Дифференциация и самоорганизация первичного космического барионного вещества

Проблема происхождения Луны обсуждается в научной литературе уже более ста лет. К середине прошлого века сформировалось несколько гипотез происхождения Луны: отделение Луны от Земли; случайный захват Луны на околоземную орбиту; коаккреция Луны и Земли из роя твердых тел и т.п. и т.д.

Изобретались хитроумные, но малоправдоподобные сценарии того, как Луна могла бы потерять избыточное железо. В 60-х годах одной из основных была гипотеза коаккреции, разработанная отечественными исследователями, учениками О.Ю. Шмидта, В.С. Сафроновым и Е.Л. Рускол (Рускол, Е.Л., 1975). Ее слабая сторона – неспособность объяснить разную плотность Луны и Земли (Галимов, Э.М., 2005).

Когда стали известны детали химического строения и состава Луны, и эта гипотеза была окончательно отвергнута. Как раз в середине 1970-х гг. появился новый сценарий образования Луны. Американские ученые А. Камерон и В. Уорд и одновременно В. Хартман и Д. Дэвис в 1975 году предложили гипотезу образования Луны в результате катастрофического столкновения с Землей крупного космического тела, размером с Марс (гипотеза мегаимпакта). Эта гипотеза была принята, поскольку она предлагала простое решение целого ряда проблем. В результате огромная масса земной материи и частично материала ударника (небесного тела, столкнувшегося с Землей) расплавилась и была выброшена на около земную орбиту. Как показало компьютерное моделирование, с динамической точки зрения, сценарий столкновения космических тел вполне осуществим. Вопрос дефицита железа на Луне в гипотезе происхождения Луны играл решающую роль. Гипотеза мегаимпакта оставляла в тени другую фундаментальную проблему – сверхобедненность естественного спутника Земли летучими элементами (Галимов, Э.М., 2005).

углистых хондритов (CI) (Галимов, Э.М., 2005)

Десять лет назад Э.М. Галимов выдвинул гипотезу, смысл которой состоял в том, что Луна сформировалась не вследствие катастрофического удара, а как двойная система одновременно с Землей в результате фрагментации облака пылевых частиц. Так образуются двойные звезды. Железо, которым Луна обеднена, было утрачено вместе с другими летучими химическими элементами в результате испарения. Предложенная Э.М. Галимовым динамическая модель хорошо объясняет возможность возникновения двойной системы Земля – Луна (рисунок 4.2.4).

Несколько исследователей во главе с Э.М. Галимовым объединились в группу для изучения этой проблемы и решения динамической задачи образования Луны и Земли: акад. Т.М. Энеев, акад. В.П. Мясников, чл.-корр. РАН А.В. Забродин, д.ф.-м.н. М.С. Легкоступов, д.х.н. Ю.И. Сидоров, д.ф.-м.н. А.М. Кривцов.


Рисунок 4.2.4 Формирование Земли и Луны из общего пылевого диска в соответствии с гипотезой о происхождении Земли и Луны как двойной

системы (Галимов, Э.М., 2005)

Российская модель объясняет сверхобедненность Луны летучими химическими элементами и дефицит железа в ней. Главная особенность модели – введение в рассмотрение фактора испарения, причем в условиях, исключающих или сводящих к малым величинам фракционирование изотопов. Этим преодолевается фундаментальная трудность, с которой сталкивается гипотеза мегаимпакта. Фактор испарения впервые позволил получить математическое решение развития двойной системы Земля – Луна при реальных физических параметрах. Новая русская концепция происхождения Луны из первичного вещества, а не из мантии Земли, лучше согласуется с фактами, чем американская гипотеза мегаимпакта. Очевидно, с появлением этой теории возникает необходимость пересмотра теории аккумуляции планет Солнечной и других звездных систем (Галимов, Э.М., 2005).

Найденные фрактальные, квантово-волновые, качественно однородные четко периодические графики (4.2.2-4.2.3), характер которых определяется сходными физическими, физико-химическими процессами и реакциями, за исключением, вероятно, условий их протекания – температурного режима, подтверждает теорию Э.М. Галимова и соавторов.

Итак, Луна и Земля – сестры, «монозиготные близнецы», самообразовавшиеся из одного общего протопланетного облака.

Волновой характер обычной материи проявляется в графиках показателей, характеризующих процессы самоорганизации в Главной последовательности дивергенции и диссипации барионной материи, и соответствует современной третьей, физической, квантово-полевой картине мира.…

Элементы р-семейства накапливаются в океанической воде также закономерно, так в 3-4 периодах содержание р-элементов увеличивается с ростом электронов на р-подуровне от алюминия к хлору – в третьем периоде, от германия мышьяка, селена к брому – в твердом периоде. В пятом периоде также имеется тенденция к увеличению относительного содержания р-элементов в океанической воде с ростом номера групп – от олова и сурьме к йоду, отсутствуют сведения о теллуре. Поведение d-элементов также, вероятно, связано с закономерностями застройки их электрон­ных орбит. Вероятно, так как данные о d-элементах неполные, сведения для части d-элементов 5-6 периодов отсутствуют. Обращает на себя внимание верхняя граница содержания элементов d-семейства в океанической воде. Для представителей 4-5 периодов она равна 10^-4% от содержания в Земном шаре, содержание f-элементов с увеличением атомного номера закономерно уменьшается примерно в пре­делах одного порядка.

На рисунке 4.2.7 представлено содержание элементов в океанической воде в процентах от содержания в земной коре. Обозначения осей ординат и абсцисс по аналогии с предыдущими рисунками. Как видно и в этом случае содержание элементов в океанической воде описывается достаточно строгой периодической кривой, периодич­ность которой определяется принципами застройки электронных ор­бит.


Рисунок 4.2.7 Содержание химических элементов в океанической воде, % от содержания в земной коре и океанической воде
Здесь обнаруживаются те же соотношения щелочных и щелочно­земельных элементов: щелочных элементов переходит из земной коры больше, чем щелочноземельных, имеются и те же исключения – стронция из земной коры в океаническую воду «переходит» больше, чем рубидия. Также увеличивается содержание в океанической воде элементов р-семейства от III-IV к VII-VIIА подгруппам, за исключением элементов 2-го периода.

Содержанием химических элементов f-семейства с ростом атомного номера увеличивается (рисунок 4.2.7), в отличие от данных, представленных на рисунке 4.2.6..

Содержание химических элементов в живом веществе и «стандартном» человеке, % от содержания в океанической воде, представлено на рисунках 4.2.8 и 4.2.9. На оси абсцисс – порядковый номер химических элемен­тов, Z. На оси ординат – содержание химических элементов в живом веществе или «стандартном» человеке % от содержания в океанической воде. Поле рисунков, как и в предыдущих случаях, разделано вертикаль­ными линиями, соответственно периодам в периодической системе. Как видно содержание химических элементов в живом веществе, выраженное % от содержания в океанической воде, описываются своеобразной периодической кривой, обратной кривым – содержание химических элементов в океанической воде, выраженное % от содержания или в Земном шаре в целом, или в земной коре. Непонятны исключения в поведении s-элементов – рубидий > стронций и цезий > барий.

В отличие от химического элементарного состава океанической воды, земной коры, химический элементарный состав живого вещества воспроизводится постоянно и на него не могут оказать прямое влияние изменения в химическом элементарном составе, связанные с ядерно-физическими процессами. С чем же связано относительно большое содержание рубидия и цезия по сравнению со стронцием и барием в живом?

Содержание химических элементов в «стандартном» человеке, рисунок 4.2.9, описывается периодической кривой, периодичность которой, как и во всех предыдущих случаях, связана с периодичностью застройки электронных орбит элементов. Как и в случае живого вещества, сведения об элементарном составе «стандартного» человека неполны и ограничивается в основном данными об элементах s-, р-семейств. Имеются более или менее полные данные для элементов d-семейства 4-го периода. Относительное содержание щелочных химических элементов в «стандартном» человеке закономерно меньше, чем их соседей по s-семейству щелочноземельных элементов, при одном и том же, повторяющемся во всех рассмотренных выше случаях, исключении – рубидия содержится относительно больше, чем стронция. Причина это­го исключения, вероятно, та же, что и в случае живого вещества. Элементы р-семейства имеют пик максимума, который приходится на элемента IV-VА подгрупп 2-3-го периодов. Вероятно пик максимума ив 4-6 периодах приходится на эти же группы элементов, но может быть он смешается до представителей VIА подгруппы (для химических элементов VIА подгруппы, 5-6 периодов отсутствуют данные).

Естественно, на графиках кларков должен лежать не только отпечаток первичной распро­страненности, то есть законов их образования, но и последующего их перемещения. Изменения на графиках кларков различных объектов, связанные с перераспределением химических элементов, замаскированы количественным соотношением кларков отдельных элементов.

Так распространенность элементов в различных объектах, в общем, уменьшается в 10⁹-10¹³ раз с увеличением атомного номера от 1 до 90. Кроме этого, пики максимумов приходятся на наиболее устойчивые элементы, имеющие число протонов 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82. И, тем не менее, на графиках кларков земной коры (Ферсман, А.Е.) или живого вещества (Виноградов, А.П.) имеются наметки периодичности, связанной с электронным строением. Каждый период в графическом изображении кларков земной коры, так и живого вещества резко ограничивается инертными газами, что связано с резким отличием их физико-химических свойств от остальных элементов. Следует отметить, что для живого вещества кларки инертных газов взяты рас­четным путем. Как А.Е. Ферсман, так и А.П. Виноградов, некоторые нюансы отдельных кларков земной коры в живого вещества объясня­ют электронным строением элементов, то есть связывают их с пере­мещением, последующим перераспределением элементов. И в то же время ни А.Е. Ферсман, ни А.П. Виноградов периодичности, связан­ной с периодическим характером застройки электронных орбит не видели, да и не могли видеть. Например, А.П. Виноградов (кларки отдельных объектов для четных и нечетных элементов графически изображаются часто раздельно) дает для живого вещества следующую периодичность: для четных 2+6+6… и для нечетных 1+6+6... или для четных He, O, Si, Ca, Fe, Ge, Sr,…, для нечетных H, N, Al, K, Mn, Cd, Xe,… и т.д. Это типичная «ядерная» периодичность.

Таким образом, все рассмотренные объекты, процессы: содержание в метеоритах, % от космической распространенности, содержание в земной коре, % от содержания в Земном шаре, содержание в океанической воде, % от содержания в Земном шаре иди земной коре, содержание в живом веществе, «стандартном» человеке, % от содержания в океанической воде, имеют периодический харак­тер или характерные признаки периодичности.

Рассмотренные процессы, объекты на­столько качественно разнородны, что можно говорить об универсальности законов перемещения элементов в природе вообще. То есть любой процесс или объект, химический элементарный состав которого будет выражен в процентах или других относительных единицах от генетически связанной (материнской) системы, должен графически иметь перио­дическое построение, причем периодичность, соотношение элементов отдельных семейств, групп, подгрупп, будет связана с периодическим характером застройки электронных орбит.

Рисунок 4.2.10 Соотношение химического элементарного состава земной коры (1, 1´), океанической воды (2), живого вещества (3), «стандартного» человека (4) с химическим элементарным составом метеоритов, вес %.

Соотношение и последовательность формирования химического элементарного состава из первичного нелетучего материала Солнечной системы (метеоритов) геосфер планеты Земля (земная кора, океаническая вода), живого вещества, человека представлены на рисунках 4.2.10-4.2.13.

На рисунке 4.2.10 дано соотношение химического элементарного состава земной коры, океанической воды, живого вещества, «стандартного» человека с химическим элементарным составом нелетучей фракцией вещества Солнечной системы (метеоритов-хондритов). Как видно, соотношение химического элементарного состава земной коры, океанической воды, живого вещества описывается пучком прямых линий с углом наклона ~ 35-50^◦. Соотношение между содержанием химических элементов в земной коре и «стандартном» человеке с содержанием их в метеоритах описывается примерно одной и той же прямой с углом наклона ~ 45^◦, различия незначительные.

Рисунок 4.2.11 Соотношение химического элементарного состава океанической воды (1), живого вещества (2), «стандартного» человека (3) с химическим элементарным составом земной коры, вес %
То есть содержание химических элементов разной количественной распространенности уменьшается прямо пропорционально, в соотношении ~ 1:1 в земной коре и «стандартном» человеке, так же, как и в метеоритах. Химический элементарный состав живого вещества по отношению к химическому элементарному составу метеоритов содержит больше те химические элементы, кларки которых выше, а в океанической воде – наоборот.

На рисунке 4.2.11 представлено соотношение химического элементарного состава океанической воды, живого вещества, «стандартного» человека с химическим элементарным составом земной коры и уравнения для расчета взаимозависимых величин. Интересна сама последовательность изменения угла наклона, который характеризует отношения кларков, абсолютная величина которых меньше, к кларкам, величина которых больше: океаническая вода → живое вещество → «стандартный» человек → земная кора (рисунок 4.2.11).

На рисунках 4.2.12-4.2.13 представлены соотношения химического элементарного состава «стандартного» человека и живого вещества и уравнения для расчета взаимозависимых величин. Если происхождение живого связано с химическими элементами (и их соединениями) океанической воды, то эволюция живого и появление человека напрямую зависит от химического элементарного состава земной коры.

Самоорганизация и эволюция биологических систем и человека происходит за счет дополнительного привлечения, по сравнению с химическим элементарным составом океанической воды и живого вещества в метаболические цепи человека d- и f-элементов.

Матрица живого (генетический код живого планеты Земля) приспособлена к функционированию при определенном наборе и количественном соотношении барионного вещества планеты Земля.

Рисунок 4.2.12 Соотношение химического элементарного состава живого вещества (1, 1´), «стандартного» человека (2, 2´) с химическим элементарным составом океанической воды, вес %

Развитие и существование жизни на Земле, несомненно, должны определяться распространенностью химических элементов в поверхностных частях земной коры, в пределах которых существуют организмы. Основу этих частей, как и земной коры, в целом, составляют горные породы, образующие литосферу. Если рассматривать весь блок живого вещества Земли, то можно считать, что его существование обусловлено особенностями распространенности химических элементов в земной коре в целом. Эти особенности были довольно хорошо изучены такими выдающимися учеными, как В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, В.М. Гольдшмидт, Ф.У. Кларк, А.П. Виноградов, А.А. Кист и многими другими.

Основным элементом в организмах, как и в земной коре, является кислород. Базовым химическим элементом живого вещества является углерод (¹²C, 6 протонов, 6 электронов, 6 нейтронов; ¹³C, 6 протонов, 6 электронов, 7 нейтронов; ¹⁴C радиоактивный, 6 протонов, 6 электронов, 8 нейтронов). Основу живого вещества составляют химические элементы, доминирующий изотоп которых построен по типу 4n (¹²C, ¹⁶0, ²⁴Mg, ²⁸Si, ³²S, ⁴⁰Ca, ⁶⁰Fe). Легкие химические элементы преобладают над тяжелыми химическими элементами. Закономерности, указанные для всей массы живого вещества, справедливы и для человеческого организма.

Как уже указывалось, с учетом форм нахождения химических элементов в составе земной коры при различных экологических исследованиях отдельно выделяются гидросфера, атмосфера, почва и живое вещество. Все они имеют свою специфику воздействия на безопасность жизнедеятельности людей.

Значительная часть живого вещества используется в качестве продукта питания для другой его части, включая человека. Основное количество химических элементов, обеспечивающих нормальные процессы жизнедеятельности, люди получают за счет потребления растительных и животных организмов. Содержание элементов в различных видах растений и животных изменяется в довольно широких пределах. Кларковое содержание рассчитано пока только для всей массы живого вещества. При этом при расчетах за основу берется масса растительных организмов, резко преобладающая над зоомассой. Данные о среднем содержании ряда химических элементов, наиболее распространенных в живом веществе, (кларки живого вещества), можно рассматривать как оптимальные для всего блока живого вещества, хотя для отдельных видов (например, для человека) они могут отличаться (Алексеенко, В.А., 1969; 1990; 1997; 2000; 2003; Биосфера и жизнедеятельность; http://bibl.tikva.ru/base/B1334/B1334 Chapter3-2.php).