А.А. Ярошевский. Проблемы современной геохимии.

Конспект лекций, прочитанных в ГЕОХИ РАН в зимнем семестре 2003-2004 г.

Содержание

Распространенность химических элементов в природе

Основные идеи:

1. Все доступное для исследования вещество состоит из одних и тех же химических элементов; их количественные соотношения (распространенность), в пределах порядка величины, практически одинаковы (Вернадский, 1926).

2. Распространенность химических элементов в природе подчиняется следующим основным эмпирическим правилам:

• распространенность уменьшается с ростом заряда ядра;
• зависимость распространенности элементов от заряда ядра имеет две ветви - крутую для легких элементов (до Cu, Zn) и значительно более пологую для более тяжелых;
• четные химические элементы распространены больше, чем их нечетные соседи (<правило Оддо-Гаркинса>) (исключения - H, He, а также Li, Be, B);
• наблюдаются отчетливые максимумы на кривой распространенности элементов группы Fe (Cr, Mn, Fe, Co, Ni), а также менее выраженные в области Xe-Ba, Pt и Pb;
• наблюдается резко пониженная распространенность Li, Be, B.

3. Космическая распространенность химических элементов определяется стабильностью ядер атомов (Вернадский, 1921, Goldschmidt, 1930).

4. Химические элементы образуются в ходе ядерных процессов (процессов нуклео-синтеза), протекающих на разных стадиях эволюции Вселенной (Gamov, 1939, 1946; Alpher, Bethe, Gamov, 1948; Чердынцев, 1956; E.Burbidge, G.Burbidge, Fowler, Hoyle, 1957; Fowler, 1985).

5. Солнце как звезда второго поколения, принадлежащая к Главной последовательности, может служить хорошим представителем основной массы видимого вещества Вселенной.

6. Вещество звезд второго и более поздних поколений, рассеянной материи (газо-пылевых туманностей), планетных систем является, с точки зрения происхождения химических элементов, гетерогенным, представляя собой смесь продуктов ядерных реакций, протекавших на разных стадиях предшествующей истории; последний этап нуклеосинтеза в районе Солнечной системы произошел <незадолго> (за 200 - 400 млн. лет) до формирования твердой фракции ее вещества (4.55 млрд. лет назад).

7. Процессы смешения продуктов нуклеосинтеза оказываются в высшей степени эффективными и приводят к тому, что в главной своей массе протопланетное вещество Солнечной системы достаточно хорошо перемешено и характеризуется весьма однород-ным изотопным составом; но при этом некоторая (очень небольшая по массе) фракция метеоритного вещества отличается изотопными <аномалиями>, прямыми <свидетелями> гетерогенности нуклеосинтеза.

Фактический материал

Рис.1 Диаграмма N-Z для 286 естественных изотопов. Светлые кружки - радиоактивные изотопы	Таблица 1. Геохимически значимые естественные радиоактивные изотопы Табл. 2. Накопление в веществе Солнечной системы некоторых радиогенных изотопов Табл. 3. Некоторые <вымершие> изотопы в Солнечной системе Табл. 4. Количество естественных изотопов с четными и нечетными числами протонов и нейтронов в ядрах атомов и количество изотопов с массовыми числами разной кратности (q) четырем	Рис. 2. Диаграмма Герцшпрунга - Рассела (<цвет - светимость>) для звезд окрестностей Солнца
Рис. 3. Распространенность нуклидов (изотопов, число атомов ni на 106 атомов 28Si) в Солнечной системе в зависимости от массового числа изотопов (Anders-Grevesse, 1989).	Рис. 4. Примеры распространенности изотопов соседних четных и нечетных элементов.	Табл. 5. Распространенность элементов в фотосфере Солнца (Anders, Grevesse, 1989)
Рис. 6. Зависимость изотопного состава U от времени.	Рис. 7. Диаграмма δ18O-δ17O для различных типов хондритов	Табл. 6. Изотопные аномалии в метеоритах, обусловленные локальными процессами нуклеосинтеза

Проблемы:

Научная проблематика ушла в область астрофизики; геохимические данные послужили фактологической базой для постановки и решения этих проблем.

1. Расшифровка природы и состава <скрытой массы> Вселенной.

2. Конкретизация эволюции звезд различного типа и различных поколений в связи с их химическим составом.

3. Возможность существования тяжелых трансурановых элементов и их вклад в на-блюдаемый состав вещества Вселенной.

4. Конкретизация процессов формирования Li, Be, B.

<<Назад Содержание Вперед>>