Brown & Mussett The Inaccessible Earth 05 Chapter (1119258), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

К этой группе относятся элементы, имеющие электроотрвцателъность между 2,0 и 2,4; они называются сндерофильнымя, так как на Земле часто встречаются вместе с металлическим железом. Здесь завпочев внтересный парадокс, поскольку железо, дающее название этой группе, вмеет значение электроотрицательности 1,8 и должно быть отнесено, по првнятой здесь классифнкацизь к халькофильным элементам. Прежде чем объяснять этот парадокс, приведем зависимость между злектроотрицателъностью элементов в их геохимическим сродством: лнтофильвые элементы: Е < 1,6, но, кроме того, элементы с более высокями значениями Е, образуюпше сложные анноны; халькофилъные элементы: 1,6 < Е < 2,0, за исключением упомянутых выше элементов, образующих сложные авионы; сидерофильные элементы: 2,0 < Е < 2,4.

(По классификации, принятой в Периодической системе, наиболее литофильные элементы-зто катионы щелочной и щелочноземельной групп, тогда как халькофильные и сндерофильные относятся главным образом к переходным группам, причем для сидерофнлъных элементов характерна тенденция иметь высокие массовые числа) Что же можно сказать, исходя нз этих геохвмвческих правил, относительно распределеяия элементов в недрах планет земной группыу Это распределение зависит от относительввго содержания главных присутствующих элементов; в планете, имеющей состав утлистьп хондритов (рис.

53), 92;4 массы приходится всего на пять элементов, а именно на железо, кислород, кремний, магний и серу. Еслн дать этим элементам возможносп образовывать соединения, то появится литофилъный слой, в котором будут преобладать магниевые силикаты (оливяяы и пироксены). Пря взгляде на относительное распределение масс, показанное на рис. 5.3, может показаться, что кислорода недостаточно, чтобы со«давиться со всем имеющимся магнием и кремнием, но зто не так, потому что кислород-легкий элемент, и некоторая его часть после этого еще останется. Вследствие своей элехтроотрицателъностя железо ведет себя квк халъкофилъвый элемент и автоматически будет соедвняться с имеющейся серой.

Однако некоторая часть железа дол~кна соедннитьсв с остающимся кислородом и мсти себя, таким образом, как литофвлъный элемент. Тем не менее большая распространенность железа (рнс. 5.3) обусловливает возможность того, что часть его останется в металлическом виде после исполъзованвя всего кислорода и всей серы; следовательно, в планетах земной группы образуется сидерофильиый слой. Это особенно вероятно, если кислород улетучился (реакции (5.1) и (5.2)), и поэтому колячесвмо кяс»орода на ллаиете олределяет размер сидероФильного слоя. В результате образования указанных соединений должны возникнугь три отдельных слоя, в которых будут преобладать последовательно 1) сяликаты магния и железа, 2) геБ 9й 3.

ПЛАНЕТЫ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ Рис. 5.3. Приблизительное содержание главных химичеглих элементов, образующих 92% массы твердого мщества планетм, имеющей такой же состав, как у углистых хондритов. Органические соединения, вода н другие элементы составляют вместе остальные 8;,' [239). Заметим, что показанная на рисунке распространенность элементов та же, которая выводится в гл. 4 на основании изучения числа атомов метеоритов, но здесь она преобразована в относительные атомные массы (путем лелення на атомные веса), Это повышает кажущееся обилие железа, ио в иных отношениях не влияет на порядок распространеяности элементов, установленный в гл.

4. н 3) металлическое железо. При условии, что температура достаточно высока, этн слои расположатся в порядке плотности. Таким образом, предполагается, что в ядре Земли должны существовать внутренняя металлическая область н внешняя область, богатая сульфидами; кора н мантия должны имеп силикатный состав (см. рнс. 1.1 и гл, б-8).

Это сидерофильиый, хапькофнлъный и литофилъный слои, а остающиеся металлические элементы (М) распределятся по этим слоям в соответствяи со своимн электрохнмическими свойствами (табл, 5.3). В течение всей истории активного развития планет земной группы происходят равновесные реакции, такие, как М сульфид + ге.силвкат М силякат + ге.сулъфид (5.3) н М + Ее.сульфид М.сульфнд + ге, (5АЗ постепенно сортируя трн указанные категории элементов и направляя их в соответствующие слоя. На Земле эффектянность этого процесса была высокой благодаря долгому периоду внутренней активности, но разделенно элементов в полной мере еще не достигнуто, Например, в земной коре до оих пор обнаруживаются следы золота и платины„хотя наибольшее содержание этих элементов должно быть в ядре планеты (чем не заманчивый объект разработки для предприимчивого старателя"г).

Если же говорнть серьезно, то табл. 5.3 позволает заключить, что на любой планете такие элементы, как алюминий, кальций и щелочные, должны накапливаться почти исюпочительно в мантии и коре, а никель должен входить в состав ядра. В конце данного раздела имеет смысл повторить, что деление на слон в решающей степени зависит от того, сколько имеется кислорода и серы. Если бы Земля действительно состояла из нещества углнстых хондритов (как на рис 5.3), которое сильно окислено„ то он» была бы почти целиком литофильной с малым халъкофнльным ядром (около 20;4 всей массы Земли приходилось бы на гей) и без каких-либо свобошпях металлов.

Поскольку же Земли имеет весьма значительное ядро (Зй/ ее массы), из этого следует, что, если во всех других отношениях ее химизм близок к химизму углисгых хондритов, она должна была потерять несколько процентов кислорода Таким образом, общее окислен- к плхнеты земнОЙ ГРуппы 99 нос состояние планеты может определять размер ее ядра„присутствие в нем металлической области и положение границ между соответствующими слоями. 5.4.

Планеты земной группы н Луна. 5.4.1. Земля и хондрияюеал модель Земля. Здесь мы снова обращаем взор на Землю я ближайшие к ней тела Солнечной системы. Теперь наша главная задача — изучить те характеристяки, которые накладывали бы полезные ограничения на модели аккреции. В частности, нас интересует то, как предсказывают эти модели состав планет и нх плотность в зависимости от размера планеты и (или) от расстояния между планетой и Солнцем (последняя характеристика в табл.

5.2). Поскольку Земля и Луна подверглись наиболее полным исследованиям, полезно начать с них, а затем провести сравнение с другами планетами. Земля-самая плотная и самая крупнаа планета земной группы (табл. 4.1), н это, по всей видимости, согласуется с предсказаниями модели однородной аккрецин. Чтобы провести дальнейшую проверку этого заключения, необходимо сравнить валовой состав Земли с составом первичной Солнечной туманности (как у хондрнтов на рис. 4.7). Но этого сделать нельзя, так как наши знания об особенностях состава Земля ограничены непосредственными наблюдениями земной коры, которая не отражает состава всей Земли в целом. Однако с помощью геохимической теории (разд.

5.3) можно оценить различия между составом хорошо изученной контянентальной коры (гл. 9) и составом протосолнечной туманности и провести заслуживающие внимания сопоставления. На рис. 5.4 видно, что соответствие между составами земной коры и солнечной атмосферы хуже, чем для хоццритов. Земная кора образовалась путем частичного плавления из литофильной мантии; зти расплавы выборочно обогащены литофильными элементами (гл. 7-9), поэтому кора представляет собой наиболее ярко выраженную литофильную область Земли.

Таким образом„неудивительно, что содержание лнтофильиых элементов (Ха, А1, Са, К, Бг, ВЪ, Уг, Ва и т.д.) в коре сильно повьппено, а халькофильных (например, Уп, Сп, Сд, Ак) н сидерофильных (Щ Рб, Рг, КЬ и Ап) понижено. Заметьте, что железо попало на рис. 5.4 на прямую одинаковой распространенности, а магний оказался единственным литофильным элементом, распространенность которого в земной коре пониженж Особенности процессов частичного плавления в маниаи таковы, что железо попадает в первые же расплавй, а магний остается в мантийном материале (истощенный перидотит; см. гл.

7). Отношение Ре/Мй в мантии соответственно гораздо ниже, чем в коре, а вся литофнльная зона Земли (кора плюс мантия) по сравнению с солнечной атмосфероЙ должна быть обогащена магнием и обеднена железом. Учитывая, что сидерофильно-халькофильное ядро составляет 32;/ массы Земли, а остальные 68% приходятся на литофильные кору и мантяю (о чем говорилось при об. суждении плотностного разреза в гл, 3), мы можем сделать на основании анализа рис. 5.4 вывод, что валовой состав Земли, по-видимому, очень близок к составу нелееучих комюненвюв солнечной атмосферы и, следовательно, по рис. 4.7, к составу хоидрвтов.

Характеристики

Список файлов книги