35.Образование слоистой структуры Земли

Слоистая структура Земли сформировалась в результате внутреннего перераспределения вещества, под действием гравитационных сил, таким образом более тяжелые, насыщенные железом соединения погружались в глубь планеты, в конечном счете сформировав ядро.

Г равитационная энергия выделилась при перераспределении вещества внутри Земли в процессе ее эволюции. При опускании атомов железа в земном поле тяготения должна выделяться потенциальная энергия.

В веществе, из которого образовалась Земля, был изотоп ¹⁸²Hf, который с периодом полураспада 9 миллионов лет превращается в изотоп ¹⁸²W. Гафний является литофильным элементом, то есть при наличии выбора предпочтительно концентрируется в силикатной фазе, а вольфрам — сидерофильный элемент, и предпочитает концентрироваться в металлической фазе. Отношение гафний/вольфрам менялось при образовании ядра, поскольку вольфрам предпочтительно перераспределяется в металлы, а гафний в силикаты.

Если ядро образовалось через время большее, чем время полураспада ¹⁸²Hf, то он бы успел почти полностью превратиться в ¹⁸²W, и во время отделения ядра этот изотоп сконцентрировался бы в ядре, а силикатная часть Земли была бы им значительно обеднена.

Если ядро образовалось быстрее, чем распался ¹⁸²Hf, то распад гафния происходил бы в силикатной части Земли и ¹⁸²W остался в ней.

Из анализа не фракционированных хондритов известно первичное соотношение изотопов гафния и вольфрама.

Силикатная Земля имеет¹⁸²W относительно более высокое по сравнению с ходритами, представляющими средний состав солнечной системы. Поэтому часть силикатной Земли (высокое Hf/W) формировалась во время жизни¹⁸²Hf .

Так как плотность ядра примерно на 10 % меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.

MgO + SiO₂ + Al₂O₃ + CaO + FeO =100 1)

Подставляя в уравнение 1 средние распространенности в солнечной системе Si/Mg, Ca/Mg, Al/Mg получаем

2,62 ´ MgO + FeO = 100 2)

Принимая, что железо распространено между мантией и ядром баланс масс для железа может быть записан как

Fe_core ´ 0,325 + Fe_mantle ´ 0, 675 = Fe _total 3)

допуская отсутствие магния в ядре

Mg_mant´ 0,675= Mg_total 4)

Допуская в ядре Fe_total /Ni =17 расчетное содержание железа в ядре составляет 75%. Из уравнений 2 и 4, и при использовании солнечного отношения Fe _total/ Mg_total получаем гипотетический состав мантии земли.

36.Ядро и мантия Земли (смотрите выше)

37.Космохимическая оценка состава мантии.

Космохимическая оценка состава мантии Земли осуществляется путем сравнения химического состава мантийных пород, представленных ксенолитами эклогитов в породах кимберлитовых трубок и состава хондритов (считается первичным веществом газопылевого облака).

Эклогит — метаморфическая горная порода состоящая из пироксена с высоким содержанием жадеитового минала (омфацита) и граната гроссуляр-пироп-альмандинового состава, кварца и рутила. По химическому составу эклогиты идентичны магматическим породам основного состава — габбро и базальтам.

Мантийные эклогиты также образуются в результате метаморфизма океанической коры, погружающейся в мантию.