книги из ГПНТБ / Войткевич, Г. В. Происхождение и химическая эволюция Земли

первых, огромные давления внутри Земли сильно повы­

электронные оболочки отдельных атомов, тем самым

З а последнее время появились серьезные доводы в пользу присутствия в ядре Земли значительных количеств серы в форме FeS—Fe. Так , наиболее яркой чертой геохими­ ческого распространения серы является ее низкое относи­ тельное распространение в коре Земли и материале мантии, па несколько порядков ниже, чем в среднем материале каменных метеоритов, которые отражают усредненное вещество солнечной системы, лишенное летучих. Это приводит к выводу о сосредоточении значительных коли­ честв серы в самом ядре пашей планеты.

Опыты последнего времени показали, что наиболее

условиях в случае повышения температуры в недрах Земли железный расплав, обогащенный серой, сформи­

халько-сидерофильные. Сравнивая размеры ионов L i и Na с размерами К, Rb, Cs, нетрудно показать, что последние

20

слишком велики, чтобы входить в кристаллы силикатных минералов, слагающих мантию Земли . Поэтому К , Rb, Cs, по всей вероятности, будут обогащать расплав FeS—Fe,

что, возможно, соответствует восстановительным усло­ виям первичной мантии Земли и способствует их поступ­ лению в земное ядро.

К важнейшим геохимическим свойствам элементов относится их летучесть самих по себе и летучесть их сое­ динений. П р и повышении температуры разные элементы и их наиболее распространенные природные соединения

-переходят в газовую фазу — пар — далеко не одинаково. Все это имеет существенное значение для понимания ми­ грации химических элементов при дифференциации планет и астероидов. При низких температурах в состоянии газа находятся немногие химические элементы, но при повы­

шении температуры количество и х непрерывно растет. В качестве критерия летучести можно выбрать темпера­

в расплавленное состояние. Элементы и их соединения,

врасплаве — к нелетучим. По данным А. Рингвуда

К нелетучим относится большая часть литофильных (оксифильных) и сидерофильных, характеризующихся вообще высокой температурой плавления и кипения . К летучим относятся в первую очередь атмофильные элементы, все без исключения инертные газы, обычные газы, значительная часть халькофильньгх элементов и не­ большая часть элементов литофильных.

К важным геохимическим свойствам элементов отно­ сится способность их создавать минералы к а к твердые атомные постройки по законам кристаллохимии. Мине­ рал — это кристаллическая составная часть горных пород,

21

Os (?), Ir, Pt

протекавших и протекающих в оболочках Земли и планет

тов входит в состав известных минералов. Причем эле­

в виде примеси. Химический анализ естественных мине­ ралов во многих случаях показывает, что их состав не соответствует идеальной формуле. Это связано с присутст­ вием определенного количества примесей. Элементы-при­

известных в природе минералов ограниченно. В земной коре их насчитывается около 5000, в метеоритах — 66.

Ограниченность минералов по сравнению с бесчис­ ленным множеством химических соединений, полученных в лаборатории, связана с разными причинами. Главными из них являются: распространенность элементов, способ­ ных создавать минералы,' физико-химические условия формирования самих минералов и собственные химиче­

22

д у ю щ ая тенденция — чем шире распространен элемент, тем большее число минералов он образует.

Любой минерал как определенный тип атомной по­ стройки может быть устойчивым при определенных зна­ чениях температуры (Т) и давления (Р). Температуры плавления минералов возрастают с увеличением давления . Минерал определенного химического состава под воз­ действием давлений может менять свои физические свой­ ства, перестраивая расположение атомов (ионов) внутри

ные виды полиморфных состояний обычно называют полиморфными модификациями. Например, твердый углерод способен находиться в двух полиморфных модифи­ к а ц и я х — в виде кубического алмаза и в виде гексагональ­ ного графита.

Д л я понимания природы недр Земли и планет земного типа особо важное значение имеют данные по полиморфным

Однако с увеличением давлений плотность минералов будет возрастать в связи с переходом в более плотные полиморфные модификации. Так, кварц может переходить

23

СВ И Д Е Т Е Л И Р А Н Н Е Й ИСТОРИИ

СО Л Н Е Ч Н О Й СИСТЕМЫ

Внастоящее время метеориты вполне оправдали ранее высказанные надежды на то, что они могут дать ценную научную информацию об истории возникновения отдель­ ных тел солнечной системы. До последнего времени, пока не был получен первый каменный материал с поверхности Луны, метеориты представляли единственный внеземной космический материал, попадающий в наши р у к и и до­ ступный количественным лабораторным исследованиям. Сейчас особенно детально изучаются состав, строение, внутренняя структура, радиоактивность, возраст и физи­ ческие свойства метеоритов.

Большинство метеоритов оказалось очень древними. Этот факт имеет принципиальное значение в познании истории солнечной системы. Возраст метеоритов по ра­ диологическим данным отражает время, прошедшее с мо­ мента их кристаллизации в твердые тела. Относительно возраста метеоритов получены интересные результаты. Применение современных методов ядерной хронологии, основанных на радиоактивном распаде урана, тория,

рубидия (Rb 8 7 ) и к а л и я ( К 4 0 ) , к образцам метеоритов раз ­ ных классов показало, что большинство метеоритов имеет одинаковый возраст, в пределах 4,5—4,6 млрд. лет. Это совпадает с современными оценками возраста Земли й Луны .

Некоторые классы метеоритов, несмотря на их столь Древний возраст, оказываются малоизмененными и, таким образом, в своем химическом и минералогическом составе сохраняют запись событий, происходивших во время об­ разования солнечной системы или вскоре после ее обра­ зования.

Удивительное совпадение возраста метеоритов с воз­ растом нашей планеты говорит о том, что время формиро­ вания Земли к а к дифференцированной планеты и время

25

формирования метеоритов (или более крупных тел порядка астероидов, в состав которых они первоначально входили) относятся к единой древней эпохе в истории солнечной системы. Отсюда можно т а к ж е допустить, что формирова­ ние планет солнечной системы было событием почти одно­ временным (синхронным); точнее, образование планет происходило в относительно узком интервале времени.

Метеориты, выпадающие на поверхность Земли из космического пространства, подразделяются на камен­ ные и железные. Более подробно их классификацию можно представить в следующем виде:

нены хондриты, названные так из-за своей особой хондритовой структуры . Силикатные минералы являются ве­ дущей составной частью всех каменных метеоритов. Железные метеориты выпадают значительно реже. Они представляют собой естественный самородный сплав же ­ леза и н и к е л я .

Р и с . 5. Относительная частота выпадения метеоритов разных клас­ сов (по Дж. Буду)

Каменные:

26

Основная масса метеоритов включает немногие хими­ ческие элементы. В табл. 4 представлен средний хими­ ческий состав метеоритов разных классов. Очевидно, что только О, Si, Fe, Mg, Ca, N i , S составляют свыше 90% массы любого метеорита. Поэтому сочетание этих элемен­

К настоящему времени в метеоритах насчитывается 66 минералов, большинство из которых похожи на ми­ нералы земной коры. Наиболее распространены оливин и пироксен. Оливин представляет собой твердый раствор

металлического никелистого железа (тэнит и камасит), составляющие значительную часть железных метеоритов. К типичным метеоритным минералам относится троилит FeS. Д р у г и е минералы, общие дл я земной коры и метеори­ тов, встречаются в небодьших количествах. Кроме того,

27

в метеоритах мы находим минералы, совершенно неиз­

метеоритов и закономерности изменения их химического состава.

Хондритовые метеориты представляют наиболее при­ митивный класс метеоритов. Так, другие метеориты представляют собой продукты значительно более слож­ ных процессов химического разделения вещества. Мине­ ральный состав хондритовых метеоритов в общем до­ вольно прост и однообразен. Хоидриты состоят главным образом из оливина и пироксена с небольшой примесью никелистого железа, плагиоклаза и троилита. Мине­ ральный состав ТИПИЧНОГО хондрита представлен па рис. 6. Исключение представляют углистые хондриты, состоящие преимущественно из гпдратироваиных силикатов.

В структурном отношении хондритовые метеориты характеризуются наличием хондр. Хондры представляют собой сферические тела порядка 1 мм в диаметре и меньше. Они состоят из оливина и ромбического пироксена, ко­ торые располагаются радиально от определенной точки, смещенной по отношению к центру (рис. 6). Остальная мелкозернистая масса хондритов представляет собой смесь оливина и пироксена с никелистым железом, троилитом и плагиоклазом . Иногда в этих промежутках встречается стекло.

Хондритовые метеориты принято сейчас подразделять на энстатитовые, обычные и углистые хондриты. Обычные хондриты различаются по своему минералогическому составу, в частности по содержанию железа. Г. Юри и Крейг выделяют две основные группы обычных хондри­

Углистые хондриты мало распространены, но они представляют особый интерес. В них присутствуют гидратированные минералы, продукты взаимодействия сили­ катов с водой, а также органические соединения. У г л и ­ стые хондриты подразделяются на три типа: I , I I и I I I . Среди них особое место занимают хондриты типа I . Они

28