Общая геохимическая характеристика Земли. Представления о химическом составе Земли.

КАМЕННЫЙ ЛЕС МАДАГАСКАРА

Геохимия в наши дни решает две крупные задачи: разработка общей концепции развития Земли, возникновения и эволюции во времени ее оболочек и объяснение механизмов движения химических элементов в различных геологических процессах, включая создание научных основ поисков месторождений полезных ископаемых. По существу, геохимической проблемой является также охрана окружающей среды с точки зрения поведения элементов в техногенных процессах.

Геохимия – наука, изучающая химический состав Земли, распространенность в ней химических элементов и их изотопов, закономерности распределения химических элементов в различных геосферах, законы поведения химических элементов в природных процессах. Основоположники геохимии – В.И. Вернадский (Россия), В.М. Гольдшмидт (Норвегия), Ф.У. Кларк (США), А.Е. Ферсман (Россия). Термин «геохимия» впервые (в 1838 г.) был использован К.Ф. Шёнбейном (Швейцария) для обозначения науки о химических процессах в земной коре, но общепризнанное значение получил после классических работ В.И. Вернадского [68]. Согласно В.И. Вернадскому, основным объектом геохимии являются химические элементы и их изотопы; предмет геохимии – геохимическая история химических элементов на нашей планете, которая сводится к их миграции – переносу, концентрированию (накоплению) и переходу элементов из одного состояния (формы нахождения) в другое.

Химический состав биосферы в разных местах земной поверхности закономерно различен и, как подчеркивал В.И. Вернадский [15], теснейшим образом связан с геологическим характером местности, с ее литологическим составом, со сгущениями разных форм жизни; живое вещество охватывает и регулирует в области биосферы все или почти все химические элементы. Геохимическая гетерогенность является характерной особенностью строения биосферы, основным ее проявлением. С геохимической точки зрения любые естественные образования – природный компонент, геологическое тело, ландшафт, экосистема – определяются, прежде всего, своим элементарным химическим составом, т. е. характерным только для них количественным распределением химических элементов. Главной силой, определяющей химический состав наружной оболочки земной коры, основой формирования и существования биосферы является живое вещество [71, 75], т. е., по В.И. Вернадскому, совокупность живых организмов, в данный момент существу- ющих в биосфере, выраженная в массе, элементарном химическом составе, мерах энергии и характере пространства, которое «в биосфере играет основную роль и по своей мощности ни с чем, ни с какой геологической силой не может быть сравниваемо по своей интенсивности и непрерывности во времени. В сущности, оно определяет все основные химические закономерности в биосфере, ее структуру» [15, с. 220].

Живое вещество есть планетное явление и является геологической функцией биосферы, от которой не может быть оторвано; живое вещество – могущественная геохимическая сила нашей планеты, а вызываемая ею биогенная миграция атомов представляет форму организованности первостепенного значения в строении биосферы. «В живом веществе создалась новая геологическая сила ума и техники, раньше на нашей планете небывалая, которая нам кажется беспредельной и, возможно, в будущем выходящей за пределы планеты» [13, с. 49]. Этой новой геологической силой является человечество, которое «как живое вещество, неразрывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки земли – с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту» [17, c. 237].

Химический состав Земли

Мантия и ядро, составляющие 99% объёма Земли, недоступны для непосредственного изучения. Породы, составляющие земную кору, не отвечают составу внутренних тел планеты, так как их плотность, даже по сравнению со средней плотностью Земли, слишком мала. Тем не менее общее представление о составе Земли благодаря исследованиям В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана и B. М. Гольдшмидта было сформировано уже в начале этого века.

Наша планета на 90 % состоит, по-видимому, из четырёх (железо, кислород, кремний, магний) и на 98 % — из восьми химических элементов: вышеназванные четыре плюс никель, кальций, сера и алюминий. На долю всех остальных элементов приходится лишь 2 % от общей массы Земли.

Это представление базируется на сопоставлении расчётных физических свойств внутренних оболочек со свойствами различных видов земных пород и отдельных минералов при лабораторных экспериментах с высокими давлениями и температурами, а также на аналогиях с химическим составом метеоритов. Существуют два основных класса метеоритов: один составляют железные, другой — каменные метеориты. Железные метеориты (или сидериты) состоят главным образом из сплавов железа (90 %) с никелем. От общего числа собранных на Земле метеоритов их доля составляет примерно 10 %. Каменные метеориты (аэролиты) состоят из силикатов. Они делятся на две группы:

1 — хондриты, содержащие мелкие округлые зерна (хондры) силикатного (пироксенового, оливинового, смешанного) состава, взвешенные в тонкозернистой массе того же силикатного вещества;

2 — ахондриты, не содержащие хондр. Хондриты имеют преимущественное распространение. Их доля достигает 90 % от общего числа аэролитов. Минеральный состав хондритов подобен составу ультраосновных горных пород, %: оливин — 46, пироксены — 25, плагиоклазы — 11, железо-никелевые компоненты — 12. Существование двух основных классов метеоритов означает, что породившие их материнские тела состояли главным образом из силикатов и железо-никелевых сплавов. Причём силикатные и железо-никелевые массы были обособленны друг от друга: железо-никелевые массы, как более плотные, вероятно, концентрировались в центре тел, а силикаты составляли оболочки.

По аналогии с этим можно предполагать, что Земля также имеет железо-никелевое ядро и мантию, по составу близкую к хондритам. Плотности внутренних масс Земли, установленные геофизическими исследованиями, этому предположению не противоречат. Вопрос о времени разделения первичного космического вещества на силикатную и железо-никелевую фазы до сих пор остаётся дискуссионным.

Сейчас господствует точка зрения, что в момент своего рождения наша планета представляла собой квазиоднородное тело, а её расслоение на оболочки и обособление ядра произошло значительно позднее, причём эти процессы протекали с умеренной скоростью. Разогрев планеты, обусловивший дифференциацию первичного вещества, нарастал постепенно. Земной шар, видимо, никогда не был полностью расплавлен. Если бы такое случилось хотя бы на недолгое время, то дифференциация первичного вещества завершилась бы именно в эту жидкую стадию. Между тем магматические явления, наиболее ярко отражающие дифференциацию и разделение глубинного вещества по удельному весу, имели место на продолжении всей длительной (более 3.5 млрд. лет) геологической истории Земли (Проблемы эволюции..., 1986) и весьма энергично продолжаются в настоящее время. Несомненно, что дифференциация ещё далека от завершения.

Поэтому допускается, что в нижней мантии до сих пор сохраняется исходный средний состав Земли, близкий к хондритовому, и что отделение от неё относительно более лёгких масс, всплывающих вверх, и более тяжёлых масс, погружающихся вниз, является тем энергетическим источником, за счёт которого питаются все эндогенные процессы и поддерживается тектоническая активность Земли на продолжении всей её жизни.

*(Ботт, 1974; Белоусов, 1975; Ушаков, 1974).

Назад//Назад к оглавлению//Вперёд

2 комментария к “Общая геохимическая характеристика Земли. Представления о химическом составе Земли.

  1. Павел

    Геохимия (Химия Земли, от др.-греч. ?? «Земля» + химия ) — наука о химическом составе Земли и планет, законах распределения и движения элементов и изотопов в различных геологических средах, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

  2. Анна

    Спасибо за предоставление информации, можете прямо сейчас посетить

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>