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

ческие свойства элементов, относятся атомные объемы, радиусы атомов и ионов, величины потенциалов иони­

одного грамм-атома элемента в твердом состоянии. Атом­ ные объемы изменяются к а к периодическая функция порядкового номера элементов. Величины атомных объе­ мов представлены на рис. 3. Максимальные атомные объемы имеют щелочные металлы и инертные газы. Мини­ мальные атомные объемы характерны д л я металлов группы железа и платины .

В соответствии с поведением н нахождением элементов в природе были предложены разные их геохимические классификации . Все они основаны иа таблице Д . И. Мен­

и сидерофильныо. Классификация В . М. Гольдшмидта представлена в табл. 2.

Таблица 2

Геохимическая классификация элементов (по В. М. Гольдшмидту)

Атмофильные элементы имеют склонность н а к о п л я т ь с я в атмосфере, откуда и получили свое название. К ним относятся все без исключения инертные газы и некоторые другие, такие, к а к водород, азот, кислород. Эти элементы

14

внешней 8-электронной оболочки. Это позволяет им нахо ­

точены в коре Земли (литосфере) и в силикатных минералах метеоритов. Они образуют устойчивые соединения с кис­ лородом в виде окислов, гидроокислов, солей кислородных кислот. Атомы их легко образуют ионы с 8-электронной конфигурацией и занимают нисходящие ветви на кривой атомных объемов (см. рис. 3). К литофильным относятся наиболее распространенные элементы земной коры и ка ­ менных метеоритов О, Si, A I , Ca, Mg, Na, К . Железо имеет противоречивые геохимические свойства и в среде, богатой кислородом, ведет себя к а к литофильный (оксифильный) элемент.

Халькофильные элементы имеют склонность давать соединения с серой, т. е. ведут себя подобно ионам меди (халькос — по-гречески медь). Атомы их образуют ионы преимущественно 18-электронной конфигурации . В зем­

с железом в его природных сплавах (сидерос — по-грече­ ски железо). Атомы сидерофильных элементов образуют ионы 9—17-электронной конфигурации. Ввиду прочной связи электронов с атомами последние часто могут встре­ чаться в самородном состоянии, образуя россыпи, на­ пример Au, Pt и др . Сидерофильные элементы представ­ лены атомами металлов группы железа и платины. Они занимают минимумы на кривой атомных объемов.

Следует, однако, отметить, что между геохимическими группами, охарактеризованными выше, нет резких гра­

фильные в присутствии кислорода. Типичный литофиль­ ный элемент кислород присутствует в молекулярной форме в атмосфере Земли, т. е. ведет себя как атмофильный,

15

классификации В . М. Гольдшмидта, связаны с определен­ ной электронной структурой их атомов, что следует из

ного состояния с последующим охлаждением. Так, в ка­ честве примера можно привести процесс доменной плавки . К а к известно, в доменную печь загружают смесь раз ­ личных веществ: руду, флюс, кокс. П р и плавлении этой смеси происходят различные химические реакции и со­ вершается химическое расслоение веществ в поле силы тяжести. Расплавленный металл стекает вниз, и в нем концентрируются сидерофильные элементы. Более лег­ кие сульфиды поднимаются вверх, и в них сосредоточи­ ваются халькофильные элементы, а окислы и силикаты также всплывают вверх в виде шлака . Газы — атмофильные элементы — улетучиваются из данной системы.

Процесс дифференциации вещества в поле силы т я ж е ­ сти, согласно геохимическим свойствам элементов, прин ­

что родоначальная планета, от которой произошли метео­ риты, испытала химическую дифференциацию и в ней воз­ никли химически разные части (оболочки).

В составе метеоритов отчетливо выделяются три глав ­ ные фазы: силикатная, сульфидная (троилитовая) и ме­ таллическая (железоникелевая). Они в разных пропор­ циях составляют известные метеориты, причем сульфид­ ная (троилитовая) фаза занимает подчиненное положение ввиду относительно пониженного космического распрост­

Е с л и рассматривать метеориты как обломки малой планеты, испытавшей химическую дифференциацию, что, по-видимому, справедливо по крайней мере для некоторых метеоритов, то нетрудно представить себе, что родона­

стадию жидкого расплавленного тела. Металлическое железо опустилось вниз, образовав металлическое ядро с наибольшей концентрацией сндерофильиых элементов (это вполне подтверждается анализами метеорного же ­ леза). Силикаты и окислы всплыли в верхние горизонты, образовав силикатную оболочку — родоначальную д л я некоторых каменных метеоритов. В ней сосредоточились типичные литофильные элементы. И, наконец, в сульфид­ ных (троилитовых) выделениях сосредоточились элементы, обладающие сродством к сере, которые относятся по

мых углистых хондритах, которые представляют собой наименее дифференцированный материал солнечной си­ стемы, не испытавший существенного нагрева в родоначальном теле.

Изучение метеоритов уже давно натолкнуло на мысль, что наша Земля в своих глубинных частях имеет состав

нее ядро — с метеоритами железными. Эта идея наиболее полно отразилась в представлениях самого Гольдшмидта,

ким расплавленным телом, которое постепенно начало остывать. В процессе остывания первичная Земля про­ шла через стадию химической дифференциации и химиче­ ские элементы распределились по ее оболочкам согласно своим геохимическим свойствам. Так, сидерофильные элементы совместно с железом сосредоточились преиму­ щественно в ядре Земли, халькофильиые образовали оболочку, обогащенную сульфидами, а литофильные обра­ зовали мощную силикатную оболочку (мантию). Атмофильные элементы сосредоточились в первичной атмо­

между распределением элементов в оболочках Земли и и х положением в периодической системе Менделеева.

Совершенно очевидно, что основная идея химической дифференциации Земли, предложенная Гольдшмидтом

18

P il с. i . Схема дифференциации первичной Земли по оболочкам согласно

геохимическим свойствам элементов (по В. М. Гольдшдшдту)

ж имевшая много сторонников, подкупает своей логично­ стью и простотой. Однако за последние десятилетия воз­ никли серьезные сомнения в ее справедливости, и в настоящее время все яснее становится, что процесс химиче­ ской дифференциации Земли был далеко не таким про­ стым. Мы здесь отметим лишь самые серьезные препятст­ вия, с которыми встретилась концепция Гольдшмидта в отношении химической дифференциации Земли. Во-