Brown & Mussett The Inaccessible Earth 05 Chapter (1119258), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Следовательно, расплавленное вещество должно было собираться на некоторой глубине под поверхностью, возможно, в форме линз илн каплевидных скоплений (рис. 5.2). По мере того как масса таких «капель» увеличивалась, сила тяжести становилась больше прочности силикатов, и «капли» проходили сквозь силикатную массу к центру планеты. Опускание тяжелых масс высвобождало еще болъше гравытацнонной энергии в виде тепла, вызывая быстро развивающийся процесс, в результате которого появилось расплавленное ядро, состоящее преимущественно из железа, а силикатная мантия осталась твердой (более подробные сведения об условиях плавлеыня и т.п.
приводятся в гл. б). Таким образом, первично однородные по составу планеты земной группы могли на ранней стадии своей истории стать внутренне расслоенными ыа две главные области-ядро ы мантию (табл. 5.2). Все эти события имели место вскоре после образования Солнечной системы, т.е. 4,6 млрд. лет назад. После этого планеты испытали процессы дальнейшего частичного плавления и сегрегации элементов, связанные как с начальным разогревом, так и с длительным радиогенным выделением тепла при распаде зз»11, 'з'(), зззТп и К.
В частности, шел рост химически обособленного корового слоя, имеющегося на Земле и Луне и постулируемого для Марса и Венеры. В противоположность быстрому образованию планетных ядер развитие коры, согласно вполне надежным данным, заняло в истории каждой планеты значительный отрезок времени (по отношению к Земле эти данные представлены в гл. 7-10).
Однако длительность этого развития является, по-видимому, функцией размера планеты (см. равд. 5.4) и связана с отношением объема к площади поверхности, что определяет отношение количества выделяемого тепла к величине тепловых потерь прн излучения 11181. 523. К)липкие выводы о моделях аккрении. Главные особенности моделей неоднородной и однородной аккреции суммированы в табл.
5.2. Мы подчеркиваем, что это две крайние точки зрения: предложено много других возможных вариаытов, так нли иначе обьединяющнх эти два подхода (один из таких вариантов представлен в равд. 5.5). Особенность, общяя почти для всех моделей;нагревание, происходящее вскоре после аккрецни вследствие ряда возможных причин. Оно необходимо, чтобы отделить образующие ядро элементы в однородной модели и чтобы рассортировать их в неоднородной модели (рнс. 5П); в обоих случаях разделение осуществляется по плотности. Однаю те хшиические и плотностные различию которые вытекают нз второй модели, вмеют гораздо более фундаментальное значение и позволяют предвидеть далеко идущие следствия высокотемпературного процесса аккреции. В неоднородной модели предполагается, К ПЛАНЕТЫ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ В5 что железо участвует в аккрецна непосредственно, т.е.
как восстановленный металл, тогда как в однородной модели исходным является сильно окисленное вещество, которое отождествляется (разл, 4.э) с самым первичным веществом Солнечной туманности, представленным в углистых метеоритах-хондрнтах, Возвращаясь к рис. 4.9, отметим, что имеются большие различия в степени окисленности вещества метеоритов: от наименее окнсленных (группа Е), практически не содержащих снлнкатов железа, до наиболее окислеаных (группа С), в которых отсутствует металлическое железо. Еще важнее то, что для большинства групп характерны четкие различия в значениях Ре/Я; это отношение возрастает в следующем порядке: 1.1„1„С, Е и Н (последние две группы неразличимы).
Чтобы объяснить зту особенность, необходимы, казалось бы, различные температуры конденсации, как в неоднородной модели. Однако имеются веские основания предполагать, что болыпавство метеоритов являются неравновесными образованиями, так как они прошли сравнительно короткнй этап развития в условиях высоках температур (равд. 4.5). Хотя различные значения отношения Ре/Я могли бы свидетельствовать о неоднородной аккрепии, в равной мере возможно, что наименее окислевные метеориты (Е и Н) имеют наивысшие значеаия Ре/Я нонюму, что они были заморожены на полпути к формирующемуся ядру материнской планеты. Чтобы сделать более уверенный выбор между разными моделями аккреции, необходимо перейти от мелких и, возможно, непредставительных образцов метеоритов к самим массивным планетам земной группы, включая Землю и Луну.
Но прежде чем сделать это, полезно установить некоторые геохимические показатели, касающиеся относительных обвемов силикатной, сульфидной и металлической зон во внутренних областях планет и распределения всех химических элементов между этами зонами. 5.3. Сегрегавия элементов: некоторые геохнмаческае правила. Многие геологические процессы, такие, хак выветривание, осадконакопление, метаморфизм и частичное плавление, непрерывно отделяют одни химические элементы от других в ходе циклического преобразования горных пород. Например, физические и химические процессы обусловливают раздельное отложение осадков песчаных пляжей (ЯО«), известняковых рифов (СаСОэ) и залежей угля (преимущественно углерод). Поведение различных элементов как на поверхности, так и внутри планет определяется нх электронной конфигурацией и сродством по различйым типам кристаллических связей. В дафференцировапных метеоритах, например, элементы собираются в ясные, хотя и перекрывающиеся, группы силикатов, сульфидов и металлов.
Выделяют следующие группы элементов: а) Линюфильные (от греческого «питоев-камень) элементы, которые встречаются, как правило, в соединении с кислородом в окислах и силикатах: ВЬ, К, Ва, Ыа, Зг, Са, Мй и лр. б) Хахькофильные (от греческого «халькосв — медь) элементы, встречающиеся в основном в сульфидах: Сп, Уп, РЬ, Бп, Ак и др. в) Сидерофильние (от греческого «садеросэ-железо) элементы, встречающиеся обычно в металлическом виде: Ре, Ы(, Аз, Рг, 1г, Ап и др.
Те же правила применимы ко всем земным породам, н, очевидно, они свюаны с фундаментальными свойствами элементов. По сути дела, способность элементов входить в те или иные соединения зависит от их положения в Периодической системе. Здесь мы упроспхм дело, используя только одно свойство каждого из элементов-его эхектрооерицинмхьностнь Е, которую измеряют в безразмерных величинах от 0 до 4 по шкале, предложенной Полингом 11683. Указанное свойство — зто способность атома притягивать электроны и становиться вследствие этого отрицательно заряженным анионом.
Твк, зта 96 5. плАнеты земнОЙ группы Таблвва 5.3. Геохимические группы элементов в электро- отривательпость катиоиов ~1 68~ Прннлнанне. В скобках указаны элемеаты, проаелаююве саойстае, которые хармтервы дла группы лвтофпльаьм злемеитоа". их малый иовиый размер и больюой заряд благопрватстауют обрезоааввю скопаых аваовоа с кислородом; здесь ова отвесеиы к другам грушам только по эваеепвкм ах электроотрацательиоста, величина привимает ваивыспже значение у гадогевов (и, 4,0), ова высока также у кислорода (Оэ, 3,5), имеет среднее значение у серы (Зз, 1,5).
Однако оиа визка у злемеитов со свойствами металлов: ови теряют электролы и ставоввтсв положвтельво зараженными ювииопалеы (иапример:, Мйх+, 1,2; Яе+, 1,8; тех+, 1,8). Кроме кислорода, серы и нескольких сложных авионов (иапрвмер, силикатов, фосфатов и т.д.), все остальиые ивтересующие иас элементы образуют катиоиы; величавы их злектроотрвцатпаьиости приведевы в табл 5.3.
Если два каких-либо злемевта заметно различаютса по значениям Е, то образующалсв межугу вими связь будет, скорее всего, воплей, длв которой характерно сальное электростатическое притажевие (иапример, ХаС1). Все указанные в табл. 5.3 злемевты со зиачеиивми Е меньше 1,6 обладают сродством длй образовали и повиой связи с кислородом и демонстрируют тем самым иа планетах земной группы литофвльиое лоаедевие. За исключением злемевтов, также отиосвщихса к лвтофильвым вз-за их большого заряда, способствующего образоваиию сложиых ввиоиов с вислородом (в табл.
5.3 этв Е <1,6 Лнннзфнлэннл элеменюм Са+ 0,7 КЬ' 08 К+ 0:,8 Ввт+ 0,9 Хв+ 0,9 Егз+ 1,0 Сиз+ 1,0 М+ 1,0 Редкие мыли 1,0-1,2 Мйэ 1,2 Ясэ+ 1 3 ТЬл+ 1,3 Уэ+ 1,4 Егл+ 1,4 Мпэ+ 1,5 Вез+ 1,5 А)зь 1 5 Тзл+ 1,5 Сгэ+ 1 6 1б<Е<20 ХнлькоФнльнне элененмм Тпэ ь 1,6 (()л+ 1,7) '(тр~+ 1,7) (Ял+ 1,8) (Оел' 1,8) Рек+ 1,8 Сох+ 1,8 Х!з+ 1,8 РЬз+ 1,8 Мол+ 1,8 Спэ+ 1,9 АЕ+ 1,9 Бил+ 1,9 НЕ ЕЬэ+ В(э+ 1,9 Вез+ 1 9 2,0 < Е < 2,4 СндероФзмьнме элемемнн Азэ ' 2,0 (Рз ь 2,1) Кпл+ 2,2 КЬэ+ 2,2 Рб~ 2,2 Озл+ 2,2 Ь"+ 2,2 Ргз 2,2 Ап+ 2„4 5. ПЛАНИТЫ ЗПМНОй ГРУППЫ 9т элементы заключены в скобки), другие элементы со значениями Е между 1,6 и 2,0 относятся, как правило, к халъкофилъным.
Это связано с тем, что онв мало отличаются по злектроотрнцателъности, скажем, от серы (Е = 2,5); в результате эти элементы как бы «делят» электроны между собой„образуя, следовательно, ко«а»ененые связи. На деле существует целый ряд различных разновидностей связи от полностью нонной до полностью ковалентной, что зависит от электроотрицательностн соединяющихся элементов. Третий тип встречающейся в пряроде связи характерен для мевыл»ое, которые имеют правильную структуру с плотной упаковкой и часто состоят нз атомов только одного вида. Положительно заряженные металлические ионы окружены «газом», состояшвм из подвижных электронов, что и обусловливает высокую тепло- и электропровод- ность металлов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
