концентрирование кислорода
Александр Гордон - архив программы
Архив программы Александра Гордона за все 26 месяцев ее работы содержит
338 выпусков в виде стенографической записи.
Чтобы найти интересующую вас передачу, выберите год концентрирование кислорода месяц ее выхода в эфир или же воспользуйтесь поиском по ключевому слову.
Вернуться к списку
Внутреннее строение Земли
15.04.2003 (хр.00:51:40)
Что представляет собой Земля на больших глубинах? Каков химический состав нашей планеты, из каких элементов преимущественно состоит Земля? Какие процессы происходят в мантии концентрирование кислорода ядре сегодня? Какова природа геомагнитного поля Земли? О том, что представляет собой Земля в контексте других планет солнечной системы, — доктора геолого-минералогических наук Олег Кусков концентрирование кислорода Арнольд Кадик.
Участники:
Олег Львович Кусков — доктор геолого-минералогических наук
Арнольд Арнольдович Кадик — доктор геолого-минералогических наук
Обзор темы
Не будучи в состоянии заглянуть на сколько-нибудь вглубь планеты (при радиусе Земли более 6000 км самая глубокая Кольская скважина — 12км), наука пользуется опосредованными сведениями о внутреннем строении Земли. О глубинном строении судят по продольным концентрирование кислорода поперечным сейсмическим волнам, которые, распространяясь внутри Земли, испытывают преломление, отражение концентрирование кислорода затухание, что свидетельствует о расслоенности Земли. Таким образом, выделяют три главные области: земная кора; мантия (верхняя до глубины 900 км, нижняя до глубины 2900 км); ядро Земли (внешнее до глубины 5120 км, внутреннее до глубины 6371 км).
Ядро Земли. Средний радиус Земли ~ 6371 км. Ядро Земли занимает ее центральную область с радиусом 3480 км; объем ядра составляет 16%, концентрирование кислорода масса около 32% полной массы. Граница, разделяющая две наиболее мощные геосферы Земли (мантию концентрирование кислорода ядро), располагается на глубине около 2900 км. На границе раздела между ядром концентрирование кислорода мантией происходит скачкообразное изменение физических свойств: плотности, скорости продольных волн концентрирование кислорода др. Полярный радиус ядра меньше экваториального примерно на 10 км, что приводит к различиям в глубине залегания границы ядро-мантия. Сейсмологические наблюдения обнаруживают вблизи этой границы (так называемая граница DІ) некоторый гетерогенный слой протяженностью порядка 100–200 км, с которым связывают подъем разуплотненного мантийного вещества (диапиры), проявляющегося в виде «горячих точек» на поверхности Земли (Гавайи, Исландия). Одна из наиболее интересных особенностей ядра заключается в его строении концентрирование кислорода агрегатном состоянии. В самом ядре выделяют две зоны: внешнее жидкое ядро на глубинах 2890–5150 км концентрирование кислорода внутреннее твердое ядро на глубинах 5150–6371 км. Вторая особенность, вытекающая из первой, состоит в том, что в ядре формируется собственное магнитное поле Земли, с которым связаны многие современные достижения геологии концентрирование кислорода геофизики (палеомагнитные исследования позволили обнаружить крупномасштабные движения континентов в прошлые геологические эпохи концентрирование кислорода разрастание дна океанов). Открытие земного ядра сыграло исключительную роль в науках о Земле концентрирование кислорода привело к интенсивному развитию сейсмологии концентрирование кислорода экспериментальных методов изучения земного вещества при сверхвысоких температурах концентрирование кислорода давлениях. Как отмечает, например, Г. И. Кузьменко, автор статьи «Глубинные процессы Земли», в последнее время акценты в изучении глубинных процессов Земли смещаются с коры концентрирование кислорода мантии на земное ядро, причем «на важнейшую роль ядер в энергетике космических тел обращают внимание концентрирование кислорода астрофизики».
Из статьи Г. И. Кузьменко: «Именно там (в ядре) рождается не меньше тепла, чем в радиоактивных материалах коры. Именно там — для классической теории — больше всего неясных явлений. Следует поэтому внимательней отнестись к предположениям о существенном уточнении температур внутри ядра концентрирование кислорода возможности там некоторого плазменного состояния».
Открытие ядра. Уже в 1896 г. Е.Вихертом на основе данных по каменным концентрирование кислорода железным метеоритам было высказано предположение, что Земля состоит из внешней оболочки (мантии), окружающей более плотное металлическое ядро. В 1906 г. Р.Олдхэм привел первое сейсмологическое доказательство существования центрального ядра концентрирование кислорода дал грубую оценку его радиуса ~ 1600 км. Позднее крупнейшие геофизики ХХ в. Б.Гутенберг концентрирование кислорода Х.Джеффрис подтвердили наличие центрального ядра концентрирование кислорода довольно точно оценили его размеры. По современным геофизическим данным радиус ядра Земли оценивается равным 3480–3485 км.
Было установлено, что на границе между мантией концентрирование кислорода ядром происходит скачкообразное увеличение плотности (с 5.55 до 9.9 г/см3), сопровождающееся резким уменьшением скорости распространения продольных волн (с 13.7 км/с в подошве мантии до 8 км/с в кровле ядра), концентрирование кислорода показано, что эта поверхность раздела не пропускает поперечные волны. По этой причине внешнее ядро считается жидким, поскольку модуль сдвига жидких сред равен нулю.
Существование магнитного поля Земли также указывает на жидкое агрегатное состояние внешнего ядра. В 1936 г. датский геофизик И.Леманн, интерпретируя сейсмологические данные, пришла к выводу о зональном строении ядра и, тем самым, к открытию небольшого внутреннего ядра. Эти исследования приводят к выводу, что внутреннее ядро радиусом около 1220 км и, занимающее менее 1% объема концентрирование кислорода 2% массы Земли, является твердым. Оказалось также, что скорость распространения продольных волн на 3–4% больше вдоль полярной оси, нежели в экваториальном плане (сейсмическая анизотропия). Вероятное объяснение анизотропии внутреннего ядра может быть связано с пластической деформацией железа (основной компоненты ядра), обнаруженной в экспериментах при давлениях свыше 2 Мбар.
Вопрос о формировании ядра. Механизм концентрирование кислорода время формирования земного ядра — один из наиболее трудных концентрирование кислорода наименее проработанных вопросов в сценариях эволюции Земли. Образование ядра можно отнести к событиям катастрофического типа. Энергия, выделяющаяся в ударных процессах в период аккреции планет, была, вероятно, достаточна для частичного проплавления планеты. Поскольку температура плавления железа концентрирование кислорода его сплавов ниже, чем силикатов, расплавленный металл мог отделяться от окружающего материала концентрирование кислорода опускаться к центру планеты, формируя ядро. При этом выделялась гравитационная энергия, дополнительно нагревающая планету на сотни градусов концентрирование кислорода вследствие этого препятствующая вхождению сильно летучих элементов в состав металла.
В литературе рассматривались различные сценарии такого процесса. По одной из схем жидкие фракции железа или его сплавов, опускаясь в частично расплавленном силикатном материале (магматический океан) концентрирование кислорода сливаясь, формировали слой расплава, образующегося в тех участках планеты (как правило, в верхней мантии), в которых достигалась температура плавления металла. Вследствие гравитационной неустойчивости жидкого металлического слоя, последний либо целиком проваливался к центру планеты, либо распадался на несколько достаточно крупных капель, которые опускались к центру концентрирование кислорода образовали протоядро. Другой сценарий предполагает возникновение термических неоднородностей не только в верхней, но концентрирование кислорода в нижней мантии за счет ударов наиболее массивных крупных тел в период аккреции концентрирование кислорода приводит к гипотезе частичного проплавления нижней мантии, дифференциация которой сопровождалась выделением ядра на ранней стадии эволюции Земли.
Интерпретация данных по изотопии системы Hf-W позволяет предположить, что формирование ядра происходило очень быстро — за период 50–70 млн. лет после начала аккреции. Последующее охлаждение планеты приводило к кристаллизации железа во внешнем ядре концентрирование кислорода росту внутреннего твердого ядра за время порядка 2 млрд лет.
Мантия. Выше были описаны проблемы стоящие перед наукой связанные с происхождением, составом, эволюцией ядра. Относительно других геосфер у науки не меньше вопросов. Главным направлением исследований А. А. Кадика является изучение планетарной дегазации, связанной с плавлением коры концентрирование кислорода мантии. Он является одним из создателей теории взаимодействия летучих компонентов с магматическими расплавами.
Вопрос о флюидах (газах) мантии Земли, их влияние на взаимодействие геосфер, вулканизм концентрирование кислорода дегазация Земли. Флюидная (газовая) фаза Земли, представленная летучими компонентами O2, Н2О, СО2, Н2, СН4, N2, соединениями S, Cl, F, благородными газами, является наиболее подвижной составляющей планетарного вещества наряду с расплавами (магмами) концентрирование кислорода металлической фазой. Ее перераспределение в геологическом времени в теле Земли под воздействием гравитационных концентрирование кислорода тектонических сил, плавления концентрирование кислорода формирования металлического ядра привели к образованию атмосферы, гидросферы. Компоненты глубинных флюидов играли решающую роль в создании условий для возникновения жизни на границе твердой Земли с возникающей атмосферой концентрирование кислорода гидросферой Флюиды способны растворять многие химические элементы Земли. Они ответственны за извлечение концентрирование кислорода перенос петрогенных элементов, метасоматическое преобразование коры концентрирование кислорода мантии. Установлено существенное влияние флюидов, прежде всего воды, на механические свойства пород, которое может играть определяющую роль в перемещении блоков литосферы, геодинамике глубинного вещества мантии концентрирование кислорода горообразовании.
Флюидная динамика в недрах планеты имеет сложную природу. Это: 1) миграция газов в межкристаллическом пространстве твердой Земли концентрирование кислорода их перемещение в теле планеты при конвекции; 2) растворение в расплавах мантии концентрирование кислорода перенос вместе с магмами к поверхности Земли; 3) растворение в металлической фазе при формировании ядра Земли с последующим высвобождением на границе ядро — мантия; 4) циклы летучих компонентов, связанные с погружением литосферных плит в мантию; 5) наиболее глобальное перемещение летучих компонентов связано с формированием горячих струй, осуществляющих вынос глубинного вещества к поверхности Земли, на границе мантии с ядром.
Таким образом, состав флюидов концентрирование кислорода их распределение в пространстве концентрирование кислорода времени находятся в сложной зависимости от химического состава глубинных слоев Земли концентрирование кислорода особенностей геодинамических сред. Многие стороны этих зависимостей остаются непознанными. Выяснение их природы является актуальным для выяснения вклада газовой концентрирование кислорода флюидной фазы в формирование концентрирование кислорода взаимодействие геоcфер Земли, ее литосферных концентрирование кислорода астеносферных слоев. Как свидетельствуют эксперименты, флюиды могут оказывать существенное влияние на геофизические свойства вещества Земли. Выяснение этого влияния необходимо при интрепретации природы геофизического строения литосферных концентрирование кислорода астеносферных слоев верхней мантии.
Направления исследований. Эволюция состава флюидов мантии в геологическом времени. Геохимические концентрирование кислорода геофизические теории предполагают эволюцию состава флюидов мантии в геологическом времени, определяемую изменением баланса кислорода в недрах планеты при ее дифференциации. Эти изменения связывают с повышением летучести кислорода в верхних слоях мантии, с уменьшением доли СН4, Н2, СО концентрирование кислорода значительным увеличением доли Н2О, СО2 в литосферных концентрирование кислорода астеносферных слоях современной верхней мантии. Одной из предполагаемых причин этого явления может быть изменение геодинамики планетарного вещества, начало тектоники плит концентрирование кислорода активного формирования астеносферных диапиров. В целом многие стороны эволюции остаются неясными концентрирование кислорода спорными.
Перераспределение кислорода в недрах планеты. Химическая дифференциация Земли тесным образом связана с перераспределением кислорода в недрах планеты. Этот процесс находит свое прямое отражение в стратификации окислительно-восстановительного состояния глубинного вещества (летучести кислорода). Он является определяющим в формировании «восстановленных» концентрирование кислорода «окисленных» флюидов в истории Земли, в изменении состава вулканических газов в геологическом времени, в обогащенности литосферных концентрирование кислорода астеносферных слоев Н2О концентрирование кислорода СО2. С изменением баланса кислорода в недрах планеты связаны концентрирование кислорода другие геохимические процессы (фракционирование сидерофильных элементов, плавление, изменение растворяющей способности флюидов в отношении химических элементов мантии концентрирование кислорода их концентрирование в виде рудных месторождений). Познание механизмов, которые определяют потенциал кислорода в недрах планеты, является одной из новых областей фундаментальных исследований в геологии.
Плавление мантии концентрирование кислорода дегазация Земли. Металлическая фаза, продукты плавления (магмы), флюиды (газы) планетарного вещества играют исключительную роль в химической дифференциации Земли, формировании оболочек ввиду их исключительной подвижности в гравитационном поле Земли, при этом движение (подъем) магм концентрирование кислорода газовых компонентов тесно связаны друг с другом. Это прежде всего определяется тем летучие компоненты Земли обладают способностью к высокой растворимости в магмах при высоких давлениях. В такой растворенной форме они выносятся к поверхности Земли концентрирование кислорода высвобождаются в виде вулканических газов во время извержений. В понимании этих явлений ключевую роль сыграли эксперименты при высоких давлениях, которые соответствуют давлениям в мантии Земли.
Летучие концентрирование кислорода геодинамика планетарного вещества. Связь поведения летучих компонентов Земли (флюидов) с геодинамикой глубинного вещества: конвективными течениями в мантии, формированием горячих мантийных струй, погружением литосферных слоев в мантию.
Декомпрессионное плавление мантии как неизбежное следствие течения планетарного концентрирование кислорода летучие Земли. Декомпрессионное плавление мантии при восходящем течении ее вещества, роль летучих компонентов в его возникновении концентрирование кислорода реализации. Один из главных компонентов флюидов -вода является тем компонентом мантии, который приводит к существенному понижению температур плавления пород. Отсюда вытекает исключительная роль воды в плавлении Земли, в ее дегазации при вулканической активности на поверхности планеты.
Магнитное поле Земли. По сей день загадкой для ученых остается происхождение магнитного поля, хотя существует много гипотез для объяснения этого феномена. Земля действует как гигантский магнит с силовым полем вокруг. Сведения о распределении магнитного поля Земли на ее поверхности концентрирование кислорода околоземном пространстве дают наземные, морские концентрирование кислорода аэромагнитные съемки, концентрирование кислорода также измерения, производимые на низколетящих искусственных спутниках Земли. Проблема происхождения магнитного поля Земли до настоящего времени не может считаться окончательно решенной, хотя почти общепризнанной является гипотеза магнитного гидродинамо. Тепловая конвекция, то есть перемешивание вещества во внешнем ядре, способствует образованию кольцевых электрических токов. Скорость перемещения вещества в верхней части жидкого ядра будет несколько меньше, концентрирование кислорода нижних слоев — больше относительно мантии в первом случае концентрирование кислорода твердого ядра — во втором. Подобные медленные течения вызывают формирование кольцеобразных (тороидальных) замкнутых по форме электрических полей, не выходящих за пределы ядра. Благодаря взаимодействию тороидальных электрических полей с конвективными течениями во внешнем ядре возникает суммарное магнитное поле дипольного характера, ось которого примерно совпадает с осью вращения Земли. Для «запуска» подобного процесса необходимо начальное, хотя бы очень слабое, магнитное поле, которое может генерироваться гиромагнитным эффектом, когда вращающееся тело намагничивается в направлении оси его вращения.
Из статьи Н. В. Короновского «Магнитное поле геологического прошлого Земли»:
Не вдаваясь в довольно сложные характеристики видов намагниченности горных пород концентрирование кислорода факторов, ее определяющих, подчеркнем ведущую для палеомагнитологии (науки, изучающей геомагнитное поле прошлых геологических эпох — прим. редактора) роль естественной остаточной намагниченности. Этот вид намагниченности, будучи однажды приобретенным породой, при благоприятных условиях сохраняется длительное время.
[…] Проводя замеры следов геомагнитного поля геологического прошлого в массовом порядке в горных породах различного возраста концентрирование кислорода на разных континентах, концентрирование кислорода также при бурении глубоководных скважин в океанах, мы получаем возможность выявить эволюцию геомагнитного поля Земли, как бы восстановить его историю.
[…] Иверсии магнитного поля — это смена знака осесимметричного диполя. В 1906 году Б. Брюн, измеряя магнитные свойства неогеновых, сравнительно молодых лав в центральной Франции, обнаружил, что их намагниченность противоположна по направлению современному геомагнитному полю, то есть Северный концентрирование кислорода Южный магнитные полюса как бы поменялись местами. Наличие обратно намагниченных горных пород является следствием не каких-то необычных условий в момент ее образования, концентрирование кислорода результатом инверсии магнитного поля Земли в данный момент. Обращение полярности геомагнитного поля — важнейшее открытие в палеомагнитологии, позволившее создать новую науку магнитостратиграфию, изучающую расчленение отложений горных пород на основе их прямой или обращенной намагниченности. И главное здесь заключается в доказательстве синхронности этих обращений знака в пределах всего земного шара. В таком случае в руках геологов оказывается весьма действенный метод корреляции отложений концентрирование кислорода событий. Обращение знака геомагнитного поля, как уже говорилось, не могло быть объяснено в рамках теории однодискового динамо. В 60-х годах 20 века известный японский геофизик Т. Рикитаки предположил, что каждую конвективную ячейку или вихрь в жидком внешнем ядре можно считать как бы одним диском динамо. Модель простейшего двухдискового динамо показала, что ток от диска 1 перетекает в диск 2, генерируя магнитное поле — ток от которого, в свою очередь, усиливает магнитное поле около диска 1. Токовая, концентрирование кислорода следовательно, концентрирование кислорода магнитная переменная колеблются сначала около некоторого стационарного состояния, концентрирование кислорода затем, увеличивая амплитуду, внезапно начинают испытывать колебания уже вокруг другого стационарного состояния (по Т. Рикитаки, 1968). Таким образом, моделируется возможность инверсий магнитного поля. В реальном магнитном поле Земли время, в течение которого происходит изменение знака полярности, может быть как коротким, вплоть до тысячи лет, так концентрирование кислорода составлять миллионы лет.
Температура Земли на больших глубинах. Определение температуры в оболочках Земли основывается на различных, часто косвенных данных. Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами концентрирование кислорода буровыми скважинами. Нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины называют геотермическим градиентом, концентрирование кислорода глубину в метрах, на протяжении которой температура увеличивается на 10 С — геотермической ступенью. Геотермический градиент концентрирование кислорода соответственно геотермическая ступень изменяются от места к месту в зависимости от геологических условий, эндогенной активности в различных районах, концентрирование кислорода также неоднородной теплопроводности горных пород. Наиболее часто встречаемые колебания градиента в пределах 20–50o, концентрирование кислорода геотермической ступени -15–45 м. Средний геотермический градиент издавна принимался в 30oС на 1 км. По данным В. Н. Жаркова, геотермический градиент близ поверхности Земли оценивается в 20o С на 1 км. Если исходить из этих двух значений геотермического градиента концентрирование кислорода его неизменности в глубь Земли, то на глубине 100 км должна была бы быть температура 3000 или 2000o С. Однако это расходится с фактическими данными. Именно на этих глубинах периодически зарождаются магматические очаги, из которых изливается на поверхность лава, имеющая максимальную температуру 1200–1250o. Учитывая этот своеобразный «термометр», ряд авторов (В. А. Любимов, В. А. Магницкий) считают, что на глубине 100 км температура не может превышать 1300–1500oС. При более высоких температурах породы мантии были бы полностью расплавлены, что противоречит свободному прохождению поперечных сейсмических волн. Таким образом, средний геотермический градиент прослеживается лишь до некоторой относительно небольшой глубины от поверхности (20–30 км), концентрирование кислорода дальше он должен уменьшаться. Но даже концентрирование кислорода в этом случае в одном концентрирование кислорода том же месте изменение температуры с глубиной неравномерно. Вопрос о распределении температур в нижней мантии концентрирование кислорода ядре Земли еще не решен, концентрирование кислорода поэтому высказываются различные представления. Предполагают, что температура с глубиной увеличивается при значительном уменьшении геотермического градиента концентрирование кислорода увеличении геотермической ступени (предположительная температура в ядре Земли находится в пределах 4000–5000o С).
Тепловой режим Земли определяется излучением Солнца концентрирование кислорода теплом, выделяемым внутриземными источниками. Самое большое количество энергии Земля получает от Солнца, но значительная часть ее отражается обратно в мировое пространство. Количество получаемого концентрирование кислорода отраженного Землей солнечного тепла неодинаково для различных широт. Среднегодовая температура отдельных пунктов в каждом полушарии уменьшается от экватора к полюсам. Ниже поверхности Земли влияние солнечного тепла резко снижается, в результате чего на небольшой глубине располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Глубина расположения пояса постоянных температур в различных районах колеблется от первых метров до 20–30 м.
Ниже пояса постоянных температур важное значение приобретает внутренняя тепловая энергия Земли. Давно установлено, что в шахтах, рудниках, буровых скважинах происходит постоянное увеличение температуры с глубиной, связанное с тепловым потоком из внутренних частей Земли. Тепловой поток измеряется в калориях на квадратный сантиметр за секунду — мккал/см2.с. По многочисленным данным, средняя величина теплового потока принимается равной 1,4–1,5 мккал/см2.с. Однако исследования, проведенные как на континентах, так концентрирование кислорода в океанах, показали значительную изменчивость теплового потока в различных структурных зонах. Разнообразие величин теплового потока, по мнению ученых, связано с неоднородными тектономагматическими процессами в различных зонах Земли.
Каковы же источники тепла внутри Земли? В соответствии с современными представлениями Земля сформировалась в результате аккреции газово-пылевых частиц протопланетного облака в виде холодного тела. Следовательно, внутри Земли должны иметься источники тепла, создающие современный тепловой поток концентрирование кислорода высокую температуру в недрах Земли. Одним из источников внутренней тепловой энергии является радиогенное тепло, связанное с распадом радиоактивных долгоживущих элементов 238U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb. Периоды полураспада этих изотопов соизмеримы с возрастом Земли, поэтому до сих пор они остаются важным источником тепловой энергии. В начальные этапы развития Земли могли быть поставщиками тепла концентрирование кислорода короткоживущие радиоактивные изотопы, такие, как 26Al, 38C1 концентрирование кислорода др. Вторым источником тепловой энергии предполагается гравитационная дифференциация вещества, зарождающаяся после некоторого разогрева на уровне ядра и, возможно, в слое верхней мантии. Но значительная часть тепла, связанная с гравитационной дифференциацией, по-видимому, рассеивалась в пространстве, особенно в начале формирования планеты. Дополнительным источником внутреннего тепла может быть приливное трение, возникающее при замедлении вращения Земли из-за приливного взаимодействия с Луной концентрирование кислорода в меньшей степени с Солнцем. Тем не менее, перечисленными причинами может объясняться возникновение только части тепла, которое выделяется на границе мантия-ядро, концентрирование кислорода вопрос об источниках тепла внутри Земли на сегодняшний день остается открытым концентрирование кислорода одним из самых интересных.
Химический состав Земли. Для суждения о химическом составе Земли привлекаются данные о метеоритах, представляющих собой наиболее вероятные образцы протопланетного материала, из которого сформировались планеты земной группы концентрирование кислорода астероиды (впрочем, это лишь предположение, что мантия концентрирование кислорода кора содержат вещество, состав которого в среднем близок к составу метеоритов). К настоящему времени хорошо изучено много выпавших на Землю в разные времена концентрирование кислорода в разных местах метеоритов. По составу выделяют три типа метеоритов: 1) железные, состоящие главным образом из никелистого железа (90–91% Fe), с небольшой примесью фосфора концентрирование кислорода кобальта; 2) железокаменные (сидеролиты), состоящие из железа концентрирование кислорода силикатных минералов; 3) каменные, или аэролиты, состоящие главным образом из железисто-магнезиальных силикатов концентрирование кислорода включений никелистого железа.
Наибольшее распространение имеют каменные метеориты- около 92,7% всех находок, железокаменные 1,3% концентрирование кислорода железные 5,6%. На основании анализа состава различных метеоритов, концентрирование кислорода также полученных экспериментальных геохимических концентрирование кислорода геофизических данных, рядом исследователей дается современная оценка валового элементарного состава Земли, согласно которой, повышенное распространение относится к четырем важнейшим элементам — О, Fe, Si, Mg, составляющим свыше 91%. В группу менее распространенных элементов входят Ni, S, Ca, A1. Остальные элементы периодической системы Менделеева в глобальных масштабах по общему распространению имеют второстепенное значение. Если сравнить приведенные данные с составом земной коры, то отчетливо видно существенное различие, заключающееся в резком уменьшении О, A1, Si концентрирование кислорода значительном увеличении Fe, Mg концентрирование кислорода появлении в заметных количествах S концентрирование кислорода Ni.
Химический состав ядра. В середине XX в. проблема химического состава ядра Земли оказалась в центре дискуссии таких дисциплин как космогония, геохимия концентрирование кислорода геофизика.
В 1941 г. Кун концентрирование кислорода Ритман, основываясь на гипотезе идентичности состава Солнца концентрирование кислорода Земли концентрирование кислорода на расчетах фазового перехода в водороде, предположили, что земное ядре состоит из металлического водорода. Однако в последующих экспериментах по ударному сжатию было показано, что плотность металлического водорода примерно на порядок меньше, нежели плотность ядра. Впоследствии, гипотеза водородного ядра претерпела определенную трансформацию концентрирование кислорода сейчас находит свое отражение в моделях гидридного ядра, согласно которым распад гидридов служит поставщиком летучих концентрирование кислорода энергии, идущей на разогрев Земли.
Кардинальные противоречия возникли между двумя классами гипотез: железо-никелевого (с примесями других легких элементов) ядра концентрирование кислорода не железного ядра, состоящего из металлизованных силикатов или оксидов, т. е. из вещества горных пород, перешедших в металлическое состояние под действием сверхвысокого давления.
В. Н. Лодочников концентрирование кислорода У.Рамзей предположили, что нижняя мантия концентрирование кислорода ядро имеют одинаковый химический состав — на границе ядро-мантия при 1.36 Мбар мантийные силикаты переходят в жидкую металлическую фазу (металлизованное силикатное ядро). С космогонической точки зрения основное преимущество этой гипотезы состояло в том, что она не встречает трудностей при объяснении происхождения плотных ядер Земли концентрирование кислорода Венеры: ядро образуется, когда давление в центре растущей планеты достигает критического значения. Кроме того, эта гипотеза устраняла бы различие между Землей концентрирование кислорода Луной в содержании железа.
В последующем более строгая проверка гипотез о химическом составе ядра осуществлялась посредством сопоставления лабораторных измерений плотности концентрирование кислорода упругости различных веществ при высоких температурах концентрирование кислорода давлениях с геофизическими данными по изменению этих параметров в недрах Земли. Эксперименты по статическому концентрирование кислорода ударному сжатию железа концентрирование кислорода его сплавов с никелем (основной компоненты железных метеоритов) концентрирование кислорода другими элементами, концентрирование кислорода также породообразующих минералов (оливина, пироксена концентрирование кислорода др.) позволили сделать более определенные выводы о составе ядра.
Сейчас хорошо известно, что практически все известные в природе минералы претерпевают полиморфные превращения при высоких давлениях концентрирование кислорода температурах. На глубинах переходной зоны (400–650 км) концентрирование кислорода нижней мантии (650–2900 км) оливин преобразуется в минерал со структурой шпинели, пироксен концентрирование кислорода гранат — в минералы со структурой ильменита концентрирование кислорода перовскита. Кварц имеет серию фазовых превращений с образованием плотной рутиловой структуры — стишовита при давлениях порядка 100 кбар концентрирование кислорода 1000оС, обнаруженного в ударных кратерах концентрирование кислорода некоторых метеоритах. Стишовит не является конечным звеном в цепи полиморфных превращений; теоретическими концентрирование кислорода экспериментальными методами предполагается существование еще более плотных модификаций SiO2. Но даже в плотных пост-стишовитовых структурах не достигается плотность, характерная для зоны внешнего ядра. Кроме того, нельзя забывать, что для подтверждения гипотезы о металлизованном силикатном ядре любой минерал, образующийся в финале фазовых преобразований, помимо плотности, сопоставимой с плотностью ядра, должен иметь соответствующую скорость звука концентрирование кислорода обладать металлической проводимостью. Реальных доказательств этого не обнаружено.
Таким образом, совокупность лабораторных экспериментов концентрирование кислорода сейсмических данных показывает несостоятельность концепции металлизованного ядра Земли концентрирование кислорода приводит к выводу, что границу мантия-ядро следует рассматривать не как фазовый переход, концентрирование кислорода с точки зрения изменения химического состава, т. е. как границу раздела между силикатной мантией концентрирование кислорода железным ядром — граница Dўў.
Мантия концентрирование кислорода ядро не находятся в термодинамическом равновесии концентрирование кислорода вследствие этого силикатное вещество мантии растворяется в расплавленном материале Fe-ядра. В результате такого химического взаимодействия на границе Dўў может происходить дифференциация вещества с образованием железо-никелевого расплава, содержащего серу, кислород концентрирование кислорода кремний концентрирование кислорода формирующего внешнее ядро Земли. Как вытекает из анализа данных сейсмической томографии, процессы подобного типа приводят к термическим концентрирование кислорода композиционным неоднородностям в подошве нижней мантии мощностью около сотни километров, ответственным за крупномасштабные тектонические движения в мантии Земли (подъем диапиров концентрирование кислорода формирование вулканических «горячих точек»).
Железо имеет несколько полиморфных превращений. При низких давлениях устойчива модификация a-Fe, которая при P>100 кбар преобразуется в плотноупакованную фазу (e-Fe), устойчивую при высоких температурах вплоть до 3 Мбар. Предполагается, что как внешнее, так концентрирование кислорода внутреннее ядро сложены в основном e-фазой железа, но в разных агрегатных состояниях. Физические свойства железа (плотность, температура плавления) при Р-Т параметрах ядра моделировались экспериментальными концентрирование кислорода теоретическими методами. Довольно надежно установлено, что на границе ядро-мантия (1.36 Мбар) Тпл (e-Fe)=3000–3500 К.
На границе внешнее-внутреннее ядро (3.3 Мбар) Тпл (e-Fe)=4900–6000 К; при этих Р-Т параметрах плотность жидкого железа ~12.8 г/см3, что на 5–6% превосходит плотность внешнего ядра (r=12.14 г/см3) по сейсмологическим моделям. Плотность твердой e-фазы железа при 3.3 Мбар концентрирование кислорода 5400 К оценена равной 13.0 г/см3, что на 2–3% больше, нежели плотность внутреннего ядра на его границе с внешним, табл. 1.
Следовательно, эксперименты концентрирование кислорода теория показывают, что плотность чистого железа концентрирование кислорода тем более никелистого железа превышает плотность вещества как внешнего, так концентрирование кислорода внутреннего ядра Земли. Эти исследования подтвердили гипотезу о несостоятельности чисто железного или железо-никелевого ядра: Fe-Ni ядро имеет слишком высокую плотность концентрирование кислорода слишком низкую скорость звука концентрирование кислорода поэтому не удовлетворяет геофизическим данным. Отсюда с необходимостью вытекает предположение о вхождении более легкого элемента (элементов) в состав ядра: в количестве до ~ 10 мас.% для внешнего концентрирование кислорода ~ 2–5 мас.% для внутреннего ядра. На роль таких легирующих компонентов, имеющих достаточно высокую распространенность в природе, теоретически могут претендовать кислород, водород, углерод, сера концентрирование кислорода кремний. Однако, водород концентрирование кислорода углерод (летучие элементы) могли быть потеряны в период аккреции.
В космохимическом концентрирование кислорода геофизическом отношении наиболее предпочтительными легирующими компонентами ядра считаются сера, кремний концентрирование кислорода кислород. Из космохимии концентрирование кислорода метеоритики известно об образовании сплавов в системах Fe-S, Fe-Si концентрирование кислорода Fe-S-Si уже на ранней стадии конденсации вещества протопланетного облака концентрирование кислорода об их существовании в хондритах разных классов. Новейшие исследования показали, что растворимость FeO в жидком железе, ограниченная первыми процентами при низких давлениях, становится весьма существенной при сверхвысоких давлениях.
Космохимические данные концентрирование кислорода анализ межпланетной пыли свидетельствуют, что сера, конденсирующаяся из газа солнечного состава в виде сульфида железа (троилит или пирротин — наиболее распространенные минералы метеоритов), представляет собой один из основных элементов-примесей, входящих в состав металлической фазы хондритов концентрирование кислорода планетарных ядер.
Эти соображения по вхождению серы в ядро (хондриты содержат около 6 мас.% FeS) получили поддержку в работах по исследованию системы Fe-FeS при высоких Р-Т параметрах в статических концентрирование кислорода динамических условиях. Современное состояние проблемы химического состава ядра Земли не позволяет отдать предпочтение какому-либо одному из перечисленных элементов-примесей. Содержание порядка 6–10 мас.% серы, кислорода концентрирование кислорода кремния во внешнем ядре не противоречит геофизическим данным. Не исключено, что все три элемента могут входить в состав внешнего ядра, но эта проблема еще недостаточно изучена.
Библиография
Ботт Н. Внутреннее строение Земли. М., 1974
Буллен К. Е. Плотность Земли. М., 1978
Жарков В. Н. Внутренне строение Земли концентрирование кислорода планет. М., 1983
Кадик А. А., Френкель М. Я. Декомпрессия пород коры концентрирование кислорода верхней мантии как механизм магмообразования. М., 1982
Кадик А. А., Луканин О. А. Дегазация верхней мантии в процессе плавления. М., 1986
Кадик А. А. Влияние окислительно-восстановительного состояния планетарного вещества на формирование углерод-насыщенных флюидов в верхней мантии//Вестник ОГГН РАН. 1999. № 4
Кузьменко Г. И. Глубинные процессы Земли//Геофизический журнал. Т. 22. 2000
Ларин В. Н. Гипотеза изначально гидридной Земли. М., 1980
Кусков О. Л., Хитаров Н. И. Термодинамика концентрирование кислорода геохимия ядра концентрирование кислорода мантии Земли. М., 1982
Магницкий В. А. Внутреннее строение концентрирование кислорода физика Земли. М., 1965
Рикитаки Т. Электромагнетизм концентрирование кислорода внутреннее строение Земли. М, 1968
Рингвуд А. Е. Состав концентрирование кислорода происхождение Земли. М., 1981
Kuskov O., Kronrod V. Co-sizes of the Earth’s and Jupiter’s satellites//Icarus. 2001. V. 151
Тема № 243(20)
Эфир 15.04.03
Хронометраж 51:40
www.ntv.ru
© ОАО «Телекомпания НТВ». Все права защищены.
Создание сайта «НТВ-Дизайн».
Используя настоящий сайт, Вы обязуетесь выполнять условия данного соглашения.
разделы
концентрирование кислорода