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

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

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:

 

а0.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