Термониз это перемещение разогретого вещества вниз в условиях, когда плотность его из-за разогрева возрастает.
Зонами термониза от перехода вещества в состояние кристаллического газа являются слои элементов верхней части наружного ядра. Одними из веществ в этой зоне, переходящими в состояние кристаллического газа, могут быть H, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar. Плотность атомов этих элементов достаточно высокая, и в состоянии близком к состоянию кристаллического газа они вполне могут быть в числе элементов, образующих геосферы в этой зоне. Слои этих веществ образуют тепловой барьер на поверхности ядра.
Слои элементов на границе нижней части верхнего ядра Земли и субъядра являются зонами термониза от перехода вещества в ионизированное состояние.
Плотность атомов при ионизации, а также при дальнейшем увеличении ее степени, существенно возрастает из-за резкого уменьшения их размеров. Очевидно, что вещество при ионизации погружается.
Термониз препятствует поднятию тепловой энергии от горячего ядра Земли к мантии. Термониз перехода вещества в кристаллический газ в отличии от ионного термониза происходит при не столь высоких температурах.
В нормальных условиях явление термониза наблюдается у воды в температурном диапазоне +40°С. В этом диапазоне при нагревании у воды увеличивается плотность, и более нагретая вода погружается вниз. На (рис. 16) показан термониз (тепловой барьер) перехода в кристаллический газ на границе мантии и ядра Земли. Также образно, в виде языков пламени, направленных в центр, изображена картина термониза ионизированного вещества в ядре Земли.
Рис.16. Ядро Земли. Термониз. 1 уран 238 и ионизированные продукты ядерных реакций; 2 слой F (уран 235, 233); 3 слои наружного ядра Земли; 4 термониз перехода в кристаллический газ (граница между ядром Земли и мантией)
Математически процесс может быть описан формулой:
К коэффициент термониза.
При К <0 происходит процесс конвекции, при К> 0 процесс термониза.
Процессы термониза создают условие для длительного существования твердой стабильной коры Земли при значительных температурах в ее глубинах, иначе бы вся поверхность сейчас была бы раскалена до температур в сотни градусов, и никакая жизнь на Земле не была бы возможна.
Перемещение веществ, вызванное α- и β-распадами изотопов
Гипотеза 26
Процесс α- и β-распадов изотопов получил свое начало сразу после образования элементов, как только произошел взрыв нейтронной звезды. Еще не сконденсировался газ от раскаленных продуктов взрыва, а распад уже сильно шел, постепенно ослабевая по мере уменьшения содержания короткоживущих изотопов. При взрыве образовалось примерно 1200 видов ядер, большая часть из которых распалась к настоящему времени полностью. От всего многообразия радиоактивных изотопов до настоящего времени в природе осталось около 50. Из них основные долгоживущие: U238 (Т1/2=4.507х109 лет), U235 (Т1/2=7.13х108 лет), Th232 (Т1/2=1.45х1010 лет), К40 (Т1/2= 1.32х1010лет), которые распадаются и в настоящее время. Короткоживущие изотопы в настоящее время в природе все-таки имеются благодаря тому, что они постоянно образуются в результате целого ряда протекающих ядерных реакций от распада долгоживущих изотопов или космического излучения. Кроме того, короткоживущие изотопы образуются сейчас от реакций цепного ядерного деления U235, U233, Рu239как в ядре Земли, так и в ядерных реакциях на АЭС. Атомы калия имеют малую плотность, поэтому в ядре Земли отсутствуют.
Распад природных радиоактивных изотопов образует радиоактивные семейства-цепочки атомных ядер, каждое из которых возникает из предыдущего в результате α- или β-распадов. Цепочка распадов продолжается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро.
Так U238, пройдя через четырнадцать ступеней распада, среди которых есть и радий Ra226 (Т1/2 =1622 года), и радон Rn222 (Т1/2 =3.825 дней), превращается в стабильный свинец Pb206.
Другие родоначальники U235, Th232, а возможно и нептуний Np237 имеют свои радиоактивные семейства из других изотопов.
Цепочки α- или β-распадов образуют и осколки цепного деления ядер U233, Рu239, U235. Осколки от цепного деления имеют намного меньше атомные массы, чем при естественном распаде. Состав осколков показан на (рис.4). Осколки существенно перегружены нейтронами, и распадаются ступенчато через ряд изотопов элементов по реакциям β-распада.
Цепочки α- или β-распадов образуют и осколки цепного деления ядер U233, Рu239, U235. Осколки от цепного деления имеют намного меньше атомные массы, чем при естественном распаде. Состав осколков показан на (рис.4). Осколки существенно перегружены нейтронами, и распадаются ступенчато через ряд изотопов элементов по реакциям β-распада.
При любом распаде изотопа элемента образуется новый элемент с другой плотностью, из-за изменения массы ядра атома и из-за изменения заряда ядра, которое приводит к изменению размера электронной оболочки, следовательно, к изменению объема атома. При β-распаде ядра масса его не меняется, а меняется только его заряд. При этом распаде могут быть варианты. В одних случаях происходит испускание отрицательной β-частицы электрона. И тогда один нейтрон ядра превращается в протон, заряд ядра увеличивается на единицу, а изотоп превращается в следующий элемент по таблице Д. И. Менделеева. В других случаях происходит испускание положительной β частицы позитрона или захват электрона из оболочки. И тогда один протон ядра превращается в нейтрон, заряд ядра уменьшается на единицу, а изотоп превращается в предыдущий элемент по таблице Д. И. Менделеева. β-распад происходит у ядер, которые имеют или больше, или меньше нейтронов по сравнению со стабильным изотопом. β-распад является основным типом радиоактивности для изотопов с атомными номерами меньше 60. При α-распаде ядрами атомов испускается α-частица, которая представляет из себя ядро атома гелия (имеет два протона и два нейтрона). При этом «материнское» ядро превращается в «дочернее», имеющее массовое число меньше на 4, а заряд меньше на 2. Элемент превращается в более легкий, имеющий порядковый номер на 2 меньший по таблице Д. И. Менделеева. Напимер, уран в торий. Всего известно около 25 естественных и более 100 искусственных α-активных ядер. Как правило α-активными являются ядра с большими атомными номерами, начиная с висмута, в которых прочность связей между нуклонами меньше.
В результате α- и β-распадов атомы вновь образовавшихся элементов уже не могут находиться в слоях элементов своих прежних состояний и всплывают (или тонут), перемещаясь в слои соответствующих им элементов. Такие перемещения значительны. Так, за историю Земли в результате естественного распада урана, например, U238 (Т1/2 =4.507х109 лет), половина его запасов распалась естественным образом. По представленной выше гипотезе состава космических тел количество урана в Земле составляло 0.26%, что равно 5976 1021х0.0026 = 15.541021кг. Получается, что распалось 7.771021кг урана, что соответствует средней скорости распада урана в количестве 1.727109 тонн/год. На такую величину уменьшилась масса уранового ядра только за счет реакции естественного распада. Практически вся масса этого урана превратилась в свинец и пополнила его слой. Образующиеся сейчас вновь в результате ядерных реакций элементы продолжают перемещаться в объеме Земли. Каждое промежуточное ядро радиоактивного изотопа, преобразуясь по цепочке преобразования из изотопа одного элемента в изотоп другого элемента, каждый раз перемещается из одного слоя в другой слой, то поднимаясь, то опускаясь через слои ядра Земли в соответствии с тем, в изотоп какого атома оно превратилось в данный момент, пока не перейдет в стабильное состояние. Похожая, как у распада урана, картина и по другим естественным и вновь образованным радиоактивным изотопам: Th232, Np237, U233, Рu239
Картина перемещений преобразующихся изотопов является частью общей картины массообмена в ядре Земли.
Перемещения веществ, вызванные делениями ядер элементов
Гипотеза 27
Перемещения магнитных полюсов Земли говорят о мощных процессах, которые происходят в ее ядре. Такими процессами могут быть деления ядер тяжелых элементов U235, U233, Рu239. Природный уран состоит в основном из U238, но содержит в своем составе 0.7204% изотопа U235. В соответствии с существующими законами при увеличении концентрации изотопа U235 неизбежно начнет происходить цепная реакция деления ядер урана на осколки. При распаде ядра выделяется 23 нейтрона, которые раскалывают другие ядра, где в свою очередь выделяются нейтроны, продолжающие процесс. При этом выделяется значительная энергия, составляющая 200 Мэв на ядро атома. Подобные реакции происходят в атомных электростанциях, а также при взрывах ядерных боеприпасов.