sostavV

Ещё о внутреннем строении Земли.

Как я определял ранее, основными веществами, составляющими массу Земли, должны быть образованные водородом, кислородом и углеродом - в сумме соединения только этих 3 элементов между собой могут составлять до 3/4 всей массы планеты. Однако какие именно соединения?

Во-первых, данные, полученные на Кольской сверхглубокой скважине, показали высокое (относительно ожидавшегося) содержание водорода в глубинах Земли - информация об этом есть в интернете. При сотворении планеты его был переизбыток (до 10 атомов на 1 атом всех других элементов, вместе взятых), и, по-видимому, его доля (молекулярный H₂ или ближе к центру планеты металлизированный) должна быть весьма высокой, больше 10% массы Земли или ещё более. Не исключено, что водород может составлять и половину общей массы Земли (из слоёв, близких к центру планеты, даже столь летучему веществу было трудно вырваться), в таком случае именно водород, а не железо составляет основную массу ядра Земли.

Как известно, порядка 90% газов, извергаемых вулканами, являются водяным паром. Однако вещества, поднимающиеся по жерлу вулкана, имеют температуру более 1000°С, а водород реагирует с кислородом со взрывом при температуре выше 550°С. В недрах Земли, естественно, чистого кислорода нет (он химически активен, реагирует со множеством элементов и веществ, образуя с ними в конечном счёте соли, через промежуточные фазы кислот и щелочей). Однако когда раскалённый водород выходит на поверхность, он соприкасается с кислородом атмосферы - и мгновенно происходит взрыв, в результате которого образуется вода (белые клубы водяного пара). Впрочем, в недрах много и нефти (см. ниже), которая, будучи сильно нагретой, также взрывается при контакте с кислородом атмосферы - но так как в её составе есть углерод, то продукты её горения образуют чёрные клубы (что мы в ряде извержений и наблюдаем).
Этот факт может представлять определённую опасность: если водорода (и нефти) в недрах действительно очень много, то при существенном возрастании вулканической активности его выход из недр в огромных количествах и последующее соединение с кислородом может попросту выжечь значительную часть кислорода из атмосферы - и живым существам, включая человека, буквально станет нечем дышать!

Всего в атмосфере кислорода 10 в 18 степени кг (тысяча триллионов тонн). Для сжигания 8 кг кислорода требуется 1 кг водорода, т.е. 10 в 17 степени кг водорода могут выжечь практически весь кислород. Водород составляет 1% земной коры, т.е. порядка 10 в 21 степени кг (правда, в основном в составе воды). В мантии его доля, по всей вероятности, больше, и часть его - в свободном состоянии. Только в верхней мантии, имеющей доступ к вулканическим каналам, может содержаться порядка 10 в 20 степени кг свободного водорода - тысячной доли этого достаточно, чтобы сжечь весь кислород атмосферы.

Ежегодный выброс вещества вулканами составляет 6 куб.км, или порядка 10 в 13 степени кг. Водород, согласно его кларку (1%), составляет в этом объёме 10 в 11 степени кг и может сжечь до 10 в 12 степени кг кислорода атмосферы, или миллионную его часть, т.е. весь кислород - за миллион лет (если растения не будут компенсировать эту убыль). Т.е. для сгорания всего кислорода за год вулканическая активность должна возрасти в миллион раз - правда, при таком масштабе извержений вынос тепла лавой в 10 раз превысит поступление энергии от Солнца, вся Земля превратится в пекло, и жизнь станет невозможной и без выгорания кислорода...

Что же касается остальных основных веществ земных недр, то они таковы: H₂О вода, СH₄ метан (и продукты его полимеризации с формулой С_nH_2n+2 и др. - углеводороды, т.е. нефть), СО угарный газ и СО₂ углекислый.
Проблема в том, что содержание О и С соотносится примерно как 3:1, и огромное значение имеет, какова доля углекислого газа в недрах Земли - если она велика, то почти весь углерод и кислород будут представлены в виде именно этого вещества (до половины всей массы Земли!), а доля воды и углеводородов будет относительно мала.

Вот ключевая формула:
H2O + CO ↔ CO2 + H2 + 42 кДж
до 830°С смещено вправо, выше 830°C влево.
Т.е. при избытке водорода и температуре выше 830°C весь имеющийся углекислый газ будет, присоединяя водород, переходить в воду и угарный газ (с поглощением энергии).

Кроме того,
выше 1000 град в присутствии С СО₂ разлагается на СО и О₂,
а в присутствии кислорода при температуре выше 700°C СО сгорает до СО₂ с выделением энергии.

А также нужно учесть, что при температуре выше 1500°C вода начинает разлагаться на водород и кислород (чем выше давление, тем в меньшей степени).

В глубинах Земли температура много выше 1500°C. Что при этом происходит?
Первоначально при переизбытке водорода кислород и углерод должны были образовать гидриды - воду и метан. Хотя кислород легко реагирует с углеродом, особенно при высокой температуре, которая была при формировании Земли - однако в условиях, когда каждый атом и углерода, и кислорода окружён десятком атомов водорода - в 90% случаев должны были происходить реакции именно с водородом с образованием воды и метана, и лишь примерно в 10% или менее - друг с другом с образованием угарного газа. И в ещё меньшем числе случаев кислород реагировал с другими элементами, образуя все остальные оксиды, которые в реакции с водой образовывали кислоты (неметаллы) и щёлочи (металлы), реакция которых приводила к образованию солей, из которых в первом приближении и состоит твёрдое вещество земной коры.

Вода постепенно разлагается, выделяя чистый кислород - в котором метан сгорает, образуя воду и углекислый газ.
Поскольку ещё есть чистый углерод - в его присутствии углекислый газ разлагается на угарный газ и кислород, который снова сжигает метан.
Поскольку углерод реагирует и с водородом - он должен скоро закончиться, полностью перейдя в метан и углекислый газ.
Вода в небольшом количестве постоянно разлагается на водород и кислород, кислород сжигает метан - и т.о. со временем количество углекислого газа в недрах должно возрастать, а метана уменьшаться. А поскольку имеется и водород - он будет превращать углекислый газ в угарный, и таким образом количество угарного газа будет нарастать наиболее быстро. Но чем больше его будет - тем большая доля выделяющегося из воды кислорода будет уходить на сжигание угарного газа до углекислого.
Однако СО и СО₂ могут с водородом вступать в реакции гидрогенизации (см. детали). Т.е. их часть будет превращаться в нефть (которая частично будет сгорать в выделяющемся из воды кислороде - до опять-таки воды и углекислого газа).

Поскольку перемешивание в недрах Земли затруднено - кое-где свободный кислород может скапливаться, но потом неизбежно при контакте с горючими веществами (метан, нефть и даже угарный газ) - будет сгорать со взрывом. Такие взрывы иногда могут достигать гигантских масштабов, проявляясь даже на поверхности Земли - в виде плюмов ("горячих точек" - прорывов мантийного вещества внутри плит).

Ну а в более холодных внешних слоях мантии (до 500 км от поверхности планеты), с температурой ниже 1500°C диссоциация воды полностью прекращается, свободный кислород там отсутствует - а значит, не происходит и горение. Там сохраняются метан и углеводороды (нефть), и даже кое-где может сохраняться чистый углерод (в виде алмазов), а также и угарный газ. Имеющийся углекислый газ частично гидрогенизируется, т.е. количество нефти постепенно возрастает.
А в самых внешних слоях, холоднее 830°С, угарный газ будет сжигать воду - до углекислого газа и водорода, и т.о. его доля во внешних слоях должна быть значительно меньше, чем в более глубоких. (При среднем повышении температуры 20 град. на 1 км глубины температура 830°С должна быть на глубинах 41-42 км.)

Кратко резюмируем.
Основные исходные вещества Земли:
- водород H₂, вода H₂О, метан СН₄, меньше угарный газ СО.
Цепочка реакций диссоциации воды выше 1500°C:
вода -> кислород и водород -> (сгорание метана и угарного газа) -> углекислый газ -> углеводороды и угарный газ.
Ниже 1500°C в отсутствии свободного кислорода и при наличии водорода:
углекислый газ -> углеводороды и угарный газ.

Т.о., мы видим, что доля углекислого и угарного газов должна быть относительно небольшой, и главным веществом земных недр должна являться вода, а также водород, метан и углеводороды. Твёрдые же вещества (в обиходе называемые "камнем"), в т.ч. и в расплавленном виде, никак не могут составлять более 30% массы Земли. Т.е. Землю можно в некоторой степени уподобить черепахе: она лишь покрыта твёрдым панцирем, а внутри жидко-газообразная.

Но давайте всё-таки, для проверки, примем предположение, что изначально из-за слишком высокой температуры (3000°C) кислород не образовал значительного количества воды, а вступил в реакцию в основном с углеродом.
Пока углерода было много, и температура высокая - образовывался только угарный газ, а когда углерода стало мало и стала увеличиваться доля углекислого газа, из-за высокой температуры при наличии водорода углекислый газ переходит в воду и угарный газ, который выжигает весь оставшийся свободный углерод - но, при достаточном количестве водорода, весь образовавшийся углекислый газ перейдёт в воду и угарный газ. Плюс реакция гидрогенизации, которая переведёт часть угарного и углекислого газов в углеводороды.
Т.е. постепенно, даже если основная часть углерода сгорела до углекислого газа - он затем должен был разложиться до воды и угарного газа, который частично перешёл в метан. Т.о. мы получаем примерно такую же картину, как и в случае первичного образования значительного количества воды непосредственно из кислорода, только с большей долей угарного газа - но никак не более 30% общей массы планеты; однако, учитывая высокое давление в центре протопланетного облака и избыток водорода, предположение о малом исходном образовании воды маловероятно, а значит, доля угарного газа значительно меньше.

Нужно также учесть, что при высокой температуре метан может реагировать с водой, образуя угарный или, при избытке воды, углекислый газ с выделением водорода. Это означает, что при наличии в недрах большого количества воды весь метан должен разложиться, а сохраниться могут лишь углеводороды, не реагирующие с водой. Значительные объёмы природного газа (метана) могут формироваться только при температуре существенно ниже 1000°C, когда его реакция с водой прекращается, либо в условиях его изоляции от воды.

Исходя из доли углерода в общем составе элементов, нефть и в меньшей степени природный газ (метан) могут составлять до 20% общей массы планеты, а особенно её верхних слоёв!
Правда, мы пока ещё не научились бурить глубже 12-13 км. Однако есть все основания предполагать, что уже на глубинах до 20 км могут быть открыты гигантские месторождения нефти и газа, способные обезпечить человечество на тысячи лет.

Нужно лишь отбросить ничем не обоснованную гипотезу об органическом происхождении нефти, заставляющую думать, что нефти мало и она вся сосредоточена вблизи поверхности, и смело двигаться глубже в недра, в коренные породы (пока что нефть и газ ищут только в осадочных).
Менделеев, кстати, придерживался гипотезы именно о неорганическом происхождении нефти.

Роман Кащеев, 10 апреля 2009

Можно отметить такой интересный момент: 4 самых распространённых элемента Вселенной - водород, гелий, кислород и углерод - составляют также и более 90% массы живых существ (кислород, углерод и водород; гелий же химически абсолютно инертен).

Земная кора

Если Земля во всём своём объёме преимущественно газообразно-жидкая - как же образовалась её твёрдая земная кора? Давайте рассмотрим этот процесс внимательнее.

Итак, исходное состояние формирования планеты таково:
- температура 3000 К, при которой произошла рекомбинация, т.е. воссоединение ядер атомов с электронами, что означает появление химических веществ и начало химических реакций между ними;
- существование "эмбриона" планеты - микроядра, с плотностью, возможно, сопоставимой с плотностью воды, и весьма плотное внешнее облако веществ в их пропорции, примерно соответствующей общевселенской (90% водород, 9% гелий, 0,5% кислород и 0,5% все остальные элементы);
- очень быстрое расширение пространства, из-за чего формирующееся ядро планеты постоянно (на интервалах минут и даже секунд) оказывалось менее плотным, чем это соответствовало силе тяготения, в результате чего его вещество непрерывно падало к центру, при этом более тяжелые вещества, естественно, падали быстрее, постепенно их доля в центре увеличивалась;
- быстрое расширение вело к быстрому падению температуры на периферии облака (в центре же она сохранялась на уровне 3000 К и даже возрастала по мере нарастания массы и плотности ядра и интенсивных химических реакций) - в результате этого близкие к ядру области продолжали оставаться жидкими, а в более далёких тугоплавкие вещества затвердевали.

Вот это последнее и сыграло ключевую роль. На периферии облака, где уже несколько часов шли химические реакции, а температура упала ниже 1000°С, в значительном количестве сформировались твёрдые вещества, наибольшую массу в которых занимали алюмосиликаты.

На алюмосиликаты (полевые шпаты) приходится 50% массы земной коры и до 65% её объёма. Типичные вещества: плагиоклаз CaAl₂Si₂O₈, анортоклаз (Na,K)AlSi₃O₈. Общий процент космической распространённости входящих в них элементов (без учёта водорода и гелия, по массе): кремний 5%, кальций и алюминий по 0,5%, натрий 0,2%, плюс в их составе чуть большее (по массе) кремния количество кислорода - т.о. в сумме эти вещества могут составлять до 0,7%+4*0,7=2,8%+3% = 6,5% всей массы Земли, т.е. они составляют не только собственно земную кору, 40 км толщиной, но и более глубокие слои литосферы. В их состав входит, по-видимому, основная часть алюминия и до половины всего кремния, вторая половина кремния образует оливин
(Mg,Fe,Mn)₂SiО₄верхних слоёв мантии.
Попробуем также оценить долю оливина. Магний составляет 3%, железо 1%, марганец 0,05%. В оливине доля магния примерно в 2 раза больше по массе, чем кремния, железа и марганца - в 4 раза больше, кислорода - в 2,3 раза больше. Т.е. если основная часть железа и магния Земли войдёт в состав оливина - на 3% магния пойдёт 1,5% кремния, на 1% железа - ещё 0,25 (доля марганца несущественна), в сумме до 2% кремния (из 5% всего) и 4,5% кислорода - итого общая масса оливина составит до 10,5% всей массы Земли.
В данном подсчёте учтены все породообразующие элементы с распространённостью выше 0,1%, кроме никеля, доля которого в земной коре относительно космической распространённости очень мала (очевидно, что значительной должна быть его доля в ядре). В сумме эти две группы, алюмосиликаты и оливин, могут составить до 17% всей массы Земли (если считать, что количество водорода в недрах мало), т.е. всю литосферу и верхнюю мантию (с учётом насыщающих их воды и газов) - правда, в этом случае железа на ядро уже не останется. А только углерод составляет 20%, в виде метана 27% (в нём на 3 массы углерода добавляется 1 водорода), других углеводородов чуть меньше. В воде же, с вычетом кислорода на образование пород (8%) может оказаться до 47% кислорода + 1/8=6% водорода - т.е. вода может составить до 53% всей массы Земли. Остальные 3-5% должны приходиться на азот и серу.
Если же принять, что водород (и меньше гелий) составляют до 50% общей массы Земли - эти доли должны быть снижены вдвое, до 8-9% пород, углеводородов до 13%, воды 26%. Однако метан реагирует с водой, и значит, количество углеводородов нужно уменьшить минимум вдвое, до 6%. В угарном газе углерод и кислород соотносятся по массе как 3:4 - 6% углерода потребуют 8% кислорода - т.о. в итоге получим 6% углеводородов, 17% воды, 14% угарного газа и высвободившиеся дополнительно 2% водорода. Если находящиеся в недрах Земли водород и гелий соотносятся по массе также, как на Солнце, 3:1 - то в итоге получим такой общий состав Земли:
водород 40%, вода 17%, угарный газ 14%, гелий 12%, алюмосиликаты и оливин 9%, углеводороды 6%, азот и сера 2%.

Водород и гелий сосредоточены в основном в центре, откуда они не смогли убежать с самого начала формирования планеты, образуют твёрдое металлизированное внутреннее и жидкое внешнее ядро, возможно и нижнюю мантию (откуда в малом количестве просачиваются вверх, вплоть до поверхности). Углеводороды, возможно, сосредоточены в двух слоях - на внешней границе ядра (являясь смазкой для вращающегося относительно остальных слоёв ядра - это вращение создаёт защитное магнитное поле Земли) и в астеносфере, где служат смазкой для смещающихся относительно мантии литосферных плит (из астеносферы по трещинам они проникают вверх, формируя близповерхностные месторождения нефти и газа). Оливин формирует основную структуру мантии, алюмосиликаты - земной коры. Вода проницает все слои (но, возможно, кое-где образует целые подземные моря и даже океаны). Угарный газ сосредоточен в слоях с высокой температурой.

Вот более детальная разбивка Земли по слоям:

	Глубина, км	Радиус, км	Объём радиуса, млрд. куб.км	Объём слоя, млрд. куб.км	Сред.плотность, тонн/куб.м	Масса, х10²³ кг	%	Основные вещества
Внутр. ядро	5120	1250	8,3	8,3	12,5	1	1,7	металлиз. водород, железо, никель
Внешнее ядро	2885	3500	180	170	11	19	31	водород, гелий
слой Гутенберга	2700	3700	200	20	10	2	3,3	углеводороды
Нижняя мантия	900	5470	685	485	5	24	40	оливин, угарный газ, водород, вода
слой Голицына	400	6000	900	215	4	8,6	14	оливин, вода
Верхняя мантия (от поверхности Мохоровичича)	сред.18	6350	1072	170	3,5	5,9	9,8	алюмосиликаты, углеводороды, вода
Земная кора (до поверхности Мохоровичича)	0	6371	1081	9,2	2,8	0,26	0,43	алюмосиликаты

Притягиваясь к ядру, эти облака пыли спекались в глыбы, которые, двигаясь по направлению к центру с разных сторон, вынуждены были втискиваться во всё более тесный объём, сталкиваясь и слипаясь друг с другом, образуя всё более массивные куски твёрдого вещества. В какой-то момент эти глыбы заполнили путь к ядру со всех сторон и тем самым перекрыли взаимообмен внутренних и внешних слоёв - далее все притягиваемые извне вещества вынуждены были тормозить у этой преграды, твёрдые падая на неё и тем самым уплотняя и делая толще новообразованную кору, жидкие - разливаясь в понижениях её поверхности, газообразные - уплотняясь в атмосферу.

Естественно, что такие условия формирования должны были образовать весьма неровной формы ком. Однако в это же время формировалось и Солнце, и хаотичное движение вещества должно было смениться упорядоченным движением по орбите. Вращение кома вокруг своей оси стало формировать его более ровную фигуру шара, при этом жидкая внутренность гораздо легче и быстрее принимала сферическую форму, и если где-то первоначально неровная кора слишком глубоко погружалась в неё - она испытывала выталкивающее движение, а если, наоборот, её граница была слишком высоко - происходило обрушение.

А на орбите должно было оставаться ещё много вещества, которое новообразованная планета сгребала как бульдозер. Это вещество вполне могло представлять из себя и глыбы, и даже целые микропланеты - возможно, именно падением на одной стороне Земли такой микропланеты и объясняется формирование единого праматерика, поднявшегося на одной трети поверхности планеты на несколько километров выше остальных двух третей.

При этом всё ещё происходило расширение пространства, хотя уже и несколько замедлившееся. Сплошная кора должна была создать определённую прочность к растяжению, в результате чего её расширение должно было происходить не равномерно, а рывками - в каком-то месте кора вдруг лопалась, края расходились. Из разрыва вытекало внутреннее жидкое вещество - лава (насыщенная водой и газами), её давление ещё больше расширяло разрыв.
Этот процесс стал определяющим позже, когда единый материк был разорван на части-континенты, движение которых сформировало нынешний облик Земли. При таком варианте происходят линейные столкновения плит, в местах которых формируются длинные цепи гор (Анды, Гималаи, Альпы и др.). Однако первоначальные формы рельефа (древние платформы) в основном образованы не линейными, а куполообразными поднятиями - их формировал процесс другого типа.

Какой? И почему он происходил только на 1/3 поверхности Земли?

Процесс, протекавший на поверхности первоначальной Земли - вулканизм точечного типа, когда лава прорывалась сквозь трещины в нагромождениях пород и изливалась потом по поверхности во все стороны, образуя порой поля в тысячи квадратных километров площадью и несколько километров высотой. Но такой процесс должен был бы идти более-менее равномерно по всей поверхности.

Есть смелая гипотеза расширяющейся Земли, согласно которой раньше Земля была меньше настолько, что континентальная кора образовывала большую часть поверхности планеты, а поверность, занимаемая сейчас океанической корой, добавилась в процессе расширения.
Однако на сколько же при этом должен был увеличиться радиус Земли?
Площадь поверхности шара 4пR², объём 4/3пR³. Площадь континентов, учитывая шельфы, составляет до 40% общей поверхности современной Земли. Учитывая, что часть континентов была смята в новейшем горообразовании, можно предположить, что первоначальная континентальная поверхность Земли была вдвое меньше современной. А это значит, что её радиус был порядка 4,5 тыс. км - на 1,8 тыс. км, или в 1,4 раза меньше современного.

Если исходить из того, что единый материк существовал вплоть до потопа, а современная конфигурация материков образовалась в его ходе - то нужно допустить, что тогда в течении года радиус Земли увеличился с 4,5 до 6,3 тыс. км, а объём - в 2,8 раза! Соответственно, в 2,8 раза должна была упасть плотность недр. Если сейчас средняя плотность Земли порядка 5,5 тонн на куб.м - что же, она была 15?
Звучит фантастично.

Но допустим, что это так. Гигантское внутреннее давление сдерживалось очень толстой земной корой (та, что сейчас называется корой континентального типа, толщиной порядка 40 км, была тогда на всей Земле). Но в какой-то момент кора не выдержала, лопнула на несколько частей (либо что-то стало толчком к этому, например удар метеорита) - планета начала стремительно раздуваться, из трещин хлынуло содержимое внутренних слоёв - лава и вода, насыщенные газами. А континенты в целом были отодвинуты на 1,8 тыс. км дальше от центра планеты...

Что было бы с Землёй, если бы её поверхность не была твёрдой? У планет-гигантов типа Сатурна и Юпитера нет ярко выраженной твёрдой поверхности (сверхплотная атмосфера там плавно переходит в жидкость), и хотя их масса и, соответственно, сила тяготения гораздо больше, чем у Земли, - их средние плотности значительно меньше земной. То же самое относится и к Солнцу, плотность которого лишь немного больше плотности воды - 1,4 тонны на куб.м. Но, разумеется, в центре Юпитера и тем более Солнца давление и плотность гораздо выше, чем в центре Земли (центр Земли - 13, центр Солнца - 150 тонн/куб.м).

При резком падении давления вода выплеснулась из недр Земли - а потом постепенно впиталась назад, отхлынула до нового равновесного состояния.
Впрочем, твёрдые вещества, да и жидкости весьма мало поддаются сжатию даже и под очень большим давлением. Очень сильно сжимаются и потом ищут лазейку для расширения газы - именно их большое количество и заставило выплеснуться недра Земли, подобно шампанскому при открытии пробки, и даже раздвинуло всю массу Земли до нового объёма. Новообразованная океаническая кора оказалась гораздо тоньше, не более 10 км, и даже тысячелетия спустя в ней продолжают сохраняться прорывы - срединно-океанические хребты и "горячие точки", сквозь которые газы продолжают вырываться на поверхность, увлекая за собой и лаву.
Если бы газов внутри Земли было гораздо меньше, лишь считаные проценты её общей массы, ничего подобного просто не могло бы произойти.

Наиболее естественным объяснением чрезмерному возрастанию плотности внутри Земли и последующему катастрофическому её расширению было бы - сжатие пространства. Если само пространство уменьшается, т.е. сокращаются расстояния между двумя точками без их взаимного движения, то плотность пропорционально возрастает. Магма хотела бы компенсировать это сжатие расширением - но ей не даёт кора. Которая тоже испытывает внутреннее сжатие, уплотняясь, но также и частично выпучиваясь вверх, где на неё оказывают лишь очень небольшое давление атмосфера и океан.

Но если это так - значит, расширение Вселенной сменилось сжатием уже задолго до потопа. Это было бы вполне логично, если под днём творения понимать тысячу лет: 7 тысяч лет Вселенная созидалась, расширившись до предела, - и затем зеркально 7 тысяч лет сжимается, снова в ту же начальную точку. Пока ещё это сжатие не достигло сколь-нибудь существенных величин, но и того что есть достаточно, чтобы постоянно инициировать компенсационное движение магмы вовне, её излияние на поверхность планеты.

Картину единой на всей Земле континентальной коры, которая лопается и трансформируется в современную, можно нарисовать и без существенного увеличения объёма земного шара - если принять во внимание факт смятия пород в складки, происходящего во время горообразования при столкновении плит (подобно тому как кусок ткани, смятый в складки, становится существенно меньше по площади).
Крупнейшие горные хребты гораздо "выше" вниз, чем вверх. Так, под Гималаями-Тибетом общая толщина земной коры достигает 70 км (при средней толщине континентальной коры 40 км), причём верхняя часть этих гор имеет высоту лишь 5-8 км над уровнем моря, а остальные "лишние" 22-25 км - "противовершина", вздымающаяся вниз, в подстилающую кору астеносферу.

Можно предположить, что некогда континентальная кора была тоньше, но занимала всю поверхность Земли. При этом разница высот была не средние 6 км при максимуме почти 20 км, как сейчас, а гораздо меньше, 3-4 км, океан же покрывал более низменные части континентальной коры и был существенно мельче (при этом по площади, возможно, даже больше) чем сейчас.
Затем, после раскола единого континента, плиты начали сталкиваться окраинами, в этом месте началось интенсивное горообразование, при котором площадь плит сокращалась, а толщина увеличивалась (представьте себе два вагона, смявшиеся от столкновения в гармошку - их длина станет заметно меньше, а высота больше).
При нынешней толщине 40 км континентальная кора занимает около 40% поверхности планеты; если принять, что ранее эта кора составляла все 100% поверхности, то толщина её должна была быть порядка 15 км. При этом смятие могло происходить и не у самого места столкновения, а на сотни и даже тысячи километров в глубине плит - там, где кора оказывалась слабее (считающиеся древними Урал и Аппалачи).

Основное поглощение старой площади произошло на западной окраине Северной и Южной Америк (поднялись Кордильеры и Анды), а также в промежутке между Индией и Сибирью, где вместо океана Тетис поднялись массивы Тибета-Памира-Алтая.

Основное возможное возражение - почему же, если стали заметно толще все плиты - на них не произошло сплошное смятие, а остались значительные площади равнин?
Ответ может быть таков: то, что сейчас является равнинами - это осадочный чехол толщиной подчас в несколько километров. В этих местах, по-видимому, толщина коры была меньше, и горы здесь поднялись меньше, а во время потопа были занесены илом, выровнявшим рельеф. Особенно ровным он оказался в наиболее низменных частях - север Каспия, Западная Сибирь...

Атмосфера

Атмосфера Земли состоит из 78% азота, 21% кислорода, 1% аргона, 3% (у экватора)-0,2% (у полюсов) водяного пара, 0,03% углекислого газа и тысячных и меньше долей процента неона, гелия, метана, водорода и др.
Этот состав - продукт деятельности растений, и без них не мог бы существовать сколь-нибудь долго: кислород химически активен, вступает в реакции с огромным числом самых разнообразных веществ и постепенно исчез бы из атмосферы, даже если бы животные не расходовали его на дыхание. Да он и не появился бы в таком количестве, прореагировав ещё на ранних стадиях формирования планеты.

В этой связи очень интересно посмотреть на составы атмосфер самых близких и похожих на Землю планет Солнечной системы (данные Википедии).
Венера: 96% углекислый газ, 4% азот, 0,015% оксид серы, 0,007% аргон, 0,002% водяной пар, тысячные угарного газа, гелия, неона. Давление 93 атмосферы.
Марс: 95% углекислый газ, 3% азот, 1,6% аргон, 0,13% кислород, 0,07% угарный газ, 0,03% водяной пар, 0,01% оксид азота NO, тысячные неон, криптон, формальдегид. Давление 0,01 атмосферы.

Как видим, в основном (углекислый газ и азот) эти атмосферы похожи. Главное их различие - давление: атмосфера Венеры в 100 раз массивнее земной, а Марса - в 100 раз разряжённее. А разница давления атмосферы Венеры и Марса - в 10 тысяч раз!

Была ли атмосфера Земли до появления растений похожа на эти, и каким образом подобный состав формируется? Рассмотрим Венеру, которая может до некоторой степени служить моделью Земли в процессе сотворения, до остывания.
Как мы определили в начале страницы, вода должна составлять значительную часть как внутреннего, так и внешнего слоя планет. На Земле поверхностная вода сосредоточена в океанах, на Венере же температура у поверхности достигает 470°C, и даже в виде пара воды там очень мало.
Водяной пар имеет атомную массу 18, а углекислый газ 60. Это значит, что, поскольку очень плотная атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа - он должен "выталкивать" в верхние слои атмосферы все газы легче себя - и водяной пар, и азот (а.м. 28 - доля его в атмосфере Венеры в 20 раз меньше, чем в атмосфере Земли), и даже аргон (а.м. 40 - его относительная доля в атмосфере Венеры также очень мала). За тысячелетия все лёгкие газы были выдавлены из атмосферы; из-за парникового эффекта, создаваемого углекислым газом, поверхность Венеры чрезмерно разогрелась, там изначально была невозможна жизнь не только растений, но и бактерий, поглотить углекислый газ было некому, а со временем, при извержении вулканов, его количество только увеличивалось, что усугубляло разогрев и рост давления...

На Марсе из-за отрицательных температур вся вода заморожена и занесена песком (исследования последних лет показали наличие льда под грунтом). А из-за того что сила тяжести на Марсе почти в 3 раза меньше, чем на Земле, все газы, существенно легче углекислого, включая доминирующий в земной атмосфере N₂, в значительной степени улетучились.

На Земле же сразу, пока доля углекислого газа не превышала половины атмосферы или ещё меньше, появились растения (или по крайней мере более устойчивые к высокой температуре фотосинтезирующие одноклеточные - цианеи), которые начали интенсивно поглощать углекислый газ - по мере его исчерпания парниковый эффект уменьшался, температура снизилась до комфортной, появился свободный кислород, пригодный для дыхания животных (потому-то согласно Библии растения сотворены в 3-й день, а животные только в 5-й и 6-й).

Согласно научным данным, в прошлом климат Земли был в среднем значительно теплее, влажнее и, главное, гораздо более равномерным - в тропиках не было столь жарко, а в полярных широтах столь холодно (типичный пример - каменноугольный период мезозойской эры). В то же время во все геологические эпохи фанерозоя содержание углекислого газа в атмосфере было значительно выше современного, до 0,4% (Н.М.Сватков "Земное зеркало Солнца", М., 1979) - т.е. в 13 раз больше современного его содержания в атмосфере. Это создавало существенный парниковый эффект.
Однако главным условием мягкости климата было высокое содержание в атмосфере водяного пара, благодаря чему в жарких поясах были не пустыни вроде современной Сахары, а пышные леса, растущие сейчас только в узкой полосе экватора.

"Пар поднимался с земли и орошал всё лице земли" (Быт.2:6)
Механизм этого явления примерно соответствовал утренней росе: во всей атмосфере количество водяного пара было близко к точке насыщения (относительная влажность 100%); днём по мере роста температуры происходило дополнительное испарение (чем выше температура, тем больше водяного пара может вместить атмосфера: значение абсолютной влажности с ростом температуры увеличивается); ночью же температура падает, относительная влажность оказывается больше предельной - и лишняя вода выпадает в виде росы.

Этот механизм был разрушен во время потопа. Как возможный вариант можно нарисовать такую картину: серия мощных извержений выбросила в атмосферу огромное количество пыли. Эта пыль частично скрыла Солнце, из-за чего температура упала, и содержание водяного пара из насыщенного стало перенасыщенным. Одновременно пылинки стали катализаторами конденсации пара с последующим выпадением его в виде дождя - после которого общее содержание водяного пара в атмосфере упало значительно ниже точки насыщения. А поскольку водяной пар также является парниковым газом - парниковый эффект уменьшился, послепотопный климат Земли стал холоднее, суше и гораздо более контрастным, чем был до потопа.

Чтобы сейчас улучшить климат Земли, в первую очередь нужно было бы сократить огромный (до 2,5 метров в год) дефицит испаряемости тропических пустынь. На большой глубине вода есть везде - пробурив множество скважин в Сахаре, можно было бы в понижениях местности в ней создать цепь озёр. Для подачи воды нужно много энергии - значит, рядом со скважинами можно было бы построить солнечные электростанции. Если же бурить скважины достаточно глубоко - горячая вода (в виде пара) из них сама могла бы стать источником энергии. Озёра-испарители улучшили бы климат вокруг себя, а если бы они сетью покрыли всю Сахару - её климат в целом стал бы гораздо менее сухим, значительные площади стали бы пригодными для земледелия.
Создание подобных испарителей на подземных источниках во всех засушливых зонах Земли привело бы к тому, что по планете в целом испаряемость нигде бы не была в значительном минусе, а значит, относительная влажность на большинстве территорий Земли стала бы приближаться к 100%. Это привело бы к общему увеличению количества водяного пара в атмосфере в разы - климат стал бы выравниваться.
Единственный минус - из-за значительного потепления в полярных широтах частично растаяли бы льды, уровень океана поднялся бы, и часть густонаселённых земель и мегаполисов оказалась бы затопленной, потребовалось бы переселение десятков миллионов людей...

Совсем по-другому выглядит атмосфера Юпитера. Его гравитация настолько сильна, что водород не смог покинуть даже верхние слои атмосферы. Поэтому её состав близок первоначальному распределению вещества во Вселенной:
75% водород, 24% гелий, 1% всё остальное (по массе; 81%-18%-1% по числу атомов). Вот это-то остальное и представляет наибольший интерес. Это:
вода, метан, аммиак, сероводород, фосфин PH₃ (гидриды следующих по распространённости после Н и Не элементов; хотя фосфор лишь 18-й по распространённости элемент, более распространённые чем он металлы не образуют газообразных гидридов; однако в атмосфере Юпитера наблюдаются следы гидридов ещё менее распространённых мышьяка и германия: арсин AsH₃ и герман GeH₄);
инертные газы: неон, аргон, криптон, ксенон;
простые углеводороды - этан, ацетилен, диацетилен (примерно 1% от метана, формируются из метана под воздействием Солнечной ультрафиолетовой радиации и заряженных частиц магнитосферы);
гидросульфид аммония NH₄HS (соединение серы с более распространёнными элементами, образует один из слоёв облаков);
угарный и углекислый газы; гидразин (диамид) N₂H₄.

Атомарный азот при первоначальном избытке водорода, видимо, почти полностью перешёл в аммиак. С кислородом аммиак образует воду и молекулярный азот, при избытке кислорода - оксид азота, который с водой образует азотную кислоту, которая с металлами образует соли - нитраты. Поскольку нитратов в природе относительно мало, логично предположить, что избытка кислорода в процессе формирования Земли почти не бывало, и аммиак преимущественно переходил в молекулярный азот, а не в оксиды.
Аммиак при высокой температуре образует синильную кислоту с углеродом (выделяя водород) или метаном (выделяя воду).
Аммиак, теряя один атом, превращается в аминогруппу NH₂-, являющуюся основным отличительным элементом аминокислот - "кирпичиков", из которых состоят все белки, а также главная молекула живых организмов, несущая всю информацию о них, - ДНК. Несомненно, что аммиак первичной атмосферы играл существенную роль на раннем этапе развития жизни.