Файл: Конспект подготовлен студентами, не проходил проф. Редактуру и может содержать ошибки. Следите за обновлениями на vk. Comteachinmsu.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 159
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Космическая распространенность элементов
Распространенность – среднее арифметическое содержание элемента в объекте.
Единицы измерения:
•
Массовые (10
-2
)
•
Безразмерные
•
Часть на миллион ppm (10
-6
)
•
Промилле (10
-3
)
•
Часть на миллиард ppb (10
-9
)
•
Нормированные
•
Объемные
Изучение вещества, из которого состоит наша планета.
До 1940-х годов думали, что состав Вселенной одинаковый. В солнечной системе сосредоточена основная масса вещества – солнце, которое светит. Спектр солнца – спектр излучения абсолютно черного тела с характеристической температурой около
6000К. В нем наблюдается множество темных фраунгоферовых линий. Фраунгофер был первым, кто описал темные линии на фоне непрерывного спектра в 1814 году.
Для того, чтобы понять, как получаются темные полосы, необходимо представить, как устроена верхняя часть солнца. В нем происходят конвективные потоки, верхние оболочки солнца непрозрачные, поэтому перенос энергии происходит при помощи конвекционных ячеек, которые образуют на поверхности солнца конвективную структуру – грануляцию, состоящую из отдельных небольших конвективных ячеек и образующих сложную структуру, которая формируется под воздействием магнита.
Солнце не диполь, у него нет магнитных полюсов. Магнитное поле солнца связано с плазмой, и движущиеся потоки плазмы формируют магнитные поля. Магнитное поле солнца – это петли, которые всплывают к поверхности, образуют протуберанцы, которые выбрасывают вещество с огромной скоростью в окружающее пространство, оно долетает до Земли и производит магнитные бури.
Там, где кольцо выходит с поверхности солнца за счет испарения вещества, температура падает, получается пятно – область более низких температур, но температура той плазмы, оказывается в петле более высокой и превышает миллионы кельвинов. Такая сложная структура приводит к тому, что тот свет, который мы видим излучает поверхность солнца – фотосфера, н над ней находится область ионизированного газа. Возбужденные атомы газа поглощают характеристическое излучение. Имеем атомную адсорбцию размером с солнце. Таким образом, внешние
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
10 оболочки солнца, где происходит возбуждение или комбинация атомов, и составляет ту самую область, где формируются фраунгоферовы линии.
Расшифровка спектра и измерение интенсивности линий поглощения.
Интенсивность линий связана с концентрацией элемента в этом газе. Концентрации элементов вычисляются через потемнение фотопластинки в относительных величинах: n
i
=C
i
/10 6
атомов Si.
Зависимость распространенности элемента от порядкового номера.
Рис. 1 Зависимость распространенности элемента от порядкового номера
1)
Элементы имеют разную распространенность
2)
Есть 2 элемента с порядковым номером 1 и 2, которые распространены больше всего (H и He)
3)
Далее видна тенденция уменьшения распространенности с увеличением порядкового номера. Сначала тенденция более быстрая, затем замедляется и становится практически горизонтальной.
4)
Существуют отклонения:
- после He следующих элементов аномально мало – это Li, Be, B – минимум
- максимум – Fe, Ni – аномально много по сравнению с другими элементами
5) Четные элементы распространены больше, чем их нечетные соседи.
Исключение – водород.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
11
Закономерности распределения изотопов
Классификация ядер возможна 3мя путями:
1)
Изотопы - ядра с одинаковым зарядом и разной массой
2)
Изобары - ядра с одинаковой массой
3)
Изоплеты - ядра с одинаковым количеством нейтронов
Изотопы важны в геохимии, так как химические свойства элемента определяются электронной оболочкой, которая определяется зарядом ядра.
Рис.2 Диаграмма нейтронно-протонная
Нейтроны стабилизируют ядро. Более тяжелые изотопы более радиоактивны. Чем дальше радиоактивные изотопы от линии стабильности, тем меньше у них период полураспада (рис. 2).
Первые закономерности распределения изотопов были выведены Ферсманом.
Правило 4q
Массовое число
Число изотопов
Распространенность в земной коре
4q
86 89,5%
4q+1 53 2,9%
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
12
В земной коре больше элементов, чьё массовое число кратно 4.
4
Не,
12
C,
16
O,
24
Mg,
28
Si,
36
Ar, …,
56
Fe.
Правило Оддо-Харкинса: четные изотопы распространены больше, чем нечетные
Z
N
Стабильные изотопы
Четные
Четные
165
Четные
Нечетные
55
Нечетные четные
51
Нечетные
Нечетные
5
Космологический нуклеогенез
Первый элемент, возникший в процессе большого взрыва – H (протон – 1 сек), затем в меньших количествах
4
He - 3 мин и немного
7
Li.
Через 700000 лет появились электроны вблизи ядер, образуя атомы. H, He, Li-единственные элементы в первых звездах.
Ранняя вселенная не содержала в себе тяжелых элементов и металлов. Следующий этап происходил внутри звёзд-слияние некоторых элементов с образованием тяжелых элементов. В холодных звездах появляются спектры молекулярных элементов.
Рис.3 Диаграмма Рассела- Герцшпрунга
Чем больше масса, тем сильнее светит звезда. Рассмотрим светило, которое в 10 раз по массе больше солнца. Если в 1 место соберем H, He, Li, то в недрах такого скопления начнется термоядерная реакция (горение водорода).
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
13
Водородное горение – 10-20*10 6
К, плотность 6 г/см
3
. Синтезируется
4
He
•
1
H+
1
H=
2
D+e
+
+v(
нейтрино)
•
2
D+
1
H=
3
He+γ
•
3
He+
3
He=
4
He+2 1
H
Далее начинается гелиевое горение: 10 8
К, 10 4
г/см3. Синтезируются
12
С,
16
О,
20
Ne,
24
Mg.
Li, Be, B не появляются.
Углеродное горение T=8*10 8
K.
Появляются
23
Na,
20
Ne,
28
Si
12
C+
12
C=
20
Ne+
4
He+
γ
Неоновое горение T=1*5*10 9
K – O, Mg
Кислородное горение T=2*10 9
K синтез
28
Si
, появляются
32
S,
31
P.
Кремниевое горение или Е-процесс (выделяется энергия, так как масса образования ядра (более тяжелого) оказывается не равна сумме масс продуктов реакции): T=3*10 9
K элементы группы железа.
Выделение энергии возможно только до железа (рис. 4). Более тяжелые чем Fe элементы получаются за счет реакции захвата нейтронов. Нейтроны появляются еще на стадии гелиевого и даже водородного горения.
13
С+
4
He=
16
O+n
Рис 4. Образование элементов до Fe
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
14
Лекция 3
Химический состав метеоритов
Состав Земли сильно отличается от состава солнца. На солнце самые распространённые элементы H, He. Земля имеет слишком маленькое гравитационное поле, чтобы удержать эти легкие газы. Земля относится к каменным планетам и имеет другой состав. Необходим новый источник. Это метеориты.
Метеориты-камни, которые падают с неба и достигают поверхности Земли. Это не единственный приток внеземного вещества на Землю. 2 главных источника. Это пыль с характеристическим размером 150 мк, с большими скоростями, представляющие собой хвосты комет. И Объекты больших размеров астероидного происхождения – обломки астероидов – куски камня, размером несколько м, метеориты.
Космическое вещество:
- оседает в виде частиц пыли (в Тихом океане)
- вызывает свечение, появление ионизованных следов, пыли и паров вещества при абляции и фрагментации, спорадических слоев металлов (метеоры, болиды)
- метеориты и метеоритные поля рассеивания
- кратеры, плюмы (возмущение атмосферы)
Наша планета с момента своего образования и до наших дней в течение уже 4,5 млрд лет при движении вокруг солнца испытывает столкновение с разными космическими телами. Бывают микрометеориты и крупные метеориты.
Частицы межпланетной пыли и микрометеориты:
•
Собираются в стратосфере (17-19 км) и на орбите
•
Скорость 11-35 км/с, D=2-50 мкм, тормозятся на высотах 120-80 км
•
Астероидного и кометного происхождения
•
Собираются во льдах, донных отложениях
•
В основном – сферические частицы со следами нагрева и плавления (>70-90%)
Виды метеоритов
Метеоры - объекты, которые не достигают поверхности и сгорают в атмосфере.
Метеорные потоки - остатки комет. Подавляющее большинство метеоритов поступили на Землю из астероидного пояса. В то же время среди метеоритов были идентифицированы фрагменты пород Луны и Марса.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
15
Метеориты падения - наблюдаем болид-оптическое явление в атмосфере. Падениями считаются метеориты, собранные сразу же после наблюдавшегося торможения метеоритного тела в земной атмосфере.
Метеорит находки – те метеориты, падение которых не наблюдалось. Большинство метеоритов в коллекциях-находки. Каменные метеориты можно спутать с земными породами, они часто остаются незамеченными. Процент каменных метеоритов среди находок заметно ниже, чем среди падений. Железные метеориты легче опознаются, дольше сохраняются в земных условиях и могут быть найдены не только на поверхности, но и в почве на глубине при помощи металлоискателей. Hoba- крупнейший из найденных метеоритов. Также является самым большим на Земле куском железа природного происхождения. Масса - 60 тонн.
Основные классы метеоритов
По составу:
Метеориты
•
Железные (или сидериты) состоят главным образом из металла (никелистое железо)
•
Каменные (или аэролиты) состоят из силикатов (оливина и пироксена) с небольшим количеством металла.
•
Железокаменные (или сидеролиты) – содержат много металла и силикатов.
Статистика на 1970 год:
Находок
Падений
Железные
553 (90%)
45
Железокаменные
64 15
Ахондриты
11 50
Хондриты
323 596(90%)
951 706
Железные
Железокаменные
Каменные
Хондриты
Ахондриты
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
16
Где ищут внеземное вещество? Где мало камней – ледники Антарктиды, пустыни.
Первый металл, который использовали люди- метеоритное железо. Железные метеориты, как более теплоемкие тела, падают на лед, проплавляют его и находятся на некоторой глубине. Они концентрируются во внутренних областях абляции ледника. В
Антарктиде очень сухо, поэтому испарение льда (сублимация) превосходит выпадение осадков, поэтому образуются зоны абляции и затем морены, они характерны образованиям голубого льда, где в прозрачном льду можно было увидеть метеориты.
Самый распространенный тип падений, который отвечает правильному распределению метеоритов – хондриты. Они делятся на несколько категорий, самые распространенные
– обыкновенные хондриты. Далее – углистые хондриты, более редкий тип метеоритов.
Классификация метеоритов происходит не по признаку минерального состава, а по принципу дифференцируемости вещества. Делятся на дифференцированные (железные, железокаменные, ахондриты) и недифференцированные(хондриты).
Железокаменные в зависимости от того какие силикаты находятся в них, делятся на полоситы (оливин, пироксен и металлическая фаза) и мезосидериты. Железные метеориты делятся на много классов, это разделение отражает их дифференциацию и зависит от содержания элементов-примесей (Ni, Ge, Ga), которые показывают, что железные метеориты образуют несколько трендов дифференциации, они позволяют судить, что они образовались из нескольких небесных тел, примерно 20 штук.
Состав метеоритов
В метеоритах присутствуют:
•
Металлическая фаза – сплав Fe и Ni, в этом сплаве наблюдается структура распада и присутствует 2 фазы – тенит (Fe-Ni сплав, в котором Ni (20-30%)), камасит Fe-Ni сплав, Ni 1-3%). В среднем Ni 8%.
•
Самородная фаза – Au, Pt- иды, Cu, Sn.
•
Примеси – Co, Si, Ga, Ge.
•
Сульфидная фаза – троилит (FeS), халькопирит (CuFeS
2
), PbS, ZnS, CaS
(не встречается на Земле из-за воды), MgS, FeCr
2
S
4
•
Кислородные соединения – Ol, Opx, Pl, Cpx
•
Хромит, апатит
•
Редко – CaCO
3
, сульфаты
•
Очень редко – хлорит, серпентин, магнитит
•
Только в метеоритах: Fe3P – штрейберзит
•
В энстатитовых хондритах – TiN3, SiON
• SiC – муасонит, Fe
2
C – когенит
•
В углистых хондритах – углистое вещество – органическое, графит
Железные метеориты. Структура распада тенита и камасита. Структуры распада повторяют кристаллохимические очертания и могут быть по октаэдру или тетраэдру – октаэдриты и тетраэдриты.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
17
•
Медленная кристаллизация. Время остывания железных метеоритов 1-2 градуса за миллион лет.
•
Обломки более крупных тел, размером меньше, чем планеты
•
Признаки сепарации металлической фазы-ядер планетезималей – зародыши планет. Найдено около 20 разновидностей железных метеоритов, отвечающих разным планетезималям.
•
Дифференциация на металлическую и силикатную фазу. Дифференциация произошла, из-за гравитации, так как металлическая фаза тяжелее.
Изучение железных метеоритов дает нам ключ к пониманию геохимии ядра
Земли.
Хондриты
•
Хондриты – самый главный тип метеоритов, у них есть хондры – такие выделения, размером 0,2 – 0,3 мм и более, сцементированы матрицей из обломков тез же хондр. Хондриты – капельки раскристаллизованного стекла.
•
Хондры сложены минералами, характерными для метеоритов. Могут содержать металлическую и сульфидную фазы. Могут содержать Ol, Px, камасит, стекло. В хондрах образуются скелетные кристаллы, что показывает образование таких кристаллов, когда возникают такие кристаллы. Это быстрая кристаллизация при сильном охлаждении.
•
Хондры несут на себе следы быстрого охлаждения и сильного нагрева с плавлением вещества, представляют собой капельки расплава, летающие в космосе. Эти шарики были самостоятельными небесными телами. Далее они сцементировались и образовали крупные объекты, обломки которых называются метеоритами.
•
Происхождение - конденсация протопланетного облака при снижении температуры, из газовой фазы выпадают капельки расплава, которые летают в космосе – волна увеличения плотности, приводит к соединению капелек в одно целое.
•
Не имеют аналогов на Земле
•
Хондриты малоплотные, пористые. Формировались в отсутствии сильных гравитационных полей.
•
Выделяется 1 класс – углистые хондриты
Углистые хондриты
В углистых хондритах хондр почти нет, образуют кусок цемента, цементируя отдельные включения. Особенность – в максимальной степени содержат летучие компоненты и содержат мало металлов.
•
Редкий тип метеоритов
•
Имеют специфическую минералогию – хлорит, кальцит, серпентин, магнетит.
То есть окисленные и богатые летучими.
Распространенность – среднее арифметическое содержание элемента в объекте.
Единицы измерения:
•
Массовые (10
-2
)
•
Безразмерные
•
Часть на миллион ppm (10
-6
)
•
Промилле (10
-3
)
•
Часть на миллиард ppb (10
-9
)
•
Нормированные
•
Объемные
Изучение вещества, из которого состоит наша планета.
До 1940-х годов думали, что состав Вселенной одинаковый. В солнечной системе сосредоточена основная масса вещества – солнце, которое светит. Спектр солнца – спектр излучения абсолютно черного тела с характеристической температурой около
6000К. В нем наблюдается множество темных фраунгоферовых линий. Фраунгофер был первым, кто описал темные линии на фоне непрерывного спектра в 1814 году.
Для того, чтобы понять, как получаются темные полосы, необходимо представить, как устроена верхняя часть солнца. В нем происходят конвективные потоки, верхние оболочки солнца непрозрачные, поэтому перенос энергии происходит при помощи конвекционных ячеек, которые образуют на поверхности солнца конвективную структуру – грануляцию, состоящую из отдельных небольших конвективных ячеек и образующих сложную структуру, которая формируется под воздействием магнита.
Солнце не диполь, у него нет магнитных полюсов. Магнитное поле солнца связано с плазмой, и движущиеся потоки плазмы формируют магнитные поля. Магнитное поле солнца – это петли, которые всплывают к поверхности, образуют протуберанцы, которые выбрасывают вещество с огромной скоростью в окружающее пространство, оно долетает до Земли и производит магнитные бури.
Там, где кольцо выходит с поверхности солнца за счет испарения вещества, температура падает, получается пятно – область более низких температур, но температура той плазмы, оказывается в петле более высокой и превышает миллионы кельвинов. Такая сложная структура приводит к тому, что тот свет, который мы видим излучает поверхность солнца – фотосфера, н над ней находится область ионизированного газа. Возбужденные атомы газа поглощают характеристическое излучение. Имеем атомную адсорбцию размером с солнце. Таким образом, внешние
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
10 оболочки солнца, где происходит возбуждение или комбинация атомов, и составляет ту самую область, где формируются фраунгоферовы линии.
Расшифровка спектра и измерение интенсивности линий поглощения.
Интенсивность линий связана с концентрацией элемента в этом газе. Концентрации элементов вычисляются через потемнение фотопластинки в относительных величинах: n
i
=C
i
/10 6
атомов Si.
Зависимость распространенности элемента от порядкового номера.
Рис. 1 Зависимость распространенности элемента от порядкового номера
1)
Элементы имеют разную распространенность
2)
Есть 2 элемента с порядковым номером 1 и 2, которые распространены больше всего (H и He)
3)
Далее видна тенденция уменьшения распространенности с увеличением порядкового номера. Сначала тенденция более быстрая, затем замедляется и становится практически горизонтальной.
4)
Существуют отклонения:
- после He следующих элементов аномально мало – это Li, Be, B – минимум
- максимум – Fe, Ni – аномально много по сравнению с другими элементами
5) Четные элементы распространены больше, чем их нечетные соседи.
Исключение – водород.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
11
Закономерности распределения изотопов
Классификация ядер возможна 3мя путями:
1)
Изотопы - ядра с одинаковым зарядом и разной массой
2)
Изобары - ядра с одинаковой массой
3)
Изоплеты - ядра с одинаковым количеством нейтронов
Изотопы важны в геохимии, так как химические свойства элемента определяются электронной оболочкой, которая определяется зарядом ядра.
Рис.2 Диаграмма нейтронно-протонная
Нейтроны стабилизируют ядро. Более тяжелые изотопы более радиоактивны. Чем дальше радиоактивные изотопы от линии стабильности, тем меньше у них период полураспада (рис. 2).
Первые закономерности распределения изотопов были выведены Ферсманом.
Правило 4q
Массовое число
Число изотопов
Распространенность в земной коре
4q
86 89,5%
4q+1 53 2,9%
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
12
В земной коре больше элементов, чьё массовое число кратно 4.
4
Не,
12
C,
16
O,
24
Mg,
28
Si,
36
Ar, …,
56
Fe.
Правило Оддо-Харкинса: четные изотопы распространены больше, чем нечетные
Z
N
Стабильные изотопы
Четные
Четные
165
Четные
Нечетные
55
Нечетные четные
51
Нечетные
Нечетные
5
Космологический нуклеогенез
Первый элемент, возникший в процессе большого взрыва – H (протон – 1 сек), затем в меньших количествах
4
He - 3 мин и немного
7
Li.
Через 700000 лет появились электроны вблизи ядер, образуя атомы. H, He, Li-единственные элементы в первых звездах.
Ранняя вселенная не содержала в себе тяжелых элементов и металлов. Следующий этап происходил внутри звёзд-слияние некоторых элементов с образованием тяжелых элементов. В холодных звездах появляются спектры молекулярных элементов.
Рис.3 Диаграмма Рассела- Герцшпрунга
Чем больше масса, тем сильнее светит звезда. Рассмотрим светило, которое в 10 раз по массе больше солнца. Если в 1 место соберем H, He, Li, то в недрах такого скопления начнется термоядерная реакция (горение водорода).
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
13
Водородное горение – 10-20*10 6
К, плотность 6 г/см
3
. Синтезируется
4
He
•
1
H+
1
H=
2
D+e
+
+v(
нейтрино)
•
2
D+
1
H=
3
He+γ
•
3
He+
3
He=
4
He+2 1
H
Далее начинается гелиевое горение: 10 8
К, 10 4
г/см3. Синтезируются
12
С,
16
О,
20
Ne,
24
Mg.
Li, Be, B не появляются.
Углеродное горение T=8*10 8
K.
Появляются
23
Na,
20
Ne,
28
Si
12
C+
12
C=
20
Ne+
4
He+
γ
Неоновое горение T=1*5*10 9
K – O, Mg
Кислородное горение T=2*10 9
K синтез
28
Si
, появляются
32
S,
31
P.
Кремниевое горение или Е-процесс (выделяется энергия, так как масса образования ядра (более тяжелого) оказывается не равна сумме масс продуктов реакции): T=3*10 9
K элементы группы железа.
Выделение энергии возможно только до железа (рис. 4). Более тяжелые чем Fe элементы получаются за счет реакции захвата нейтронов. Нейтроны появляются еще на стадии гелиевого и даже водородного горения.
13
С+
4
He=
16
O+n
Рис 4. Образование элементов до Fe
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
14
Лекция 3
Химический состав метеоритов
Состав Земли сильно отличается от состава солнца. На солнце самые распространённые элементы H, He. Земля имеет слишком маленькое гравитационное поле, чтобы удержать эти легкие газы. Земля относится к каменным планетам и имеет другой состав. Необходим новый источник. Это метеориты.
Метеориты-камни, которые падают с неба и достигают поверхности Земли. Это не единственный приток внеземного вещества на Землю. 2 главных источника. Это пыль с характеристическим размером 150 мк, с большими скоростями, представляющие собой хвосты комет. И Объекты больших размеров астероидного происхождения – обломки астероидов – куски камня, размером несколько м, метеориты.
Космическое вещество:
- оседает в виде частиц пыли (в Тихом океане)
- вызывает свечение, появление ионизованных следов, пыли и паров вещества при абляции и фрагментации, спорадических слоев металлов (метеоры, болиды)
- метеориты и метеоритные поля рассеивания
- кратеры, плюмы (возмущение атмосферы)
Наша планета с момента своего образования и до наших дней в течение уже 4,5 млрд лет при движении вокруг солнца испытывает столкновение с разными космическими телами. Бывают микрометеориты и крупные метеориты.
Частицы межпланетной пыли и микрометеориты:
•
Собираются в стратосфере (17-19 км) и на орбите
•
Скорость 11-35 км/с, D=2-50 мкм, тормозятся на высотах 120-80 км
•
Астероидного и кометного происхождения
•
Собираются во льдах, донных отложениях
•
В основном – сферические частицы со следами нагрева и плавления (>70-90%)
Виды метеоритов
Метеоры - объекты, которые не достигают поверхности и сгорают в атмосфере.
Метеорные потоки - остатки комет. Подавляющее большинство метеоритов поступили на Землю из астероидного пояса. В то же время среди метеоритов были идентифицированы фрагменты пород Луны и Марса.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
15
Метеориты падения - наблюдаем болид-оптическое явление в атмосфере. Падениями считаются метеориты, собранные сразу же после наблюдавшегося торможения метеоритного тела в земной атмосфере.
Метеорит находки – те метеориты, падение которых не наблюдалось. Большинство метеоритов в коллекциях-находки. Каменные метеориты можно спутать с земными породами, они часто остаются незамеченными. Процент каменных метеоритов среди находок заметно ниже, чем среди падений. Железные метеориты легче опознаются, дольше сохраняются в земных условиях и могут быть найдены не только на поверхности, но и в почве на глубине при помощи металлоискателей. Hoba- крупнейший из найденных метеоритов. Также является самым большим на Земле куском железа природного происхождения. Масса - 60 тонн.
Основные классы метеоритов
По составу:
Метеориты
•
Железные (или сидериты) состоят главным образом из металла (никелистое железо)
•
Каменные (или аэролиты) состоят из силикатов (оливина и пироксена) с небольшим количеством металла.
•
Железокаменные (или сидеролиты) – содержат много металла и силикатов.
Статистика на 1970 год:
Находок
Падений
Железные
553 (90%)
45
Железокаменные
64 15
Ахондриты
11 50
Хондриты
323 596(90%)
951 706
Железные
Железокаменные
Каменные
Хондриты
Ахондриты
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
16
Где ищут внеземное вещество? Где мало камней – ледники Антарктиды, пустыни.
Первый металл, который использовали люди- метеоритное железо. Железные метеориты, как более теплоемкие тела, падают на лед, проплавляют его и находятся на некоторой глубине. Они концентрируются во внутренних областях абляции ледника. В
Антарктиде очень сухо, поэтому испарение льда (сублимация) превосходит выпадение осадков, поэтому образуются зоны абляции и затем морены, они характерны образованиям голубого льда, где в прозрачном льду можно было увидеть метеориты.
Самый распространенный тип падений, который отвечает правильному распределению метеоритов – хондриты. Они делятся на несколько категорий, самые распространенные
– обыкновенные хондриты. Далее – углистые хондриты, более редкий тип метеоритов.
Классификация метеоритов происходит не по признаку минерального состава, а по принципу дифференцируемости вещества. Делятся на дифференцированные (железные, железокаменные, ахондриты) и недифференцированные(хондриты).
Железокаменные в зависимости от того какие силикаты находятся в них, делятся на полоситы (оливин, пироксен и металлическая фаза) и мезосидериты. Железные метеориты делятся на много классов, это разделение отражает их дифференциацию и зависит от содержания элементов-примесей (Ni, Ge, Ga), которые показывают, что железные метеориты образуют несколько трендов дифференциации, они позволяют судить, что они образовались из нескольких небесных тел, примерно 20 штук.
Состав метеоритов
В метеоритах присутствуют:
•
Металлическая фаза – сплав Fe и Ni, в этом сплаве наблюдается структура распада и присутствует 2 фазы – тенит (Fe-Ni сплав, в котором Ni (20-30%)), камасит Fe-Ni сплав, Ni 1-3%). В среднем Ni 8%.
•
Самородная фаза – Au, Pt- иды, Cu, Sn.
•
Примеси – Co, Si, Ga, Ge.
•
Сульфидная фаза – троилит (FeS), халькопирит (CuFeS
2
), PbS, ZnS, CaS
(не встречается на Земле из-за воды), MgS, FeCr
2
S
4
•
Кислородные соединения – Ol, Opx, Pl, Cpx
•
Хромит, апатит
•
Редко – CaCO
3
, сульфаты
•
Очень редко – хлорит, серпентин, магнитит
•
Только в метеоритах: Fe3P – штрейберзит
•
В энстатитовых хондритах – TiN3, SiON
• SiC – муасонит, Fe
2
C – когенит
•
В углистых хондритах – углистое вещество – органическое, графит
Железные метеориты. Структура распада тенита и камасита. Структуры распада повторяют кристаллохимические очертания и могут быть по октаэдру или тетраэдру – октаэдриты и тетраэдриты.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
17
•
Медленная кристаллизация. Время остывания железных метеоритов 1-2 градуса за миллион лет.
•
Обломки более крупных тел, размером меньше, чем планеты
•
Признаки сепарации металлической фазы-ядер планетезималей – зародыши планет. Найдено около 20 разновидностей железных метеоритов, отвечающих разным планетезималям.
•
Дифференциация на металлическую и силикатную фазу. Дифференциация произошла, из-за гравитации, так как металлическая фаза тяжелее.
Изучение железных метеоритов дает нам ключ к пониманию геохимии ядра
Земли.
Хондриты
•
Хондриты – самый главный тип метеоритов, у них есть хондры – такие выделения, размером 0,2 – 0,3 мм и более, сцементированы матрицей из обломков тез же хондр. Хондриты – капельки раскристаллизованного стекла.
•
Хондры сложены минералами, характерными для метеоритов. Могут содержать металлическую и сульфидную фазы. Могут содержать Ol, Px, камасит, стекло. В хондрах образуются скелетные кристаллы, что показывает образование таких кристаллов, когда возникают такие кристаллы. Это быстрая кристаллизация при сильном охлаждении.
•
Хондры несут на себе следы быстрого охлаждения и сильного нагрева с плавлением вещества, представляют собой капельки расплава, летающие в космосе. Эти шарики были самостоятельными небесными телами. Далее они сцементировались и образовали крупные объекты, обломки которых называются метеоритами.
•
Происхождение - конденсация протопланетного облака при снижении температуры, из газовой фазы выпадают капельки расплава, которые летают в космосе – волна увеличения плотности, приводит к соединению капелек в одно целое.
•
Не имеют аналогов на Земле
•
Хондриты малоплотные, пористые. Формировались в отсутствии сильных гравитационных полей.
•
Выделяется 1 класс – углистые хондриты
Углистые хондриты
В углистых хондритах хондр почти нет, образуют кусок цемента, цементируя отдельные включения. Особенность – в максимальной степени содержат летучие компоненты и содержат мало металлов.
•
Редкий тип метеоритов
•
Имеют специфическую минералогию – хлорит, кальцит, серпентин, магнетит.
То есть окисленные и богатые летучими.