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: 52

Скачиваний: 0

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

наковым. Например,

изотопный

состав С, О, Si, Cl, Fe,

N i ,

Go, К , Сп, Ga, Ва оказался

практически одинаковым

для

вещества Земли

и метеоритов. Что касается самого

Солнца, то для него с небольшой точностью по некоторым молекулярным спектрам удалось определить изотопный состав углерода как отношение С 1 2 : С 1 3 . Результаты этих исследований показали, что изотопный состав сол­ нечного углерода практически такой же, как и на Земле. В то ж е время изотопный состав углерода других звезд­ ных мпров отличается от углерода нашей солнечной си­ стемы. Особый интерес представляет изучение изотопных соотношений в материале солнечного ветра, который пред­

ставляет

собой

поток атомов

и ионов, выбрасываемых

непосредственно

Солнцем в мировое пространство. В тече­

ние веков

материал солнечного

ветра н а к а п л и в а л с я в ве­

ществе лунного грунта, обогатившегося инертными га­ зами у самой поверхности. Эти газы можно рассматривать непосредственно ка к часть солнечного вещества, ибо более глубокие горизонты лунного грунта резко обеднены инертными газами. Измерения показали, что изотопный

состав инертных газов

вещества Солнца,

метеоритов

и Земли по существу одинаков в пределах ошибок

экспе­

римента. Это видно

на примере

изотопного состава

крип ­

тона:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К г 8

Кг""

Кг"

КгР З

Kr"'

K r 8 '

Солнечный

ветер

0,02

0,129

0,66

0,657

3,25

1,00

Каменный

метеорит

—

0,127

0,65

0,651

3,23

1,00

(Мерреіі)

 

 

 

 

 

3,27

 

Атмосфера

Земли

0,02

0,129

0,66

0,660

1,00

Таким образом, современные данные о распростране­

нии элементов и их

изотопов в

изученных

космических

объектах и материале Земли говорят о генетическом

единстве — кровном

родстве всего

вещества

солнечной

системы.

 

 

 

 

 

В настоящее время

химические

элементы

в солнеч­

ной системе в различных

ее телах

образуют определенные

соединения, которые

находятся

в

разных

агрегатных

состояниях, формируя газовые, жидкие и твердые тела

планет в зависимости от физических

условий

бытия

самих планет и их состава. Пропорция

твердых,

жидких

и газовых состояний в разных телах солнечной

системы

10

определяется также свойствами элементов, находящихся в свободном или в химически связанном состоянии в той или другой фазе.

Т а к , Солнце представляет собой газовый шар с тем­ пературой поверхности 6000° К, которая повышается к центру. Эта температура превышает температуру кипе­ ния любого материала. Поэтому вещество Солнца пред­

ставляет собой ионизированный горячий

газ . Б о л ь ш а я

часть

массы Солнца состоит из водорода

и

гелия . По ­

этому

само Солнце мы вправе рассматривать

как раска­

ленную водородно-гелиевую газовую сферу, слегка раз ­ бавленную примесью остальных химических элементов.

Непосредственно в планетах солнечной системы мы наблюдаем либо холодные газы, либо твердые тела. Из всех планет на Венере обнаружена самая теплая атмо­ сфера. Газы составляют атмосферы разных планет. Менее распространенными я в л я ю т с я жидкости. Это вода на нашей планете и, возможно, на других планетах в огра­ ниченном количестве, а также, вероятно, жидкий метал­ лический расплав в некоторых внутренних планетах зем­ ного типа.

Учитывая распространенность элементов и основные формы нахождения их в солнечной системе в широком диапазоне температур, можно наиболее распространенные в системе элементы подразделить на породообразующие — образующие твердые тела, летучие элементы и инертные газы. В табл. 1 приводятся данные по распространению химических элементов в солнечной системе в порядке их классификации на породообразующие, летучие и инерт­ ные газы. Породообразующие элементы слагают основную массу каменных тел солнечной системы: метеориты, зем­ ную кору, лунные породы и главную массу планет зем­ ного типа. Летучие элементы я в л я ю т с я характерными элементами солнечного вещества. П р и низких температу­ рах атомы их образуют молекулярные соединения, кото­

рые также я в л я ю т с я

в

основном летучими и находятся

в виде газов при температурах

свыше 0° С. Однако в

ин­

тервале температур

от

—10° до

—200° С многие из

них

замерзают, переходя в твердое состояние. Инертные газы не вступают в химические соединения с другими элемен­ тами и остаются в газовом состоянии даже при самых низких космических температурах в пределах нашей сол­ нечной системы.

ТІІОЛІІЦП і

О Т П О С П Т С І М І І І Я рхені.остр.іненноеті. элементов в солнечно» системе (Si = 10')

Элемент

Контішентальнан

Солнце

Метеориты

Земля

кора Земли

 

в целом

 

Породообразующие

элементы

 

Si

10000

 

10000

10000

10000

А!

3050

 

GOO

S50

940

Fe

"1010

 

2500

9000

13500

Mg

950

 

7400

10000

8900

Ca

1030

 

6110

720

330

Na

1050

 

910

6С0

4fl0

К

' 540

 

22

32

40

lin

20

 

30

93

40

Ti

120

 

18

23

20

Ni

1

 

230

490

1000

P

35

 

190

127

100

 

 

Летучие элементы

 

H

1400

 

4,S • Ю9

55000

84

О

29500

 

440000

77000

35000

N

 

 

ІЮЮ

4811

0,2

G

 

 

170000

8200

70

S

 

 

S00O

5000

1000

P

33

 

25

 

3

Cl

 

 

21

 

32

 

 

 

Инертные газы

 

Не

 

 

3,9 • 10'

 

3,7 • 10-

 

 

44000

 

Ne

 

 

 

12 • 10-

Ar

 

 

3400

 

5900 • 10"

Kr

 

 

0,25

 

0,6 • 10-

Xe

 

 

0,03

 

0,05 • 10-

По данным табл. 1 можно видеть контрасты в составе земной коры, Земли, Солнца и метеоритов, что отражает

историю

их формирования, включавшую фракциониро­

вание

и

дифференциацию химических

злементов.

Н а ш а

З е м л я

и

метеориты сохранили летучие

элементы

в той

степени, в какой они проявили свою химическую актив­ ность (например, Н , О, С). Инертные газы по существу чужды нашей планете. В метеоритах они т а к ж е распростра­ нены мало.

Подводя итог сказанному о распространении и рас­ пределении химических элементов в солнечной системе, можно считать, что все ее тела построены в основном из немногих элементов. Наиболее распространенные огра­ ничиваются номером 28 периодической системы. Все

12

вещество солнечной системы имеет единое происхождение.

Резкое различие в составе отдельных тел

системы, к а к

следует из табл. 1, связано с вполне

определенными

свойствами элементов, способностью их быть химически активными, инертными или формировать газовую фазу, легко теряемую малыми планетами. Однако химические

свойства

элементов определяются

строением электрон­

ных оболочек их атомов.

 

Геохимические свойства элементов выявляются в ха­

рактере

их поведения в природе:

в оболочках планет,

метеоритных фазах, в распределении между минералами . Элементы с близкими геохимическими свойствами обра­ зуют совместную концентрацию в определенных при ­ родных системах.

П р и образовании химических соединений большинство атомов стремится образовать внешний слой из числа электронов, кратного 2. Наиболее устойчивой будет обо­ лочка, состоящая из восьми электронов. Формирование природных химических соединений (минералов) опреде­ ляется типом строения атомов или ионов. В зависимости от строения внешней электронной оболочки можно вы­

делить

четыре основных типа атомов.

I .

Тип инертных газов характеризуется 8-электрон-

ной конфигурацией внешнего электронного слоя. К этому

типу относятся

атомы

инертных газов Ne, Ar, K r , Хе,

а т а к ж е Н е ,

который

отличается

весьма

устойчивой

2-электронной

внешней

оболочкой.

 

 

I I . Атомы,

легко

образующие

ионы типа

инертных

газов. К этому типу относятся щелочные, щелочнозе­

мельные металлы

и другие ( L i , Na, К , Rb, Cs;

Be, Mg,

Ca, Sr, Ba; B, A I , Sc), которые, лишаясь валентных

электро­

нов, приобретают

внешнюю 8-электронную

оболочку

инертных газов. Наоборот, атомы О, F, Gl, Br, J приоб­ ретают внешнюю 8-электронную оболочку путем присоеди­

нения

электронов

и

образуют отрицательно заряженные

анионы

О 2 " , F1 ",

C I 1

- , B r 1 - ,

J1 ".

I I I .

Атомы, образующие

ионы с 18-электронной кон­

фигурацией внешней оболочки. Сюда относятся Си, Ag,

Zn, Ga,

I n , Hg,

Pb

и др . Они характерны д л я так

назы­

ваемых

побочных подгрупп таблицы Д . И . Менделеева.

I V .

Атомы, образующие ионы промежуточного типа

(между

вторым

и

третьим). Л и ш а я с ь

электронов,

они

приобретают внешние 9—17-электронные

оболочки. Такой

13

Смотрите также файлы