Общая-геохимия.-Иркутск-2019 (1) (856215), страница 14
Текст из файла (страница 14)
По сравнениюс другими типами метеоритов ахондриты характеризуются болеенизкими содержаниями никелистого железа. По соотношениюглавных минералов среди ахондритов выделяют оливинпижонитовые, диопсид-оливиновые, гиперстеновые, энстатитовые,авгитовые, гиперстен-плагиоклазовые и пижонит-плагиоклазовыеразновидности. Наиболее близки к земным габброидам говардиты(состоят из гиперстена и анортита) и эвкриты (состоят из пижонитаи анортита).Проведенные масс-спектрометрические измерения показали,что изотопный состав С, О, Si, Cl, К, U метеоритов соответствуетизотопному составу этих элементов Земли. Поэтому вероятно, чтоисточники вещества планет и метеоритов имеют общую историюобразования.
При этом считается, что температуры конденсацииFe-Ni сплава, магнезиальных силикатов и основного плагиоклазаблизки. Ранний высокотемпературный конденсат, по-видимому,соответствует времени формирования тугоплавких включений вхондритах, которые содержат шпинель и перовскит (например, вметеорите Allende). Относительная распространенность тугоплавких элементов(Fe, Ni, Co, Cu, Cr, W, элементов платиновой группы, Re) в хондритовых метеоритах соответствует космической распространенности,и поэтому принято считать, что их состав отражает состав наиболеепримитивного (первичного) вещества, из которого формироваласьСолнечная система. Однако до сих пор единого мнения на происхождение метеоритов не существует.5.3. Космическая распространенность элементов,нуклеосинтезКосмическая распространенность – расчетная относительнаяраспространенность элементов во Вселенной.
Содержания приводятся в нормированном виде на 106 атомов Si.Для оценки космической распространенности, прежде всего,используют данные о составе Солнца (Солнечной атмосферы) и метеоритов. Также учитывают состав Земли, Луны, звезд, газовых туманностей и космических лучей.73Состав Солнечной атмосферы для 70 элементов (преимущественно летучие элементы) был определен методом спектральногоанализа. Первые данные были получены в 1929 г. В спектре Солнечной атмосферы по массе абсолютно преобладают водород (около 70 %) и гелий (около 28 %).
На оставшиеся элементы приходится всего 2 %, особенно мало элементов с атомной массой больше,чем у железа. Для последних используются расчетные данные, основанные на гипотезах об образовании элементов. Прежде всего,для таких элементов учитывают данные по метеоритам – углистымхондритам.
Концентрации в них тугоплавких элементов оказалисьблизки (за исключением Li, Be и B) концентрациям в Солнечнойатмосфере. Это послужило основанием для построения модели, вкоторой хондриты представляют собой первичный материал, из которого сформировались планеты Солнечной системы.Важно отметить, что значения космической распространенности элементов – приблизительные величины, их невозможно точноопределить, так как нельзя точно установить состав звезд и межзвездного пространства, который постоянно меняется в ходе радиоактивного распада элементов (и продолжающихся процессов нуклеосинтеза).Основные закономерности распространенности элементов отражены на графике зависимости содержания элемента в нормированном виде на 106 атомов Si от его атомного (порядкового) номераZ (рис. 20).Рис.
20. Космическая распространенность элементов74Из приведенного графика следует:1) чрезвычайно высокая распространенность H и He, они составляют 98 %, а остальные, в том числе планетообразующие элементы, – только 2 %;2) общее снижение распространенности до Z = 40–45 (приблизительно по экспоненциальному закону), затем кривая выполаживается;3) очень низкая распространенность Li, Be и B и наоборот высокая Fe, Ni, Pb;4) более высокая распространенность элементов с четными Z(правило Оддо – Гаркинса), а для отдельных изотопов с массовымичислами, кратными 4.Нуклеосинтез – образование химических элементов в результате ядерных реакций.
Согласно современным данным ядерной физики этот процесс был сопряжен во времени и пространстве с зарождением Вселенной по теории Большого взрыва и последующихреакций в недрах звёзд. Большой взрыв произошел 12,5–14 млрдлет назад в результате концентрации всей материи в небольшомобъеме и ее переуплотнения. При этом выделилась огромная энергия, и реализовался синтез ядер химических элементов за счет реакций «горения». Теория Большого взрыва и последующие реакциив недрах звезд объясняют механизмы ядерных реакций и общуюконфигурацию спектра космической распространенности элементов.Исходным веществом для образования элементов является водород. Последующие события происходили в несколько стадий:1.
Горение водорода с образованием He как основного продукта, а также синтез легких элементов (Li, Be, В).2. Горение гелия. Ядра легких элементов вступают в ядерныереакции, формируя элементы с массовым числом А примерно до 20.3. Горение углерода, образуются ядра в диапазоне А ~ 21–25.4. Горение кислорода и кремния, образуются ядра в диапазоне А ~ 26–46.5.
Термоядерный синтез, образуются ядра в диапазонеА ~ 47–60 (Fe, Co, Сr).6. Нейтронные и протонные захваты, приводящие к построению атомных ядер в диапазоне А более 60. Эта стадия происходитпри исключительно высоких температурах. Различают s-процесс(захват медленных нейтронов), r-процесс (захват быстрых нейтронов), p-процесс (протонный захват).75ГЛАВА 6.
ИЗОТОПНАЯ ГЕОХИМИЯ6.1. Радиоактивность и ее виды, закони уравнение радиоактивного распадаВ изотопной геохимии изучаются отношения изотопов элементов. Изотопами называют атомы одного элемента, имеющиеравное число протонов Z, но разное число нейтронов N. Они обладают практически одинаковыми химическими свойствами и различаются только по массе. Существуют также атомы разных элементов (см. рис. 9), имеющие разные Z, но одинаковые N (изотоны) иимеющие равные массовые числа А, но разные Z и N (изобары).Изучение изотопных отношений элементов позволяет решатьширокий круг задач, главными из которых являются геохронологические (определение возраста геологических объектов) и генетические (характеристика процессов их происхождения).
Количественное измерение изотопов проводится в изотопных лабораториях насложных точных и дорогостоящих приборах – масс-спектрометрах.Радиоактивностью (от лат. radius – луч и activus – действенный) называется самопроизвольное превращение (или цепочка превращений) ядер родительских нестабильных атомов в нестабильныеили стабильные ядра новообразованных дочерних атомов другихэлементов, сопровождающееся эмиссией частиц и/или излучениемэнергии. Самопроизвольное превращение (радиоактивный распад)происходит с изменением числа протонов Z и нейтронов N родительского атома.Нестабильные изотопы, в свою очередь, делятся на естественные и искусственные. Естественные радиоактивные изотопы присутствуют в горных породах, водах, атмосфере, растительных иживых организмах, что обусловливает их природную радиоактивность. Искусственные радиоактивные изотопы получают в ядерныхреакторах.
Многие естественные и искусственно радиоактивныеизотопы широко используются в медицине для диагностики и лечения заболеваний.76Радиоактивность была открыта в 1896 г. Беккерелем, которыйобнаружил излучение урана, способное вызывать почернение фотоэмульсии и ионизировать воздух. Кюри-Склодовская первая измерила интенсивность излучения урана и одновременно с немецкимученым Шмидтом обнаружила радиоактивность у тория. ПозднееРезерфорд и другие ученые определили, что радиоактивный распадсопровождается излучением трех различных типов, которым далиназвание α, β, γ, а также выделением рентгеновских лучей.Альфа-лучи состоят из положительно заряженных альфачастиц (ядер атомов гелия); бета-лучи – из отрицательно заряженных частиц малой массы – электронов, гамма-излучение – это электромагнитная волна, несущая энергию.
На шкале электромагнитных волн (табл. 3) гамма-излучение соседствует с рентгеновскимилучами, но имеет более короткую длину волны.Таблица 3Классификация электромагнитных волнНазваниеРадиоволныМикроволныИнфракрасное излучениеВидимый светУльтрафиолетовое излучениеРентгеновское излучениеГамма-излучениеДиапазон длины волны, м53·10 –33–3·10–33·10–3–8·10–78·10–7–4·10–74·10–7–3·10–93·10–9–10–10< 10–10Диапазон частоты, Гц103–108108–10111011–4·10144·1014–8·10148·1014–10171017–3·1018> 3·1018Распад любого радиоактивного изотопа происходит последующему закону: число распадающихся в единицу времениатомов пропорционально числу атомов, имеющихся в наличии вданный момент времени. Если образующийся в результате радиоактивного распада атом (дочерний изотоп) оказывается радиоактивным, то он также будет распадаться, образуются цепочки и общая скорость распада будет определяться самым медленно распадающимся изотопом.Основное уравнение, описывающее все виды радиоактивного распада:N = N e–λt,0где N0 – первоначальное число радиоактивных родительских атомов в момент времени t = 0; N – число родительских атомов,оставшихся в процессе распада; e – основание натурального лога77рифма, равное 2,718…; λ – коэффициент пропорциональности (постоянная распада), который характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени и имеет размерность с–1.На практике большое распространение получила величина периода полураспада, равная времени, в течение которого число родительских атомов уменьшается вдвое.Ныне получил широкое распространение термин «нуклид», введенный американским физикомТ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
