Файл: Войткевич, Г. В. Происхождение и химическая эволюция Земли.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 0
I II III V VI VII ѴШ I II III IV V VI VII 0
Щm
Li Be В |
|
|
|
_ |
|
W |
|
Ш |
Щ |
|
|
|
|
|
Шm |
||||
WyMg AI Si P |
|
|
|
|
|
Ш |
ж m |
m |
|
|
|
|
|
|
|
Щm m |
|||
шCa Sc Ti V |
Cr |
|
Fe Co Ni |
УУ/УУ |
щ |
|
m |
|
y///, |
Ш |
ЩGay |
Щ/Se; m |
|
||||||
|
|
|
pш |
««PI |
ш i |
||||
|
|
Ru Rb Pd |
II///, |
УУУ/t |
|
|
'</<< |
||
Sr Y Zr Nb Mo Тс |
wW'. |
|
|
|
|
|
|||
.Csf В a TR Hf Ta |
w |
Re |
Os Ir PI |
'////\щ I Y/y,mmУ/У/, |
Щ |
Po |
At |
Rn |
|
|
|
|
Г/У/, |
г'г Ra |
Ac |
Th Pa и |
Ш2 |
|
|
|
1> и c. 17. Недостаточные ллементы в веществе Земли и метеоритов в таблице Д. И. Менделеева
2 — элементы нормальной |
недостаточности (0,5—0,1), |
2 — элементы резко |
недостаточные (0,01—0,001) |
зультатом процессов ее формирования как физико-хими ческой системы. Процесс, который вызвал потерю лету чих и фракционирование элементов, мог протекать двумя путями: либо в прошлом Земля прошла стадию высоко температурного расплавленного состояния и летучие эле
менты испарились и рассеялись в пространстве, |
либо |
||
Земля возникла путем сгущения того материала, |
в |
кото |
|
ром летучие элементы находились в небольших |
количе |
||
ствах, и, таким образом, наша Земля унаследовала |
состав |
||
определенной части протоплаиетного диска. |
|
|
|
Первый процесс, казалось бы очень простой, |
сталки |
||
вается с непреодолимыми трудностями. Он не |
смог бы |
||
обеспечить разную степень потери |
летучих, наблюдаемую |
||
в действительности. Температуры, |
необходимые дл я |
того, |
чтобы тяжелые атомы Hg , T l , РЬ приобрели космическую скорость (т. е. 11,2 км/сек) и навсегда покинули Землю, чрезвычайно высоки и привели бы к взрыву и рассеянию всего вещества нашей планеты. Поэтому данный процесс потери летучих элементов следует отбросить ка к не реальный .
Отсюда мы должны обратиться ко второму пути ка к наиболее вероятному — к процессу последовательной кон-
85
деисацни элементов |
и их |
соединений |
в порядке, обратном |
и Y летучести. Т а к , |
если |
повышение |
температуры приво |
дит к повышению подвижности летучих, то понижение температуры раскаленной газовой системы солнечного состава приводит к последовательной конденсации сперва нелетучих (тугоплавких), затем трудиолетучих и в самом конце наиболее летучих элементов и их соединений. Этот процесс конденсации горячего газа солнечного состава был количественно изучен и рассчитан по формулам хими
ческой |
термодинамики Д ж . |
Ларимером . |
Н а |
рис. 18 представлена |
диаграмма, построенная на |
основании расчетов Ларпмера . Она характеризует после довательность конденсации элементов и их соединении в ходе п о н и ж е н и я температуры солнечного газа и при падении давления от 1 до 0,0066 атм. Пределы этих зна чении давления были вычислены А. Камероном д л я пер
вичного газового диска солнечного состава, |
окружавшего |
||
некогда Солнце. |
|
|
|
Н а рис. 18 можно видеть, |
что конденсация |
элементов |
|
H нх простейших природных |
соединений в |
виде |
окислов, |
силикатов и сульфидов проходила в определенном, строго закономерном порядке . Первыми конденсировались в капли расплава железо, никель и силикаты, куда вошли
наиболее |
распространенные |
элементы О, Si, Fe, Mg, |
Ca, |
A I , затем |
конденсировались |
сульфиды, и последними |
при |
отрицательных температурах по Цельсию кондедсировались такие летучие вещества, как вода и ртуть. К а п л и силикатов остывали, проходили стадию кристаллизации и
превращались в твердые тела |
— шаровидные частицы. |
В высшей степени вероятно, |
что хондры большинства |
каменных метеоритов я в л я ю т с я прямыми остатками ка
пель, возникших в |
процессе конденсации |
солнечного |
газа. |
|
|
Следует отметить, |
что впервые Д ж . Вуд в |
1958 г. вы |
сказал мысль, что хондриты сконденсировались при высо кой температуре из протопланетного газового облака, содержащего п а р ы железа, магния, кремния и других
химических элементов. |
П р и падении температуры ниже |
2000° К образовались |
жидкие капельки, а при дальней |
шем охлаждении из них возникли мелкие пылинки, по
служившие материалом д л я |
образования планет |
солнеч |
ной системы. Т а к и м образом, |
всестороннее исследование |
|
метеоритного вещества приводит к заключению о |
необхо- |
86
M g A l 2 0 4 C a T i 0 3
A l 2 S i 0 5
C a 2 S i 0 4
C a A l 2 S i 2 0 8 C a S i 0 3
b'e
C a M g S 2 0 6
K A l S i j O g Ni
M g S i 0 3
S i 0 2
M g 2 S i O , N a A l S i 3 0 8
M n S i O j
N a 2 S i 0 3
K 2 S i 0 3
M n S
C u
Ge
Au
Ga
Sn
Z n 2 S i 0 4
A g
Z n S
F e S
Pb
Cd S
Bi
P b C l 2
T l
In
F e 3 0 „
H 2 0
H g
П а д е н и е т е м п е р а т у р ы д а в л с ш п і
2 0 0 0 |
1 5 0 0 |
100 0 |
5 0 0 |
|
" Т — I — I — I — I — I — I — Г |
|
_1 |
I I I I I I I I |
I |
! 1 1_ |
1 5 0 0 |
1 0 0 0 |
5 0 0 |
-273 |
P il c. 18. Температуры конденсации элементов н нхсоедплеппіі при остывании солнечного газа (построено на основании даппы^с Дж. Ларимера)
димости первоначальной высокой температуры и дальней шего достаточно быстрого охлаждения .
Расчеты Д ж . Ларимера основывались на |
предположе |
|
нии, что в ходе конденсации солнечного газа |
существовало |
|
непрерывное равновесие между конденсирующейся |
жидкой |
|
фазой и о к р у ж а ю щ и м газом. Однако такой случай |
следует |
считать идеальным. В процессе конденсации солнечного газа равновесие могло нарушаться . Возникшие силикат ные частицы могли испытывать повторный нагрев, мета морфизм и перекристаллизацию . Изучение структуры са мих хондр указывает на большую вероятность этих процессов. Микроскопические исследования и анализ ин дивидуальных хопдр, выполненные М. Блейндером и А. Г. Монетом (1969), показали, что хондры могли сфор
мироваться как переохлажденные |
капли . Иначе |
говоря, |
|||||
их формирование могло происходить в разных |
меняю |
||||||
щихся |
условиях . |
Н а |
схеме № |
1 |
показаны |
различные |
|
этапы |
конденсации |
и |
а к к у м у л я ц и и |
хоидритов |
при |
одном |
|
режиме давления (по |
Б л е й н д е р у |
и |
Монету). |
|
|
||
Формирование химического состава Земли было свя |
|||||||
зано с |
определенными физико-химическими |
процессами |
в протоплапетной газовой туманности и, естественно, явилось одпим пз вариантов более общего процесса кон денсации, затем сгущения конденсированных систем в пла неты и астероиды. П р и этом хондритовые метеориты как составные части астероидов дают ценный исторический материал, позволяющий выявить основные особенности конденсации солнечного газа.
Согласно исследованиям Д ж . Ларимера и Э. Андерса, рассмотревших температурные условия конденсации сол нечного газа и сопоставивших полученные результаты с химическим и минералогическим составом метеоритов, хондриты я в л я ю т с я смесью двух типов веществ:
1) низкотемпературной фракции в качестве основной
массы (фракции |
/1), |
сохранившей |
в своем составе |
большое |
|||
количество летучих |
элементов |
и |
их соединений; |
|
|||
2) высокотемпературной фракции (фракции J5) в виде |
|||||||
хондр и |
металлических зерен |
в |
каменных |
метеоритах, |
|||
которая |
лишена |
летучих . |
|
|
|
|
|
П р и снижении температуры газа солнечного состава |
|||||||
имело место изменение равновесий многих |
химических |
||||||
реакций |
между |
компонентами |
солнечного |
космического |
|||
вещества. |
Решающее |
значение |
в |
формировании |
химиче- |
88
ского |
состава планет |
земного |
типа имела р а з л и ч н а я сте |
||
пень |
окисления железа . П р и |
этом |
изменялось равновесие |
||
химической |
реакции |
следующего |
вида: |
||
|
'еа0.у + |
Но ^==± |
Fe + ЩО |
|
|
К = • 11,0 |
|
|
|
|
Схема 1
Схема различных атапов конденсации н аккреции хондритовых метеоритов при одинаковом режиме давлении (по М. Блеііндеру и А. Г. Монету)
Высокая T —> Средняя T —>• Низкая T
Конденсация |
Первичная |
|
|
конденсация |
|
Аккреция |
Ранняя |
|
и изоляция |
||
аккреция |
||
|
||
Формирова |
Равновесие |
|
ние породы |
||
всех частей |
||
|
Конденсация |
Конденсация |
|
некоторых |
большинства |
|
летучих |
летучих |
элементов |
|
Поздняя |
|
|
аккреция |
|
Частичное |
Слабое |
равновесие |
равновесие |
пли его |
отсутствие |
|
Низкая |
степепь |
|
метаморфизма, |
|
|
много летучих |
|
|
Средняя |
степень |
|
метаморфизма, |
|
|
некоторое коли |
|
|
чество летучих |
|
|
Высокая |
степепь |
|
метаморфизма, |
|
|
мало летучих или |
|
|
их отсутствие |
89