Общая-геохимия.-Иркутск-2019 (1) (856215), страница 12
Текст из файла (страница 12)
А – планеты и малые тела Солнечной системы; б – группавнутренних планет или планеты земной группы); в – планета Сатурн.NASA, 2003По аналогии с объектами микромира можно показать относительное соотношениеобъектов Солнечной системы для правильной оценки ее размеров. Например, если мы представим себе Землю диаметром 12 742 км размером с шарик для пинг-понга, т. е.
4 см, тоСолнце будет иметь размер 4,36 м и находиться на расстоянии около полукилометра, аНептун размером с футбольный мяч – на расстоянии 14 км.63Соотношение размеров некоторых объектов Солнечной системы с окружающим миромДиаметр ЗемлиРазмерабсолютныйкм12742см4м0,04Диаметр Луны3476,281,090,013850001392000143000580000001080000001496000002280000007785700004550000000120,86436451820833904469637157424441114295861,214,36018233947071624441429521450000 а.е.23481065882348106523481ОбъектРасстояние от Земли до ЛуныДиаметр СолнцаДиаметр ЮпитераРасстояние от Солнца до МеркурияРасстояние от Солнца до ВенерыРасстояние от Солнца до ЗемлиРасстояние от Солнца до МарсаРасстояние от Солнца до ЮпитераРасстояние от Солнца до НептунаОблако Оорта(границы Солнечной системыРазмер относительныйкмМодели состава внешних планет базируются на астрофизических данных. Они включают газовую атмосферу, в которой распространены Н, He, аммиак (NH3), метан (CH4), лед воды, метана и силикатное ядро.Таким образом, основное химическое различие между группамипланет заключается в обогащенности или обедненности их Н и Не.Внутренние планеты (планеты земной группы) сочетают в себе силикатную и металлическую фазы, однако, несмотря на общеесходство, различаются между собой по плотности и составу.
В1958 г. А. Рингвуд предположил, что более плотные планеты, расположенные ближе к Солнцу, содержат больше металлическогожелеза, менее плотные и удаленные от Солнца – меньше. Эта закономерность особенно хорошо прослеживается при сравнении Меркурия и Марса.
Если признать, что внутренние ядра планет образованы металлической фазой, то можно вычислить размеры этихядер. Так, согласно расчетам Р. Рейнольдса и А. Саммерса, радиусывнутренних металлических ядер составляют: 0,8 внешнего радиусау Меркурия; 0,53 – у Венеры; 0,55 – у Земли и 0,4 – у Марса.Меркурий. Это ближайшая к Солнцу планета с разреженнойатмосферой, состоящей из инертных газов. Поверхность Меркуриягусто покрыта ударными кратерами-воронками разных размеров,оставшимися после падения метеоритов, и сходна с поверхностью64Луны. Высокая плотность маленького Меркурия свидетельствует овысоком содержании Fe и наличии большого ядра, окруженногосиликатной корой. О химическом составе коры нет данных, однакоАдамс на основании сходства спектров отражения Меркурия и Луны предположил, что кора Меркурия сложена анортозитами.Венера.
По размерам и средней плотности близка к Земле. Обладает наиболее плотной и мощной атмосферой из всех внутреннихпланет. Атмосфера планеты состоит почти целиком из CO2 (93–97 %), присутствуют O2, N2, H2O. Содержание азота вместе синертными газами составляет 2–5 %, а количество кислорода непревышает 0,4 %. Огромное количество CO2 в ее атмосфере создаетпарниковый эффект, поэтому у твердой поверхности господствуютвысокие температуры при давлении около 90 атм, и вся вода поверхности планеты находится в виде пара. Атмосфера насыщенасернистым газом (SO2) и на поверхности существует серная кислота. Кроме того, в отличие от других планет Солнечной системы,атмосфера Венеры вращается с огромной скоростью в противоположную вращению планеты сторону, а температура на поверхностидаже выше, чем на Меркурии. Поверхностные породы представлены преимущественно базальтами, подобными MORB и щелочнымбазальтам Земли.Земля.
Имеет трехслойную структуру, в которой различаютземную кору, мантию и ядро. Земная кора – это верхний слой, отделенный от нижележащего поверхностью Мохоровичича. Мощность континентальной земной коры колеблется в пределах 30–70 км (табл. 5), океанической – 5–15 км (до 20 км на океаническихплато). Элементы земной коры по степени распространенности образуют ряд: O, Si, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K, Ti, P, остальные элементы занимают по массе около 0,2 %. Мантия Земли простираетсядо глубины 2900 км и имеет существенно ультраосновной состав, вней выделяются три слоя с границами раздела на глубинах 400(слой Гутенберга) и 1000 км (слой Голицына), а также ряд сейсмических разделов, например, на глубине 660 км, соответствующихизменениям главным образом не состава, а появлением более плотных модификаций минералов или минералов с более плотной упаковкой.
По сравнению с земной корой в мантии происходит увеличение содержания Fe, Mg, Ni, S и снижение Si, Al, Ca. Ядро Землипо сейсмическим данным состоит из внешней жидкой части и внутреннего твердого ядра. Граница между ними проходит на глубине655100 км. Предполагают, что ядро представлено Fe-Ni сплавом,близким к составу железных метеоритов. Учитывая экспериментальные данные, которые показывают, что при Р=2,5·1011 Па, сплавиз 90 % Fe и 10 % Ni превышает расчетную плотность ядра, предполагают участие в его составе также S, возможно O и Si.Соотношение геосфер можно оценить относительно обычного школьного глобусадиаметром около 40 см. Например, если мы представим себе Землю диаметром 12 742 кмразмером со школьный глобус, т. е.
около 40 см в поперечнике, то континентальная кора будет иметь толщину 1,3 мм, а океаническая кора соответственно – 0,2 мм, что сопоставимос толщиной скорлупы куриного яйца.Соотношение размеров геосфер в сравнении со школьным глобусомОбъектРадиус геосфер, кмРазмеры геосфер относительно глобуса (диаметр 40 см), см63711610003,710,7200,053,140,010,03400,13663115701347111710,0219,8117,9010,903,68Радиус ЗемлиАтмосфера (основная масса)Атмосфера (максимальная высота)Мировой океан (средняя глубина)Мировой океан (максимальная глубина)Земная кора (средняя мощность)континентокеанВерхняя мантияНижняя мантияВнешнее ядроВнутреннее ядроЛуна. Благодаря полетам космических станций серии «Аполлон» и «Луна» можно совершенно определенно говорить о составеЛуны. Она представляет собой твердое тело со средней плотностьюоколо 3,34, причем на поверхности плотность составляет 3,1–3,2.Небольшое различие плотностей указывает на то, что Луна практически нацело сложена силикатным материалом и не должна иметьметаллического ядра.
Луна лишена атмосферы, гидросферы, гранитного и осадочного слоев. Кора мощностью 60–100 км подстилается мантией, в которой выделяется два слоя. Верхний слой (литосфера) достигает глубин 400–500 км и, как предполагается, сложенкумулятивными ультраосновными породами. Второй слой простирается до 1100 км, где происходит резкое изменение скоростей сейсмических волн.Силикатный материал формирует «материки» и «моря».66«Материки» – это возвышенности, которые занимают около85 % поверхности Луны. Они сложены брекчиями анортозитов,анортозитовых габбро, редких шпинелевых троктолитов, норитов ибазальтов с высокими содержаниями Al2O3. Состав и структура пород указывают на то, что они являются продуктами кристаллизациирасплавов и последующего дробления под воздействием ударов метеоритов.
Формировались они в сильно восстановительных условиях, так как содержат самородное железо. Характерен дефицит летучих элементов, нет минералов, содержащих H2O и CO2. В каменномматериале, доставленном на Землю американскими аппаратами«Аполлон 12–17», определены обломки (класты), представленныеплутоническими лунными породами состава монцогаббро-гранит ссодержанием SiO2 от 50 до 78 мас. %. Было также установлено, чтовсе граниты Луны соответствуют A-типу. Возраст материковых пород варьирует от 4,6 млрд лет до 3,9 млрд лет, что согласуется свозрастом метеоритов.«Моря» сложены базальтами, мощность которых достигает1 км.
По сравнению с базальтами Земли в базальтах Луны отмечаются резко повышенные содержания Fe2+, Ti и тугоплавких Sc, Y,Cr, Ni, Co, Mn, Zr, Nb, Mo, РЗЭ. И наоборот, в них понижены содержания Fe3+, Na, K. Возраст базальтов укладывается в интервалот 4,1 до 3 млрд лет.Марс. Имеет разреженную атмосферу, достаточно прозрачнуюдля прямого наблюдения поверхности.
Атмосфера состоит из CО2(95 %), Ar (1–2 %), N (2–3 %). В атмосфере Марса присутствуютпары воды, а также аэрозоли, с которыми связаны «пыльные бури».Предполагают, что полярные шапки Марса состоят из замороженной углекислоты, образующейся при –125 оC и давлении около533 Па.На Марсе, по данным исследования «Маринеров» и «Викингов», располагаются грандиозные щитовые вулканы, рифты и каньоны. Часть поверхности Марса покрыта многочисленными кратерами и похожа на поверхность Луны. Морфология лавовых потоков, обнажающихся на крутых обрывах вулканов, указывает нанизкую вязкость излияний.
На поверхности Марса преобладаютвысокожелезистые базальты, кроме того, распространены блокивулканитов, варьирующие по составу от щелочных базальтов дотефритов, окруженные рыхлым вулканическим материалом и перекрытые отложениями пирокластитов.67Внешние планеты (планеты-гиганты). В отличие от внутренних планет внешние планеты представляют собой гигантские тела.Главным элементом является водород и его соединения (метан(СН4), аммиак (NH4)).
По косвенным данным можно допустить, чтов составе внешних планет присутствует гелий. Приближенныеоценки указывают на то, что водород составляет 78 % от массыЮпитера, 63 % от массы Сатурна. По сравнению с ними Уран иНептун имеют более высокие средние плотности, что, вероятно,свидетельствует о меньшем количестве у них водорода. Температура Урана и Нептуна составляет около –210 °С. При таких температурах большинство газов переходит в жидкое и твердое состояние.В центральных частях внешних планет, возможно, находятся твердые ядра, сложенные силикатами.В моделях формирования состава планет допускается, чтоСолнце, планеты и метеориты Солнечной системы являются производными одних и тех же событий нуклеосинтеза, что распространенности элементов в планетах характеризуются теми же пропорциями и в Солнце, и в метеоритах. Поэтому существующие современные модели для оценки состава планет базируются на имеющихся данных по составу метеоритов.
Так, Мейсон предположил,что общий состав мантии и коры Земли отвечает составу хондритов, а железное ядро соответствует составу смеси Fe-Ni. По даннымРингвуда, Земля образовалась из вещества с составом углистыххондритов типа С1.Основы планетной космогонии заложены в 40-х гг. ХХ в.О. Ю. Шмидтом, который предположил, что Земля и планеты земной группы образовались не из раскаленных сгустков солнечныхгазов, а путем аккумуляции твердых тел и частиц – планетезималей,испытавших плавление во время аккреции (разогрев обусловленстолкновением крупных планетезималей, диаметром до первых сотен км). Это предполагает раннюю дифференциацию ядра и мантиии дегазацию. Существуют две крайние точки зрения (модели гомогенной и гетерогенной аккреции) относительно механизма аккумуляции и, соответственно, представлений о формировании слоистойструктуры планет.В модели гетерогенной аккреции принимается кратковременная аккреция.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
