Происхождение Земли

Стадии развития Земли

admin — Sun, 14 Mar 2010 08:33:15 +0000

Необычен и способ подачи материала. Автор отказался от исторического, хронологического изложения в описании стадий развития Земли. К некоторым вопросам М. Озима возвращается в следующих разделах, освещая их под другим углом. Встречающиеся повторы не утомительны и позволяют увидеть вопрос с новой стороны, в окружении новых факторов, последовательное перечисление которых в одном месте могло бы" иногда вызвать скуку. В ряде глав автор шел на сознательное упрощение сути вопроса.
В книге не нашлось также места многим новым фактам, волнующим сейчас специалистов. Не всегда упоминаются идеи, не разделяемые автором. Чтобы читатель мог полнее ознакомиться с такими вопросами, в конце этого предисловия перечислена дополнительная литература. К сожалению, в книге М. Озимы почти не нашли отражения многие результаты советских авторов. Не отмечена важность идей академика В. И. Вернадского, предвосхитившего многие из современных геохимических и космохимических подходов, работы академика А. П. Виноградова и его сотрудников, результаты советских космических экспедиций на Луну и Венеру.

Происхождение гранитов

admin — Sun, 07 Mar 2010 12:22:06 +0000

В первой главе гранит был назван одной из наиболее распространенных пород земной коры. Как уже указывалось, химический состав земной коры соответствует составу смеси из гранитов и базальтов, взятых в пропорции 1 :3. Но поскольку, как мы знаем, земная кора формировалась непрерывно на протяжении существования Земли, не означает ли это, что и граниты тоже непрерывно поднимались из мантии в кору?
Оказалось, что ответить на этот вопрос не так-то просто. Хотя гранит и чрезвычайно широко распространен, попытка выяснить, где образовались граниты, стала семенем, из которого взошла крайне ожесточенная и длительная дискуссия между геологами и петрографами, изучающими состав и происхождение пород Земли.
Гранит обычно содержит до 5% калия. С другой стороны, как полагают, содержание калия в мантии не превышает нескольких сотых долей процента. Если теперь представить, что граниты, как и базальты, образовались из магмы, поднимающейся к земной поверхности из мантии, то для образования магмы, содержащей 5% калия, необходимо расплавить в 500 раз больше количества мантийного вещества, чем входит в магму. Вспомним о том, как много гранитов в земной коре, и станет ясно, что количество магмы должно быть таким же огромным.

Проблема происхождения гранитов

admin — Mon, 01 Mar 2010 12:23:20 +0000

Таким образом, проблема происхождения гранитов чрезвычайно усложнилась, когда мы предположили, что они исходят из мантии. Но если допустить, что граниты образуются в процессе перекристаллизации уже сформировавшихся пород в коре, то эту проблему, вообще говоря, удается решить. Это связано с тем, что средний состав пород коры ближе всего именно к гранитам.
Однако в этом случае вступает в противоречие с действительностью модель непрерывного образования земной коры за счет вещества, поступающего из мантии, построенная по изотопным отношениям стронция и других элементов. Возникает также вопрос, что же тогда, вообще говоря, считать возрастом гранитов?
При ответе на него вновь оказалось очень полезным изотопное отношение стронция. Калия и рубидия в мантийном веществе очень мало по сравнению с веществом коры. Это в некоторой степени можно установить при анализе обломков мантийного материала, встречающихся в виде случайных примесей в вулканических породах. Используя, кроме того, результаты сопоставления с метеоритами (в обычных хондритах содержание калия составляет несколько сотых долей процента), значение теплового потока через земную поверхность и другую информацию, можно оценить содержание калия в современной мантии равным 0,01—0,03%.

Гипотеза о вторичном происхождении гранитов

admin — Mon, 22 Feb 2010 12:25:16 +0000

Как уже говорилось, рубидий и калий принадлежат к одной и той же группе щелочных металлов и имеют весьма схожие химические свойства. Следовательно, в породах, включающих большое количество калия, содержание рубидия должно быть также велико. Однако независимо от типа пород отношение содержания калия и рубидия обычно составляет 100—500. Можно поэтому предположить, что в мантии, где по сравнению с земной корой мало калия, содержание рубидия тоже будет невысоким. Поскольку рубидий-87, распадаясь, образует стронций-87, в обогащенной рубидием коре должно, видимо, происходить более быстрое накопление стронция-87, чем в мантии. Поэтому изотопное отношение стронция в коре по сравнению с мантией должно увеличиваться гораздо быстрее. Эта ситуация наглядно изображена.
Давайте вернемся к гипотезе о вторичном происхождении гранитов. Будем согласно ей считать, что граниты образовались из вещества земной коры. Тогда изотопное отношение стронция для гранитов должно быть похоже на то, которое показано сплошной линией на горизонтальной оси отложен возраст гранитов). Изотопное отношение стронция для гранитов, имеющих мантийное происхождение, показано пунктирной линией. В последнем случае изотопное отношение стронция должно быть гораздо меньшим, чем в первом.
Изотопное отношение, существовавшее в момент образования гранита, называется изотопным отношением кристаллизации. По этим отношениям можно составить довольно четкое представление о месте возникновения гранитов. Изотопное отношение кристаллизации в этом смысле можно сравнить с записью на генеалогическом древе в родословной аристократа.

Граниты и мантия

admin — Sun, 14 Feb 2010 12:26:51 +0000

При определении изотопного отношения кристаллизации сначала измеряют существующее изотопное отношение стронция в граните. Затем, после определения возраста гранита и содержания в нем рубидия, из этого значения вычитают долю стронция, образовавшегося после возникновения гранита.
В 60-х годах, после того как появилась возможность точно определять изотопные отношения стронция, геохронологами всего мира было проведено очень большое число измерений изотопных отношений кристаллизации этого элемента. И если посмотреть на полученные к настоящему времени результаты, станет очевидно, что большей части исследованных гранитов соответствуют низкие значения изотопных отношений кристаллизации (0,703—0,706) и лишь небольшой части — высокие (0,710 и более). Таким образом, если основываться на изотопных отношениях кристаллизации, можно считать, что большая часть обнажающих на поверхности Земли гранитов поднималась непосредственно из мантии. С другой стороны, и граниты, образовавшиеся из уже существовавших пород земной коры, по-видимому, тоже не являются исключением.
Итак, было установлено, что довольно значительная часть гранитов поднялась в земную кору из мантии. Результаты изучения изотопного отношения стронция оказались совершенно несовместимыми с предположением о том, что породы современной 'земной поверхности возникли при перекристаллизации древней земной коры, образовавшейся целиком на ранних стадиях существования нашей планеты. Скорее всего, земная кора все-таки образовывалась непрерывно — на протяжении всей истории Земли.

Формирование планет из протосолнечного облака

admin — Sun, 07 Feb 2010 09:14:20 +0000

В настоящее время наиболее важным источником информации о составе внутренних областей Земли являются... метеориты. Эти небесные тела, в которых до нашего времени в «замороженном» виде дошло первоначальное физическое и химическое состояние Солнечной системы, можно считать своеобразными окаменелостями эпохи протосолнечного облака. Кроме того, если не считать доставленных на Землю пород Луны, это единственное доступное прямому исследованию внеземное вещество, являющееся неоценимым материалом при изучении вещества всей Солнечной системы. По этой причине метеориты с давних пор привлекали внимание ученых.
Давайте вновь вернемся к процессу формирования планет из протосолнечного облака. Как мы помним, газ, из которого состояла протосолнечная туманность, в некоторый момент стал остывать, что привело к конденсации частиц. Данный процесс похож на конденсацию водяного пара в земной атмосфере при образовании облаков. Со временем облако сконденсировавшихся частиц расширялось, и полагают, что в пределах протосол-нечной туманности составляющие его элементы были хорошо перемешаны. Следовательно, можно предположить, что на всем своем огромном протяжении протосолнечная туманность имела одинаковый химический состав, если пренебречь особенно летучими элементами. Поэтому Земля и метеориты, несмотря на свое образование в разных местах туманности, должны сейчас иметь схожий химический состав.

Хондриты

admin — Mon, 01 Feb 2010 09:15:30 +0000

Но опять же это не должно касаться так называемых летучих элементов, к которым относят, в частности, инертные газы, щелочные металлы, серу и ртуть. Как это и можно было ожидать, их содержание изменяется в зависимости от места, в котором сформировалось то или иное тело Солнечной системы. Вблизи Солнца под действием излучаемого им тепла температура в облаке сконденсировавшихся частиц повышалась, что привело к рассеянию летучих элементов. Именно по этой причине у Меркурия, расположенного наиболее близко к Солнцу, так велико содержание тугоплавкого железа и, как результат, высокая по сравнению с другими планетами плотность вещества. У удаленного от Солнца Юпитера главной составной частью стали водород, инертные газы, вода и тому подобные летучие соединения, и, как следствие, его вещество имеет малую плотность.
Как считают в настоящее время, средний химический состав Земли очень близок к химическому составу одного из классов каменных метеоритов — так называемых хондритов. Они составляют большую часть группы каменных метеоритов, и к этому классу относятся 70—80% всех до сих пор найденных на Земле метеоритов. Хондритами их называют из-за того, что они содержат в большом количестве хондры (от греческого слова «хондрос» — зернышко) — круглые силикатные частицы диаметром около миллиметра.

Классификация хондритов

admin — Thu, 21 Jan 2010 09:16:06 +0000

Имеется подробная классификация хондритов по их химическому и минералогическому составам. Однако относительно того, какой же из видов хондритов этой классификации наиболее близок к Земле по среднему химическому составу, единого мнения нет. Некоторые, например, считают, что это так называемые углистые (со сравнительно высоким содержанием углерода) хондриты типа 1 (называемые чаще хондритами С1).
В таблице указан средний химический состав вещества Земли для различных ее составляющих, определенный в основном по аналогии с составом метеоритов. При этом средний состав вещества ядра устанавливался по железным метеоритам, а вещество мантии — по каменным метеоритам. Отдельно дан состав для континентальной и океанической земной коры, полученный из химического анализа образцов грунта, непосредственно отобранных в соответствующих областях земной коры. Эту таблицу ни в коем случае нельзя рассматривать как окончательную, существует много других предположений о химическом составе Земли.
При современном уровне развития техники получение образцов пород с помощью бурения уже на глубине нескольких километров от поверхности Земли вызывает чрезвычайные затруднения. И вряд ли в ближайшем будущем есть надежда поднять породы с больших глубин — из мантии, верхняя граница которой находится на уровне нескольких десятков километров от земной поверхности, а тем более из ядра, залегающего еще на 3000 километров глубже. Поэтому пока не приходится и ожидать, что можно будет определить. Рассмотрим теперь, как можно оценить средний химический . состав Солнечной системы в целом?

Спектр излучения солнечной поверхности

admin — Thu, 14 Jan 2010 09:17:14 +0000

Здесь наиболее важным источником информации являются те же метеориты. Как уже говорилось, газ протосолнечной туманности, из которого впоследствии образовались планеты, был, за исключением летучих элементов, перемешан до довольно однородного состояния. Об этом говорит чрезвычайное постоянство химического состава, обнаруженное при изучении вещества Земли, метеоритов, лунных пород, при анализе состава солнечного ветра (потока частиц, испускаемого Солнцем) и при изучении содержания элементов на поверхности и в короне Солнца (по анализу спектральных линий).
Метеориты, разумеется, составляют очень небольшую долю общей массы Солнечной системы. Однако если предполагать однородность состава для газа всей протосолнечной туманности, то химический состав хондритов С1 можно считать присущим всей Солнечной системе в целом. Во всяком случае это подтверждается тем, что за исключением инертных газов и других летучих элементов, химический состав хондритов С1 совпадает с составом солнечной поверхности, определенным по линиям в спектре солнечного излучения.
Что же касается инертных газов, водорода и других летучих элементов, то их содержание в твердом веществе метеоритов невелико по сравнению с газом протосолнечной туманности. Представление об их распространенности в Солнечной системе можно получить из спектра излучения солнечной поверхности, а также из данных по регистрации солнечного ветра в высоких слоях земной атмосферы и на поверхности Луны. Однако для трех самых тяжелых стабильных инертных газов (аргона, криптона и ксенона), у которых не наблюдаются спектральные линии, степень распространенности в Солнечной системе оценивается косвенным образом.

Распространенность элементов

admin — Thu, 07 Jan 2010 09:18:43 +0000

Дело в том, что существует некоторая зависимость элементов распространенности в Солнечной системе от их атомного номера. Откуда видно, что распространенность элементов уменьшается от более легких к более тяжелым почти по экспоненциальному закону (немного различному для элементов с четными и нечетными атомными номерами). Если провести линию, соединяющую точки на графике этой зависимости, соответствующие элементам с атомными номерами 16 (сера) и 20 (кальций), то точка этой линии, соответствующая атомному номеру 18, как раз и даст степень распространенности аргона в Солнечной системе.
Подобным же образом оценивается содержание криптона и ксенона в Солнечной системе.
В заключение перечислим основные источники информации о распространенности химических элементов в Солнечной системе:
для нелетучих элементов — из анализа хондритов С1;
для летучих элементов, в том числе легких инертных газов (гелия, неона),— из анализа спектра излучения солнечной поверхности;
для тяжелых инертных газов (аргона, криптона, ксенона)— на основании зависимости между степенью распространенности элемента в Солнечной системе и их атомным номером, полученной Камероном и используемой в настоящее время как стандартной,