|
Конспект лекций, прочитанных в ГЕОХИ РАН в зимнем семестре 2003-2004 г.
Содержание
1. Самым распространенным типом метеоритов являются хондриты, которые отличаются комплексом химических и структурных признаков, заставляющих считать их вещество <примитивным>, не прошедшим стадии планетной дифференциации.
2. Особое место среди хондритов занимают CI-хондриты, атомная распространенность всех, кроме сильно летучих (H, He, Ne, Ar, Kr, Xe), элементов в них практически тождественна солнечной; это позволяет рассматривать вещество CI-хондритов предста-вительным образцом нелетучей фракции протопланетного вещества Солнечной системы.
3. Формирование твердых фаз протопланетного вещества Солнечной системы сопровождалось фракционированием химических элементов в соответствии с относительной термодинамической устойчивостью различных типов их соединений [геохимическая классификация элементов Гольдшмидта (Goldschmidt, 1924)]; законы распределения химических элементов по принципиальным типам соединений контролируют форму нахождения химических элементов в протопланетном вещества и предопределяют их поведение в процессах формирования и на начальных стадиях дифференциации планет; распределение химических элементов зависит от строения электронных оболочек атомов (Goldschmidt, 1930).
4. Итогом космохимической эволюции протопланетного вещества является формирование четырех типов фаз - газообразной и трех твердых: кислородных соединений (силикатов и окислов), сульфидов (троилит и некоторые более редкие сульфиды) и металла; их пропорции и химический состав задаются космической распространенностью химических элементов и фундаментальными законами термодинамики, предопредляющими направленность обменных реакций при буферной роли соединений Fe. Варьируя пропорции этих фаз в составе планет Солнечной системы, можно построить модели их внутреннего строения, согласующиеся с наблюдаемыми физическими свойствами планет.
5. Классические данные по изотопному составу Pb и новые данные по изотопному составу W, Os в металлической фазе и троилите железных метеоритов показывают, что разделение на фазы произошло уже во время формирования твердой фракции протопланетного вещества 4.55 млрд. лет назад и не имеет никакого отношения ни ко времени, ни к механизму образования ядер планет земной группы.
6. Основной процесс, который привел к формированию твердой фракции протопланетного вещества, сопровождался фракционированием химических элементов по летучести; ничтожная распространенность на Земле и других телах земного типа сильно летучих тяжелых (Ne-Xe) благородных газов служит доказательством формирования планет земной группы в результате аккреции твердой компоненты протопланетного облака (Urey, 1952; Виноградов, 1959).
7. Главными продуктами планетной дифференциации рассматриваются базальты кор планет земной группы; все известные базальты Земли, Луны, Марса, родительского тела базальтических метеоритов обогащены относительно примитивного вещества так называемыми "легкоплавкими" элементами, что является доказательством формирования базальтов в результате частичного или зонного плавления первичного вещества планет (Goldschmidt, 1930; - Виноградов, 1959). Однако по ряду геохимических параметров базальты разных тел земной группы отличаются друг от друга и не могут быть получены как продукты выплавления глубинного вещества одного и того же состава; это является основанием предполагать вариации состава протопланетного вещества, оказывающимся несколько различным для разных планет, и лишает возможности использовать конкретно состав того или иного типа хондритов как представителя вещества Земли; различные типы хондритов, а также гипотетическое протопланетное вещество планет земной группы представляют собой некоторые фракции протопланетного вещества Солнечной системы, но средний его состав, т. е. состав того примитивного материала Солнечной системы, продуктами дифференциации которого являются эти фракции, может быть принят тождественным среднему составу CI-хондритов; распространенность химических элементов в CI-хондритах целесообразно принять в качестве начальной точки геохимической эволюции планет земной группы в ходе их формирования и дальнейшей геологической истории.
Табл. 7. Классификация метеоритов (2000 г.)
Табл. 8. Распространенность элементов в CI -хондритах ( Anders , Grevesse , 1989). |
Рис. 8. Распространенность химических элементов (число атомов ni на 106 атомов Si ) в CI-хондритах (Anders, Grevesse, 1989) |
 
Рис. 9. Соотношения распространенности химических элементов (число атомов n i на 106 атомов Si ) на Солнце ( ns ) и в углистых ( CI ) хондритах ( n CI ) |
Рис. 10. Диаграмма Прайора - соотношение содержаний окисленного и восстановленного Fe - для хондритов |
Рис. 11. Взаимосвязь железистости силикатной фракции и величины отношения Ni / Fe в металлической фазе обыкновенных хондритов (на верхнем графике показана общая корреляция для всех обыкновенных хондритов, на нижнем - для H-, L- и LL-групп в отдельности) |
 
Рис. 12. Взаимосвязь величины отношения Mn/Fe в силикатной фракции и величины отношения Ni/Fe в металлической фазе обыкновенных хондритов (на первом графике показана общая корреляция для всех обыкновенных хондритов, на втором - для H-, L- и LL-групп в отдельности). |
Рис. 13. Распространенность химических элементов (число атомов ni на 106 атомов Si) в EH-, H-, L-, LL-хондритах (Wasson, Kallemeyn, 1988), нормированная по CI хондритам (символами отмечены наиболее характерные элементы) |
Табл. 9. Геохимическая классификация химических элементов В.М. Гольдшмидта
Табл. 10. Твердые фазы протопланетного вещества (2000 г.). |
Табл. 11. Геохимические особенности базальтов Земли, Луны и родительских тел шерготтитов (Марс ?) и эвкритов
Табл. 12. Пропорция основных газов атмосфер Земли, Венеры (Планета Венера, 1989) и Марса (Сидоров, Золотов, 1989). |
1. Понимание обстановки и условий формирования твердой фракции протопланетного вещества (вещества-предшественника хондр и хондритов) и оценка ее первичной и вторичности химической и изотопной гетерогенности.
2. Понимание генетической связи разных типов хондритов как представителей "примитивного" вещества Солнечной системы и их отношения к веществу CI -хондритов.
3. Понимание природы связи разных типов дифференцированных метеоритов и их изотопной гетерогенности как основа понимания причин и механизмов, которые привели к вариациям среднего состава вещества планет земной группы и родительских тел метеоритов, и как путь к корректной оценке среднего химического состава Земли.
4. Обоснование возможности (или невозможности) систематической дифференциации протопланетного вещества в процессах аккреции как путь к оценке возможной неоднородности (локальной и глобальной) вещества первичной Земли.
<<Назад Содержание Вперед>>
|
