Файл: Войткевич, Г. В. Происхождение и химическая эволюция Земли.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 76

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

компенсируется содержанием в ядре . Из сравнения дан­

ных табл. 9 вытекает, что

валовой химический состав

Земли непохож на состав

любого класса

хондритовых

метеоритов.

Если предложенная

модель В .

Рама - Муртй

и Г. Х о л л а

п р а в и л ь н а я и

если

хондритовые метеориты

являются аналогами того материала, из которого воз­

никла

З е м л я

путем а к к у м у л я ц и и ,

то

Земля состоит

из

смеси

метеоритов.

Ориентируясь

по данным

табл.

9,

смесь

может

состоять из 40%

углистых

хондритов,

50% обычных хондритов и 10% железных

метеоритов.

Что

касается

внутреннего ядра

Земли

на

глубине

5000 км и выше, то его природа и состав остаются наи­

более

загадочными. Н е исключена возможность, что оно

имеет

тот ж е состав, что и внешнее ядро, но находится

в твердом состоянии. Возможно, что оно состоит из од­ ного никелистого железа без примесей серы.

Т а к и м образом, современные представления о природе недр нашей планеты соответствуют химически дифферен­

цированному земному шару,

который

о к а з а л с я

разделен­

ным на две разные

части:

мощную

твердую

силикатно -

окисную мантию и

жидкое

в основном металлическое

ядро. Земная кора представляет собой наиболее легкую верхнюю твердую оболочку, состоящую из алюмосили­

катов и имеющую наиболее сложное строение.

 

 

Подводя

итог

сказанному,

можно

сделать

следую­

щие

выводы.

 

 

 

 

 

 

1.

З е м л я

имеет

слоистое

зонарное

строение.

Она

состоит на две трети из твердой силикатно-окисной

обо­

лочки — мантии и на одну треть из металлического

жид ­

кого

ядра .

 

 

 

 

 

 

2. Основные свойства Земли свидетельствуют о

том,

что ядро находится

в жидком состоянии

и только

железо

из наиболее распространенных металлов с примесью не­ которых легких элементов (скорее всего, серы) способно

обеспечить эти свойства.

 

3. В

верхних

своих горизонтах З е м л я

имеет асимме­

тричное

строение,

охватывающее кору и

верхнюю ман­

тию. Океаническое полушарие в пределах верхней ман­

тии менее дифференцировано, чем противоположное

кон­

тинентальное полушарие .

 

Задача

любой космогонической теории происхожде­

ния Земли — объяснить

эти основные особенности

еѳ

внутренней

природы и

состава.

 

Р А Д И О А К Т И В Н О С Т Ь З Е М Л И В НАСТОЯЩЕМ И ПРОШЛОМ

Радиоактивность относится к важнейшим свойствам на­ шей планеты. П р и решении столь важной проблемы, как происхождение и химическая эволюция Земли, мы должны учитывать это свойство наряду с данными о ее составе, плотности и строении. Радиоактивность как самопроизвольный распад неустойчивых атомов отражает историю вещества Земли, отражает через многие сотни миллионов лет события той далекой космической эпохи, когда происходило образование различных атомов хими­

ческих элементов, к а к

устойчивых,

так и

неустойчивых.

Современная радиоактивность Земли связана главным

образом

с присутствием

радиоактивных

изотопов

U 2 3 8 ,

U 2 3 5 ,

T h 2 3 2 ,

К 4 0 , распад

которых

совершается по

схеме:

U23S

>

РЬ206 ^ _ 8 а

 

 

 

 

 

П235

>

РЬ207 _|_7а

 

 

 

 

 

Th232

>

РЬ208 - | - 6 а

 

 

 

 

 

Км

 

> Ga«-f-ß

 

 

 

 

 

 

- f

е ->•

АІІО

 

 

 

 

 

П р и радиоактивном распаде выделяется тепловая

энер­

г и я .

Следовательно, в

системе вещества

с присутствием

радиоактивных элементов происходит непрерывное вы­

деление

тепла,

повышающее температуру

данного

тела.

Т а к и м

телом и

я в л я е т с я наша

З е м л я к а к

в целом,

так

и в отдельных

своих частях.

Наиболее

радиоактивна

алюмосиликатная кора Земли, в значительно^меныпей степени — мантия .

Удельное количество тепла (в к а л / г - г о д ) , выделяемое к а ж д ы м радиоактивным элементом в определенное время, можно охарактеризовать следующими данными:

U238. . .

. 0,71

кал

U235. . . .

4,3

 

Th232. . .

о,20

 

U

0,73

 

К

0,27

Л0~*

62

Оценка радиоактивности Земли-планеты основана на различных, более или менее вероятных предположениях . При расчете радиоактивности Земли главным образом

исходят

из положения,

что средняя

ее величина

есть

средняя

радиоактивность

метеоритов.

Поэтому,

з н а я

со­

держание

урана, тория

и к а л и я в

метеоритах

разных

классов, можно рассчитать среднюю радиоактивность земного материала и построить определенную модель радиоактивной Земли. Согласно расчетам разных иссле­

дователей,

построивших такие

модели,

радиоактивная

Земля

выделяет

от

2 , 3 - Ю 2 0 до

1 0 , 4 - 1 0 2 0 к а л / г радиоген­

ного

тепла.

 

 

 

 

c=t З е м л я

непрерывно теряет

свое тепло

т а к ж е путем

теплопроводности

и

излучения

в мировое

пространство.

В настоящее время геотермическими измерениями с раз ­

ной

густотой

охвачена вся поверхность

Земли, в к л ю ч а я

дно

океанов.

Оказалось, что величина тепловых потоков

па

единицу

поверхности одинакова на

материках и на

дне океанов. По современным данным, в результате тепло­

проводности

З е м л я

ежегодно

теряет 1,9 + 1 , 0 - 1 0 2 0 к а л .

тепла, что

несколько

меньше

того количества, которое

производит радиоактивная модель Земли по самой мини­

мальной оценке

( 2 , 3 - 1 0 2 0 к а л / г ) .

Отсюда

нетрудно прийти

к выводу, что

радиоактивность

играет

ведущую роль

в современном тепловом балансе нашей планеты и вы­

ступает к а к мощный

энергетический

фактор, способный

повысить

температуру

ее

недр.

 

Такое

заключение

не

я в л я е т с я

неожиданным. Оно

естественно вытекало из первых определений радиоактив ­

ности земного

материала, проведенных Р .

Стреттом и Д ж .

Д ж о л и еще

в

 

начале X X в.,

и наиболее

я р к о выражено

в словах В .

И .

Вернадского:

«. . . количество создаваемой

радиоактивным процессом тепловой энергии не только

достаточно д л я того, чтобы объяснить потерю

Землею

тепла и все динамические и морфогеологические

воздей­

ствия внутренней

энергии планеты

на ее поверхность —

земную кору, но

и д л я того, чтобы

поднять

ее

темпера­

туру».

 

 

 

 

Однако в далеком геологическом прошлом

радиоактив ­

ность Земли была значительно выше, чем сейчас. Это сле­

дует

из

самого

закона

радиоактивного

распада .

З н а я

скорость распада

каждого

радиоактивного

изотопа,

кото­

р а я ,

в

частности,

в ы р а ж а е т с я периодом

полураспада Т

63

(период полураспада

равен

тому промежутку времени,

в течение которого

любое

количество радиоактивного

вещества распадается на половину), нетрудно подсчитать, какое количество данного изотопа было в прошлом по

отношению к его современному содержанию. Т а к ,

4,5

млрд. лет назад U 2 3 3 на Земле было в два раза больше,

чем сейчас, соответственно и энергии он выделял в

два

раза больше.

 

Общее количество выделяемого в прошлом радиоген­ ного тепла изображено на рис. 14. Отсюда следует не­ избежный вывод о том, что в прошлом радиоактивность играла значительно большую роль в тепловом режиме нашей планеты, чем в современную эпоху. Поскольку радиоактивность обнаружена во всех изученных телах солнечной системы, этот вывод можно расширить — ра­ диоактивность материала солнечной системы в эпоху ее образования была значительно большей, чем сейчас.

Р и с . 14.

Выделение

изотопами

радиогенного тепла в

прошлом

Земли. По осп ордпнат отложены

велнчшіы

радиогенного

тепла

X іО9 лет

Однако радиоактивность вещества далекого прошлого во время формирования солнечной системы не ограничи­

валась

только повышенным против

современного содер­

ж а н и е м

изотопов урана, тория и

к а л и я , к а к показано

на рис . 14. Сейчас мы располагаем данными о существо­

вании

в то время

относительно

недолговечных

радиоак ­

тивных

изотопов с

периодом полураспада

порядка 106 —

108 лет. Они возникли в эпоху ядерного синтеза

т я ж е л ы х

элементов

и вошли

впоследствии в состав молодых тел

солнечной

системы.

Некоторые

свойства

радиоактивных

изотопов с периодом полураспада 10е лет и выше,

способ-

64

иые

определять

радиоактивность планетных тел солнеч­

ной

системы на заре ее развития, представлены нише:

 

Радпоактивпыіі

Период

 

Тип распада

Продукт

 

полураспада,

 

 

изотоп

лег

 

 

распада

 

Рс1Ю7

7 •100

 

а

AgiOî

 

J 12!)

17,2- 10«

 

із

 

 

Sm»«

50. 10»

 

а

 

 

Р 1)205

50. Юн

 

£-захват

Т1205

 

U 230

23,9.• 10«

 

а

Th232

 

Ptl244

82.> 10«

1

Осколочное

Хе^і-ізе

 

 

16,4 •10«

• деление

н ДР.

 

 

J

и а-распад

Кнаиболее долгоживущим изотопам трансурановых

элементов относятся P u 2 4 4 и G m 2 4 7 . Именно они могли просуществовать до начала образования Земли и эпохи дифференциации планетного материала. Так, в 1971 г. были обнаружены следы Pu2 '1 4 в докембрипском редко­ земельном минерале бастиезите.

В настоящее время мы можем высказать довольно обоснованное предположение о том, что на заре существо­ вания твердых тел солнечной системы, вероятно, присут­ ствовали т а к ж е сверхтяжелые трансурановые ядра, пока еще не полученные искусственно.

 

Изучение известных трансурановых элементов пока­

зало,

что их неустойчивость

довольно

резко

возрастает

с

увеличением

атомного номера Z. Согласно расчетам

американского

физика-теоретика С. Ііильссона,

боль­

шинство изотопов в пределах Z от 106 до 116 с /V, близким

к

184,

обладает

неожиданно

большими

периодами

ка к

по отношению к спонтанному делению, так и к

а-распаду.

Е с л и тяжелые трансурановые элементы испытывают оско­

лочное деление в твердых

телах (минералах), то они остав­

ляют

треки — следы

полета

осколков

деления.

Ввиду

высокой энергии

деления

сверхтяжелых

трансурановых

элементов треки от их осколков имеют длину

большую,

чем длина треков от осколочного деления

P u 2 4 4 и

U 2 3 8 .

Так, если длина треков осколков от деления

P u 2 4 4

и U 2 3 8

находится в пределах 13—16 мк в силикатных

минералах,

то дл я

осколков

деления

сверхтяжелых

трансурановых

ядер с Z > 114 длина

треков

д о л ж н а находиться в пре­

делах

18—25

мк.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изучение

группой

индийских ученых

 

во

главе с

Н . Б а н д а р и (1971) ископаемых треков в

некоторых

метео-

5 Г. В. Воііткевич

65

Смотрите также файлы