Возникновение основных околоповерхностных компонентов Земли (коры, океанов и атмосферы), эволюция их общего химического состава остаются предметами дискуссий, ведущихся учеными на протяжении почти столетия.
Все эти компоненты состоят из химических элементов, в своем большинстве имеющих стабильные и нестабильные изотопы (одинаковый заряд, но различные атомные массы). Так, для атома углерода существуют изотопы 12С, 13С, 14С. Для некоторых элементов существуют по пять и более изотопов.
Принято считать, что Вселенная возникла в один момент в результате огромного взрыва, обычно называемого Большим взрывом (bigbang). Астрономы до сих пор находят свидетельства этого взрыва, анализируя движения галактик и микроволновое фоновое излучение, происхождение которого приписывают первородной вспышке. Они утверждают, что галактики разбегаются с огромной скоростью, т.е. наша Вселенная продолжает расширяться. Следовательно, по мнению ученых, в какой-то момент времени Вселенная представляла собой сингулярность (бесконечно малый объем и бесконечно большая плотность), но что предшествовало этому, пока неизвестно.
В первые доли секунды после Большого взрыва было образовано ничтожно мало веществ. Минутами позже образовались водород, дейтерий (изотоп водорода) и гелий.
Более тяжелые элементы должны были ждать образования звезд и переработки этих газов внутри них. Такие элементы, как железо, могли возникнуть в ядрах молодых звезд, в то времякак гораздо более тяжелые — в звездах, которые оканчивали свое существование, превращаясь со взрывом в сверхновые. Водород (Н) и гелий (Не), в наибольшем количестве содержащиеся во Вселенной, представляют собой реликты, возникшие на самых ранних стадиях образования элементов. Именно процесс образования звезд определил характерное относительное содержание элементов в космосе (рис. 1).
|
|
Рис. 1. Содержание элементов в космосе
На рисунке относительное содержание элементов определяется как число атомов каждого элемента, приходящееся на 106’ атомов кремния, и откладывается в логарифмическом масштабе.
Литий (Li), бериллий (Be) и бор (В) не очень устойчивы внутри звезд, отсюда следует небольшое содержание этих элементов во Вселенной.
Углерод (С), азот (N) и кислород (О) образовались в результате продуктивного циклического процесса в звездах, что привело к их относительно большому содержанию.
Кремний (Si) довольно устойчив к фотодиссоциации (разложению светом) в звездах, поэтому он тоже достаточно распространен и доминирует в окружающем нас мире минералов.
Планеты Солнечной системы возникли, по-видимому, из дискообразного облака горячих газов, остатков взрыва сверхновой звезды. Сконденсировавшиеся пары образовали твердые частицы, объединившиеся в небольшие тела (планетезимали), в результате срастания которых появились плотные внутренние планеты (от Меркурия до Марса). Крупные внешние планеты, будучи удаленными от Солнца, состоят из газов меньшей плотности, конденсация которых происходила при гораздо более низких температурах.
Когда масса молодой Земли стала примерно равна современной, она нагрелась в основном за счет радиоактивного распада нестабильных изотопов целого ряда элементов и частично за счет энергии, выделявшейся при столкновениях планетезималей. В результате такого нагрева расплавились железо (Fe) и никель (Ni), а их высокая плотность позволила им погрузитьсяв центр планеты, образовав ядро. Последующее охлаждение способствовало затвердеванию оставшегося материала в виде мантии, состоящей в основном из оливинов [(Mg,Fe)2Si03].
|
|
Как видно из рис. 2, содержание кремния в коре выше по сравнению с мантией [1].
Рис. 2.Схематичный разрез Земли
Очевидно, что для создания из первородного хаоса Земли задействованы могучие силы природы. Неудивительно, что древние предки сопоставляли их со свершениями Богов. Даже образно невозможно представить происхождение Земли, картинки реальности наверняка превзошли бы самые смелые фантазии. Но по крупицам знаний, собираемым учеными, постепенно выстраивается целостная картина окружающего мира[3].
| Слайд 9 | |
| Слайд 10 |