Пролеты Солнца сквозь массивные звездные облака, массовые выпадения на Землю астероидов.
Эон
t = 3.6, 2.6, 1.65, 1.05 млрд. лет
~1031¸1032
~1028¸1029
Бомбардировки Солнечной системы галактическими кометами:
«Сильные»
Эра
T = 250 млн. лет
~1029
«Средние»
Период
T » 40¸80 млн. лет
~1027¸1028
«Слабые»
Эпоха
T = 19¸37 млн. лет
~1026¸1027
Столкновения Земли с крупными одиночными астероидными телами:
диаметром более 3.5 км
Век
T ~ 2.9 млн. лет
~
диаметром менее 3.5 км
Зона, раздел,
T ~0.01¸1.0 млн. лет
<1022
10. Пролеты Солнца сквозь звездные облака
Считается, что сближения Солнца с другими звездами Галактики, способными изменить его орбиту, весьма маловероятны. Поэтому с момента образования Солнечной системы такие события практически исключаются из рассмотрения [22].
Геологические данные, однако, свидетельствуют (рис. 12), что с начала архея было как минимум 4 глобальных катастрофических события 3.6, 2.6, 1.65 и 1.05 млрд. лет назад. Их можно трактовать как результат пролета Солнца сквозь массивные звездные облака [40, 50]. В результате взаимодействий со звездами Солнце «скачком» меняло параметры галактической орбиты, в первую очередь, ее эксцентриситет и фазу.
Рис. 12. График мегациклов. По оси ординат отложены номера крупнейших тектономагматических событий в истории Земли, если их отсчитывать от настоящего времени в прошлое. На оси абсцисс показано время событий с указанием возможной ошибки датирования геохронологическими методами. Цифры в кружках – моменты (млрд. лет) взаимодействий Солнца с другими звездами Галактики. Римскими цифрами обозначены эры: I – фанерозой, II – неопротерозой, III – мезопротерозой, IV – палеопротерозой, V – архей.
В истории Земли эти события выделены как эпохи резкой активизации тектономагматических, геохимических и биотических процессов (рис. 13). С ними связывают границы эонов, наиболее крупных подразделений геохронологической шкалы.
Возможны два основных механизма воздействия звезд на планеты. Первый обусловлен резким изменением направления движения Солнца в Галактике. Вследствие этого Земля, как целое, могла получать импульс энергии ~1031¸1032 Дж. Величина данного импульса сопоставима с количеством энергии, выделившейся за всю историю планеты в процессах радиоактивного распада (1.2-1.5)´1031 Дж, дифференциации вещества (1.5-2.0)´1031 Дж и приливного трения от воздействия Луны 2.8´1031 Дж [64].
Эта энергия в основном расходуется на изменение орбиты движения Земли вокруг Солнца, но какая-то часть ее рассеивается в теле планеты, превращаясь в тепло. В первую очередь она выделяется в зоне внешнего расплавленного ядра Земли, где преобразуется в конвективное движение жидкого вещества земного ядра. Поэтому даже ~10-4 части полученного импульса достаточно, чтобы обеспечить требуемую для генерации магнитного поля Земли энергию (~1018 Дж/год [65]) на протяжении миллиардов лет.
Рис. 13. Сопоставление времен важнейших событий в истории Земли по геологическим данным.
а) Международная стратиграфическая шкала докембрия [66], дополненная шкалой фанерозоя;
б) Моменты наиболее мощных галактических воздействий, обусловленных взаимодействиями Солнечной системы со звездами (пятиугольники) и самыми сильными бомбардировками Земли галактическими кометами (кружки) – см. рис. 12.
в) Мегациклы процессов рудообразования (без штриховки) и тектономагматической активности (заштриховано) по данным [67];
г) Изменения изотопного состава углерода карбонатных пород [68];
д) Доля органического вещества в составе углерода осадочных пород [69], рассчитанная на основании данных [68];
е) Важнейшие этапы эволюции живых организмов [70] – правая штриховка, и главные эпохи развития углеродсодержащих формаций в докембрии [71] – левая штриховка.
Второй механизм заключается в бомбардировке Земли крупными астероидными телами. В моменты «скачков» Солнца астероиды в больших количествах поступают из астероидного пояса в межпланетное пространство, откуда за время ~107¸108 лет вычерпываются планетами [72]. Наиболее обильные падения астероидов на Землю отмечались вслед за эпохами 3.6 и 2.6, в меньшем количестве 1.65 и еще меньше 1.05 млрд. лет назад. На указанные периоды времени приходятся основные циклы формирования на Земле месторождений железистых кварцитов [73]. Судя по запасам этих руд, на нашу планету тогда выпадало ~1023 г астероидного вещества преимущественно железо-кремниевого состава. На Земле этот космический материал полностью рассеивался и перемешивался с земным веществом, приводя к невиданным по своим масштабам процессам выветривания и рудообразования [74].
Вместе с астероидами на нашу планету должна была поступать энергия ~1028¸1029 Дж. Этой энергии, вероятно, было достаточно, чтобы в эпохи активного отложения железистых кварцитов поддерживать температуры поверхности Земли на уровне одной - двух сотен градусов Цельсия [75]. Активизации процессов выветривания также способствовало выделение в атмосферу больших количеств кислорода, продукта термического разложения пород земной коры при их импактном испарении [76].
11. Бомбардировки галактическими кометами
В промежутках между редкими взаимодействиями со звездами наиболее мощным источником воздействий являлись массовые падения на Землю галактических комет.
Галактические кометы – это открытый автором [77] новый класс крупных космических тел, интенсивно бомбардирующих Солнечную систему в периоды ее пребывания в струйных потоках и спиральных рукавах Галактики. В настоящее время эти кометы совершенно не доступны обнаружению с Земли средствами астрономии. Поэтому все, что сегодня о них известно, получено на основе изучения следствий их выпадения на нашу и другие планеты Солнечной системы [1].
Фактические данные свидетельствуют, что падения галактических комет носят характер кометных ливней. В фанерозое они циклически повторялись с интервалом в 19¸37 млн. лет (см. рис.11). За время одной бомбардировки длительностью 1-5 млн. лет на Землю могло выпадать ~104¸107 таких тел. Наиболее интенсивны падения комет на участке перигалактия солнечной орбиты, что приводило к почти строгому повторению сильных бомбардировок с периодом аномалистического галактического года – границы эр. Бомбардировки средней силы отвечали моментам пересечения Солнцем областей звездообразования галактических рукавов – границы периодов. Остальные бомбардировки были слабее, они нашли отражение как границы эпох фанерозойской шкалы [46].
Последствия падений галактических комет на небесные тела с атмосферой и без атмосферы не одинаковы [1]. На Меркурии, Луне, а также Марсе, имеющем очень разреженную газовую оболочку, в месте удара кометы возникает кратер диаметром ~10¸200 км. Эти кратеры резко отличаются от кратеров, вызванных падениями астероидов и комет Солнечной системы, примерно в 100 раз большей численностью, меньшим отношением глубины к диаметру и экспоненциальным распределением по размерам 
(рис.14).
Рис. 14. Интегральное распределение кратеров на Луне, Марсе и Земле. Распределения кратеров на Луне и Марсе построены по данным [78], а на Земле по данным [79].
Другим важным отличием кратеров, созданных галактическими кометами, является их асимметричное расположение относительно экватора планет. Эта особенность наиболее ярко выражено у Марса (рис.15).
Рис. 15. Морфология поверхности Марса по данным [80]. Сплошь покрытое кратерами южное (континентальное) полушарие приподнято на 2-4 км и отделено от слабо кратерированного северного (морского) полушария резкой тектонической границей, получающейся как след сечения сферической поверхности Марса плоскостью, наклоненной к оси вращения планеты под углом 45° [81].
Крупные импактные кратеры Земли имеют исключительно астероидное происхождение. Распределение их по диаметрам носит обратно квадратичный характер, а их общее число в 10-100 раз меньше, чем кратеров такого же размера на Луне, Меркурии и Марсе. В атмосфере Земли галактические кометы полностью разрушаются и достигают поверхности планеты в виде гиперзвуковой ударной волны, которая не создает кратера [82]. Почти вся огромная кинетическая энергия кометы, как мы полагаем [58], передается астеносфере и в последующем выделяется в мощных тектонических процессах.
Тектонические следствия падений комет на континенты и в океаны различаются [58]. При падении комет на «толстую» континентальную плиту происходит разогрев и плавление больших объемов вещества астеносферы под плитой, что вызывает поднятие поверхности в месте удара на 1-4 км. По-видимому, именно такие структуры с возрастом поднятия ~1¸5 млн. лет обнаружены на разных континентах земного шара [83].
Особенно широко процессы поднятия происходят тогда, когда максимум кометных падений приходится на полярные области Земли [58]. Эти времена отмечены как периоды появления суперконтинентов и крупнейших материковых оледенений (рис.16).
Рис. 16. Сопоставление плотности падений на Землю галактических комет (а) с эмпирически установленными границами циклов Бертрана [57] и периодами существования [84] суперконтинентов Пангея и Паннотия (б), а также границей широтного распространения ледниковых покровов (в). Цифры у линий изоденс (рис. а) – проценты максимальной интенсивности; узкие горизонтальные полосы – эпохи кометных бомбардировок, вне полос расчеты физического смысла не имеют. Сплошные линии (рис. в) – фактические данные[85], пунктирные линии – расчет [86]. С и Ю – оледенения, вызванные падениями комет на Северный и Южный полюсы планеты.
В случае падения кометы в океан, где толщина литосферы мала, в месте удара в астеносфере на глубине ~10-100 км от поверхности образуется длительно существующий геодинамический очаг. Из него происходит интенсивное излияние лав, приводящее к росту подводной горы. В процессе раздвижения океанического дна эти горы – действующие вулканы, могут достигать высоты 5-6 км (рис. 17).
Рис. 17. Распределение высот подводных гор на дне Атлантического океана разного возраста по данным [87]: 1 – плейстоцен-олигоцен (0-33 млн. лет), 2 – эоцен (55 млн. лет), 3 – поздний мел (100 млн. лет).
Количество подводных гор на Земле – порядка нескольких сотен тысяч, а занятая ими площадь ~6¸10% всей поверхности дна океана [88]. Эти данные хорошо согласуются с большой численностью кратеров на Марсе и Луне, а также малых вулканов на Венере [89] – аналогов подводных гор Земли. Энергетические оценки показывают [90], что создание таких гор вполне по силам даже мелкой галактической комете.
На основании всей совокупности имеющихся данных найдено, что ядра галактических комет, по-видимому, характеризуются размерами 100¸2500м, массой ~1012¸1017 г и энергией ~1020¸1025 Дж, а плотность их вещества составляет ~1.0 г/см3.
12. Падения астероидных тел
Рубежи геохронологической шкалы, начиная с веков и ниже, отвечающие циклам 0.1¸10 млн. лет, хорошо объяснимы случайными столкновениями Земли с крупными одиночными астероидами километровых размеров [54, 63]. Такие астероиды поступают в околоземное космическое пространство вследствие столкновений тел астероидного пояса с галактическими кометами в периоды кометных бомбардировок.
Любое падение крупного астероида, вне зависимости от того приходится ли оно в океан или на сушу, представляет для нашей планеты серьезную катастрофу [91]. Она на долгое время выводит природную систему Земли из равновесия. Во всех случаях такое падение сопровождается испарением и выбросом в атмосферу больших количеств газа и (или) пыли, что влечет за собой изменение климата, массовую гибель живых организмов и ряд других важных следствий, которые при современной геологической изученности пород фанерозоя не остаются незамеченными.
В фанерозое произошло ~200 событий, которые можно трактовать как столкновение Земли с крупными одиночными астероидами ³3.5±1.0 км в диаметре [54]. Эти столкновения носили во времени сугубо случайный характер и в среднем повторялись каждые 2.9 млн. лет. Вероятность отнесения таких событий к разряду веков составила 0.45. То есть более их половины в геохронологической таблице пропущено. Падения тел меньшего размера происходили чаще, однако они имели более локальные последствия. Подавляющее большинство таких событий в геохронологии не фиксируется.
Энергия выпавших комет и астероидов, усредненная по фанерозою, составляет ~1021 Дж/год. Эта величина намного превышает современное выделение энергии Земли [64] в результате сейсмических движений 1.05´1018 Дж/год, вулканической деятельности 2.4´1018 Дж/год и тектонической активности 7.2´1018 Дж/год и вполне сопоставима с теплоизлучением нашей планеты 9.8´1020 Дж/год [65, 92]. Поэтому циклические падения на Землю астероидов и комет необходимо рассматривать как один из основных источников энергии современных вулканических и тектонических процессов.
Количество метеоритного вещества, выпавшего на нашу планету в фанерозое, оценено ~1.6´1020 г, что равно ~3´10-6 массы пород земной коры. Средний темп его поступления на Землю составил ~2.75´1011 г/год, что в 4 раза выше оценок современных астрономических наблюдений [93]. Отсюда сделан вывод, что общее число астероидов в Солнечной системе, как в поясе, так и за его пределами, со временем убывает.
13. Кометы Солнечной системы
До открытия явления струйного истечения вопрос о происхождении комет Солнечной системы оставался в высшей степени дискуссионным. Их свойства трудно объяснить захватом комет галактического происхождения Солнцем, так и образованием этих тел в самой Солнечной системе. Ошибочно считать их и поступающими из кометного облака Оорта [94], возникшего при образовании Солнечной системы. При взаимодействиях Солнца с другими звездами или при его пролете через сгущения космической пыли и газа такое облако комет неизбежно прекратит свое существование [95, 96].
Галактоцентрическая парадигма решает проблему комет Солнечной системы иначе [1]. Все эти кометы, как долгопериодические, так и короткопериодические, рассматриваются как захваченные притяжением Солнца продукты столкновений комет струйных потоков Галактики с телами астероидного пояса (рис. 18).
Рис. 18. Сечение кольца астероидов плоскостью, перпендикулярной эклиптике и проходящей через Солнце: заштрихованы области с разной пространственной плотностью тел. Показаны петли, которые делают в этой плоскости наиболее крупные астероиды Паллада, Церера и Веста [97].
Сечения разрушения галактических комет в столкновениях в астероидном поясе много больше вероятности их выпадения на Солнце, не говоря уже о планетах (рис. 19).
Рис. 19. Сечения разрушения галактической кометы в астероидном поясе в зависимости от диаметра кометного ядра. Пунктирная линия – площадь поперечного сечения Солнца.
Анализ показывает, что при столкновении комет и астероидов оба тела дробятся и испаряются, а их вещество физически и химически перемешивается. Поэтому кометы Солнечной системы представляют собой конгломерат [98] из кометного вещества галактического происхождения, смешанного с большим или меньшим количеством твердого (обломочного) и газообразного (испарившегося) материала астероидов.
Большинство комет Солнечной системы, как короткопериодических, так и долгопериодических, возникли 1¸5 млн. лет назад в период последнего пребывания Солнца в струйном потоке Ориона-Лебедя. Различия их орбит и состава вещества легко объясняются лишь разной начальной скоростью выброса обеих групп комет из пояса.
Короткопериодические кометы покинули пояс близко к плоскости эклиптики и с относительно малыми скоростями, что не позволило им далеко удалиться от Солнца. С момента рождения они совершили многие тысячи оборотов вокруг Солнца и теперь смогли сохраниться лишь в промежутках между орбитами планет-гигантов [99].
Долгопериодические кометы, наоборот, были выброшены из пояса во всех направлениях, причем со скоростью близкой критической »25 км/с. Вследствие движения Солнца по орбите с ускорением, при возвращении этих комет назад к Солнцу их первоначально эллиптические траектории трансформируются в слабопараболические и слабогиперболические, что приводит к потере данной кометы Солнечной системой. Сегодня преимущественно наблюдаются долгопериодические кометы, завершающие свой первый оборот вокруг Солнца. Радиус их орбит, по третьему закону Кеплера, составляет ~104¸105 а. е., а направление прилета в Солнечную систему близко к изотропному.
Тем самым, никакого избытка комет на периферии Солнечной системы нет. А то, что называют «кометным облаком Оорта» является лишь геометрическим местом афелиев орбит вторичных комет, впервые после вылета 1¸5 млн. лет назад из астероидного пояса возвращающихся к Солнцу. Общее число долго - и короткопериодических комет существующих сейчас около Солнца оценено величиной ~107 [1].
В отличие от короткопериодических комет, потерявших под действием солнечной радиации значительную часть льдистого газопылевого галактического вещества, долгопериодические кометы эти льды сохранили. Вещественный состав комет Солнечной системы (табл. 4) позволяет полагать, что доля воды в галактических кометах может достигать ~80¸90 %, углерода – 5¸10 %, а суммарное содержание более тяжелых химических элементов – первые проценты.
14. Утилизация кометного вещества
Более 60 лет назад писал [100, с.9]: «часть вещества биосферы, может быть большая, неземного происхождения, попадает на нашу планету извне, из космических пространств». Однако до недавнего времени многие геологи не находили тому необходимых оснований. Считалось, что все основные геологические явления, включая образование месторождений полезных ископаемых, вызваны на Земле исключительно внутренними эндогенными причинами. Влияние космоса допускалось, но в лучшем случае оно служило для этих процессов лишь спусковым механизмом [101].
Открытие галактических комет радикально меняет ситуацию. Выпадение на Землю в эпохи пребывания Солнца в струйных потоках и спиральных рукавах Галактики до ~106¸107 таких комет равносильно поступлению на нашу планету до ~1020¸1021 г воды, на порядок меньшего количества углерода, а также всех других более тяжелых химических элементов в соответствии с их космическим обилием. Этого вещества вполне достаточно [69], чтобы объяснить им близость [102] среднего изотопного состава H, He, C, N, O и инертных газов на Земле веществу углистых хондритов.
Таблица 4.
Химический состав ядер наблюдаемых комет [103] с изменениями автора
Соединение
Химическая формула
Состав, % мас.
Вода
H2O
60 – 70
Простые газы
NH3, CH4, CO, CO2, …
5 – 10
Органические соединения:
10 – 15
Нитрилы
HCN, CH3CN, …
Альдегиды
H2CO, CH3CHO, …
Органические кислоты
HCOOH, CH3COOH, …
Спирты
CH3OH, C2H5OH, …
Производные рядов:
Ацетиленового (С2Н2)
HCCCN, HCCCH3, …
Этиленового (С4Н4)
H2CCO, H3CCCN, …
Этанового (С6Н6)
CH3CHO, C2H5CN, …
Аминокислоты:
Глицин
NH2CH2COOH
Аланин
CH3CH(NH2)COOH
Валин
(CH3)2CHCH(NH2)COOH
Полимеры типа парафинов с длинными цепями
CnH2n+2
Внутриядерная пыль:
10 – 25
Силикаты
SiO2, MgSiO3, Mg, Fe)2SiO4, FeSiO3, (Mg, Fe, Ca)SiO3, …
Графит
C
Оксиды металлов
FeO, Fe2O3, Fe3O4, …
Сульфиды
CS, FeS, MnS2, CaS, …
Никелистое железо
FeNi
Анализ показывает [69], что поступающие с кометами вода, углерод и другие химические элементы сразу же включаются на Земле в глобальный геохимический круговорот вещества, что нарушает сложившееся ранее на планете геохимическое равновесие. В соответствии с принципом Ле Шателье это активизирует протекание на Земле ряда природных процессов, которые стремятся вернуть систему к равновесию.
Возврат системы в устойчивое состояние происходит за счет освобождения от «ненужных» веществ, в первую очередь, избытка воды и углерода, которые выводятся системой из активного круговорота. Основная масса воды при этом поступает в Мировой океан, что объясняет известный ступенчатый характер изменения его уровня [104]. Вместе с водой в океан сносятся углерод и остальной космический материал. Поэтому на границах периодов и отделов геохронологической шкалы содержание в воде P, Ca, Fe, Cu, U, Ir, Os и др. химических элементов увеличивается в десятки – сотни раз [60].
С прекращением падений комет состав морской воды возвращается в норму, а на шельфе и во внутренних морях отлагаются сравнительно маломощные, обогащенные углеродом и другим космическим веществом прослои пород, преобразующиеся в черные сланцы [105]. Формируются месторождения и многих других полезных ископаемых: урана, бокситов, железомарганцевых руд, фосфора и солей [5, 106].
15. Происхождение фосфатов и солей
Фосфаты и соли относятся к числу тех не многих полезных ископаемых, которые занимают огромные территории и отражают глобальные события, связанные с их возникновением [107]. Формирование крупных фосфатоносных провинций на Земле имело место лишь в отдельные сравнительно короткие (<10 млн. лет) периоды прошлого: венд - ранний кембрий, пермь и поздний мел - ранний палеоген. К этим трем эпохам относятся все главные фосфатоносные бассейны планеты. Вне указанных периодов месторождений фосфора мало либо они отсутствуют вообще.
Несмотря на то, что процесс соленакопления протекал практически непрерывно – «с кембрия и доныне», как и для фосфора, отчетливо выделяются периоды глобального галогенеза [108]. Времена образования основных масс солей и фосфоритов очень близки (рис. 20). На связь обоих процессов также указывает близкое расположение некоторых фосфатных и соленосных бассейнов.
Долгое время неразрешимой геологической проблемой являлось объяснение причин интенсивного фосфато - и соленакопления в определенные сравнительно короткие периоды фанерозоя, а также источник для этого фосфора и солей.
В работах [109-111] с позиций галактоцентрической парадигмы предложено объяснение этого феномена. Предполагается, что в эпохи кометных бомбардировок наряду с кометами струйных потоков на Землю падали также кометы спиральных галактических рукавов. Своей максимальной численности они достигали на расстоянии радиуса коротации R* = 13.0±1.0 кпк от центра Галактики. Состав комет галактических рукавов отличается от вещества комет струйных потоков повышенным содержанием (до ~0.1-1 %) химических элементов со средними атомными весами. Поэтому эпохи поступления на 
Землю таких комет отмечаются отложением пород и руд соответствующего состава.
Рис. 20. а) Разведанные запасы фосфора (столбики) – правая шкала, и солей (пунктир) – левая шкала, в сопоставлении б) с положением Солнца на галактической орбите (периодическая кривая) и удалением от центра Галактики ее четырех (цифры I-IV) спиральных рукавов. Кружки – моменты кометных бомбардировок. Пунктир – радиус коротации Галактики.
В табл. 5 приведены химические элементы так называемого «кальциевого пика». Все эти элементы исключительно синтезируются в реакциях горения углерода, кислорода и кремния в недрах звезд-гигантов, а также при взрывах обычных звезд [112].
Таблица 5.
Распространенность некоторых элементов в космическом веществе
относительно кремния по А. Камерону [113]
Изотоп
Содержание в естественной смеси, %
Процесс
горения
Распространенность в космическом веществе
11Na23
100
C
6.0´104
12Mg24,25,26
100
C
1.06´106
13Al27
100
С
8.5´104
14Si28,29,30
100
О
1.0´106
15P31
100
O
6.5´103
16S32,34
99.22
O, Si
4.96´105
17Cl35,37
100
O, Si
4.74´103
19K39,41
100
O, Si
3.5´103
20Cа40,44
99.03
O, Si
6.19´104
Примечание: распространенность Si принята 106 .
Сопоставление нуклидов табл. 5 с химическим составом солей (табл. 6) показывает, что все они, за исключением фосфора и кремния, присутствуют в солях. Причем соотношение объемов некоторых классов солей, отложенных в палеозое, контролируется содержанием этих элементов в космическом веществе [110].
Таблица 6.
Классификация солей по и др. [114]
Систематика солеобразующих минералов
Геохимические типы солей
Класс
Подкласс
Минерал, формула
1
2
3
4
5
6
7
Хлориды
Натриевые
Галит NaCl
xx
x
x
x
x
x
Магниево-калиевые хлориды
Сильвин KCl
xx
Карналлит KCl×MgCl2×6H2O
xx
Бишофит MgCl2×6H2O
xx
Тахгидрит CaCl2×2MgCl2×12H2O
xx
Сульфаты
Кальциевые сульфаты
Гипс CaSO4×2H2O
xx
x
x
Ангидрит CaSO4
xx
x
x
x
Магниево - калиевые сульфаты
Полигалит K2SO4×MgSO4×2CaSO4×2H2O
xx
Каинит KCl×MgSO4×3H2O
xx
Лангбейнит K2SO4×2MgSO4
xx
Кизерит MgSO4×H2O
xx
Эпсомит MgSO4×7H2O
xx
Натриевые сульфаты
Тенардит Na2SO4
xx
Мирабилит Na2SO4×10H2O
xx
Глауберит Na2SO4×CaSO4
xx
Астраханит Na2SO4× MgSO4×4H2O
xx
Глазерит Na2SO4×3K2SO4
xx
Карбонаты
Натриевые карбонаты
Трона Na2CO3×NaHCO3×2H2O
xx
Нахколит NaHCO3
xx
Натрон Na2CO3×10H2O
xx
Нортупит Na2CO3×MgCO3×NaCl
xx
Шортит Na2CO3×2CaCO3
xx
Гейлюссит Na2CO3×CaCO3×5H2O
xx
Давсонит NaAlCO3(OH)2
xx
Ганксит 2Na2CO3×9Na2SO4×KCl
xx
Кальциево - магниевые карбонаты
Магнезит MgCO3
Доломит CaMg(CO3)2
x
x
x
x
x
x
Нитраты
Калиево-натриевые нитраты
Натриевая селитра Na2NO3
xx
Калиевая селитра KNO3
xx
Палеозойское время характеризуется еще одной важной закономерностью: объемы отложенных каменных солей и разведанных запасов фосфатов, просуммированные по всему земному шару, обнаруживают линейную зависимость (рис. 21). С позиций нашей гипотезы этот факт приводит к трем выводам [111]: 1) слабой изменчивости среднего состава вещества поступавших на Землю галактических комет; 2) пропорциональном захоронении его фосфатной и наиболее растворимой солевой компонентов в процессах седиментации. И 3) существенного размыва и переотложения уже возникших скоплений фосфоритов и солей в более поздние эпохи не происходило. При невыполнении 
хотя бы одного из этих условий линейность графика была бы нарушена.
Рис. 21. Сопоставление разведанных запасов фосфоритов и объемов каменной соли в палеозое по литературным данным [111].
Представленные результаты, вполне хорошо объясняя времена и объемы отложения фосфоритов и солей в фанерозое, не дают, однако ответа на другой важный вопрос: почему интенсивное образование этих полезных ископаемых на Земле началось именно с рубежа венда и кембрия. С этого времени на планете также резко меняется характер накопления кальциевых и кальциево-магниевых карбонатов, и получают широкое распространение известняки [115]. Ответы на эти вопросы связаны с решением другой принципиальной проблемы, которую сейчас рассмотрим.
16. Биотическая революция в венде-кембрии
Известно, то в период 570-545 млн. лет назад, в конце венда - начале кембрия, наша планета пережила бурное развитие животного мира [116]. Если раньше живые организмы на Земле были представлены весьма примитивными существами: археобактериями, цианобактериями (прокариотами) и одноклеточными планктонными организмами (эукариотами), то в конце венда появляется многоклеточная эдиакарская фауна. А в начале кембрия ей на смену приходят почти все основные типы организмов, уже обладавшие твердыми раковинами или скелетами, просуществовавшие до наших дней [117]. Несколько позже у морских животных возникает кровеносная система, и кожное дыхание заменяется более совершенным легочным [118].
Галактоцентрическая парадигма не испытывает затруднений и в этом случае. Дело в том, что в расчетах, приведенных на рис. 20, влиянием эволюции Галактики на параметры солнечной орбиты пренебрегалось. Оценки, однако, показывают, что за прошедшие с начала фанерозоя 600 млн. лет орбитальный период Солнца увеличился на 3.6%, а средний радиус солнечной орбиты возрос примерно на 2%. Хотя эти изменения невелики, но в нашем случае с ней необходимо считаться.
Учет данного обстоятельства приводит к тому [118], что на рубеже венда и кембрия Солнце достигло апогалактия орбиты на ~20 млн. лет позже, чем в первоначальном расчете. Примерно на такую же величину следует уменьшить и вычисленные времена границ кембрийской системы. Это, кстати, лучше согласуется с пересмотренной в последние годы временной границей между вендским и кембрийским периодами [56].
Одновременно уменьшался средний радиус орбиты Солнца и, вероятно, ее эксцентриситет. В результате апогалактий солнечной орбиты в докембрии находился ближе к центру Галактики, чем в настоящее время. Эволюция Галактики также влияет и на радиус коротации, который со временем должен уменьшаться (рис. 22).
Рис. 22. Изменение со временем удаления Солнца от галактического центра (периодическая кривая) и радиуса коротации Галактики (пунктирная линия) с учетом эволюции нашей звездной системы. Треугольники внизу – главные эпохи накопления на Земле фосфатов и солей на рубежах венда и кембрия (V/Є), карбона и перми (С/Р), мела и палеогена (К/Р). Внизу указаны положения палеозойской (Pz), мезозойской (Mz) и кайнозойской (Kz) эр, а также верхней части рифея (Rf).
Вследствие эволюции нашей звездной системы, солнечная орбита в апогалактии впервые достигла радиуса коротации Галактики лишь около 570 млн. лет назад. Ранее орбита Солнца располагалась внутри коротационного радиуса. Поэтому поставки галактическими кометами на Землю в необходимом количестве химических элементов кальциевого пика не происходило. Именно по данной причине крупные скопления этих элементов, образующие сегодня промышленные месторождения фосфоритов, солей, сульфатов и т. д., стали возникать на нашей планете лишь в фанерозое.
Той же причиной объясняется и возникновение на Земле высокоразвитых организмов. Наибольшие количества «химических элементов жизни» – фосфора и кальция поступали на Землю на границах: венд-кембрий, карбон-пермь и мел-палеоген, когда Солнце находилось на удалении радиуса коротации от центра Галактики. Поэтому эти три эпохи явились временами крупнейших перестроек органического мира нашей планеты. Первая из них знаменует начало палеозоя – эры «древней жизни». Вторая – мезозоя – эры «средней жизни». А последняя – кайнозоя – эры «новой жизни».
Таким образом, согласно галактоцентрической парадигме бурное развитие животного мира на нашей планете последние 570 млн. лет вызвано, прежде всего, космическим влиянием. Начиная с этого времени, орбита Солнца впервые достигла радиуса коротации Галактики, что явилось причиной выпадения на Землю галактических комет с высоким содержанием фосфора, кальция и других, необходимых для жизни химических элементов. Эти элементы с кометной водой поступали в Мировой океан, который и стал в палеозое главной ареной развития животного мира нашей планеты.
Заметим, что идея возникновения на Земле живых организмов вследствие нахождения Солнца вблизи радиуса коротации высказывалась ранее [43]. Однако авторами данной работы эта связь никак не была конкретизирована.
17. Геохимический круговорот углерода
В отличие от фосфора и солей, поступавших на Землю в больших количествах сравнительно редко, наиболее распространенные компоненты кометного вещества: вода и углерод поставлялись кометами струйных потоков Галактики в среднем через каждые 25 млн. лет. Причем если фосфор утилизировался еще в эпохи падений комет, а соли спустя миллионы – десятки млн. лет (см. рис. 20). То углерод активно участвовал в круговороте вещества на планете и между эпохами кометных бомбардировок [69].
Теоретически исследованная нами схема геохимического круговорота углерода на Земле с учетом его периодического поступления с кометами показана на рис. 23.
На схеме выделены три взаимодействующих круга циркуляции углерода. Первый длительностью 108-109 лет связан с погружением углеродсодержащих пород в мантию Земли при субдукции литосферных плит. Второй ~106-107 лет вызван преобразованием захороненного органического вещества при накоплении осадков. И третий – биосферный, самый короткий цикл, обусловлен переносом углерода биосферы вглубь земной коры метеогенными водами в ходе их климатического круговорота.
Рис. 23. Схема круговорота углерода. Объяснения в тексте.
Поверхность Земли в круговороте играет роль геохимического барьера. Над земной поверхностью подвижный углерод циркулирует в окисленной форме (СО2), а под поверхностью преимущественно находится в восстановленном состоянии (СН4). Из-за низкой растворимости в воде углеводороды в земной коре обособляются, формируя в благоприятных геологических условиях собственные скопления в виде нефти и газа.
Разной длиной стрелок подчеркнут известный дисбаланс «восходящего» и «нисходящего» потоков углерода за счет естественных процессов. Если в осадках континентов и океанов ежегодно захоранивается (2¸6)×1014 г углерода, то в атмосферу из недр его выводится (1¸5)×1015 г/год [119]. Причем под поверхность поступает окисленный углерод, состоящий на ~2/3 из карбонатов и на ~1/3 из отмершей органики. Из недр же в атмосферу поступает углерод восстановленный (метан и его гомологи).
Учет ежегодно добываемых количеств нефти, газа и угля, составляющих 7.6 млрд. т. нефтяного эквивалента (7.6×1015 г углерода), еще более усугубляет данный дисбаланс. При сжигании этих топлив в атмосферу поступает почти втрое большее количество СО2. Это увеличивает общее количество углекислого газа в атмосфере, что, по мнению климатологов, может вызвать происходящее на Земле потепление климата.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
