1. ИСТОРИЯ ВОПРОСА

ВВЕДЕНИЕ
О ГЕЛИИ
ИСТОРИЯ ВОПРОСА


Фактор восприятия нами вмещающей среды является базовым для понимания всего остального. Базовые (фоновые относительно нас) условия это те, в которых мы живем: давление равно одной атмосфере (бар), температура в интервале от нуля до плюс двух-трех десятков градусов Цельсия, ускорение силы тяжести = 1g.
Условия Космоса нам достаточно близки, хотя и смертельно опасны. По температуре это около минус 280 градусов, давление там стремится к нулю. Поэтому параметры Космоса ученым удалось достаточно быстро и эффективно воспроизвести в лабораторных (экспериментальных) условиях, что и определило успех в решении ряда космических программ (орбитальные полеты и др.).
Много сложнее оказалось проникновение в недра Земли, где уже очень близко от поверхности (первый десяток километров) разница в давлениях превышает тысячу бар, а вулканы вещество с температурой более тысячи градусов выносят на поверхность.
Все попытки проникновения в недра с помощью шахт остановились на отметке около 3 км. Дальнейший путь преградили высокие температуры и взрывоопасность пород. Большие надежды возлагались на «сверхглубокое бурение», где первоначальные проекты соответствовали 20-30 км. Однако практика показала, что в условиях платформ это только 10 км. Для щитов же (наиболее геодинамически устойчивая ситуация) предел, вероятно, уже достигнут при проходке Кольской скважины, остановившейся после ряда аварий на глубине чуть более 12,2 км.
На этом фоне автора удивили попытки аппроксимации находящихся на поверхности Земли камней – материалам «нижней коры», тем более мантии, где расчетные давления достигают сотен тысяч и миллионов бар. Подобного рода «исследованиями» занимались большие коллективы многих НИИ, особенно за рубежом. Разумеется, затрачены миллиарды. Полученный же результат в этой области наук о Земле, в основе которого – психофизиологический фактор восприятия среды обитания, представляется весьма сомнительным, возможно, даже дезинформационным.
Ниже рассматриваются иные подходы к решению проблемы глубинного строения Земли, в основе которых лежат результаты уникальных гелиеметрических исследований ( научное открытие № 68, зарегистрированное в Государственном реестре научных открытий СССР в 1969 г.).


О ГЕЛИИ

1. «Химически инертный, благородный газ ГЕЛИЙ по своему образованию и нахождению в недрах является самым загадочным элементом периодической системы Менделеева». В.И.Вернадский. 1911г.

2. «При низком давлении и температуре, приближающейся к абсолютному нулю, ГЕЛИЙ приобретает удивительную физическую активность». Петр Капица. 1940-50-е годы.

3. «С повышением давления и температуры в автоклавах в интервале 100-300 °С инертный ГЕЛИЙ приобретает выраженную ковалентную активность». Л.Л.Шанин. 1960-е годы.

4. «В ходе запуска атомного реактора Сэн Врейн (США), впервые оборудованного теплоносителем ГЕЛИЕМ, при достижении 700°С начался необъяснимый разнос. Только автоматика предотвратила последующий ядерный взрыв». Н.А.Семенов, зам. министра Среднего машиностроения СССР. 1979г.

5. «Мы имеем дело не с инертным ГЕЛИЕМ и гидростатической моделью Земли, как это считается до сих пор, а с высокоорганизованной, предельно энергонасыщенной негэнтропийной системой, основной способностью которой является трансмутация энергии в воду (и наоборот)». Академик В.Н.Комаров. 2001г.


ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Проблема глубинного строения Земли является сложной, многоплановой и чрезвычайно актуальной. Возникла она в начале двадцатого века с развитием сейсмологии. В принципе это был пик «технического прогресса».
В дальнейшем отношение к проблеме неоднократно изменялось. В 1950-х годах создалось впечатление, что внутреннее строение Земли уже изучено. В качестве итога академиками О. Ю. Шмидом и Л. Д. Ландау на математической основе была создана «гидростатическая модель Земли – капли в невесомости». Как следует из названия, в представлениях о планете преобладали статичность и устойчивость, отражающие конечный этап развития когда-то горячей и тектонически активной, а теперь остывшей и успокоившейся системы, отдельные извержения вулканов и землетрясения на которой рассматриваются как «последние конвульсии умирающей старушки». Все подчиняется Второму началу термодинамики с общей перспективой «тепловой смерти Вселенной».
Представления о статичности более всего укоренилось в решении многих прикладных практических задач, в первую очередь – в инженерной геологии, что облегчало проектирование и строительство. Так, без каких-либо доказательств было объявлено, что вся Русская платформа является «монолитной плитой», где активных разломов в наше время «нет и быть не может». Напомним в связи с этим мало кому известную историю с Угличским разломом [1, 2], когда "РИСО ВСЕГЕИ" (головная по геологическому картированию организация) заставила исполнителей (30-ю экспедицию Гидроспецгеологии МИНГЕО СССР) изменить индексацию активного разлома на «древний, консолидированный».
На основе подобных представлений и искажений атомные электростанции были размещены с максимальным приближением к речной сети, что технологически объяснялось потребностями больших количеств воды для охлаждения (генподрядчик строительства «ГИДРОПРОЕКТ»). При этом напрочь забыли установленный российской тектонической школой еще в XIX в. факт, что реки текут по сопряжениям блоков земной коры и трассируют активные («живые») в данный момент геологического времени разломы.
Проблемы аварийности атомных станций возникли позже, когда объекты были уже построены и начались пуско-наладочные работы (70-е гг.). Здесь-то и оказалось, что реакторы РБМК, требующие полного в части колебаний покоя, в реальных условиях не работают (Курская, Смоленская, Ленинградская и другие АЭС). В результате нам как членам «Междуведомственного технического совета по атомным электростанциям»* пришлось использовать информацию, полученную в ходе выполнения уникальных прогностических исследований [2]. Оказалось, что большую часть времени и пространственно мы живем в условиях физического штиля (фона). Показатели (вариации) по всем измеряемым параметрам в таких условиях не превышают трехкратных стандартных отклонений (трех сигм). Режим работы АЭС в таких условиях нормальный. Однако рано или поздно возникает кратковременная активизация. Интенсивность вариаций при этом увеличивается на порядки, что приводит к срабатыванию средств автоматической защиты и к отключению агрегатов АЭС.
Начались 80-е годы. Уникальные гелиеметрические и прогностические исследования заставили нас отказаться от общепринятых механических предвестников землетрясений. Нарастающего, как ожидалось, сейсмического шума не было, и все крупные землетрясения происходили во время штиля в форме взрыва. Факты заставили искать ответы в области высокочастотной геодинамики с временем колебаний от первых суток до часов и даже до десятков минут (рис. 1).  

Становилось очевидным, что именно в этой части спектра колебательных геологических процессов скрываются первопричины природных катастроф и крупных технологических аварий. В результате был принят образ аномального геодинамического процесса, отличающий динамику его развития от преобладающей во времени нормальной (фоновой) ситуации (рис. 2) [ Роспатент № 2030769 “Способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений.” 1992г.].  

Возникает вопрос – всегда ли представления о вмещающем нас Мире сводились к стабильности и статичности? Ответ уходит в далекую историю. Мыслители античного времени (Платон, Аристотель, Архимед) отдавали предпочтение динамике, и только с нового времени (примерно две тысячи лет назад), со сменой гелиоцентрического мировоззрения бытия на геоцентрическое (в центре Мира – Земля и поставленный на нее ЧЕЛОВЕК) динамические представления сменились статическими. Инквизиция охраняла концепцию геоцентризма полторы тысячи лет. Все, кто пытался нарушить табу, кончали жизнь на костре. Одним из последних, кто испытал эту участь, был Джордано Бруно.
А далее мы приходим к еще более важным выводам. Четыреста лет назад Николай Коперник восстановил-таки приоритеты гелиоцентризма. С тех пор путь к пониманию истины, казалось был открыт. Теперь, во всех научно-практических аспектах творчества ситуация должна была бы способствовать успеху. В действительности же всё происходит по-прежнему. И мы обязаны согласиться, что до сих пор в нашем психофизическом восприятии происходящего господствуют тенденции статичности, лучшим примером чего служат науки о Земле.
Вернемся к упомянутой выше сейсмологии. Это единственный, по существу, инструментальный метод, позволяющий «заглянуть» в недра Земли. Он дает оценку скоростей распространения сейсмических волн. В 1906 г. американский геофизик Х.Рейд сделал обобщение подобных исследований. Не было сомнений, что скорости распространения сейсмических волн из-за увеличения с глубиной плотности пород, возрастают. Для континентальных условий такое линейное увеличение наблюдалось примерно до глубины 50 км, а далее следовало резко выраженное изменение.

Здесь-то и проявила себя психофизика человека, сидящего за лабораторным столом, на котором кроме графиков сейсмических волн лежали еще разные образцы пород – камни, собранные на поверхности Земли. Это, в принципе, состав булыжной мостовой, которой в начале XX века и ограничивался фонд петрологов, изучавших физико-химические свойства литосферы [3]. Максимальные глубины отбора тех образцов составляли тогда первые сотни метров, достигнутые шахтами того времени. С развитием техники бурения скважины вскоре опередили шахты, и глубина к середине XX в. составила первые километры. Тогда же началась реализация программ глубокого (6-7 км) и сверхглубокого бурения (проектные глубины до 20 км).
Х.Рейд рассуждал так: если с поверхности Земли, где мы имеем каменные образцы горных пород, скорость сейсмоволн до глубины 50 км возрастает линейно, значит и физические свойства этих пород до той же глубины сохраняются, т.е. это все камень – аналог «булыжной мостовой» [3]. При этом дальнейшее изменение скорости означает переход к нижележащей пластичной мантии. Вся система перехода получила наименование слоя «Мохо» (по фамилии первооткрывателя эффекта Мохоровичича).
Так в начале XX в. возникла концепция земной коры средней мощностью для континентов, равная 50 км. Вскоре был выделен еще один слой на глубине примерно 15 км (слой Конрада), выраженный, однако, не повсеместно.
Аппроксимация Х.Рейда понравилась петрологам, которые, перебрав лежащие в шкафах камни, уверенно «подтвердили» концепцию земной коры по физическим свойствам каменного материала: по плотности, температуре плавления, химическому составу. Граниты как легкие и кислые оказались вверху, основные и ультраосновные (базиты, гипербазиты и др.- внизу). И вот на такой, как бы научной, основе уже к 30-м гг. XX в. возникла «фундаментальная» концепция строения земной коры.

Здесь следует кратко остановиться на методах изучения вещественного состава и прочих основах лито-петрографии, базировавшейся на действительно весьма информативной минералогии, где в распоряжении ученых были микроскопы. Из образцов всё тех же пород «булыжной мостовой» изготовлялись тонкие прозрачные шлифы, где при нужном увеличении можно видеть любые совокупности составляющих породы минералов (кварца, полевого шпата, плагиоклаза, рудных и др.). В этой части общей проблемы никаких особых трудностей не возникало. В сотнях лабораторий мира были изучены десятки тысяч образцов, согласованы типы минеральных ассоциаций, исследованы все их физико-химические свойства, кончая температурой плавления. Так был образован ряд от легкоплавких гранитоидного типа пород (температура плавления менее 10000) до ультраосновных, более тугоплавких (>16000).
Последовавшая растасовка пород по указанным признакам и явилась подтверждением выводов X.Рейда о наличии и строении земной коры. Однако потребовалось воссоздание в лабораториях тех самых глубинных условий, при которых минералы и породы в природе образуются. Здесь-то и оказалось, что создать в лабораториях эти условия, существующие на глубине уже первых десятков километров, совсем не просто.
Можно только удивляться, сколько изобретательности было проявлено на этом пути. Начали с того, что все типы пород «булыжной мостовой» дробились, и под микроскопом отбирались нужные мономинеральные фракции. Далее порции фракций погружались в герметичные прочные камеры, где повышалось давление и температура. Было очевидным, что объемы камер могли быть только минимальными - первые миллилитры. С температурой было ещё хуже. Если вольфрамовая накальная проволока могла разогреваться до трех тысяч градусов, то изоляционные материалы не выдерживали и 1200, а герметичность в повышенных термодинамических условиях не обеспечивала даже платина - через неё начинал течь водород [4].
Мало нового дали и исследования газово-жидких микровключений в минералах, рабочие температуры при которых ограничивались первыми сотнями градусов. Многие данные свидетельствовали, что здесь имеют место только остаточные (от глубинных процессов) флюиды. Но и в этом виде исследований приходится удивляться фундаментальности аналитической базы (декрипитации и др.), используемой специалистами физико-химической петрологии. Это можно видеть после анализа огромного фактического материала, оставленного нам Николаем Ивановичем и Дмитрием Николаевичем Хитаровыми, посвятившими проблеме всю жизнь.

Итак, мы подходим к правомочности сравнения лежащего на поверхности Земли каменного материала с его аналогами на глубине, а также до какой глубины результаты лабораторных петрохимических исследований можно считать корректными?
Дело в том, что после первой «удачи» сопоставления графиков прохождения сейсмоволн с образцами «булыжной мостовой», закончившегося к 30-м гг. ХХ в. описанием строения земной коры, петрологи на той же основе принялись за мантию. Это то, что лежит ниже астеносферы (глубина от 200 км), до половины радиуса Земли, т.е. примерно до 3 тысяч км. В результате обобщения такого рода исследований многих коллективов А. Е. Рингвуд издал в США в 1976 г. монографию «Состав и петрология мантии Земли» (рис.3). Она была переведенна с английского и издана в издательстве «Недра» в 1981 г. (584 с., табл. 71, ил. 160, библиография - 1622 назв.).  

В этой работе опять видна доведенная до совершенства инструментальная база лабораторных исследований всё того же исходного каменного материала по фракциям «булыжной мостовой» с главной грубейшей ошибкой - приравниванием этого материала веществу и условиям мантии. Несоответствие заключается в том, что в используемом в экспериментах материале нет воды, нет флюидов вообще. По существу это «сухари», по которым пытаются воссоздать нечто исходное, не зная более ничего [5].

Правомочен вопрос - можно ли по сухарям, высушенным из хлеба, выпеченного из теста, узнать химический состав и физические свойства того самого исходного теста? В этом случае только два фазовых перехода. Разумеется, что нет. В Природе к тому же не два, а множество фазовых переходов [6].
Эти выводы можно сделать только на базе фундаментальных гелиеметрических и атмогеохимических исследований, оставшихся как бы за бортом академической науки [1, 7]. Однако некоторые грозные события, (в первую очередь это Чернобыльская катастрофа), которые следует привести в качестве примера при решении прикладных практических задач, требуют вернуться к проблеме самым серьезным образом [8]. Здесь-то и обнаруживается, что в Природе все совсем не так, как это считалось ранее. Вернемся к глубокому бурению.

ГЛАВНАЯ
1. Гелий. История вопроса.
2. Загадки глубокого бурения.
3. Аналогии с извержениями вулканов.
4. Взрывы и горные удары в шахтах.
5. Взрывы на поверхности Земли.
6. Чернобыльская катастрофа.
7. Порода – физическая взрывчатка.
8. Уникальная геодинамическая позиция г.Москвы.
9. О работах Комиссии Американского Географического Общества.
10. Что же в таком случае земная кора?
11. Подземные атомные взрывы и «захоронения» в недра радиоактивных отходов.
12. А что же тогда глубже?
ВЫВОДЫ . . . ЛИТЕРАТУРА . . . ПРИЛОЖЕНИЯ . . . ПОСЛЕСЛОВИЕ
Об авторе.