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: 79

Скачиваний: 0

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

ритах тт лушюіі пыли показало, что отдельные сверх­ тяжелые (Z -1.14, 2 — 126) трансурановые элементы при ­ сутствовали в них, когда эти объекты затвердели. Ученые о б н а р у ж и л и свыше 300 троков, которые могли быть

вызваны

распадом

сверхтяжелых

трансурановых

ядер .

 

Т а к и м образом, химическая история Земли и

других

тел

солнечной системы оказывается

связанной

не

только

с распадом ныне сохранившихся радиоактивных

изото­

пов

U 2 3 S ,

Th' 2 3 2 ,

К'1 0 и других,

но

т а к ж е

с

вымершими

радиоактивными

изотопами.

Большинство

их

распалось

в эпоху

звездного

синтеза

атомных

ядер,

и

только ма­

л а я часть дожила до эпохи формирования нашей системы.

 

В связи с

изложенным

выше

важно

подчеркнуть,

что присутствие в составе молодой Земли

даже незначи­

тельных

количеств

быстро

вымирающих

радиоактивных

изотопов могло быть важной причиной ее внутреннего радиоактивного нагрева н а р я д у с изотопами U , T h и К'1 0 .

Д л я иллюстрации сравним

количество

энергии (кал/год),

выделяемой

одним граммом

U 2 3 8

с энергией распада неко­

торых

вымерших радиоактивных

изотопов:

 

U 2 3 8 . .

. 0,71

Cm2 4 7 . .

66,8

 

 

 

Pu2 4 4 . .

12,03

J'а» . . .

1,32

 

 

 

Приведенные величины позволяют говорить о том, что

если

бы в

молодой

Земле

концентрация

Pu 2 1 1 ,

Cm2 '1 7 ,

J 1 2 9 , вместе

взятых,

была бы на

два порядка ниже кон­

центрации

урана, то и в этом

случае

атомная

энергия

их распада

соизмерялась бы с энергией

распада

самого

ур а н а .

Ксожалению, пока мы еще не можем количественно определить первоначальное содержание вымерших изо­

топов в материале молодой Земли . Н е л ь з я игнорировать и возможность присутствия других радиоактивных изо­ топов, ка к Be 1 0 и A I 2 6 , возникших в результате солнечного протонного облучения того рассеянного вещества, из которого возникли первичные планеты.

Радиоактивность дает нам ценную информацию отно­ сительно возраста твердых тел солнечной системы и воз­

раста

элементов.

Изучение

соотношений изотопов

свинца

Р Ь 2 0 6 ,

Р Ь 2 0 7 , Pb 2 0 S

в

земной

коре и метеоритах

позволило

рассчитать

возраст

Земли,

который

о к а з а л с я

равным

4,55 + 0,05 млрд.

лет. Кроме того, изучение

отношения

Р Ь 2 0 7 / Р Ь 2 0 6

как

функции

длительности

существования

изотопов

урана

U 2 3 5 / U 2 3 8

показало,

что

возраст

урана

66

в солнечной системе недалек от

5 млрд. лет!

Изучение

аномальных

содержаний

Х е 1 2 9

как

продукта

распада

вымершего

радиоактивного

иода

J 1 2 S

в

каменных метео­

ритах дало возможность определить промежуток

времени

менаду окончанием естественного

синтеза

радиоактивных

ядер и образованием метеоритов — он составил не более 200 млп. лет. У ч и т ы в а я возраст метеорита 4,6 млрд. лет, возраст радиоактивных ядер в солнечной системе не выше 4,8 млрд. лет, что можно т а к ж е считать возрастом сол­ нечной системы, ибо в современных условиях в ее телах

невозможен

синтез

J 1 2 9

и U 2 3 8

. Иначе

говоря,

накануне

образования

Земли

и

других

планет

солнечной

системы

завершился естественный синтез т я ж е л ы х радиоактивных ядер, откуда логично заключить, что происхождение

солнечной системы было связано

с

происхождением хими­

ческих элементов, ее

слагающих .

Образование

наиболее

т я ж е л ы х ядер тория,

урана,

трансурановых

элементов

произошло непосредственно перед образованием планет солнечной системы.

Данные по радиоактивности, рассмотренные нами очень кратко, позволяют прийти к определенным выво­

дам,

имеющим важное

космогоническое и

геохимиче­

ское

значение.

 

 

1.

Радиоактивность

Земли я в л я е т с я важным источни­

ком

ее внутреннего тепла и может вызвать

плавление

вещества в недрах.

2.Относительно высокая радиоактивность ранней Земли способствовала повышению ее температуры, плав ­ лению материала и была одним из ведущих факторов химической дифференциации планеты.

3.Изотопы наиболее долгоживущих радиоактивных

элементов, включая трансурановые - (Pu 2 ' 1 4 ,

C m 2 4 7 ,

Z = 1 1 4 ,

Z = 126), существовали некоторое

время в

ранней

истории

солнечной системы, и вещество, из которого она

возникла,

было

сильно

радиоактивным .

 

 

 

 

4.

Современная радиоактивность Земли и

всех изу ­

ченных тел

солнечной системы

я в л я е т с я

закономерным

следствием ядерной эволюции вещества в звездных косми­ ческих условиях . Процессы построения т я ж е л ы х атомных ядер завершились в основном незадолго до образования планет — в эпоху, непосредственно предшествующую дифференциации вещества на Солнце и околосолнечный протопланетный материал.

5*

Р О Ж Д Е Н И Е АТОМОВ

ВКОСМОСЕ

Все о к р у ж а ю щ и е нас тела отмечены печатью измен­ чивости и сохраняют па себе следы тех процессов, в резуль ­ тате которых они были созданы. Современное естество­ знание вскрыло ряд важнейших закономерностей в раз ­ витии отдельных форм скопления вещества. Атом дает возможность установить прочную генетическую связь между формами скопления вещества с резко различными свойствами. Поэтому история возникновения и гибели любого тела является в то же время историей атомов,

его слагающих . В ы р а ж а я с ь языком атомистики,

рождение,

развитие и гибель любой формы существования

вещества

есть концентрация и рассеяние атомов, его составляющих . Н о пстория атомов химических элементов в природе не ограничивается исключительно процессами их соеди­ нения и рассеяния, образованием бесконечных их соче­ таний в виде различных простых и сложных химических соединений. Сам атом — изменчивая частица в необозри­ мой истории мироздания .

Атомы химических элементов имеют свою историю, которая носит двойственный характер . С одной стороны,

это история

у ж е готовых

атомов,

сочетающихся друг

с другом по

химическим

законам,

вечно д в и ж у щ и х с я

в различных частях Вселенной, создающих всю красоч­

ность нашей земной природы.

С другой — это процессы

созидания и р а з р у ш е н и я самих

атомов в необычайно кон­

трастных термодинамических условиях космоса и в его

электромагнитных полях . Если первая,

преимущественно

в н е ш н я я сторона истории

атомов изучена и в значитель­

ной степени входит в круг интересов

геохимии, космо-

химии, биохимии и д р у г и х

наук, то вторая сторона исто­

рии, затрагивающая более

глубокую сущность вещества

и с в я з а н н а я с эволюцией

атомных ядер в природе, изу -

68

1

чена

еще очень мало, и

положительные

успехи

в этой

области достигнуты

л и ш ь

в самые последние годы.

l i a

повестку дня

становится

новая проблема

— про ­

исхождение

и эволюция

химических элементов.

С к а ж ­

дым годом

исследования

в этой

области

расширяются .

Представление о вечности и неизменности атомов давно

уже отошло в область предания,

оставив в

наследство

лишь сам термин

(атом — неделимый). Те

или

другие

предположения о

происхождении

и эволюции

атомов

в природе в настоящее время рождаются при рассмотре­

нии вопросов теории ядра, относительного

распростра­

нения ядерных видов, изотопного состава

элементов,

а т а к ж е в астрофизических исследованиях,

касающихся

источников энергии и строения звезд.

 

Проблема естественной эволюции атомов стоит на грани ядерной физики и физики космоса. Она теснейшим обра­ зом связана с геохимией и космохимией. Ее успешное

разрешение

зависит

от

углубленного

изучения

вещества

нашей

планеты и

родственного вещества метеоритов.

В

своих

блестящих

обобщениях

в области

геохимии

и космохимии А. Е . Ферсман выделил три основные эпохи существования атомов Земли: первую — эпоху звездных условий существования; вторую — космическую — на­ чало формирования планеты; третью — стадию геологи­ ческого развития . В исторической последовательности эволюции вещества солнечной системы первой, по-види­ мому, была звездная стадия, в к л ю ч а ю щ а я процессы есте­ ственного синтеза атомных ядер. Некоторые основные

особенности этого

процесса мы можем

себе

представить

в общих

чертах,

исходя

из

состава

ядер .

 

 

Т а к , последовательное построение атомных ядер

с уве­

личением

числа их составных

частиц — нуклонов

(Z и

/V) — может происходить либо путем с л и я н и я

з а р я ж е н н ы х

частиц (протонов,

а-частиц) друг с другом и вновь

обра­

зованными

ядрами,

либо

путем последовательного

добав­

ления нейтральных частиц — нейтронов. Условия, необ­ ходимые д л я протекания этих процессов, по современным данным, создаются в недрах массивных звезд различных

типов. В

этих звездах з а р я ж е н н ы е частицы приобретают

высокую

скорость, соответствующую температурам по­

р я д к а десятков—сотен миллионов градусов. В верхних

разреженных

оболочках звезд з

а р я ж е н н ы е частицы могут

у с к о р я т ь с я

электромагнитными

полями, с последующей

69

Смотрите также файлы