Попробуем теперь разобраться в описанных процессах, исходя из того, что в рамках гидридной модели, в недрах Земли помимо основных элементов, перечисленных в таблице пород, в довольно значительном количестве (не по весу, а по числу атомов) содержится и водород.
Итак, мало кто из исследователей сомневается в том, что на ранних этапах существования Земли элементы, ее составляющие, находились в более перемешанном состоянии, чем ныне. А вся дальнейшая эволюция Земли непосредственно связана с т.н. дифференциацией ее недр, заключающейся в том, что более легкие элементы и вещества (по закону Архимеда) поднимаются ближе к поверхности, а более тяжелые - наоборот, стремятся к центру планеты.
Не подлежит сомнению также, что элементы и вещества в недрах планеты вступают в химическое взаимодействие друг с другом, которое (с точки зрения химии) может иметь либо восстановительный, либо окислительный характер (другие виды взаимодействия нас не будут интересовать).
Исходя из того, что в составе Земли очень много кислорода, и из его химических свойств довольно очевидно, что основным окисляющим элементом будет именно кислород. А в рамках гидридной теории, основным восстанавливающим элементомсреди наиболее распространенных элементов - будет водород.
Известно, что химические реакции преимущественно (при прочих равных условиях) идут в том направлении, при котором энергия связи между элементами образующегося вещества наиболее высока. Так, скажем, энергия связи Al-O и Si-O существенно выше энергии связей H-O, Ca-O и Mg-O, которые приблизительно равны друг другу, но, в свою очередь, значительно выше энергии связей К-O и Na-O. Поэтому на ранних этапах истории Земли будет преобладать окислительный характер химических реакций, т.к. у водорода просто не хватит сил отвлечь на себя кислород от более аппетитных элементов, среди которых и кремний - элемент, находящийся в недрах в изобилии. Однако
Термодинамические расчеты, проведенные О.Л.Кусковым с учетом сжимаемости конденсированных фаз, показали, что с ростом давления тепловой эффект реакций восстановления изменяется с эндотермического на экзотермический и чем больше величина давления, тем большее количество тепла выделяется при восстановлении. В случае восстановления окиси кремния водородом (или углеродом) инверсия знака теплового эффекта оказывается в области 400 10 8 Па. Следовательно, при давлениях больше 400 10 8 Па самопроизвольно будут протекать реакции восстановления, тогда как в области меньших давлений, наоборот, должны идти реакции окисления, и чем меньше давление, тем больше будет их экзотермический эффект (В.Ларин, Гипотеза изначально гидридной Земли ).
То есть, говоря по-русски, упомянутые процессы окисления будут происходить ближе к поверхности Земли, а в недрах - преобладать реакции восстановления. При этом, высвобождающийся из недр кислород, поднимаясь вверх, во внешних оболочках будет втягиваться в реакции окисления, сопровождающиеся (в условиях малых давлений) выделением большого количества тепла, прогревающего верхний слой Земли. Параллельно, поступающий из глубины водород обеспечивает резко восстановленный характер флюида, содержащий преимущественно Н 2и СН 4. (Недра же тоже прогревались, только из-за реакций восстановления, а прогрев высвобождал новый водород).
Таким образом, получается весь набор условий, характерный для азоя-архея: сильно прогретая внешняя оболочка, которая вследствие своих малых размеров обуславливает мелкий масштаб конвекции и значительное разнообразие образующихся пород; сильно восстановленный безводный флюид (о составе которого свидетельствуют и мелкие газовые включения в древнейших породах), который обуславливает и незначительное количество свободного кислорода в первичной атмосфере Земли.
Но, естественно, данный процесс не мог продолжаться вечно. В конце концов кислород выбрал наиболее аппетитные элементы и принялся за другие, среди которых оказался и главный восстановитель - водород. Таким образом, в состав основных действующих лиц включилась вода, которая, как известно, является, во-первых, весьма химически активным веществом; а во-вторых, и весьма легким подвижным веществом, т.е. способна выполнять роль флюида в глубинных процессах.
Раз свободного кислорода стало меньше, - во внешнем слое прекратились реакции окисления с выделением тепла; оболочка остыла и произошел т.н. процесс консолидации первичной твердой коры, а активные химические процессы сместились вглубь. Это произошло ориентировочно на границе архея-протерозоя. И именно это время, следуя элементарной логике, можно считать временем формирования первой астеносферы. Но это далеко не все результаты упомянутой переориентации химических процессов.
Кислород, переключившись на водород, обусловил то, что последний (т.е. водород) начал разрывать связи К-О и Na-O (вспомним про энергию связей) и высвобождать таким образом щелочные металлы.
Но образование связей Н-О, помимо прочего, изменяет состав флюида на более насыщенный водой, а вода - отличный растворитель. И хотя процессы в недрах далеки от простого растворения, таблица растворимости веществ в воде тоже может нам помочь.
| Ионы | K + | Na + | Ca 2+ | Mg 2+ | Fe 2+ | Al 3+ |
| OH - | Р | Р | М | М | Н | Н |
| SiO 3 2- | Р | Р | Н | Н | Н | - |
Ясно, что прежде всего вода будет насыщаться именно освобождающимися щелочами, как составными элементами наиболее легкорастворимых соединений. Все это приводит к тому, что вверх устремляется поток с сильно увеличенной концентрацией щелочных металлов, и прежде всего натрия и калия. При этом, поскольку связь К-О, все-таки несколько слабее связи Na-О и калий несколько более химически активен (электронный радиус калия больше электронного радиуса натрия), постольку в выносимом наверх щелочном наборе должна быть повышена и относительная концентрация именно калия. Что мы в итоге наблюдаем в форме калиевого взрыва и мощном процессе гранитизации в период протерозоя.
Довольно очевидно, что поскольку данный процесс смены ориентации химических реакций должен был происходить постепенно, то и калиевый взрыв тоже довольно значительно растянут во времени (почти на 3/4 млрд. лет).
Все перечисленные изменения химических процессов вполне соответствуют наблюдавшимся на протяжении протерозоя процессам геологическим. Как явление гранитизации, так и значительное содержание воды во флюиде того времени хорошо известны исследователям.