Файл: Конспект подготовлен студентами, не проходил проф. Редактуру и может содержать ошибки. Следите за обновлениями на vk. Comteachinmsu.pdf

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
29
Рис. 10 Фазовая диаграмма мантии Земли
Источник информации – минеральные включения в алмазах.
Сопоставление содержания элементов между метеоритами, как первичным веществом, ультраосновными породами, базальтами и гранитами.
Распределение химических элементов в системе «ходриты» - дуниты мантии – базальты и граниты коры» (рис.11)
Рис. 11 Распределение химических элементов в системе «ходриты» - дуниты мантии – базальты и граниты коры»

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
30
Хондриты находятся между ультраосновными породами и базальтами.
Исходное вещество Земли, напоминающее нам метеориты – хондриты
Хондрит= мантия + кора
Хондритовая модель состава мантии. Его состав в качестве состава мантии Земли.
Такая модель использовалась долгое время. Но Земля прошла более сложный путь своего развития, есть существенные различия.
2 модель – модель пиролита. Модель мантии исходя из земных пород. Из мантии выплавляются базальты, то мы можем ультраосновные породы и базальты земли и смешать их в определенных пропорциях – пиролит = 3 части дунита + 1 часть базальта.
Ксенолиты. Укладываются в классификационный треугольник ультраосновных пород.
Рис. 12 Треугольник ультраосновных пород
Большая часть находится – максимум частоты встречаемости – от дунитов до лерцолитов (рис.12). Лерцолитовый состав мантии. Клинопироксен – важный минерал метосоматоза.
Сравнение состава силикатной части Земли с хондритами Cl
Cl
PM
K, ppm
566 240
U, ppm
0,0074 0,0203
Ir, ppm
0,474 0,0033
K/U
76486 11823
Ir/U
64 0,163

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
31
BSE – силикатная Земля (мантия + кора)
PM – примитивная мантия (мантия + кора, из которой еще не выплавилась земная кора)
Рис. 13 Содержание Fe и Mg в мантии
36
,5 процентов MgO в силикатной части Земли.
Рис. 14 Зависимость элементов от содержания магния в ксенолитах.
Мантия обеднена металлами, халькофильными и сидерофильными элементами. Та, часть мантии, которая подверглась плавлению, из нее выделились базальты и граниты – обедненная мантия. Некогерентные, несовместимые элементы – концентрация которых растет вместе с кремнеземом. Мантия обеднена летучими компонентами, так как при формировании Земли эти элементы испарились и солнечный ветер унес их.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
32

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
33
Лекция 7
Строение мантии Земли и образование Солнечной системы
(продолжение).
Мантия Земли
Предположение, что мантия устроена из слоев разной плотности. Слоистая модель.
Часть наблюдений не укладываются в эту модель. Невязки в описании сейсмических данных, возникают из-за того, что слои не одинаковые, есть вертикальное и латеральное изменение скоростей. Это связано с разной плотностью пород в мантии.
Далее стало возможно разбросать эти невязки на латеральную неоднородность и получить сейсмическую томографию, изучение латеральной неоднородности.
Результаты показали, что есть четко заметные зоны, связанные с зонами субдукции, где холодная океаническая литосфера погружается в мантию, она более плотная, так как холодная. Эта область тянется практически до ядра, где возникает слой D’’, имеющий более высокую плотность, отличается по структуре, структура уже не перовскита, а структура пост-первоскита. Это структура CaIO
3
. Конвекция в мантии представляется в виде погружения холодной океанической литосферы до ядра.
Основные механизмы плавления:
1 – большие массы нагретых пород поднимаются к поверхности и могут пересекать геотерму.
Рис. 15 Зависимость температуры плавления пород от давления

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
34
Принципиальные соотношения температур безводного солидуса перидотитов или базальтов, солидуса водонасыщенных пород земной коры и распределения температуры стандартной модели земной коры и верхней мантии и условия появления расплавов в ходе адиабатического подъема мантийного диапира (1) и адиабатического погружения блоков земной коры (2) (рис. 15). В зонах спрединга образуются базальты.
2- плавление при воздействии летучих компонентов. Растворение летучих компонентов в магматическом расплаве снижает температуру плавления в водонасыщенной системе, это приводит к пересечению геотермы и возникает плавление. Вода берется из зоны субдукции, где в составе погружающейся океанической коры присутствуют водосодержащие минералы. Вода меняет и положение эвтектики. Расплавы становятся более кислыми и глиноземистыми. Образуются андезиты, которые характерны для активных континентальных окраин.
В нижней мантии на границе с ядром также может происходить плавление. Верхнее ядро- жидкое, поэтому он очень эффективно передает энергию за счет конвекции. На границе мантии и ядра происходит нагрев пород. Если холодный слэб доходит до границы ядра, здесь фазовый переход из бриджмонита в пост-перовскит. С течением времени эта область прогревается, происходит обратный переход и частичное плавление вещества. Некогерентные магмафильные элементы могут проходить до ядра и провоцировать частичное плавление при прогреве этого вещества. Поэтому на ядре расположены пост-перовскитовые горы, которые прогреваются и дают началу глубинному нижнемантийному диапиру. Это вещество провоцирует образование земной коры или воздействует на континентальную земную кору – плюм. Образуется структура спрединга – в благоприятных условиях, если нет – траппы.
Узкие каналы, по которым вещество выходит на поверхность – горячие точки.
Океаническая кора движется, а структура, которая образует вулканизм остается на месте.
Происхождение Солнечной системы.
Около 5 млрд. лет тому назад протозвездное облако, из которого впоследствии родилось Солнце и планеты, представляло собой квазисферическое образование, состоящее на 75 % из водорода, 25% - из гелия, а на долю всех остальных элементов приходилось лишь незначительная часть массы облака.
Облако охлаждается за счет излучения, сжимается под действием собственной гравитации вещества, сопровождающимся нарастанием плотности в центре облака.
Рост плотности приводит к разогреву центральной части облака до сверхъестественных температур, когда возникло «включение» реакций термоядерного синтеза элементов.
При этом между гравитацией и давлением вещества в центральной части облака устанавливается баланс, характеризующий первую фазу формирования нашего Солнца.
В области ядра возникает зона аккреции вещества на центральное образование, приводящее к увеличению его массы. Выделяющаяся в результате сжатия ядра энергия формирует область сильной ионизации, расширяющуюся к периферии облака. Под

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
35 действием излучения вещество «выдувается» к периферии и собирается в плотную оболочку – пылевой кокон, простирающийся вплоть до внешней границы облака. При этом относительно слабое вращение протозвездного облака вначале сжатия, по мере формирования плотной центральной зоны будет усиливаться и приводить к сплющиванию всей системы в тороидальное образование.
Модель
1.
Баланс между гравитацией, давлением и вращением вещества приводит к образованию сначала толстого, а затем все более уплощающегося диска. Далее в диске происходит фрагментация вещества на сгустки пыли.
2.
Спустя примерно миллион лет пылеватые сгустки слипаются в компактные тела астероидных размеров, близким к пылевому физико - химическим составом.
3.
После этого 100 млн лет рой астероидов испытывает интенсивное перемешивание, сопровождающееся дроблением более крупных объектов и объединением (слипанием) мелких. Формируются зародыши планет земной группы.
4.
Затем примерно за 200 млн. лет сформировались планеты группы Юпитера, аккрецировав на себя газ, не вошедший в менее массивные планеты земной группы. Гравитационное взаимодействие – гравитационный резонанс.
5.
Ещё через 1 млрд. лет образуются самые удаленные от Солнца планеты –
Нептун и Плутон, завершающие процесс формирования солнечной системы как целого.
Аккреция Земли
•
Образование планетезималей размером с Луну или крупнее. Столкновение планетезмималей – формирование протопланет.
•
Формирование протоземли (60-90%) за счёт высокотемпературного, бедного летучими, богатого металлической фазой вещества из внутренних частей
Солнечной системы.
•
Отделение металлического ядра с сидерофильными элементами (Ni, Pt, Ir…)
•
На второй стадии поступило богатое летучими окисленное вещество из углекислых хондритов из внешних (холодных) частей. Солнечной системы.
Металлическая фаза окислилась водой, сидерофильные элементы остались в мантии.
•
Формирование земной коры, атмосферы, гидросферы. Земля не была полностью расплавленной.
Ранняя история Земли
Самое раннее вещество – белые включения в углистых хондритах. Самый высокотемпературный конденсат, который образовался из протопланетного облака, содержит следы вымершего изотопа
26
Al
, он конденсировался в большей степени, чем
Mg. Al распался, и Mg оказался в избытке. По этому избытку определили возраст. Эта

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
36 точка – нуль отсчета для всех систем в нашей Солнечной системы. Начало конденсации протопланетного облака.
Образование газового диска, с образованием самых распространенных газов – H, He.
Образуют солнце, остатки газов уходят на периферию. Образование более низкотемпературных – силикатных хондр, они слипаются, образуя дифференцированные и недифференцированные тела. Эти тела растут.
Образуется Марс, протоземля из общего вещества солнечной системы, образуя собственную изотопную систему.
Далее – гигантские столкновения между телами, подобными по размеру Луны, стали образовываться планеты, которые мы знаем, теряется первичная атмосфера Луна была выбита из протоземли при столкновении с большим телом, так как Луна изотопно близка к Земле. Выделение большого количества энергии. Возникновение магматического океана. Начальную однородную изотопную мантию можно получить с помощью магматического океана. В отсутствии атмосферы может существовать недолго. Чтобы он долго существовал, над ним должна быть плотная атмосфера, которая провоцирует парниковый эффект. Эта плотная атмосфера насыщает магматический океан летучими компонентами, чтобы образовалась вторичная атмосфера Земли. Скорее всего магматического океана не было, изотопные однородности существовали изначально.
Гравитационный резонанс между планетами- гигантами, остатки вещества сталкиваются с орбит, они бомбардируют Землю, образую позднюю тяжелую бомбардировку. Далее поступают кометы, которые образуют процесс поздней лакировки. Поступление летучих компонент на Землю.
Почему в мантии много сидерофильных элементов?
1.
Гетерогенная аккреция и поздняя добавка вещества
2.
Коэффициенты распределения при высоком давлении и при очень высокой температуре становятся ниже
3.
Неполное выделение ядра
4.
Равновесное распределение между сульфидом и силикатом
5.
Добавление материала к силикатной Земле при лунообразующем импакте
6.
Равновесное разделение при высоком давлении в океане на границе верхней/нижней мантии
Негеологическая история Земли.
Годей. Катархей.
4.55 млрд. лет (образование Земли) – 4.00 млрд. лет (точно)
•
Образование Луны
•
Образование земной коры
•
Формирование атмосферы и гидросферы