астраль». 2010-2012.
7. Большая советская энциклопедия т.1-30. М.: изд. «Советская энциклопедия». 1970-1978.
8. Войтов Г.И. Химизм и масштабы современного потока природных газов в различных геоструктурах Земли // Журнал ВХО им. Д.М. Менделеева. 1986. т.31.№ 5 с.53-60.
9. Войтов Г.И., Рудаков В.П. Водород атмосферы подпочвенных отложений, его мониторинг и прикладные возможности // Физика Земли. 2000. №6. с.83-91.
10. Володичев Н.Н., Кужевский Б.М., Нечаев О.Ю. и др. Земная кора - активный источник нейтронов //Вестник Московского Университета. Физика. Астрономия. 2002. №5. С.69-73.
11. Горшков Г.В., Зябкин В.А. и др. Естественный нейтронный фон атмосферы и земной коры //М.: Атомиздат. 1996.
12. Краткая химическая энциклопедия. т.1-5. М.: изд. «Советская энциклопедия». 1961-1967.
13. Краткая энциклопедия «Атомная энергия», под ред. В.С. Емельянова. М.: изд. «Большая советская энциклопедия». 1958. - 612с.
14. Кужевский Б.М. Гравитация небесных тел и нейтронные потоки // Наука в России. 2001. №5 (125). С. 12-19.
15. Кузнецов В.В. Физика Земли и Солнечной системы: Модель образования и эволюции // Новосибирск: Труды ИГиГ СО АН СССР. Вып. 799. 1990. -216с.
16. Кузьмин Ю.Д., Воропаева Н.П. Модернизация и развитие системы наблюдений за геохимическими параметрами гидротермальной системы //Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Тезисы докладов. Петропавловск-Камчатский: изд. ГС РАН. 2007. С.118.
17. Ларин В.Н., Ларин Н.В. Водородная дегазация на Русской платформе // Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть, газ и их парагенезы. Материалы Всероссийской конференции: Москва. 22-25 апреля 2008. М.: изд. ГЕОС. 2008. С.267-269.
18. Остапенко В.Ф., Абдуллаев А.У. Мониторинг естественного нейтронного потока на Алматинском прогностическом полигоне //Проблемы комплексного геофизического мониторинга. Тезисы докладов 2 научно-технической конференции, 11-17 октября 2009. Петропавловск-Камчатский: изд. ГС РАН. 2009. С.91.
19. Портнов А.М. Вулканы - месторождения водорода //Промышленные ведомости. 2010. №10-12 (158-161). С.12.
20. Сигаева Е.А. Исследование временных характеристик нейтронного излучения вблизи земной коры // Автореферат диссертации… к.ф.-м.н. М.:изд. НИИЯФ МГУ. 2004. -16С.
21. Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. М.: изд. ООО «Геоинформцентр» 2002. -250с.
22. Физический энциклопедический словарь, гл.ред. А.М. Прохоров. М.: изд. «Советская энциклопедия». 1984. -944с.
23. Шестопалов И.П., Харин Е.П. Изменчивость во времени связей сейсмичности Земли с циклами солнечной активности различной длительности // Геофизический журнал Института геофизики НАН Украины. 2006. Т.28. №4. С.59-70.
физиком-ядерщиком, доктором физико-математических наук
Игорем Михайловичем Белозёровым.
Стремительное увеличение количества и глубины знаний о природе, обретаемых человеческой цивилизацией особенно в последние десятилетия, не позволяет все-таки дать сегодня разумный рациональный ответ на целый ряд порой животрепещущих вопросов, в далеко не полный перечень которых входят, например, следующие:
- расширяется ли Земля и, если «да», то почему?
- какова физическая и энергетическая природа разрушительных мощнейших тектонических подвижек на Земле и на суше и на море?
- откуда на Земле несметные запасы водорода, ежегодно улетучивающегося в космическое пространство в количестве сотен миллионов тонн, и где же он на планете хранится?
- какая сила вздымает вверх колоссальные массы обширных горных систем на Земле и на других планетах?
- какова природа истекающих из недр Земли потоков нейтронов?
- какова природа нефтей, газов, других углеводородов, ювенильной воды и т.п.?
- откуда взялись в природе только распадающиеся радиоактивные изотопы различных химических элементов и в каком процессе они могут «рождаться»?
Перечень этих пока безответных «земных» (и не только!) вопросов может быть продолжен и существенно расширен.
Следует отметить, что сегодня практически ни одна из отдельных дисциплин, специализирующихся на изучении проблем природоведения, не в состоянии предложить даже гипотетический логичный ответ на ряд из предложенных вопросов, не говоря уж об их комплексе. Очевидно, что поиск этого ответа необходимо должен базироваться на некоей сумме имеющихся знаний, достигнутых в ряде сопряженных областей природоведения. Очевидно также, что этот ответ должен быть прежде всего физически обоснован и не нарушать незыблемых природных законов сохранения.
С учетом вышеизложенного в предлагаемой статье в общих чертах изложена концепция, претендующая на некоторое обобщение имеющейся на сегодня суммы физико-химических знаний об окружающей нас природе и хотя бы частичное восполнение дефицита имеющихся знаний о ней. Излагаемая ниже концепция, несмотря на местами не достающую ей некоторую фундаментальность, позволяет предложить несколько иную нетрадиционную физико-химическую картину образования и развития окружающего нас мира, в том числе, в частности, и обосновать рациональные ответы на многие вопросы о нем [3].
Сначала некоторые факты.
Исследования последних десятилетий, проводимые, в частности, российскими геофизиками, наглядно показывают, что наша планета является активным источником в окружающую среду водорода, а также и нейтронов.
Многочисленные работы наших современников [2, 10, 19, 20, 21, 23 и др.], ряд проводимых прежде всего в рамках РАН научно-технических конференций, на которых обсуждаются проблемы физики и дегазации Земли [ 4, 5, 16, 17, 18 и др.], наглядно демонстрируют факт непрерывного, предельно продолжительного истечения из недр значительных потоков флюидов, содержащих как собственно водород, так и его производные (углеводороды, ювенильную воду и др.). Оценки, приводимые в [1, 8, 9, 17, 19, 21 и др.], показывают, что только количества ежегодно поступающих в атмосферу Земли водорода и метана составляют 40 ÷ 130 миллионов тонн и 1 ÷ 5 миллиардов тонн соответственно.
В последние 20÷25 лет, начиная с работ НИИ ядерной физики МГУ им. М.В. Ломоносова [10, 14, 20 и др.], все больший размах в России и СНГ приобретают исследования феномена истечения из земной коры потоков свободных нейтронов, в частности, теплового энергетического спектра [2, 4, 11, 16, 18, 23 и др.]. Сугубо предварительный анализ суммы полученных различными исследователями данных показывает, что величина регистрируемого потока истекающих из недр тепловых нейтронов достаточно непостоянная и зависит от многих природных факторов. Количественно же, согласно [11 и 4], плотность нейтронного потока может быть оценена величиной ≈ 1 н/см2 * сек, но, в зависимости от ситуации, может быть и значительно больше.
Естественно, для данного сообщения интерес представляет не столько сам факт постоянного истечения из недр Земли значительных потоков водорода и его производных, а также нейтронов, что следует считать доподлинно установленным, сколько физическая природа этих двух явлений.
С точки зрения классической геофизики природа этих двух потоков истекающего из недр планеты вещества различна. Наличие в недрах Земли колоссального количества испокон веков истекающего наружу водорода классика объясняет «захватом» его из окружающего пространства неким умозрительным протопланетным облаком в процессе также умозрительной аккреции Протоземли. Истечение же из недр планеты значительных потоков нейтронов объясняют протеканием в ее коре другого, совершенно независящего от первого также умозрительного процесса ядерного взаимодействия вещества планеты с остаточным количеством постоянно только распадающихся радиоактивных изотопов различных химических элементов или же с достигающими поверхности планеты корпускулами космического происхождения.
Нам же, в отличие от классики, физическая природа этих двух явлений - истечения из недр планеты водорода (и его производных) и нейтронов - представляется единой и взаимосвязанной.
Принципиально не отвергая некоторую гипотетическую возможность протекания вышеупомянутых достаточно умозрительных процессов, представляется, что, даже если бы они существовали и/или существуют, то их вклад в рассматриваемые два явления чрезвычайно гипертрофирован.
Предлагаемый принципиально иной концептуальный взгляд на физически единую природу рассматриваемого феномена относительно подробно изложен наит в [3, 4 и 5]. Здесь же физико-химическая основа предложенной концепции изложена достаточно конспективно.
Известно, что нейтрон как элементарная частица микромира, входящий в состав ядер всех химических элементов (исключая протий), был открыт лишь 80 лет назад (в 1932 году). За эти годы практически все основные свойства нейтрона достаточно хорошо изучены и он стал основой как современной ядерной энергетики, так и боевого оружия.
Известно, что нейтрон стабилен лишь в составе атомных ядер. В свободном же состоянии (вне атомного ядра) нейтрон «n» приобретает свойство радиоактивных ядер и подвергается самопроизвольному β-распаду на протон «р» и электрон «е» с периодом полураспада «Т1/2» около 15 минут и выделением энергии «Э», удельное значение которой (0,784 мегаэлектронвольта) практически сопоставимо с удельной энергией, выделяющейся при делении легкого изотопа урана «U-235» (в среднем около 0,915 Мэв) [7 / 17, 13, 22].
С химической точки зрения образующийся протон «р» является по своим свойствам катионом водорода «Н+», который, нейтрализуясь в окружающей среде, превращается в атомарный водород «Н», являющийся сильнейшим восстановителем [12] и рекомбинирующий впоследствии в молекулярный водород «Н2». Указанный процесс «НПВ» - преобразования (нейтрон -> протон -> водород) свободного нейтрона «n» сопровождается интенсивнейшим разуплотнением ядерного вещества вследствие увеличения линейного размера элементарной частицы радиусом ≈ 0,8 *10-13 см до размера иона и/или атома радиусом ≥ 1 *10-8 см, т.е. на 5 порядков или в ≈ 200 тысяч раз и соответствующим увеличением объема на 15 ÷ 16 порядков. Такова физико-химическая природа этой элементарной частицы. Таков механизм образования в природе наряду со свободными нейтронами «n» огромных количеств молекулярного водорода «Н2». Естественно, что в процессе этого «НПВ» - преобразования исходная частица во всех трех своих ипостасях оказывает определенное физико-химическое и энергетическое воздействие на все соответствующие компоненты окружающей ее среды.
Не вдаваясь в относительно подробное рассмотрение всех деталей возможного взаимодействия преобразующейся частицы с окружающей ее средой, рассмотрим один вопрос:
- откуда же, собственно, берется в природе свободный нейтрон «n»?
Для этого вновь обратимся к физическим основам природы. Известно, что в природе существует 4 типа силового взаимодействия тел и частиц между собой. Два из них - сильное и слабое взаимодействия - действуют в масштабах микромира, а два других - гравитационное и электромагнитное - в масштабах макромира. Радиус действия последних - сама бесконечность, а их интенсивность обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами масс этих тел. Иными словами, при увеличении расстояния вдвое сила взаимодействия тел уменьшается вчетверо, а при уменьшении расстояния вдвое это взаимодействие вчетверо возрастает, и так далее. В пределе же при уменьшении этого расстояния до нуля сила их взаимодействия возрастает до бесконечности.
Как известно, этот закон справедлив и для космического масштаба тел и расстояний. По мере сближения любого тела в процессе его движения вокруг центра системы (например, галактики) с ее ядром сила и скорость этого сближения возрастают в соответствии с указанным законом. Процесс сближения заканчивается катастрофическим «падением» тела на ядро системы, следствием чего, говоря языком астрофизиков, является «гравитационный коллапс», сопровождающийся так называемой «нейтронизацией» вещества, при которой «…в условиях чрезвычайно высокого давления электроны как бы вдавливаются в протоны, нейтрализуя их заряд» [6/19]. Протоны «р», нейтрализуемые в этом процессе электронами «е», превращаются в нейтроны «n», и физико-химическая атомная форма материи в «упавшем» на ядро системы теле перестает существовать, преобразуясь в очередной кусочек чисто физической «темной» материи. (С этой точки зрения процесс «нейтронизации» вещества можно назвать процессом аккумулирования гравитационной энергии). Современная астрофизика считает, что в состоянии «темной материи» находится до 90% вещества Вселенной.
Рост нейтронных образований (звезд) в этом процессе гравитационного концентрирования вещества не бесконечен. По мере достижения критического состояния неустойчивого равновесия или в случае ослабления сил гравитационного сжатия внутри тела по другой причине начинается процесс центробежного разуплотнения исходного нейтронного гиганта («Большой Взрыв» в случае нашей Галактики - «Млечного Пути»). Из возникающих в этом процессе нейтронных «брызг» образуются более мелкие системы, аналогичные нашей Солнечной, а из еще более мелких «капелек» - планеты, их спутники и т.п. Вся исходная система начинает разуплотняться, расширяться и остывать, последовательно образуя на поверхности своих составляющих сначала нейтронно-плазменные структуры (современные Солнце и звезды), позднее - химические вещества и газовые структуры (четыре газовых гиганта в нашей Солнечной системе - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), далее - твердые оболочки с нейтронно-плазменным жидким ядром (Марс, Земля, ряд спутников планет в Солнечной системе) и, наконец, полностью остывшие и твердые тела, на которых обусловленная разуплотнением исходного вещества тектоническая «жизнь» уже закончилась (Венера, Меркурий, большинство спутников планет, астероиды и т.п.).
В этом плане целесообразно и небезынтересно хотя бы конспективно рассмотреть пройденный путь развития в данном процессе и оценить современное состояние дел на нашей планете Земля.
Первоначальный диаметр вращавшейся с огромной скоростью исходной капли (шарика) вчерашней нейтронной звезды при сегодняшней ее массе и ядерной плотности вещества (1014 ÷ 1015 г/см3) составлял всего лишь 0,25 ÷ 0,50 км, т.е. в 40 ÷ 80 тысяч раз меньше современного. В процессе экзотермического преобразования в наружном слое чисто физической нейтронной формы материи в физико-химическую нейтрон-протон-водородную происходило постепенное истечение в пространство из этого мини-солнышка корпускулярного (нейтрон-протон-водородного) и электромагнитного излучения и связанное с ним постепенное разуплотнение и охлаждение вещества. Параллельно с этим в указанном наружном слое происходил также двухстадийный процесс физического взаимодействия (агрегирования) исходных нейтронов «n» с образующимися из них протонами «р» , приводящий на первой стадии к образованию широко известных в ядерной физике «α»-частиц, состоящих из двух нейтрон-протонных дуплетов, а на второй стадии - к образованию из этих «α»-частиц легких химических элементов, атомный вес ядер у которых кратен (или близок) четырем. Именно по этой причине данные химические элементы (углерод-12, кислород-16, магний-24, кремний-28, сера-32, хлор-36, калий-40, кальций-40, титан-48, железо-56 и т.п.) составляют в сумме львиную долю (около 90%) массы вещества Земли [7/9].
Спокойное течение этого комбинированного процесса серьезно осложнилось, когда на внешнем слое протопланеты возник и начал постепенно нарастать слой (корка) твердого вещества, состоящего из химических соединений, образовывавшихся из указанных элементов, и все более затруднявшего свободное истечение в пространство прежде всего корпускулярного (нейтрон-протон-водородного) излучения. По этой причине вследствие продолжающегося процесса разуплотнения исходного нейтронного вещества в подкорковом пространстве произошло постепенное существенное повышение температуры среды и давления, что привело, в частности, также к постепенному образованию всего остального многообразия ядер химических элементов, включая нейтроноизбыточные стабильные и менее стабильные радиоактивные химические элементы, их изотопы, и т.д. Процесс генерации (синтеза) ядер химических элементов из элементарных частиц продолжается и сегодня во внешнем слое нейтроноизбыточного керна ядра Земли, причем набор этих элементов непосредственно зависит от конкретных условий в зоне синтеза - количественного соотношения нейтронов, протонов и «α»-частиц, температуры, давления и т.п.
В таком состоянии наша планета находится и в настоящее время . По данным [15], диаметр Земли после образования на ней твердой поверхности увеличился в ≈ 1,82 раза (т.е. объем увеличился в ≈ 6 раз) и, согласно многочисленным прецизионным оценкам, продолжает возрастать. Этот процесс сопровождается многочисленными землетрясениями, количество которых только с магнитудой 5,0 баллов и выше оценивается почти в тысячу в год [6/23], массированным непрерывным излиянием из недр расплавленной лавы, прежде всего, в молодых срединноокеанических хребтах, через вулканы и т.п. Толщина земной коры, согласно данным [7/9 и др.], составляет в настоящее время от 5 км (под океанами) до 70 км (под материками). Естественно, преодолеть непосредственно такую толщу обычному веществу в любом фазовом состоянии практически невозможно. Поэтому физическая разгрузка мантии планеты при разуплотнении ее нейтроноизбыточного керна ядра происходит не только при описанных выше тектонических событиях (что очевидно!), но также в значительной степени и посредством истечения из зоны разуплотнения исходящего из керна ядра потока «испаряющихся» нейтронов, для которых обычное вещество в силу электронейтральности и чрезвычайно малых размеров нейтронов (≈ 0,8 * 10-13 см) «прозрачно».
Целесообразно отдельно рассмотреть «судьбу» потока нейтронов, исходящего из зоны разуплотнения в тело планеты. Меньшая часть этого потока, теряя энергию, достигает дневной поверхности земной коры, обеспечивая указанный в начале статьи поток истекающих из планеты тепловых нейтронов (≈ 1 н/см2*сек). Основная же часть этого потока, рассеивающаяся внутрь тела планеты, либо частично поглощается встречающимися на его пути химическими элементами -поглотителями нейтронов, либо в соответствии с естественным процессом β-распада свободных нейтронов постепенно превращаются в протоны и далее - в водород. Естественно, во всех ипостасях продукты β-распада нейтронов также взаимодействуют с окружающей их средой. Часть этого протон-водородного потока обеспечивает постоянное и непрерывное гидрирование этой среды, производя при этом, в частности, ювенильную воду, некоторые кислоты, углеводороды самого широкого спектра, включая нефти, природные газы, битумы, парафины и т.п., сероводород, меркаптаны, силаны, другие гидриды. Наконец, сохранившаяся (не прореагировавшая «по дороге») часть водородного потока выходит и на дневную поверхность, также участвуя в процессе разгрузки недр планеты [1, 8, 9, 17, 19, 21 и др.].
Приведенное выше описание вероятного развития процесса разуплотнения нейтроноизбыточного ядра Земли безусловно должно рассматриваться лишь как ориентировочное и допускающее те или иные дополнения и/или корректировки. В то же время из изложенного, в частности, однозначно следует, что, например, существующие в природе процессы естественного гидрирования различных веществ и получение из них тех или иных природных продуктов, включая различные углеводороды, ювенильную воду и т.д., будут продолжаться в существенных масштабах до тех пор, пока на планете не угаснет ее тектоническая активность. (Как видим, мудрая природа надолго обеспечила своих чад энергетическими и другими жизненными ресурсами.) Этот вывод сам по себе представляется чрезвычайно важным и актуальным.
В заключение статьи следует заметить, что по окончании цикла центробежного разуплотнения любую остывшую систему ожидает новый цикл развития, включая постепенное гравитационное «концентрирование» вещества вокруг какого-либо центра другой растущей системы, последующее преобразование физико-химической формы материи в ней в чисто физическую (нейтронную) под действием гравитационных сил, за которым может последовать новый цикл разуплотнения вещества и т.д. - с полным соблюдением всех действующих в природе законов сохранения массы, энергии и др.
Природа вечна и бесконечна.
***
Такой нетрадиционный неочевидный физический подход к наблюдаемым природным явлениям и процессам, несмотря на свою кажущуюся околофантастичность, позволяет дать разумный логичный ответ на целый ряд насущных вопросов и загадок природы, часть которых приведена в начале данной публикации.
Список литературы
1. Адушкин В.В., Кудрявцев В.П., Хазинс В.М. Водородная дегазация Земли и озоновые аномалии // Докл. АН 2006. Т.406. №2. С.241-243.
2. Алексеенко В.В., Джаппуев Д.Д., и др. Анализ вариации потока тепловых нейтронов на высоте 1700м над уровнем моря // Изв. РАН Серия физическая. 2007. Т.71. №7. С.1075-1078.
3. Белозеров И.М. Природа глазами физика //Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2008. №12 (68). С.8-58.
4. Белозеров И.М., Мезенцев Л.Н., Минин В.А., Митькин В.Н. Земля - активный источник нейтронов и водорода // Материалы международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина, «Современное состояние наук о Земле»: Москва, 01-04 февраля 2011г. М.: изд. Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова. 2011. С.211-215.
5. Белозеров И.М., Минин В.А., Шаров Г.Н. «Гравитационная пружина» как физическая основа объемно-динамических процессов на Земле и других объектах Вселенной // Вулканизм и геодинамика: Материалы докладов 5 Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург: изд. ИГиГ УрО РАН. 2011. С.10-11.
6. Большая иллюстрированная энциклопедия «АиФ»: т.1-32. М.: изд. «Астраль». 2010-2012.
7. Большая советская энциклопедия т.1-30. М.: изд. «Советская энциклопедия». 1970-1978.
8. Войтов Г.И. Химизм и масштабы современного потока природных газов в различных геоструктурах Земли // Журнал ВХО им. Д.М. Менделеева. 1986. т.31.№ 5 с.53-60.
9. Войтов Г.И., Рудаков В.П. Водород атмосферы подпочвенных отложений, его мониторинг и прикладные возможности // Физика Земли. 2000. №6. с.83-91.
10. Володичев Н.Н., Кужевский Б.М., Нечаев О.Ю. и др. Земная кора - активный источник нейтронов //Вестник Московского Университета. Физика. Астрономия. 2002. №5. С.69-73.
11. Горшков Г.В., Зябкин В.А. и др. Естественный нейтронный фон атмосферы и земной коры //М.: Атомиздат. 1996.
12. Краткая химическая энциклопедия. т.1-5. М.: изд. «Советская энциклопедия». 1961-1967.
13. Краткая энциклопедия «Атомная энергия», под ред. В.С. Емельянова. М.: изд. «Большая советская энциклопедия». 1958. - 612с.
14. Кужевский Б.М. Гравитация небесных тел и нейтронные потоки // Наука в России. 2001. №5 (125). С. 12-19.
15. Кузнецов В.В. Физика Земли и Солнечной системы: Модель образования и эволюции // Новосибирск: Труды ИГиГ СО АН СССР. Вып. 799. 1990. -216с.
16. Кузьмин Ю.Д., Воропаева Н.П. Модернизация и развитие системы наблюдений за геохимическими параметрами гидротермальной системы //Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Тезисы докладов. Петропавловск-Камчатский: изд. ГС РАН. 2007. С.118.
17. Ларин В.Н., Ларин Н.В. Водородная дегазация на Русской платформе // Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть, газ и их парагенезы. Материалы Всероссийской конференции: Москва. 22-25 апреля 2008. М.: изд. ГЕОС. 2008. С.267-269.
18. Остапенко В.Ф., Абдуллаев А.У. Мониторинг естественного нейтронного потока на Алматинском прогностическом полигоне //Проблемы комплексного геофизического мониторинга. Тезисы докладов 2 научно-технической конференции, 11-17 октября 2009. Петропавловск-Камчатский: изд. ГС РАН. 2009. С.91.
19. Портнов А.М. Вулканы - месторождения водорода //Промышленные ведомости. 2010. №10-12 (158-161). С.12.
20. Сигаева Е.А. Исследование временных характеристик нейтронного излучения вблизи земной коры // Автореферат диссертации… к.ф.-м.н. М.:изд. НИИЯФ МГУ. 2004. -16С.
21. Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. М.: изд. ООО «Геоинформцентр» 2002. -250с.
22. Физический энциклопедический словарь, гл.ред. А.М. Прохоров. М.: изд. «Советская энциклопедия». 1984. -944с.
23. Шестопалов И.П., Харин Е.П. Изменчивость во времени связей сейсмичности Земли с циклами солнечной активности различной длительности // Геофизический журнал Института геофизики НАН Украины. 2006. Т.28. №4. С.59-70.