Многие ученые считали, что химический состав метеоритов должен быть похож на лунный грунт. Они предполагали, что образование метеоритов происходит путем “выбивания” от падения иного космического тела.

Вначале эта гипотеза была принята, однако позже расчеты показали малую вероятность того, что такие метеориты могли бы попасть на поверхность Земли. Кроме того, изучение лунных горных пород, доставленных на Землю астронавтами и автоматическими станциями, показало, что эти породы отличаются по своему химическому составу от внеземных “пришельцев”.

Состав внеземных веществ

Химический состав метеоритов в основном каменный, железо-каменный и небольшая часть состоит из железа.

Химический состав большинства каменных метеоритов – хондриты.

Хондриты это расплавленные силикаты и содержат своеобразные сферические частицы (хондры) – шарикообразные кристаллические капли, распыленные в основной, тонкозернистой материи.

Хондры образованы из обыкновенных, широко распространенных минералов, известных по земным горным породам, как, например, оливин и пироксен.

Более чем столетние исследования хондров показывают, что это остатки расплавленной материи, которая затем кристаллизовалась. Хондры достаточно малы, некоторые из них едва различимы на осколке метеорита невооруженным глазом. Открыты они были более 100 лет тому назад видным английским ученым Генри Клифтоном Сорби. Хорошо рассмотреть хондры можно на срезе на петрографическом аппарате (микроскопе).

Другими минералами, встречающимися в каменных метеоритах, являются полевые шпаты, тоже хорошо знакомые по земным горным породам. На долю полевых шпатов относится половина массы земной коры и две трети объема Земли. Интересно, что куски космической материи, происходящие из отдаленных планет, имеют минералогическую структуру, схожую с земными горными породами. В метеоритах действительно очень немного минералов, которые геологи не встречали на Земле.

Вообще минералы состоят из основных элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, натрий и калий которые составляют 98% веса Земли.

Кроме силикатов, к которым относятся оливин, пироксен и полевой шпат, в метеоритах-хондритах обычно встречаются также обломки и зерна металлов и кусочки сульфидов. Их можно отнести к железо-каменному виду. Этим они отличаются от земных горных пород. Комбинация сульфидов и силикатов для большинства земных горных пород нехарактерна, а присутствие металла в них – исключительно редкое явление.

Химический состав метеоритов доказывает схожесть с земными горными породами и с самыми распространенными “земными” элементами. Очевидно можно провести аналогию, что другие планеты земного типа прошли историю развития похожую на путь пройденный Землей, но имеют отношение к структуре метеоритов.

Чем подробней исследуется химический состав метеоритов-хондритов, тем больше становится очевидной их схожесть со структурой Солнца. Конечно, следует исключить водород и гелий, после чего выявляется сходство соотношения основных элементов и содержания микроэлементов. Если не упускать из вида тот факт, что Солнце является обычной звездой, тогда можно предполагать, что метеориты представляют собой широко распространенный космический материал состоящий из минералов как и Земля.

Некоторые хондриты содержат даже углерод и воду, а также определенное количество летучих веществ. Это доказывает, что с момента своего возникновения они не претерпели никаких изменений, поскольку в процессе плавки, который проходят, например, магматические породы, отделились бы некоторые элементы: летучие от нелетучих, металлы от силикатов и сульфидов, исчезли бы вода и углерод.

Поэтому ученые считают, что хондриты представляют собой примитивные строительные составные части Солнечной системы.

Возможно, что именно материя, похожая на метеориты, является основным строительным материалом планет земного типа и остальных.

Железные внеземные вещества

Существуют также железные метеориты состоящие из железа в соединении с никелем и кобальтом. Количество найденных железных метеоритов небольшое и составляет порядка 6%.
Никаких золотых или крайне редких, во внеземных прилетевших веществах обнаружено не было. встречаются в объектах неземного происхождения.

Метеориты - небольшие твёрдые тела, которые пройдя через земную атмосферу, упали на поверхность Земли. Большинство метеорных тел, которые сталкиваются с Землёй, сгорают в атмосфере, но некоторые из них долетают до поверхности Земли.

По химическому составу метеориты можно разделить на три больших класса:

1. Каменные (аэролиты) - содержащие наименьшее количество железа, менее 20%. Они состоят из того же вещества, что и обычные земные породы. Поэтому их трудно обнаружить. Особенно, если они какое-то время подвергаются воздействию земных погодных условий - дождя, снега, ветра. Таких метеоритов большинство, около 90% от числа всех, сталкивающихся с Землёй.

2. Железокаменные (сидеролиты) - состоят из равных пропорций минералов и металлического железа. иногда имеют крупнозернистую структуру и поэтому легко опознаются. Они составляют 2% от общего числа, падающих на Землю.

3. Железные (сидериты) - состоят из железа, но могут содержать до 20% никеля. Их всего 6%. Такие метеориты легко обнаруживаются при помощи магнитов и детекторов металлов.

Если железный метеорит разрезать, отполировать и протравить азотной кислотой, то на нём выступает рисунок взаимопроникающих кристаллов металла. Это видманштеттеновы фигуры. Такие кристаллы могли вырасти только при условии, что расплавленная железо-никелиевая глыба остывала очень медленно, в течение миллионов лет.

Большинство метеоритов связаны с астероидами. Они появляются при столкновениях и дроблении более крупных небесных тел.

Время от времени на Землю падают крупные метеориты. Это происходит примерно один раз в 100 000 лет. В Аризоне есть огромный кратер диаметром около 1,5 км. По оценкам учёных метеорит упал 22 000 лет назад. Вокруг кратера было найдено 25 т. железных метеоритов.

Анализ спектра солнечного света, отражённого от астероидов, показывает, что их состав такой же как у метеоритов.

10% астероидов имеют железо-каменный состав. Они довольно крупные и достигают 100-200 км. в диаметре. Находятся вблизи орбиты Марса.

10% из всего числа - железные астероиды.

Около 80% астероидов каменные. Метеориты такого типа называют углистыми хондритами. В таких метеоритах много воды и содержатся органические молекулы.

Углистые хондриты состоят из самых старых пород, более древних, чем найденные на Земле и Луне. Это образцы первичного вещества, из которого состояли планетезимали.

Метеор – падающая светящаяся «звезда». Светящаяся чёрточка, возникающая в небе при движении с высокой скоростью метеорной частицы, сгорающей в атмосфере Земли. Метеоры, в отличие от метеоритов, возникают из рыхлых тел с малой плотностью, образующихся из комет.

Каждые сутки на Землю падает около 3000т межпланетного вещества. Большая часть этого вещества находится в виде пылевых частиц (называемых микрометеоритами), которые слишком малы и легки, чтобы произвести свечение в атмосфере. Эти частицы просто медленно проходят через атмосферу и оседают на Земле. Образцы такого вещества можно собрать в арктических и антарктических областях.

Когда Земля проходит через потоки более крупных частиц, наблюдаются “звёздные дожди” или метеорные потоки. Ежегодно наблюдается около 10 метеорных потоков. При этом кажется, что метеоры разлетаются из какой-то определённой части неба. Если продлить линии, очерченные метеорами, они пересекутся в какой-то области. Она называется радиантом метеорного потока. Самые крупные радианты находятся в созвездиях Персея, Лиры, Льва, Ориона, Близнецов и потоки называются Персеиды, Лириды, Леониды, Ориониды, Геминиды. В ясную безлунную ночь можно наблюдать до 60 метеоров за час. Иногда их интенсивность может быть очень высокой. Так утром 17 ноября 1966 года в восточной части США наблюдалось более 2000 метеоров в минуту.

Метеориты состоят из тех же химических элементов, которые имеются и на Земле.

В основном это 8 элементов: железо, никель, магний, сера, алюминий, кремний, кальций, кислород . Встречаются в метеоритах и другие элементы, но в очень малых количествах. Составляющие элементы взаимодействуют между собой, образуя в метеоритах различные минералы. Большинство из них также присутствует на Земле. Но бывают метеориты с неизвестными на земле минералами.
Метеориты по составу классифицируют следующим образом:
каменные (большинство из них хондриты , т.к. содержат хондры - сферические или эллиптические образования преимущественно силикатного состава);
железо-каменные ;
железные .


Железные метеориты почти полностью состоят из железа в соединении с никелем и незначительным количеством кобальта.
Каменистые метеориты содержат силикаты – минералы, представляющие собой соединение кремния с кислородом и примесью алюминия, кальция и других элементов. В каменных метеоритах встречается никелистое железо в виде зернышек в массе метеорита. Железо-каменные метеориты состоят в основном из равных количеств каменистого вещества и никелистого железа.
В разных местах Земли обнаружены тектиты – стеклянные куски небольшого размера в несколько граммов. Но уже доказано, что тектиты – это застывшее земное вещество, выброшенное при образовании метеоритных кратеров.
Учеными доказано, что метеориты являются обломками астероидов (малых планет). Они сталкиваются между собой и дробятся на более мелкие осколки. Эти осколки и падают на Землю в виде метеоритов.

Для чего изучают состав метеоритов?

Это изучение дает представление о составе, структуре и физических свойствах других небесных тел: астероидов, спутников планет и т.д.
В метеоритах обнаружены и следы внеземной органики. Углеродосодержащие (углистые) метеориты имеют одну важную особенность - наличие тонкой стекловидной коры, образовавшейся, по-видимому, под воздействием высоких температур. Эта кора является хорошим теплоизолятором, благодаря чему внутри углистых метеоритов сохраняются минералы, не выносящие сильного нагрева - например, гипс. Что это значит? Это значит, что при исследовании химической природы подобных метеоритов в их составе обнаружены вещества, которые в современных земных условиях являются органическими соединениями, имеющими биогенную природу. Хотелось бы надеяться, что этот факт говорит о существовании жизни вне Земли. Но, к сожалению, однозначно и с уверенностью говорить об этом невозможно, т.к. теоретически эти вещества могли быть синтезированы и абиогенно. Хотя можно допустить, что если обнаруженные в метеоритах вещества и не являются продуктами жизни, то они могут быть продуктами преджизни - подобной той, какая существовала некогда на Земле.
При исследовании каменных метеоритов обнаруживаются даже так называемые «организованные элементы» - микроскопические (5-50 мкм) «одноклеточные» образования, часто имеющие явно выраженные двойные стенки, поры, шипы и т.
Падение метеоритов предсказать невозможно. Поэтому неизвестно, где и когда метеорит упадет. По этой причине лишь малая часть упавших на Землю метеоритов попадает в руки исследователей. Лишь 1/3 часть упавших метеоритов наблюдалась при падении. Остальные – случайные находки. Из них больше всех железные, так как они дольше сохраняются. Расскажем об одном из них.

Сихотэ-Алинский метеорит

Он упал в Уссурийской тайге в горах Сихотэ-Алинь на Дальнем Востоке 12 февраля 1947 года в 10 часов 38 минут, раздробился в атмосфере и выпал железным дождем на площади 35 квадратных километров. Части дождя рассеялись по тайге на площади в виде эллипса с осью длиной около 10 километров. В головной части эллипса (кратерном поле) было обнаружено 106 воронок, диаметром от 1 до 28 метров, глубина самой большой воронки достигала 6 метров.
По химическим анализам, Сихотэ-Алинский метеорит относится к железным: состоит из 94 % железа, 5,5 % никеля, 0,38 % кобальта и небольших количеств углерода, хлора, фосфора и серы.
Первыми место падения метеорита обнаружили лётчики Дальневосточного геологического управления, которые возвращались с задания.
В апреле 1947 года для изучения падения и сбора всех частей метеорита Комитетом по метеоритам Академии Наук СССР была организована экспедиция под руководством академика В. Г. Фесенкова.
Сейчас этот метеорит находится в метеоритной коллекции Российской академии наук.

Как узнать метеорит?

Практически большинство метеоритов находят случайно. Как же можно определить, что то, что вы нашли, - является метеоритом? Вот простейшие признаки метеоритов.
У них большая плотность. Они тяжелее, чем гранит или осадочные породы.
На поверхности метеоритов часто видны сглаженные углубления, как будто вмятины пальцев на глине.
Иногда метеорит похож на затупленную головку снаряда.
На свежих метеоритах видна тонкая кора плавления (около 1 мм).
Излом метеорита чаще всего бывает серого цвета, на котором иногда заметны маленькие шарики – хондры.
У большинства метеоритов видны на разрезе вкрапления железа.
Метеориты намагничены, стрелка компаса заметно отклоняется.
С течением времени метеориты окисляются на воздухе, приобретая ржавый цвет

Метеориты – космические тела, падающие на Землю со 2-й косм. скоростью, следовательно испытывают нагревание плавление, взрывПоверхность планет имеет характерный облик соударений

Типы метеоритов: 1) Каменные - гл. компоненты-силикаты MgFe, примеси металлов. 2) Железные- сплав Fe+ Ni. 3) Железокаменные – промежуточные. Минералы метеоритов (главные компоненты): 1) Силикаты (оливин, пироксен). 2) Плагиоклаз –редкий. 3) Слоистые силикаты (с водой – серпентин, хлорит) – крайне редкие. 4) Металлическое железо (теннесит и камасит) различаются по содержанию Ni. 5) сульфидFeS- троилит (малораспространенные): (в среднем метеориты – у/о вещество). Апатит, магнетит алмаз, лонсдейлит важны для понимания генезиса- MgS (MgS-FeS) CaS (ольтгамит) указывают на дефицит кислорода при образовании. Карбиды – FeC,MgC. Нитриды TiN. Проблема химии сложна – нарушены пропорции:Каменные – кг, (разрушаются в атмосфере), железные - десятки тыс. т. метеориты-находки метеориты-падения. -Статистика находок – преобладают железные. -Статистика падений – каменные

7. Хондриты. Формирование планет Солнечной системы

Каменные. Главный тип М.- каменные, среди них 90% составляют хондриты. Хондры –плотность 3, образование не в планетных гравитационных полях. Шарики свидетельствуют об образовании в жидком состоянии, структура раскристаллизации – закалочная. Состав- Оливин (скелетные кристаллы), пироксен (закалочные). Хондры – результат быстрого остывания силикатного вещества в неизвестных процессах (многократное испарение и конденсация). Вещество не прошло планетной стадии развития. Типы хондритов:Энстатитовые хондритовые MgSiO3 + Fe сам. (мет. фаза) – восст обстановка. Углистые хондриты- нет самородного Fe, есть магнетит. C углерода – до 2-3%, С H2O –первые %(Sp,хл).

Метеориты-находки метеориты-падения. -Первичное вещество? – обогащены летучими компонентами. Ахондриты (лишены хондритовой структуры). -В результате мех деформаций (соударений), появляются алмазы. -Брекчированные (обломки хондр). -Базальтоидные (пироксен плагиоклаз оливин) иного происхождения, (количество ихмало).

Железные метеориты:Теннесит+камасит. Структура пластинчатая, решетчатая - балки камасита. Виндманштеттеновая температура закалки структуры 600 грС. Важно –такие структуры не удалось повторить в лабораторных условиях(конденсация Fe), такая же структура железа в интерстициях в хондритах

Желваки троилита. - редкая примесь силикатов. -Железо-каменные метеориты: -Палласиты – равномерная смесьбез дифференциации на легкую и тяжелую фазы. -Роль их нижтожно мала. -История метеоритов запечатлена в изотопном составе. -Оказалось что вещество древнее- 4,55*10*9 лет. -Это возраст Земли, Луны и метеоритного вещества. -«космический возраст» метеоритов 100-200 млн. лет определено по короткоживущим изотопам, образующимся на поверхности М. под влиянием космического облучения,. -Т.е метеориты – молодые образования, возникли в результате дробления косм. тел



Распространенность элементов в метеоритах:Основное положение, разработанное еще Гольдшмитом по хондритам. Тождество распространенности элементов в хондритах и в Солнечной системе. Распространенность элементов в метеоритах:Обоснованно считается, что хондриты являются недифференцированным первичным веществом. Но есть и отличия от Солнечной системы:1.В метеоритах очень мало распространены Н и инертные газы. 2. Обеднены Pb, Ge, Cd, Bi, Hg, но не так сильно как инертными газами. Т.е Хондриты являются лишь твердой фракцией первичного вещества (без летучего вещества). С этой фракцией связывают состав планет земной группы. Главный процесс образования планет- конденсация газово-пылевого облака.

8. Закономерности строения планет земной группы

Планеты отличаются по размеру, плотности, массе, расстоянию от Солнца и другим параметрам. Они делятся на две группы: внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и внешние (Юпитер, Сатурн,Уран, Нептун). Их разделяет кольцо астероидов между Марсом и Юпитером. По мере удаления от Солнца планеты, вплоть до Земли, увеличиваются и становятся более плотными (3,3–3,5 г/см3), а внешние планеты уменьшаются, начиная с Юпитера, и менее плотные (0,71–2,00 г/см3). Во внутренних планетах выделяются силикатная и металлическая фаза, последняя выражена у Меркурия (62 %). Чем ближе к Солнцу планета, тем больше она содержит металлического железа. Внешние планеты сложены газовыми компонентами (Н, Не, СН4, NH3 и др.). Планеты имеют по одному и более спутнику, за исключением Меркурия и Венеры.



9. Поверхностные оболочки планет

Планетные оболочки. Строение П. по вертикали - слоистое, выделяют неск. сферических оболочек, различающихся по хим. составу, фазовому состоянию, плотности и др. физ.-хим. характеристикам. Все П. земной группы имеют твёрдые оболочки, в к-рых сосредоточена почти вся их масса. Три из них - Венера, Земля и Марс - обладают газовыми атмосферами, Меркурий практически лишён атмосферы. Только Земля имеет жидкую оболочку (прерывистую) из воды - гидросферу, а также биосферу - оболочку, состав, структура и энергетика к-рой в существенных чертах обусловлены прошлой и совр. деятельностью живых организмов. Аналогом гидросферы на Марсе явл. криосфера - лёд Н 2 О в полярных шапках и в грунте (вечная мерзлота). Одна из загадок Солнечной системы - дефицит воды на Венере. Жидкой воды там нет из-за высокой темп-ры, а количество водяного пара в атмосфере эквивалентно слою жидкости толщиной ≈ 1 см.Твёрдые оболочки П. находятся в состоянии гидростатич. равновесия, поскольку предел текучести горных пород соответствует весу столба пород высотой ≈10 км (для Земли). Поэтому форма твёрдых оболочек П., имеющих значительно большую толщину, почти сферическая. Из-за различия гравитац. сил различна макс. высота гор на П. (напр., на Земле ок. 10км, а на Марсе, где гравитац. поле слабее земного, ок. 25 км). Форма небольших спутников планет и астероидов может заметно отличаться от сферической.

10. Происхождение земных оболочек

Географическая оболочка образована двумя принципиально разными типами материи: атомарно-молекулярным «неживым» веществом и атомарно-организменным «живым» веществом. Первое может участвовать только в физико-химических процессах, в результате которых могут появляться новые вещества, но из тех же химических элементов. Второе обладает способностью воспроизводить себе подобных, но различного состава и облика. Взаимодействия первых требуют внешних энергетических затрат, тогда как вторые обладают собственной энергетикой и могут ее отдать при различных взаимодействиях. Оба типа вещества возникли одновременно и функционируют с момента начала формирования земных сфер. Между частями географической оболочки наблюдается постоянный обмен веществом и энергией, проявляющийся в форме атмосферной и океанической циркуляции, движения поверхностных и подземных вод, ледников, перемещения организмов и живого вещества и др. Благодаря движению вещества и энергии все части географической оболочки оказываются взаимосвязанными и образуют целостную систему

11. Строение и состав земных оболочек

Литосфера, атмосфера и гидросфера образуют практически непрерывные оболочки. Биосфера как совокупность живых организмов в определенной среде обитания не занимает самостоятельного пространства, а осваивает вышеназванные сферы полностью (гидросферу) или частично (атмосферу и литосферу).

Для географической оболочки характерно выделение зонально-провинциальных обособлений, которые называют ландшафтами, или геосистемами. Эти комплексы возникают при определенном взаимодействии и интеграции геокомпонентов. Простейшие геосистемы формируются при взаимодействии вещества косного уровня организации.

Химические элементы в географической оболочке находятся в свободном состоянии (в воздухе), в виде ионов (в воде) и сложных соединений (живые организмы, минералы и др.).

12. Строение и состав мантии

Ма́нтия - часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км от земной поверхности.

Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращённо, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей - от 7 до 8-8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.

Отличие состава земной коры и мантии - следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и лёгкую часть - кору и плотную и тугоплавкую мантию.

Мантия сложена главным образом ультраосновными породами: перовскитами, перидотитами, (лерцолитами, гарцбургитами, верлитами, пироксенитами), дунитами и в меньшей степени основными породами - эклогитами.

Также среди мантийных пород установлены редкие разновидности пород, не встречающиеся в земной коре. Это различные флогопитовые перидотиты, гроспидиты, карбонатиты.

Строение мантии

Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма,землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро Земли.

13. Строение и состав земной коры

Строение земного шара. Главным объектом геологических, в том числе и минералогических, исследований является земная кора *, под которой подразумевается самая верхняя оболочка земного шара, доступная непосредственному наблюдению. Сюда относятся: нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы, т. е. твердой части Земли.

Наибольшим признанием в настоящее время пользуется гипотеза В. М. Гольдшмидта о строении земного шара. Последний, по его представлениям, состоит из трех главных концентрически расположенных зон (геосфер):

наружной - литосферы;

промежуточной - халькосферы, богатой окислами и сернистыми соединениями металлов, преимущественно железа,

центральной - сидеросферы, представленной железо-никелевым ядром.

Литосфера в свою очередь подразделяется на две части:

верхнюю оболочку - до глубины 120 км,сложенную в основном обычными силикатовыми породами,

нижнюю - эклогитовую оболочку (120-1200 км), представленную силикатовыми породами, обогащенными магнием.

Состав земной коры.

Наиболее распространенными элементами являются: О, Si, Al, Fe, Ca, Na, К, Mg, Н, Ti, С и Cl. На долю остальных 80 элементов приходится всего лишь 0,71% (по весу)

Метеорит - это твердое внеземное вещество, сохранившееся при прохождении через атмосферу и достигшее поверхности Земли. Метеориты - наиболее примитивное в-во СС, не испытавшее дальнейшего фракционирования с момента образования. Это основано на том, что относительная распр. тугоплавких эл. в метеоритах соответствует солнечной распр. Метеориты подразделяются на (по содержанию металл. фазы): Каменные (аэролиты): ахондриты, хондриты, Железокаменные (сидеролиты), Железные (сидериты). Железные метеориты – состоят из камасита - самородного Fe космического происхождения с примесью никеля от 6 до 9%. Железокаменные метеориты Малораспр. группа. Имеют грубозернистые структуры с равными по весу долями силикатной и Fe фаз. (Силикатные минералы - Ol, Px; Fe фаза - камасит с видманштеттеновыми прорастаниями). Каменные метеориты – состоят из силикатов Mg и Fe c примесью металлов. Подразделяются на Хондритовые, ахондритовые и углистые. Хондриты: сфероидальные обособления размером первые мм и менее, сложенные силикатами, реже силикатным стеклом. Погружены в богатую Fe матрицу. Основная масса хондритов представляет собой тонкозернистую смесь Ol, Px-ов (Ol-бронзитовые, Ol-гиперстеновые и Ol-пижонитовые) с никелистым Fe (Ni-4-7%), троилитом (FeS) и плагиоклазом. Хондриты – закристалл. или стекловатые капли, кот. Образ. при плавлении ранее существовавшего силикатного материала, подвергавшегося, нагреванию. Ахондриты: Не содержат хондр, имеют более низкое содер. никелистого Fe и более грубые структуры. Их главные минералы – Px и Pl, некоторые типы обогащены Ol. По составу и структурным особенностям ахондриты похожи на земные Габброиды. Состав и структура говорят о магматическом происхождении. Иногда наблюдаются пузырчатые структуры как у лав. Углистые хондриты (большое кол-во углеродистого вещества) Хар-рная черта углистых хондритов - наличие летучей составляющей , что указывает на примитивность (не произошло удаление летучих эл.) и не претерпели фракционирования. Тип С1 содержит большое кол-во хлорита (водные Mg, Fe алюмосиликаты), а также магнетит , водно-растворимые соли , самородную S , доломит, оливин, графит, орган. соединения. Т.е. с момента их образ-я они сущ. при Т, не > 300 0 С. В составе хондритовых метеоритов недостаток 1/3 хим. Эл. по сравнению с составом углистых хондритов , кот. наиболее близки к составу протопланетного вещества. Наиболее вероятная причина дефицита летучих эл. - последовательная конденсация эл. и их соединений в порядке, обратном их летучести.

5. Исторические и современные модели аккреции и дифференциации протопланетного вещества О.Ю.Шмидт в 40-х годах высказал идею о том, что Земля и планеты ЗГ образовались не из раскаленных сгустков солнечных газов, а путем аккумуляции ТВ. тел и частиц - планетезималей, испытавших плавление позднее во время аккреции (разогрев из-за столкновений крупных планетезималей, диаметром до первых сотен км). Т.е. ранняя дифференциация ядра и мантии и дегазация. Сущ. две точки зрения относит. механизма аккумуляции и представлений о форм-ии слоистой структуры планет. Модели гомогенной и гетерогенной аккреции : ГЕТЕРОГЕННАЯ АККРЕЦИЯ 1. Кратковременная аккреция. Ранние модели гетерогенной аккреции (Турекиан, Виноградов) предполагали, что З. аккумулировалась из материала по мере его конденсации из протопланетного облака. Ранние модели включают раннюю >Т аккумуляцию Fe-Ni сплава, образующего протоядро З., сменяющуюся с пониж. Т аккрецией внешних ее частей из силикатов. Сейчас считают, что в процессе аккреции происходит непрерывное измен. в аккумулирующемся материале отношения Fe/силикат от центра к периферии форм-ейся планеты. При аккумуляции З. разогревается, => плавление Fe, которое отделяется от силикатов и опускается в ядро. После охлаждения планеты добавляется около 20 % ее массы материалом, обогащенным летучими по периферии. В протоземле не существовало резких границ между ядром и мантией, кот. установились в результате гравит. и хим. дифференциации на следующем этапе эволюции планеты. В ранних вариантах дифференциация происходила преимущественно в процессе формирования ЗК, и не захватывала Землю целиком. ГОМОГЕННАЯ АККРЕЦИЯ 2. Принимается большее время аккреции - 10 8 лет. При аккреции Земли и планет ЗГ конденсирующиеся тела имели широкие вариации состава от углистых хондритов, обогащенных летучими до в-ва, обогащенного тугоплавкими компонентами типа Allende. Планеты форм. из этого набора метеоритного в-ва и их различие и сходство определялось относит. пропорциями в-ва различного состава. Так же имела место макроскопическая однородность протопланет. Существование массивного ядра говорит о том, что изначально привнесенный Fe-Ni метеоритами сплав, равномерно распределенный по всей З., выделился в ходе ее эволюции в центральную часть. Однородная по составу планета расслоилась на оболочки в процессе гравитационной дифференциации и химических процессов. Современная модель гетерогенной аккреции , позволяющая объяснить хим. состав мантии разрабатывается группой немецких ученых (Венке, Дрейбус, Ягоутц). Они установили, что содержания в мантии умеренно летучих (Na, K, Rb) и умеренно сидерофильных (Ni, Co) эл., с различ. Коэф-ми распределения Ме/силикат, имеют одинаковую распространенность (нормированную по С1) в мантии, а наиболее сильно сидерофильные элементы имеют избыточные концентрации. Т.е. ядро не находилось в равновесии с мантийным резервуаром. Ими предложена гетерогенная аккреция :1. Аккреция начинается с накопления сильно восстановленного компонента А, лишенного летучих эл. и содержащего все остальные эл. в количествах отвечающих С1, и Fe и все сидерофилы в восстановленном состоянии. С повышением Т одновременно с аккрецией начинается образование ядра. 2. После аккреции в 2/3 массы З. начинает накапливаться все более окисленный материал, компонент В. Часть Ме компонента А еще сохраняется и способствует извлечению наиболее сидерофильных эл. и их переносу в ядро. Источником умеренно летучих, летучих и умеренно сидерофильных эл. в мантии явл. компонент В, что и объясняет их близкую относительную распространенность. Таким образом, Земля на 85% состоит из компонента А и на 15 % из В. В целом состав мантии форм-ся после отделения ядра путем гомогенизации и перемешивания силикатной части компонента А и вещества компонента В.

6. Изотопы химических элементов. Изотопы - атомы одного эл., но имеющих разное число нейтронов N. Они различаются только по массе. Изотоны - атомы разных эл., имеющие разные Z, но одинаковые N. Они располагаются в вертикальных рядах. Изобары - атомы разных эл., у кот. равные масс. числа (А=А), но разные Z и N. Они располагаются в диагональных рядах. Стабильность ядер и распространенность изотопов; радионуклиды Число известных нуклидов ~ 1700, из них стабильны ~ 260. На диаграмме нуклидов стабильные изотопы, (затемненные квадраты), образуют полосу, окруженную нестабильными нуклидами. Стабильны только нуклиды с определенным соотношением Z и N. Отношение N к Z растет от 1 до ~ 3 с увеличением А. 1. Стабильными являются нуклиды, у кот. N и Z примерно равны. До Са в ядрах N=Z. 2. Большая часть стабильных нуклидов имеет четные Z и N. 3. Менее распространены стабильные нуклиды с чет. Z и нечет. N или чет. N и нечет. Z. 4. Р редки стабильные нуклиды с нечет.Z и N.

число стабильных нуклидов

нечетное

нечетное

нечетное

нечетное

нечетное

нечетное

В ядрах с чет. Z и N нуклоны образуют упорядоченную структуру, что определяет их стабильность. Число изотопов меньше у легких эл. и увел. в средней части ПС, достигая максимума у Sn (Z=50) , имеющего 10 стабильных изотопов. У элементов с нечет. Z стабильных изотопов не более 2.

7. Радиоактивность и ее виды Радиоактивность - самопроизвольные превращения ядер неустойчивых атомов (радионуклидов) в стабильные ядра других элементов, сопровождающиеся эмиссией частиц и/или излучением энергии. Св-во рад-ти не зависит от хим. Св-в атомов, а опред-ся строением их ядер. Радиоактивный распад сопровождается измен. Z и N родительского атома и приводит к превращению атома одного эл. в атом другого эл. Так же, Резерфордом и другими учеными было показано, что рад. распад сопровождается эмиссией излучения трех различных типов, a, b, g. a -лучи - потоки высокоскоростных частиц - ядер Не, b - лучи - потоки e – , g - лучи - электромагнитные волны с большой энергией и с более короткой λ. Виды радиоактивности a-распад - распад путем эмиссии a-частиц, он возможен для нуклидов с Z> 58 (Се), и для группы нуклидов с небольшим Z , включая 5He, 5Li, 6Be. a-частица состоит из 2 Р и 2N, происходит смещение на 2 позиции по Z. Первоначальный изотоп наз-ся родительским или материнским, а новообразованный - дочерним .

b-распад - имеет три вида: обычный b -распад, позитронный b -распад и e – захват. Обычный b-распад - можно рассматривать как превращение нейтрона в протон и e – , последний или бета-частица - выбрасывается из ядра, сопровождается эмиссией энергии в форме g-излучения. Дочерний нуклид является изобаром родительского, но его заряд больше.

Бывает серия распадов пока не образуется стаб-ый нуклид. Пример: 19 K40 -> 20 Ca40 b - v- Q. Позитронный b-распад - эмиссия из ядра положительной частицы позитрона b , его образование - превращение ядерного протона в нейтрон, позитрон и нейтрино. Дочерний нуклид является изобаром, но имеет меньший заряд.

Пример, 9 F18 -> 8 O18 b v Q Атомы, с избытком N и располагающиеся справа от зоны ядерной стабильности, являются b - -радиоактивными, т.к. при этом число N уменьшается. Атомы слева от области ядерной стабильности нейтроннодефицитны, они испытывают позитронный распад и число их N увеличивается. Таким образом, при b - и b -распаде наблюдается тенденция изменения Z и N , приводящая к приближению дочерних нуклидов к зоне ядерной стабильности. e – захват - захват одного из орбитальных электронов. Высока вероятность захвата из К-оболочки, кот. ближе всего к ядру. e – захват вызывает эмиссию из ядра нейтрино. Дочерний нуклид явл. изобаром, и занимает тоже положение относительно родительского, что и при позитронном распаде. b - -излучение отсутствует, а при заполнении вакансии в К-оболочке выделяются Х-лучи. При g-излучении не изменяются ни Z, ни A; при возвращении ядра в обычное состояние энергия выделяется в форме g-излучения. Некоторые дочерние нуклиды природных изотопов U и Th могут распадаться либо испуская b-частицы, либо путем a-распада. Если вначале происходил b-распад, то затем a-распад, и наоборот. Другими словами, два этих альтернативных вида распада образуют замкнутые циклы и всегда приводят к одному и тому же конечному продукту - стабильным изотопам Pb.

8. Геохимические следствия радиоактивности земного вещества. Лорд Кельвин (Уильям Томсон) с 1862 по 1899 г. выполнил ряд расчетов, кот. налагали ограничения на возможный возраст Земли. Они основывались на рассмотрении светимости Солнца, влиянии лунных приливов и процессах охлаждения З. Он пришел к выводу, что возраст Земли составляет 20-40 млн. лет. Позже Резерфорд выполнил определение возраста U мин. и получил значения около 500 млн. лет. Позже Артуром Холмсом в его книге “Возраст Земли” (1913 г) показал важность изучения радиоактивности в геохронологии и привел первую ГХШ. Она была основана на рассмотрении данных о мощности отложений осадочных гп и о содержании продуктов радиогенного распада - He и Pb в U-содержащих минералов. Геохронологическая шкала - шкала естественноисторического развития ЗК, выраженная в числовых единицах времени. Возраст аккреции З. составляет около 4,55 млрд. лет. Период до 4 или 3,8 млрд. лет - время дифференциации планетных недр и образования первичной коры, его называют катархеем. Наиболее длительный период жизни З. и ЗК - это докембрий, кот. простирается от 4 млрд. лет до 570 млн. лет, т.е. около 3,5 млрд. лет. Возраст древнейших известных сейчас пород превышает 4 млрд. лет.

9. Геохимическая классификация элементов В.М. Гольшмидта В основу положены : 1- распределение эл. между различными фазами метеоритов - разделение в ходе первичной ГХкой дифференциации З. 2- специфическое химическое сродство с теми или иными элементами (O, S, Fe), 3- строение электронных оболочек. Ведущие эл., слагающие метеориты, – O, Fe, Mg, Si, S. Метеориты состоят из трех главных фаз: 1) металл., 2) сульфидной, 3) силикатной. Все эл. распределяются между этими тремя фазами в соответствии с их относительным сродством к O, Fe и S. В классификации Гольдшмидта выделяются следующие группы эл.: 1) Сидерофильные (любящие железо) – металл. фаза метеоритов: эл., образующие с Fe сплавы произвольного состава - Fe, Co, Ni, все платиноиды (Ru, Rh, Pd, Pt, Re, Os, Ir), и Mo. Часто имеют самородное состояние. Это переходные элементы группы VIII и некоторые их соседи. Формируют внутреннее ядро З. 2) Халькофильные (любящие медь)- сульфидная фаза метеоритов: эл., образующие природные соед-я с S и ее аналогами Se и Te, имеют также сродство с As(мышьяк), иногда их называют (сульфурофильные). Легко переходят в самородное состояние. Это элементы побочных подгрупп I-II и главных подгрупп III- VI групп ПС с 4 по 6 период S. Наиболее известны – Сu, Zn, Pb, Hg, Sn, Bi, Au, Ag. Сидерофильные эл. – Ni, Co, Mo также могут быть халькофильными при большом кол-ве S. Fe в восстановительных условиях имеет сродство к S (FeS2). В современной модели З. эти металлы образуют внешнее, обогащенное серой, ядро З.

3) Литофильные (любящие камень) – силикатная фаза метеоритов: эл., имеющие сродство к O 2 (оксифильные). Образуют кислородные соединения - окислы, гидроокислы, соли кислородных кислот-силикаты. В соединениях с кислородом имеют 8-электронную внеш. оболочку. Это самая многочисленная группа из 54 элементов (С, распространенные петрогенные - Si, Al, Mg, Ca, Na, K, элементы семейства железа – Ti, V, Cr, Mn, редкие - Li, Be, B, Rb, Cs, Sr, Ba, Zr, Nb, Ta, REE, т.е. все остальные кроме атмофильных). В окислительных условиях железо оксифильно - Fe2O3. формируют мантию З. 4) Атмофильные (хар-но газообразное состояние) – матрикс хондритов: H, N инертные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) . Формируют атмосферу З. Так же есть такие группы: редкоземельные Y, щелочные, крупноионные литофильные элементы LILE (K, Rb, Cs, Ba, Sr), высокозарядные элементы или элементы с высокой силой поля HFSE (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Th). Некоторые определения эл.: петрогенные (породообразующие, главные) второстепенные, редкие, микроэлементы - с конц. не более 0,01%. рассеянные – микроэл. не образующие собственных минералов акцессорные - образуют акцессорные мин. рудные - образуют рудные мин.

10. Основные св-ва атомов и ионов, определяющие их поведение в природных системах . Орбитальные радиусы - радиусы максимумов радиальной плотности e – внеш. орбитали. Они отражают размеры атомов или ионов в свободном состоянии, т.е. вне хим. связи. Главным фактором, является e – структура эл., и чем больше e – оболочек тем больше размер. Для опред. размеров атомов или ионов важным способом явл. Опред. расстояния от центра одного атома до центра другого, кот. называется длиной связи. Для этого используют рентгеновские методы. В первом приближении атомы рассматриваются в виде сфер, и применяется “принцип аддитивности”, т.е. полагают, что межатомное расстояние складывается из суммы радиусов атомов или ионов, слагающих в-во. Тогда зная или принимая некоторую величину в качестве радиуса одного эл. можно рассчитать размеры всех других. Рассчитанный таким образом радиус называется эффективным радиусом . Координационное число - число атомов или ионов, расположенных в непосредственной близости вокруг рассматриваемого атома или иона. КЧ определяется отношением R k /R a: Валентность - количество e – , отданных или присоединенных атомом при образовании хим. связи. Потенциал ионизации - это энергия, необходимая для удаления e – из атома. Она зависит от строения атома и опред-ся экспериментально. Потенциал ионизации соответствует напряжению катодных лучей, которое достаточно для ионизации атома этого эл. Может быть несколько потенциалов ионизации, для нескольких e – удаляемых с внеш. e – оболочки. Отрыв каждого последующего e – требует большей энергии и не всегда может быть. Обычно используют потенциал ионизации 1го e – , кот. обнаруживает периодичность. На кривой потенциалов ионизации щелочные металлы, легко теряющие e – , занимают минимумы на кривой, инертные газы – вершины. С ростом атомного номера потенциалы ионизации увеличиваются в периоде и уменьшаются в группе. Обратной величиной является сродство кe – . Электроотрицательность - способность при вступлении в соединения притягивать e – . Наиболее электроотрицательны галогены, наименее - щелочные металлы. Электроотрицательность зависит от заряда ядра атома, валентности его в данном соединении и строения e – оболочек. Неоднократно делались попытки выразить ЭО в единицах энергии или в условных единицах. Величины ЭО закономерно изменяются по группам и периодам ПС. ЭО минимальны для щелочных металлов и возрастают к галогенам. У литофильных катионов ЭО уменьш. от Li к Cs и от Mg к Ba, т.е. с увел. ионного радиуса. У халькофильных эл. ЭО выше чем у литофильных из той же группы ПС. У анионов группы О и F ЭО уменьшается вниз по группе и следовательно она максимальна у этих эл. Эл. с резко различными значениями ЭО образуют соединения с ионным типом связи, а с близкими и высокими - с ковалентным, с близкими и низкими – металлическим типом связи. Ионный потенциал Картледжа (I)равен отношению валентности к R i , он отражает св-ва катионогенности или ионогенности. В.М.Гольшмидт показал, что св-ва катионогенности и анионогенности зависят от соотношения валентности (W) и R i для ионов типа благородных газов. Это отношение в 1928 г. К.Картледж назвал ионным потенциалом I. При малых значениях I эл. ведет себя как типичный металл и катион (щелочные и щелочноземельные металлы), а при больших - как типичный неметалл и анион (галогены). Эти соотношения удобно изображать графически. Диаграмма: ионный радиус - валентность. Величина ионного потенциала позволяет судить о подвижности эл. в водной среде. Эл. с низкими и высокими значениями I являются наиболее подвижными легко (c низкими - переходят в ионные растворы и мигрируют, с высокими – образуют комплексные растворимые ионы и мигрируют), а с промежуточными – инертные. Основные типы хим. связи, хар-р связи в основных группах минералов.Ионная – образ-ся вследствие притяжения ионов с противоположными зарядами. (с большой разницей в электроотрицательности) Ионная связь преобладает у большинства мин. ЗК - окислов и силикатов, это наиболее распространенный тип связи также в гидро- и атмосферах. Связь обеспечивает легкую диссоциацию ионов в расплавах, растворах, газах, благодаря чему происходит широкая миграция хим. Эл., их рассеяние и конц-ие в земных геосферах. Ковалентная – сущ. благодаря взаимодействию e – , используемых разными атомами. Типична для эл. с равной степенью притяжения e – , т.е. ЭО. Хар-на для жидких и газообразных в-в (H2O, Н2, O2, N2) и менее для кристалл. Ковалентной связью хар-тся сульфиды, родственные им соединения As, Sb, Te, а также моноэл. соединения неметаллов – графит, алмаз. Ковалентные соединения характеризуются слабой растворимостью. Металлическая - особый случай ковалентной связи, когда каждый атом разделяет свои e – со всеми соседними атомами. e – способны к свободным передвижениям. Типична для самородных металлов (Си, Fe, Ag, Au, Pt). Многие мин. обладают связью, кот. относится частично к ионной, частично к ковалентной. В сульфидных мин. максимально проявлена ковалентная связь, она имеет место между атомами металла и S а металлическая - между атомами металла (металл. блеск сульфидов). Поляризация - это эффект искажения e – облака аниона маленьким катионом с большой валентностью так, что маленький катион, притягивая к себе крупный анион, и уменьшает его эффективный R, сам входя в его e – облако. Таким образом, катион и анион не представляют собой правильные сферы, а катион вызывает деформацию аниона. Чем выше заряд катиона и меньше его размер тем сильнее действие поляризации. И чем больше размер аниона и его отрицательный заряд тем сильнее он поляризуется - деформируется. Литофильные катионы (с 8 эл. оболочками) вызывают меньшую поляризацию, чем ионы с достраивающимися оболочками (типа Fe). Халькофильные ионы с большими порядковыми номерами и высоковалентные вызывают наиболее сильную поляризацию. С этим связано образование комплексных соединений: 2- , , 2- , 2- , кот. растворимы и явл. главными переносчиками металлов в гидротермальных растворах.

11.Состояние(форма нахождения) эл. в природе. В ГХ выделяют: собственно мин. (кристалл. фазы), примеси в мин., различные формы рассеянного состояния; форма нахождения эл. в природе несет сведения о степени ионизации, хар-ре хим. связей эл. в фазах и т.п. В-во (эл.) находится в трех главных формах. Первая - конц-е атомы, образ. звезды различ. типов, газовые туманности, планеты, кометы, метеориты и косм. тв. частицы в-ва. Степень конц. В-ва во всех телах отличается. Наиболее рассеянные состояния атомов в газовых туманностях удерживаются гравитационными силами или находятся на грани их преодоления. Вторая - рассеянные атомы и молекулы, образ-е межзвездный и межгалактический газ, состоящий из свободных атомов, ионов, молекул, e – . Кол-во его в нашей Галактике значительно меньше, чем в-ва, которое сосредоточено в звездах и газовых туманностях. Межзвездный газ находится на различ. стадиях разреженности. Третья - интенсивно мигрирующие, летящие с громадной скоростью атомные ядра и элементарные частицы, составляющие космические лучи. В.И. Вернадский выделил главные четыре формы нахождения хим. Эл. в ЗК и на ее поверхности: 1.горные породы и минералы (твердые кристаллические фазы), 2.магмы, 3.рассеянное состояние, 4.живое в-во. Каждая из этих форм отличается особым состоянием их атомов. Сущ. и другое выделение форм нахождения эл. в природе, зависящие от конкретных св-в самих эл. А.И. Перельман выделил подвижные и инертные формы нахождения хим. Эл. в литосфере. По его определению, подвижная форма представляет собой такое состояние хим. Эл. в гп, почвах и рудах, находясь в кот. Эл. легко может переходить в р-р и мигрировать. Инертная форма представляет такое состояние в г.п., рудах, коре выветривания и почвах, в кот. Эл. в условиях данной обстановки обладает низкой миграционной способ-ю и не может переходить в р-р и мигрировать.

12.Внутренние факторы миграции .

Миграция - перемещение хим. Эл. в геосферах З, ведущее к их рассеянию или конц. Кларковые – средние конц. в главных типах гп ЗК каждого хим. Эл. можно рассматривать как состояние его равновесия в условиях данной хим. среды, отклонение от кот. постепенно сокращается путем миграции этого эл. В земных условиях миграция хим. Эл. происходит в любых средах – ТВ. и газообразной (диффузия), но легче в жидкой среде (в расплавах и водных р-рах). При этом формы миграции хим. Эл. также различны – они могут мигрировать в атомарной (газы, расплавы), ионной (растворы, расплавы), молекулярной (газы, р-ры, расплавы), коллоидной (р-ры) формах и, в виде обломочных частиц (воздушная и водная среда). А.И.Перельманом выделяется четыре вида миграции хим. Эл.: 1.механическая,2.физ.-хим., 3.биогенная, 4.техногенная. Важнейшие внутренние факторы : 1.Термические св-ва эл., т.е. их летучесть или тугоплавкость. Эл., имеющие T конденсации более 1400 o K названы тугоплавкими платиноиды, литофильные - Ca, Al, Ti, Ree, Zr, Ba, Sr, U, Th), от 1400 до 670 o K – умеренно летучими. [литофильные – Mg, Si (умеренно тугоплавкие), многие халькофильные, сидерофильный –Fe, Ni, Co ], < 670 o K – летучими (атмофильные). На основании этих св-в произошло разделение эл. по геосферам З. При магм. процессе в условиях высоких Т способность к миграции будет зависеть от возможности образования тугооплавких соединений и, нахождения в твердой фазе. 2. Хим. Св-ва эл. и их соединений. Атомы и ионы, обладающие слишком большими или слишком малыми R или q, обладают и повышенной способностью к миграции и перераспределению. Хим. Св-ва эл. и их соединений приобретают все большее значение по мере снижения T при миграции в водной среде. Для литофильных эл. с низким ионным потенциалом (Na, Ca, Mg) в р-рах хар-ны ионные соединения, обладающие высокой раствор-ю и высокими миграционными способностями. Эл. с высокими ионными потенциалами образуют растворимые комплексные анионы (С, S, N, B). При низких Т высокие миграционные способности газов обеспечиваются слабыми молекулярными связями их молекул. Рад. Св-ва, опред-ие изменение изотопного состава и появление ядер других эл.