На
Главную
ГДЗ:
Английский
язык Алгебра Геометрия Физика Химия Русский
язык Немецкий
язык
Подготовка к экзаменам (ЕГЭ) Программы и пособия Краткое содержание Онлайн учебники
Шпаргалки Рефераты Сочинения Энциклопедии Топики с переводами
Все темы:"Рефераты по Географии"
Лекции по естественной географии .
Петрология литосферы и верхней мантии - нерешенные и спорные вопросы.
Изучение химического состава глубинных геосфер невозможно без учета
термодинамических условий недр Земли (высоких давлений и температур) и их
влияния на свойства вещества. Не вдаваясь в достаточно сложные детали этого
принципиального вопроса о составе внутренних оболочек Земли, укажем лишь на
две господствующие точки зрения.
Первой была высказана точка зрения о гетерогенном составе внутренних
геосфер. Современные данные о плотности и скорости распространения
сейсмических волн допускают отождествление вещества верхней мантии с
ультраосновными породами. На основании этих же данных можно предполагать
преимущественно железо-никелевый состав ядра, верхняя оболочка которого
находится в жидком состоянии.
Позже была высказана идея об однородном с точки зрения химического
состава строении Земли. Наличие границ в Земле и различие физических
свойств геосфер можно объяснить фазовыми переходами вещества. В условиях
давления, измеряемого сотнями тысяч МПа, и температуры в несколько тысяч
градусов теоретически возможно разрушение не только кристаллической решетки
вещества - плавление, но и его электронных оболочек. При этом в ядре Земли
вещество переходит в металлическую фазу. Важно отметить, что такая смена
способа «упаковки» частиц вещества на атомарном уровне, по всей
вероятности, происходит скачкообразно, при достижении достаточного давления
и температуры. Таким образом можно объяснить наличие концентрических границ
изменения физических свойств вещества Земли при относительном постоянстве
ее химического состава. Сторонники этой точки зрения предполагают единый
для всей планеты силикатный состав, а скачкообразную смену физических
свойств на границах геосфер связывают с фазовыми переходами. Однако
современные эксперименты с ударным кратковременным сжатием силикатов и
соответствующие теоретические расчеты не подтверждают возможности
металлизации силикатов в физических условиях ядра Земли. Тем не менее,
нельзя отвергать возможность перестроек кристаллических решеток минералов
при увеличении давления; примеры минералов одинакового химического состава,
различающихся по способу «упаковки» и физическим свойствам известны.
Современные данные допускают в какой-то степени правомерность обеих
точек зрения. И, по-видимому, можно предполагать различное происхождение
выделяемых сейсмических границ. Вероятнее всего, в Земле имеются границы
смены как химического состава, так и внутренней структуры вещества.
Каковы же основные данные, которые могут быть использованы для
изучения химического состава Земли в целом? К сожалению их немного.
Во-первых, химический состав земной коры. Однако не следует забывать,
что земная кора представляет только небольшую (менее 1% по массе) часть
нашей планеты и поэтому состав Земли в основном определяется составом
мантии и ядра.
Во-вторых, геофизические данные - в основном результаты сейсмологии.
Однако эти данные допускают неоднозначное истолкование, т.к. одинаковые
значения физических свойств - скорости упругих волн или плотности - могут
быть присущи веществам различного химического состава.
В-третьих, космологические данные, т.е. результаты изучения
космических тел, в первую очередь Луны и метеоритов, падающих на Землю. Эти
данные можно использовать только при предположении о близости химического
состава исходного вещества планет, по крайней мере, земной группы. Гипотезы
о происхождении Земли допускают сходство химического состава Земли и Луны.
Кроме того, можно полагать, что поставщиком значительной части метеоритов,
падающих на Землю, является пояс астероидов, расположенный между орбитами
Марса и Юпитера. Существует гипотеза о том, что современные астероиды
являются обломками десятой планеты Солнечной системы - Фаэтона. Предполагая
сходство химического состава Земли и этой планеты, можно использовать
результаты анализа состава метеоритов при изучении химического состава
нашей планеты.
Метеориты играют значительную роль в жизни Земли. Ежесуточно на Землю
падает около 3 т метеоритов, не считая космической пыли. Всего на Землю
попадает не менее 10 тыс.т метеорно-космического вещества в год. И в любом
случае, представляют ли метеориты исходный «строительный материал», из
которого так и не была сформирована десятая планета, или являются обломками
планеты Фаэтон, изучение их химического состава позволяет судить о составе
материи, достаточно близкой Земле.
К настоящему времени общее число найденных метеоритов составляет
примерно 2500 шт. Число же обломков метеоритов исчисляется десятками тысяч.
В последние годы многочисленные находки метеоритов сделаны в
Антарктиде. Связано это не с повышенной частотой падения метеоритов, а с
уникальными условиями их сохранения здесь. Только с 1973 по 1983 г.г.
японские исследователи Антарктиды подобрали 4750 фрагментов метеоритов
(вблизи горы Ямато на Земле Королевы Мод). Размеры метеоритов весьма
разнообразны. Метеорит массой 60 т, названный Гоба, найден в Африке. В
Каньоне Дьявола, штат Невада, США по диаметру метеоритного кратера в 1,2
км и глубине в 140 м определили, что масса взорвавшегося метеорита
составляла 15 тыс.т.
По составу метеориты делятся на железные, железо-каменные и каменные.
Железные метеориты составляют 6% от всех найденных. Они почти целиком
сложены железом (89,7%) и никелем (9,1%) и называются сидеролитами.
Плотность их около 8 г/см3.
Железл-каменные метеориты составляют лишь 2% найденных. По составу они
делятся на паласситы (железо с вкраплениями силикатов) и мезосидериты
(примерно равное количество железа и силикатов). Их плотность 5-6 г/см3.
Наиболее часто находят каменные метеориты, составляющие 92% от всего
количества. По составу они делятся на хондриты и ахондриты. Хондриты
состоят из овальных каплевидных зерен (хондр) силикатов, сцементированных
железом. Форма зерен свидетельствует об остывании их в условиях весьма
слабого тяготения. Ахондриты по составу близки к земным породам основного
ряда - базальтам и иногда содержат до 1% алмазов. Ахондриты - наиболее
распространенная разновидность метеоритов. Существует предположение о том,
что они являются продуктами лунного вулканизма, выбрасывающего их в поле
тяготения Земли. Плотность их около 3,5 г/см3.
Приведенные данные о составе метеоритов, падающих на Землю, служат
аргументом в пользу гетерогенного строения планет. Возвращаясь к гипотезе о
том, что метеориты являются фрагментами разрушенной планеты Фаэтон, можно
установить связь планетных оболочек с классом метеоритов. По мнению
А.Н.Заварицкого, ахондриты представляют собой обломки коры планеты, имевшей
мощность 40-50 км. Мантия Фаэтона характеризовалась ультраосновным
силикатным составом, о чем свидетельствует состав хондритов. Сидеролиты и
железо-каменные метеориты могли образоваться при разрушении ядра планеты.
Не вдаваясь в гипотезы существования планеты Фаэтон, следует указать,
что астероиды (если судить по метеоритам) по плотности и другим параметрам,
безусловно, близки к планетам земной группы. В этой связи важность изучения
состава метеоритов очевидна.
Близость химического состава планет подтверждают также данные изучения
образцов лунных пород, доставленных советской станцией «Луна-16» и
американскими «Аполлон-11 и 12».
С учетом состава и свойств метеоритов и образцов с Луны, а также
геофизических (сейсмологических) данных о внутреннем строении Земли
рассчитаны модели химического состава Земли в целом (табл.4)
Химический состав Земли
Таблица 4
|Химические |Массовая доля,% | |
|элементы |по А.Е.Ферсману |по Б.Мейсону |
|O |27,71 |29,5 |
|Fe |39,76 |34,6 |
|Si |14,53 |15,2 |
|Mg |8,69 |12,7 |
|S |0,64 |1,92 |
|Ni |3,46 |2,38 |
|Ca |2,32 |1,13 |
|Al |1,79 |1,09 |
|Прочие |1,1 |1,48 |
Сравнение состава Земли в целом с составом земной коры (см.выше)
показывает резкое увеличение в первом доли тяжелых элементов - железа и
никеля, что обусловлено влиянием ядра. Приведенные в табл.4 элементы в
Земле распространены в виде химических соединений, в самородном виде они
встречаются крайне редко.
Ядро Земли имеет, по всей вероятности, железо-никелевый состав,
близкий к составу сидеролитов. Содержание железо-никелевого сплава
составляет 84-92%, а остальную часть занимают оксиды железа. Переходный
слой от внешнего ядра к субъядру может состоять из сернистого железа -
троилита FeS.
Мантия образовалась в результате дифференциации первичного вещества по
плотности. Железо и никель, опустившись, сконцентрировались в ядре, а в
мантии накопилось относительно легкое вещество - пиролит. В составе мантии
отсутствует металлическое железо, но ее состав определяется содержанием
оксидов кремния, магния, алюминия и кальция. Хондриты по составу занимают
промежуточное положение между первичным веществом Земли и пиролитом. Из-за
высокого содержания кремния и магния мантию иногда называют симатической
оболочкой.
Процесс дифференциации вещества мантии продолжается и в настоящее
время. Так, в астеносфере происходит выплавление базальта из пиролита,
способного выделить до 25% базальта. После выплавления более легкого
базальта, поднимающегося вверх к земной коре, вещество верхней мантии
теряет часть SiO2; по составу эта часть пиролита соответствует
ультраосновным породам - перидотиту, пироксениту, дуниту. Граница базальта
и ультраосновных пород характеризуется резким изменением плотности и
сейсмической скорости. Эта граница собственно и есть раздел между корой и
мантией - граница Мохоровичича. Дифференциация затрагивает, по-видимому, не
только астеносферу, но и нижележащий слой Голицына, к которому приурочены
локальные очаги плавления и очаги глубокофокусных землетрясений.
Земная кора, по современным представлениям, является результатом
дифференциации вещества мантии. Базальтовый слой, характеризующийся
сплошным распространением на Земле, как указывалось выше, выплавляется из
пиролита в астеносфере, откуда базальт медленно поднимается вверх к коре в
виде огромных масс каплевидной формы - астенолитов.
Существует и другая точка зрения о механизме выплавления базальтов, в
соответствии с которой на границе Мохо происходит не резкая смена состава,
а лишь перестройка внутренней структуры базальта и переход его в более
плотную разновидность - эклогит. Эта перестройка структуры обратима и
определяется физическими условиями - давлением и температурой в подошве
коры. При изменении этих условий граница Мохо может перемещаться вверх и
вниз по разрезу.
Обе приведенные точки зрения объясняют причину появления в подошве
земной коры границы, разделяющей базальты и ультрабазиты, в общем довольно
близкие по химическому составу. Значительно сложнее объяснить происхождение
гранитно-метаморфического слоя, лежащего на базальтах в пределах
континентов. По-видимому, этот слой, представленный породами, обогащенными
окисью кремния и окисью алюминия, образовался вследствие очень глубокой
дифференциации пород, происходившей на ранней стадии развития Земли, и
последующего переплавления (возможно многократного) сформировавшихся пород.
Гранитообразование в значительной степени связано со вторичными процессами
переплавления, происходящими в конвергентных и коллизионных зонах как на
границе континентов и океанов, так и внутриконтинентальных. Оно также
связано с геологическими процессами, протекающими на поверхности -
выветриванием и осадконакоплением, которые сопровождаются образованием
пород, обогащенных оксидами.
Из-за высокого содержания кремния и алюминия земную кору иногда
называют сиалической оболочкой Земли.
Таким образом, в направлении от внешних геосфер к внутренним
возрастает роль более тяжелых элементов, в частности, металлов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Какие методы применяются для изучения состава геосфер? Что такое кларк
вещества?
С какой целью изучают метеориты и лунные образцы?
Какие химические элементы характерны для литосферы, мантии, ядра?
До какой глубины достоверно изучены химические элементы, слагающие земную
кору? Что такое «ксенолит»?
1 2 3 4 5 6