ч.1_12. Концепция истории и строения Земли.Общие сведения о Земле.Давление внутри Земли.История рождения Земли.

12. Концепция истории и строения Земли.

часть 1, п.1-3

***

Аннотация

      В статье разработана теория эволюции во временных масштабах вселенной и определены численные параметры Земли с учетом ее внутренней структуры.

***

Содержание

1. Общие сведения о Земле  ……………………………………………..1           
2. Давление, действующее внутри Земли ………………………………3
3. История рождения Земли …………………………………………….8
4. Тепловое состояние Земли …………………………………………..17
5. Ядерный реактор Земли …………………………………………… 21
6. Уровень воды мирового океана …………………………………….26

1. 1.Общие сведения о Земле.
          Средний радиус: 6.371 м   (6371 км).
          Площадь  поверхности: 5.1    
          Объём: 1.083
   Масса: 5.98
   Плотность вещества: 5.52
          Строение Земли изучается методами геологоразведки,  сейсморазведки. Этими методами подробно изучены внешние слои Земли. Хуже – ее внутренние слои.
        В целом Земля представлена следующими слоями.
        Литосфера: 0-60км (доминируют химические вещества Si ):
        - кора: 0-35 км;
        - верхняя мантия: 35-60 км.
       Мантия: 35-2900 км
       Верхнее (внешнее) ядро: 2900- 5150 км
       Нижнее (внутреннее)  ядро: 5150 – 6371 км (преимущественно представлено железом).
           Дополнительно в Земле обнаружены следующие сферические слои:

1. Верхняя граница мантии – земная кора, поверхность Мохо (Мохоровича): средняя величина 35 км
   - слой Гутенберга: 80-100 км

• средняя величина 90 км. Плотность 3.6 
              - слой астеносферы: 100 -700 км. Плотность на глубине 420 км изменяется скачком  
                 от 3.6   до  3.8 ;
             - слой Галицина: 400-900 км. Плотность на глубине 670 км скачком изменяется от
               4.1 до 5.4.
       2. Нижняя граница мантии – верхнее ядро:
           - глубина залегания 2900 км. Плотность вещества изменяется  от 5.6   до 8.8 ,
           - скачек роста плотности вещества равен 3.2 . Таким образом, средняя
              плотность вещества верхнего ядра равна 8.8.

1. Для обеспечения Земле ее массового баланса среднюю плотность вещества
   внутреннего ядра необходимо принять равной 11
   Верхние слои Земли представлены следующими основными породами:

• осадочные: 0-20км. Средняя величина нижней границы залегания 10км:
  - плотность вещества на поверхности 1.9 .
  - плотность вещества на глубине 10 км равна 2.8.

• гранит: 10-40 км
  - средняя величина нижний границы залегания 35 км
  - толщина слоя 25 км.

• плотность: - глубина 10 км:  2.8
                     - глубина 35 км: 3.3

• базальт (вулканическая порода): 10 – 70 км:
  - средняя величина нижней границы залегания 50 км,
  - толщина слоя 15 км,
  - средняя плотность 3.3 .
         Часть вещества Земли находится в расплавленном состоянии, это:
              - астеносфера: 100-700 км;
   
  
  
       - верхнее ядро:
   
  
  
       Суммарный объём расплавленного вещества Земли равен 0.44 , что составляет 41% от общего объёма Земли. Масса расплавленного вещества равна:
        Итоговый результат параметров вещества Земли сведен в таблицу №1.
  Таблица 1.    

Сферический слой	H [км]			Сферический слой (r[км])	Толщина слоя[км]	Средняя плотность	Масса вещества	Обозначение
Осадочная порода	0	6.37	1.9	6.37-5.95	0.42	3.5	0.7
	10	6.36	2.8
Гранит	10	6.36	2.8
	35	6.335	3.3
Поверхность Мохо (35км) (базальт)	35	6.335	3.3
	50	6.320	3.6
Слой Гутенберга (базальт)	80-100 (ср.90)	6.28	3.6
Астеносфера	100-700 (ср.420)	5.95	3.6-3.8
				5.95-5.7	0.25	4.0	0.43
Слой Голицина	400-900 (ср.670)	5.7	4.1-5.4
				5.7-3.47	2.23	5.5	3.3
Нижний слой мантии	670	5.7	5.4
	2900	3.47	5.6
Верхнее ядро	2900	3.47	8.8	3.47-1.22	2.25	8.8	1.47
	5150	1.22	8.8
Нижнее ядро (железо)	5150	1.22	11	1.22-0	1.22	11	0.084

1. 2.Давление, действующее внутри Земли
        Нанесем величину плотности вещества Земли на координатную плоскость ρ – l  (рис.1; рис.2):
   Где:  ρ       - плотность вещества,
           l      - глубина погружения  в земные недра.
   
   Рис.1
   
   Рис.2
        Как видно из графика (рис.2) в целом, по плотности Земля подразделяется на пять сферических слоев. В пределах каждого слоя плотность вещества изменяется в небольших пределах. Это дает возможность рассчитать давление, которое действует на вещество, представляющее Землю, находящегося на различных глубинах от поверхности Земли.
          Для вычисления давления внутри Земли предварительно необходимо определить, каким образом изменяется величина гравитационной силы, действующая на единичную массу на различных глубинах сферических тел. Другими словами, необходимо определить закон действия гравитационной силы в сплошных сферических средах с равномерно распределенной плотностью вещества.
       Земные недра естественным образом послойно разделены на сферические тела с различной средней плотностью тех веществ, которыми они представлены. Необходимо определить среднюю гравитационную силу, действующую в конкретном сферическом слое на единичную массу, в качестве которой будем использовать среднюю плотность вещества того сферического слоя, который создает соответствующее давление (рис.3).
   
   Рис.3
   Где:          - масса внутреннего сферического тела,
                    - масса вещества внешнего сферического слоя,
            - единичный обьект, массу которого примем равной плотности вещества
                                   соответствующего слоя. На рис.
                h     - толщина внешнего слоя,
                     - плотность вещества в слоях,
                      - радиусы внутренней и внешней сфер.
         Как на точку   , так и на точку    действуют гравитационные силы со стороны масс  . Определим давление столбика вещества расположенного между точками   , создаваемого массой  .
   
   Рис.4
        Площадь геометрической фигуры ограниченная линией гравитационной силы, определяется следующим выражением (рис. 3, рис.4):
                    (1)
          (2)
        Где:   F    - гравитационная сила,
             G   - гравитационная константа,  
                - масса внутреннего тела,
              m  - масса единичного тела,
              r  - радиус,
             h - толщина внешнего слоя.
       Так же можно записать величину этой площади в виде следующего выражения:
         (3)
       Отсюда получаем среднее значение гравитационной силы, действующей на единичную массу.
            (4)
        Давление, создаваемое веществом сферического слоя  на поверхности шара, вписанного внутри внешнего слоя, за счёт гравитационной силы действующей со стороны шара   , определяется следующим выражением:
          (5)
   Где:          - масса вещества, заключенного в обьеме цилиндрика высотой h и
                                    единичного сечения.
          Определим величину давления, действующего в точке  , создаваемого массой    .
          Гравитационная сила, действующая со стороны массы   на точку , равна следующей величине:    
         (6)
         Величина гравитационной  силы, действующей со стороны массы    на точку    , определяется следующей формулой (статья 3 «Фундаментальная теория темной материи»,    строка  11):
          (7)
         Ограничимся двумя членами ряда.
          (8)
        В результате, величина давления, создаваемого силами , равна следующей величине:
         (9)
         Таким образом, давление, действующее со стороны массы   , можно представить в виде сумм двух давлений:
       (10)
       (11)
        Результирующее давление определяется следующей величиной:
         (12)
        Определим давление, действующее в точке ЦМ Земли.

1. Определим давление нижнего внутреннего ядра, создаваемое его гравитационной массой (таблица 1).  Используем формулу  строка  7  статья 7. «Концепция теории образования и эволюции звезд….» :
           (13)
          (14)
   Р = 380 кбар.
2. Определим давление, действующее на поверхности нижнего ядра, создаваемое  сферическим слоем массой :
   
   
           (15)
   
   
   Р = 1180 кбар
3. Определим давление, создаваемое сферическим слоем массой :
   
   
             (16)
   
   
   Р = 1220 кбар
4. Определим давление, создаваемое сферическим слоем   :
    
   
            (17)
    
    
   Р = 120 кбар
5. Определим давление, создаваемое сферическим слоем   :
   
   
             (18)
   
   
   Р = 150 кбар
       Определим величину давления, действующего в точке ЦМ Земли:
          (19)
        

1.  Запишем выражение для давления, действующего во внутренних обьемах Земли  через среднюю плотность земного вещества (статья 7. «Концепция теории образования и эволюции звезд….», строка 7) :

        (20)

Где:    r    - внутренний радиус Земли,

          R    - радиус Земли.

     При  r  = R  получим:

        (21)

     Результаты вычисления давлений, действующих во внутренних обьемах Земли, занесены в таблицу 2.

   Таблица  2  

	0.42	0.67	2.9	5.15	6.37
	150	270	1490	2670	3050
	330	520	1820	2500	2600

    Где:  l  - глубина погружения в земные недра,

              –  первый вариант вычислений давлений, сжимающих вещество в земных

                     недрах,

             – второй вариант вычислений давлений, сжимающих вещество в земных

                     недрах,

   

Данные, приведенные в таблице, изображены на рис. 5:     

Рис.5

       До глубины погружения равной 2000 км величина давления определяется следующей формулой:

       (22)

Где:   -  l   в километрах.

   Таким образом, если вещество представленное водородом, переходит в шестое сверхплотное состояние при давлении равным 0.7 млн. атмосфер, то вещество, представленное железом и никелем, переходит в шестое состояние при давлении равным 2,5 млн. атмосфер (статья 7. «Концепция теории образования и эволюции звезд….», раздел «Теория звездных ядер»):

1. 3.История рождения Земли.
         Рассмотрим вопрос, какова причина тех чудесных преобразований, которые происходили с Землей в ее историческом ракурсе?   «Вначале сотворил Бог небо и Землю. Земля же была безводна и пуста, и тьма над бездною,….» (Бытие). Именно таким был начальный этап рождения Земли. На этом этапе конденсация первичного газопылевого облака, из которого образовалась Солнечная система, происходила при температуре составлявших ее частичек близкой к абсолютному нулю температур Кельвина. Причиной этого служило отсутствие не только солнечной радиации, но самого Солнца. Прежде чем Солнце начало излучать свет на начальном этапе сгущения газопылевого облака, прошел миллион лет. Поэтому на первом этапе образования планет Солнечной системы процесс происходил в кромешной тьме и при лютом холоде. Начиная  с первых гравитационных зародышей,  планетоземалий  и, заканчивая образованием земного ядра, температура этого ядра была близка к абсолютному нулю температур, поскольку тепло, создаваемое механизмом акреции и сжатием первичного земного вещества, беспрепятственно излучалось в окружающее космическое пространство из-за того, что:
   - на первом этапе механизм акреции вообще не повышал температуру при  первичном
     образовании земного ядра из-за слабости гравитационных взаимодействий действующих между первичными   микрочастицами;
   - на втором этапе акреции из-за высокой теплопроводности вещества ядра его охлаждение
     шло эффективней, чем нагрев.
         Не первом этапе акреции процесс, который привел, в конечном счете, к образованию Земли, шел через обьединение мелких микрочастиц в более крупные за счет магнитных и электрических сил тех физических полей, которыми обладали микрочастицы. Действие этих сил было намного сильней действия гравитационных сил. Эффективность акреции была выше для тех частичек, которые обладали повышенными магнитными полями. Этот механизм действовал во много раз эффективней, чем объединение микрочастичек под действием электрических сил. Дело здесь в том, что электрические поля подвержены эффекту экранировки со стороны других электрически заряженных частичек. Иное дело магнитные силы. Они при объединении частичек, обладающих магнитными полями, способны не ослабляться, а усиливаться, что приводит к существенному усилению действия акриционного механизма для частичек, обладающими магнитными полями. За счет действия этого механизма происходит естественная эффективная сепарация конденсирующихся частичек в более крупные космические объекты способные намагничиваться. Повышенными величинами магнитных полей обладают железные и железно-никелевые космические частицы. Именно по этой причине на первом этапе формирования Земли она состояла в основном  из железа и никеля. И только когда из окружающего пространства первичная Земля извлекла частички, обладающие магнитными свойствами в заметном количестве, на поверхность первичной Земли стали попадать частицы, состав которых был представлен более легкими ядрами. Эти частицы практически не обладали магнитными полями. Масса Земли достигла массы ее современного твердожидкого ядра (подробно в статье 11.«Концепция образования солнечной планетной системы»).
        Далее, процесс  акреции вещества пошел по двум направлениям:
   - продолжался процесс акреции вещества на земную поверхность,
   - в космическом  пространстве вокруг ядра образовалось вращающее газопылевое облако,
     плоскость вращения которого оказалась близкой к плоскости эклиптики. Из  дискообразного газопылевого облака, вращавшегося вокруг будущей Земли, образовалась
    Луна.
          В дальнейшем образование, как Луны, так и Земли шло  за счет гравитационного притягивания каменных частиц и бомбардировке первичных Земли и Луны кометами. Поскольку в состав этих обьектов входила вода поэтому огромная часть воды оказалась скрыта в земных и лунных недрах так как при первичном формировании поверхностных слоёв Земли и Луны эти слои были рыхлыми.  За несколько десятков тысяч лет первичный этап формирования Земли и Луны завершился. Их масса приблизилась к современному их значению. По космическим меркам это ничтожно малое время.
          В земных недрах вещество находится в состоянии сильного сжатия. Примем, с учетом сверхбольших временных интервалов внутренние тепловые процессы в Земле протекают в квазиуравновешенном состоянии, т.е. температура внутренних обьемов вещества, находящегося на различных глубинах Земли, мало отличается между собой.
        Для того, чтобы конкретизировать задачу, примем:
   - все вещество Земли представлено железом, тепловые параметры которого не зависят ни
      от давления, ни от температуры:
   - энергия нагрева 465 дж/кг,
   - энергия плавления 277 кдж/кг,
   - массу Земли примем равной современному значению этой величины.
       Если отсчитывать температуру от нуля градусов Цельсия, то чтобы нагреть и расплавить все вещество Земли требуется следующая энергия:
            (23)
         (24)
         Суммарная энергия равна  .
         Первичное облако, из которого образовалось Солнце, было представлено преимущественно газообразным веществом. Первичное облако, из которого образовалось СПС, было  преимущественно представлено твердыми микрочастицами, пылинками. Механизмы сжатия таких облаков принципиально отличаются друг от друга. При сжатии газообразного облака молекулы, представляющие облако, взаимодействуют между собой через их взаимные столкновения, определяемое их тепловым движением. Здесь необходим учет законов термодинамики, а именно, сжатие облака сопровождается ростом средней температуры его вещества.
       При сжатии облака, представленного микропылинками, тепловое взаимодействие между микропылинками отсутствует. В таком облаке законы термодинамики не действуют. Сжатие его происходит сугубо под действием гравитационных сил. При сжатии облака его потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию движения микрочастиц в направлении точки ЦМ пылевого облака. Получим выражение, определяющее величину уменьшение потенциальной энергии при гравитационном сжатии пылевого облака.
        Определим совокупную кинетическую энергию микрочастичек, представляющих произвольное облако шарообразной формы, которое образуется под действием гравитационной силы:
         (25)
   Где:  - кинетичеcкая энергия i  микрочастицы,
             – масса микрочастички,
             – скорость движения микрочастички.
         Скорости движения микрочастичек вдоль радиуса шара распределены следующим образом:
          (26)
         (27)
   Где:  -  максимальная скорость движения микрочастичек, находящихся на расстоянии  R  от точки центра массы,
            R – радиус шара заполненного микрочастицами,
            k – коэффициент пропорциональности,
           r – расстояние от микрочастички до центра шара.
          (28) 
         Запишем значение кинетической энергии в дифференциальной форме:
           (29)
   Где:  - плотность вещества шара.
         Проинтегрирует полученное уравнение:
            (30)
   Подставим значение   .
          (31)
   Где:    M  - совокупная масса вещества шара.
        Запишем формулу максимальной скорости движения частичек, которая образуется из-за воздействия гравитационной силы на частички:
          (32)
        В результате получим следующее выражение для совокупной кинетической энергии:
          (33)
         При ; W = 0. Отсюда получим:
         (34)
         Где:   - максимальный радиус шара микрочастиц. При этом размере облака радиальная скорость движения микрочастичек равна нулю.
          При   , получим:
         (35)
        При акреции вещества, образовавшего Землю, выделилась энергия равная следующей величине:
          (36)
        Примечание: большая часть акреционной энергии шла не на нагрев земного вещества, а на компенсацию механизма гравитационного сжатия земных недр, о чем речь пойдет ниже. Здесь рассматриваются энергетические процессы без учета этого обстоятельства.
       Исходя из относительно короткого времени, при котором произошел процесс образования первичной Земли без внешнего слоя в несколько сотен километров, энергия акреции оказалась достаточна, чтобы расплавить вещество земного шара. Из-за того, что все вещество перешло в расплавленное состояние, размер первичной Земли примерно соответствовал современному размеру Земли. Что же произошло дальше?  Температура земной поверхности повысилась до 2000 градусов Цельсия. Земля была похожа на тусклую звезду.
        Величина мощности земной радиации определяется следующим законом Стефана-Больцмана:
         (37)
   Где:      σ     - постоянная Стефана-Больцмана (,
                ε     - излучательная способность тела (примем равной 0,5),
                s     - площадь излучающей поверхности,
                   -  температура поверхности излучающего тела,
                   -  температура окружающей среды.
         Поскольку    , отсюда получим:
           (38)
   
          Энергия акреции равна   дж . Пусть вся эта энергия перешла во внутреннюю тепловую энергию Земли. Если исходить из того, что температура земной поверхности не изменялась, то время,  необходимое для полного излучения этой энергии в окружающее космическое пространство равно следующей величине (строка  36):
         (39)
   
       Конечно, с понижением температуры земного вещества, излучательная мощность земной поверхности уменьшается. Но при переходе расплавленного вещества в твердое состояние внутренняя температура земного вещества не изменялась. Время полного затвердевания земного вещества равно следующей величине (строка 24):
         (40)
   
      Таким образом, Земле необходимо всего лишь несколько сотен лет, чтобы все ее вещество перешло в твердое состояние. Но, как известно и поныне, примерно, 40% земного вещества находятся в расплавленном состоянии, хотя с тех времен, когда вещество Земли находилось в расплавленном состоянии, прошло 4,5 млрд. лет. Возникает вопрос, почему же до сих пор не все земное вещество затвердело?  Более того, на современном этапе существования Земли из земных недр выделяется тепловая энергия, мощность которой равна   . Это тепло в историческом ракурсе, если его выделение отсчитывать от начала рождения Земли, выделялось всегда. Примем эту величину за константу. За всю историю Земли должна была выделиться энергия следующей величины:
         (41)
         Величина этой энергии соответствует той, которая необходима для плавления всего вещества Земного шара. На самом деле, эта энергия является фактически избыточной, т.к. на первом этапе охлаждение земного вещества происходило весьма эффективно из-за высокой начальной температуры поверхности первичной Земли.
        Если учесть, что и на данном этапе существования Земли 40% ее обьема продолжает оставаться в расплавленном состоянии, то доминирующая идея в научной литературе о том, что Земля остывает, в корне ошибочна. Рассмотрим этот вопрос.
           Что же происходит в реальности, если уйти от идеи, что современная высокая температура земных недр является остаточной от первичного тепла, которую приобрела Земля при акреции того вещества, из которого образовалась первичная Земля?   Рассмотрим, что же произойдет с земным веществом после того, как оно перейдет в твердое состояние? Пусть при этом остаточная средняя температура земных недр будет равна 1500 градусов Цельсия. Тепло выделенное при остывании земного вещества излучается с земной поверхности в космическое пространство, понижая его температуру. Величина внутренней энергии Земли определяется теплоемкостью его вещества:
          (42)
   Где:     c      - теплоемкость вещества,
               M     - масса вещества,
               ∆T   - изменение температуры вещества.
         Как известно, в физике изменение температуры физического тела прямо пропорционально  тому обьему, которое занимает тело.
        Охлаждение Земли сопровождалось уменьшением геометрических ее размеров, которое происходило под действием гравитационной силы притяжения, действующей на земное вещество. Уменьшение размера земного шара сопровождается выделением дополнительной гравитацинной энергией, которая переходила во внутреннюю тепловую энергию Земли. Таким образом, при уменьшении размера Земли, определяемое охлаждением ее вещества, действовали два источника энергии:

1. Внутренняя энергия, определяемая теплоемкостью земного вещества, которая равна следующей величине:
                                                                     (43)
   
2. Энергия гравитационного сжатия земного вещества равна следующей величине:
   (без учета потери энергии на излучение) статья 7. «Концепция теории образования и эволюции звезд…», строка 133:   
          (44)
   
         Как видно из полученного результата, при уменьшении размеров Земли, при ее охлаждении, львиная доля энергии выделяется именно за счет сжатия земного вещества гравитационной силой. Эта энергии в 1,7 раза превышает энергию акреции. Поскольку рассматривается эволюционный этап Земли, когда акреционный механизм завешил свою деятельность, и, исходя из закона сохранения энергии, энергия гравитационного сжатия земного вещества не может быть больше, чем  . Учтем также,  что поскольку при акреционном процессе разогревается преимущественно вещество, находящееся в поверхностном слое планеты, часть энергии теряется в виде излучения. Поэтому примем энергию сжатия равной . Примем, что внутренняя энергия Земли линейно зависит от средней температуры земного вещества:
         (45)
       Мощность определяется следующим выражением:
          (46)
      Мощность излучаемой радиации равна (площадь земной поверхности уменьшим в 3 раза):
          (47)
     Приравняем значение мощностей и в результате получим:
          (48)
           (49)
        Примем, время равно 700 млн. лет.
           (50)
   
         Таким образом, через 700 млн. лет от рождения температура земной поверхности понизится, примерно, до 100 градусов Цельсия. Поскольку рассматривается квазистационарный процесс, средняя внутренняя температура Земли также оказалась равной 100 градусов Цельсия. В противном случае, внутри Земли осталась бы остаточная тепловая энергия.
       Обратим внимание на следующее обстоятельство. Вещество астеносферы представлено базальтом. Плотность вещества слоя Голицина на глубине 430 км равна 3.8∙ 10*3 кг/м*3. Средняя плотность базальта, находящегося в естественных условиях равна 2.9 ∙ 10*3 кг/м*3. Предполагается, внутреннее земное ядро преимущественно представлено железом. Плотность железа в естественных условиях равна 7.8∙ 10*3 кг/м*3.
         Отношение плотности вещества в слое Голицина и во внутреннем ядре звезды определяется следующей величиной:
         - слой Голицина:      (51)
         – внутреннее ядро:     (52)
         Приняв равенство температур вещества внутри Земли на различных глубинах его залегания, приходим к выводу, что, начиная с давления 250 Кб, плотность вещества  после тридцатипроцентного увеличения в дальнейшем слабо зависит от сжимающего давления, т.к. отношение плотности мало изменяется в пределах изменения давления, действующего на вещество более чем в 10 раз. Таким образом, плотность вещества при высоких давлениях слабо зависит от величины давления, но оно сохраняет свою способность изменять свою плотность в зависимости от его температуры. Более того, эта зависимость не только сохраняется, но и многократно возрастает по сравнению с температурными свойствами твердых веществ, находящихся в нормальных условиях. Именно в таком состоянии находится вещество в земных недрах.
         При остывании внутреннего вещества Земли, происходит существенное уменьшение площади ее поверхности. Хотя остывание Земли сопровождалось мощными процессами горообразования на ее поверхности, эти хребты отсутствуют на поверхности современной Земли по следующей причине. К 700 миллионному году своего рождения Земля полностью еще не успела сформироваться. Ей не хватало, примерно, еще 700 км верхнего слоя ее вещества. После первичного образования Земли ее поверхность непрерывно подвергалась бомбардировки кометами и метеоритами. На завершающем весьма важном этапе формирования Земли через 700 млн. лет она подверглась усиленной бомбардировки метеоритами. Этот этап характерен тем, что если в предыдущий период своего существования, формирование  Земли осуществлялось из вещества, в котором весьма бедно были представлены радиоактивные вещества, то в этот, 50 миллионный временной период, Земля подверглась бомбардировке веществом, в котором в заметном количестве содержались уже радиоактивные вещества. Это вещество расположилось в виде сферического слоя на глубине 300 – 700 км. Заполнение верхнего земного слоя в несколько сотен километров метеоритами, похоронило сформировавшиеся на земной поверхности мощные горные хребты глубоко под земной поверхностью.
       Для Земли наступил следующий решающий этап в ее истории. К этому времени уже сформировавшаяся СПС на своем орбитальном галактическом пути 3.8 млрд. лет назад столкнулось с газопылевым облаком и прошла сквозь него. Это привело к акреции из облака на поверхность Земли вещества преимущественно представленного легкими элементами. Земля оказалась покрыта слоем сконденсировавшегося твердого вещества со средней толщиной 30 км. На земной поверхности из этого вещества  в дальнейшем образовалась первичная земная кора, где содержались те радиоактивные элементы, которые и сегодня присутствуют в земной коре.
         При акреции вещества выделилась тепловая энергия, которая вытопила то небольшое количество воды, которая была в частицах твердого вещества.
       Определим величину энергии, выделившуюся при акреции твердого вещества по формуле (35):
          (53)
        Определим массу этого вещества:
   - радиус Земли:
   - средняя плотность:
   - площадь поверхности:
   - толщина:
         (54)
   
      Верхний слой земного твердого вещества, толщиной в несколько километров в дальнейшем в течение миллиардов лет был заполнен падающими на земную поверхность метеоритами и кометами, которые образовали осадочные породы.
        Энергия акреции равна следующей величине:
          (55)
   
     Теплоемкость вещества земной коры равна следующей величине:
            (56)
          Определим температуру нагрева твердого вещества при его акреции на земную поверхность:
          (57)
   
           Если принять температуру земной поверхности равной 300 градусам Кельвина, то температура нагрева акреционного вещества составит 640 градусов Кельвина или 370 градусов Цельсия. Этот нагрев и последующее охлаждение вещества земной коры способствовал уплотнению и кристаллизации этого вещества, что способствовало образованию гранитного слоя вещества на земной поверхности. Таким образом, 3.8 млрд. лет назад жидкости на земной поверхности не было. Она находилась в небольшом количестве в земной атмосфере. При понижении температуры земной поверхности ниже 100 градусов Цельсия вода сконденсировалась на поверхности Земли в жидком виде.
        Выше было рассмотрено, что через 740 млн. лет после своего рождения за счет охлаждения, размеры Земли уменьшились до величины радиуса, равного .
        Рассмотрим, каким образом была определена эта величина.
       По результатам вулканической деятельности известно, вещество земных недр находиться в раскаленном тепловом состоянии. Ясно также, что в прошлой истории Земли ее внутренняя температура не всегда была такой высокой.
       Известны следующие факты. Общая площадь поверхности Земли равна . Площадь суши по береговой линии мирового океана равна . Материковая суша на береговой линии мирового океана не заканчивается, она продолжается в виде материкового шельфа до бровки (край шельфа), после которого начинается материковый склон, образующий береговую линию дна мирового океана. Площадь материкового шельфа равна . Таким образом, площадь материковой поверхности равна . Материковый шельф заканчивается бровкой со средней глубиной 133 м. Общие очертания материковой поверхности таковы, что если убрать площадь земной поверхности по бровке, т.е. по кромки шельфа и края оставшейся поверхности аккуратно соединить, то получится геометрическая фигура, близкая по форме к шару с радиусом равным м.
        Второй факт. Анализ дна Атлантического океана показал, что дно образует структуру, напоминающую структуру расходящегося шва от средней линии дна океана, которая заполняется остывающей лавой, поднимающейся из глубинных объёмов Земли. Подобные швы-разломы можно наблюдать и в Тихом океане, но эти разломы старые.
         Эти факты указывают на то, что объём Земли не является неизменной величиной, он увеличивается во времени. Геологические исследования вещества Земной коры показали, на поверхности Земли нет пород, возраст которых превышал бы  3.8 млрд. лет. Оценка общего возраста Земли дает величину 4.54 млрд. лет.
        Следовательно, в своей истории у Земли были два наиважнейших факта:

1. Время рождения Земли,
2. Время, когда вся поверхность Земли была представлена единым  материалом. Это время равно 3.8 млрд. лет.
        Иными словами, начиная от момента появления земной коры и до настоящего времени, объём Земли непрерывно возрастает и ход процесса расширения определяется непрерывным выделением того тепла, которое рождается распадом ядер радиоактивных элементов, содержащихся в веществе земных недр.
       Геологические исследования также показали, что земная кора, представляющая дно океанов, намного моложе материковой коры, т.е. материковая кора образовалась раньше той, которая является дном мирового океана. Причем, чем ближе к берегу, тем старше возраст вещества, представляющего океанское дно.
        Объяснение приведенным фактам было дано выше, а именно, при рождении Земли ее вещество находилось в расплавленном состоянии и оно занимало объём, примерно равный, объёму современной Земли. В течение 700 млн. лет Земля остывала. Ее размер, при этом, уменьшился 3.84 млрд. лет назад, до величины в 3 тыс. км.
      В этот момент времени Земля подверглась:
   - вначале в течении нескольких десятков  млн. лет бомбардировке метеоритами, которые
      содержали радиоактивные элементы. Толщина слоя 640 км;
   - затем, из газового облака на поверхность Земли выпало вещество, покрывшее ее
     поверхность, толщиной в тридцать километров, из которого образовалась
      земная кора, и она также содержит радиоактивные элементы.
          При ударе метеорита на земную поверхность происходит локальный нагрев вещества на относительно небольшом участке Земли, который быстро остывает. Таким образом, тепловая энергия не успевает проникнуть вглубь Земли из-за относительно низкой теплопроводности веществ, находящихся в поверхностном земном слое.
         С момента попадания на Землю радиоактивных веществ начался процесс разогрева земных недр. Таким образом, приняв, что разогрев внутреннего вещества Земли происходит по закону распада радиоактивных веществ, определим тип функции, которая определяет законы изменения земного радиуса во времени с учетом, что известны точные значения двух точек этой функции:
   - размер Земли в период времени 3.8 млрд. лет назад ( ). Примем, в тот период существования Земли осадочные породы уже были на земной поверхности.
   - современное время существования Земли .
         Мощность энергии распада радиоактивных элементов через период их полураспада определяется следующим выражением:
          (58)
      Где:   P        - мощность энергии распада,
                       - начальная мощность в момент времени,
                 t      - текущий момент времени,
                T      - период полураспада.
          Запишем в дифференциальной  форме выражение для энергии распада:
          (59)
       Проинтегрируем полученное выражение:
          (60)
        Знак «минус» указывает на то, что во времени энергия уменьшается.
        Примем, при  t = 0  C = 0 :
          (61)
           Г равитационная энергия земного шара определяется следующим выражением:
         (62)
      Где:     G     - гравитационная константа,
                  M     - масса Земли,
                  R      - радиус Земли.
        Приравняем величины энергии:
         (63)
          (64)
       Определив закон изменения земного радиуса, подберем соответствующую функцию, используя уже известные знания о Земле.
          (65)
         (66)
         (67)
    Где:    R      - радиус Земли в метрах,
               t      - время в миллиардах лет от точки времени начала рождения Земли,
                       которое равно 4.54 млрд. лет до нашей эры ( t ≥  0.74 млрд.лет);
              S      - площадь поверхности Земли в квадратных метрах.
              V     - объём Земли в кубических метрах.
3. 
   
   
   
   Окончание
   

   ч.2_12  http://gvaleriy.blogspot.ru/2016/01/212.html