Каталог Минералов
 
Новости / Прочее / Прежде чем считать звезды, посмотри под ноги!

обсудить на форуме



27.10.2009

Прежде чем считать звезды, посмотри под ноги!


Есть возникшее в глубине веков изречение: “Прежде чем считать звезды, посмотри под ноги”. По-научному его можно перефразировать так: “Изучая звезды и галактики, не меньше внимания стоит уделять земным недрам”, И не только с той целью, чтобы обнаружить в них новые полезные ископаемые. А также и затем, чтобы детально разобраться в том, как они, эти самые земные недра, формировались на протяжении миллиардов лет и какие закономерности управляли и управляют их формированием.

Нашу планету часто именуют гигантской химической лабораторией. Мы бы уточнили: физико-химической, потому что наблюдаемое ныне распределение и состав тысяч горных пород и минералов - это результат действия многих и физических, и химических процессов. Они должны быть объектом исследования нескольких научных дисциплин. Среди таких дисциплин первое место, безусловно, принадлежит геохимии.

Что же это за наука? Если мы напишем такое “уравнение”: “геохимия = геология + химия”, оно, конечно, будет справедливым, но только отчасти. Геохимию часто рассматривают как некоторую гибридную научную область, возникшую на границе геологии и химии.

Но это, пожалуй, слишком приблизительное представление, хотя и ставшее общепринятым. Можно даже высказать слегка крамольную мысль, что сам термин “геохимия”, возможно, возник, в частности, потому, что в арсенале научных понятий не нашлось более подходящего. Он появился в последней четверти XIX в., и, скорее всего, его впервые употребил один из первых профессиональных геохимиков-американский ученый - Ф. Кларк.

Кларк рассуждал так: каждая горная порода, любой минерал-своеобразная химическая система. Под. действием различных агентов в ней происходят различные химические изменения. В результате возникает система, более устойчивая. Предмет геохимии состоит в изучении этих изменений.

Выдающийся русский и советский ученый В. И. Вернадский по праву считается одним из основателей современной геохимии. В 1927 г. он так расшифровал ее содержание: “Геохимия научно изучает химические элементы, т.е. атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространстве-времени, их генетические на, нашей планете соотношения”.

Вот здесь уместно заметить, что мы вовсе не так хорошо знаем планету Земля. Пожалуй, звездные миры и другие астрономические объекты или строение и свойства атомных ядер являются менее загадочными. Другой крупнейший советский геохимик - А. Е. Ферсман однажды очень тонко заметил, что если бы земной шар был величиной с арбуз, то наше проникновение в глубь его измерялось бы десятыми долями миллиметра. Недавно сверхглубокая буровая скважина на Кольском полуострове в России достигла одиннадцатикилометровой глубины, и, чем глубже проникает сверло бура, тем более неожиданными оказываются результаты исследования.

Земная кора имеет толщину около 30 км под континентами и около 5 км под океаном. Ниже границы земной коры располагается во многом еще загадочный слой Мохо, названный так в честь сербского геохимика Мохоровичича. Ниже слоя Мохо до глубины 2900 км располагается мантия. И наконец, в середине, в центре планеты Земля, находится ядро. Но поводу строения мантии и тем более ядра, а также их хи- мического состава существуют лишь в той или иной мере обоснованные предположения. Потому-то экспериментальная геохимия пока оказывается довольно “поверхностной” наукой.

Остановимся на определении В. И. Вернадского, что современная геохимия изучает историю атомов химических элементов Земли, точнее сказать, земной коры. Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего 0,5% от общей массы планеты (на долю мантии-68,1%, на долю ядра- 31,4%).

Когда говорят о значении периодического закона Д. И. Менделеева, обязательно упоминают, что он имел и имеет важное значение для развития геохимии. В самом деле, современная геохимия, коль скоро она призвана изучать историю атомов химических элементов, немыслима без периодической системы и теоретических представлений о строении атомов.

Еще в середине 20-х годов крупнейший геохимик из Норвегии В. Гольдшмидт предложил геохимическую классификацию элементов, опирающуюся на менделеевскую таблицу. Он связал ее также с закономерностями построения внешних электронных оболочек атомов и ионов. В основных чертах эта классификация сохранилась и в наши дни.

В соответствии с ней все химические элементы разбиваются на четыре геохимические группы.

Самая многочисленная из них - первая, включающая 54 элемента, т.е. более половины элементов, существующих в природе. Они называются литофилъными, т.е. дословно в переводе с греческого яетра. означает “камнелюбивые”. Они составляют основу большинства горных пород и легко образуют кислородсодержащие минералы. С точки зрения строения атомов литофильные элементы имеют характерный общий признак: на внешней электронной оболочке их ионов содержится 8 электронов. Эти элементы в свободном состоянии в земной коре существовать не могут. Около 95% земной коры состоит из соединений литофильных элементов. Какие же, наконец, это элементы? Щелочные и щелочноземельные металлы, галогены, алюминий, кремний, углерод, титан, редкоземельные элементы, торий, уран и др.

Следующая по численности-группа халькофильных элементов (“меднолюбивых” в переводе с греческого). Их девятнадцать, и свое название они получили в связи с определенными свойствами меди, на которую они похожи в своем геохимическом поведении. Эти элементы отчетливо проявляют склонность образовывать природные соединения с серой и ее аналогами по группе периодической таблицы Д.И. Менделеева - селеном и теллуром. На внешней оболочке катионов халькофильных элементов содержится 18 электронов. К халькофилам принадлежат такие элементы, как медь, серебро, золото, цинк, ртуть, германий, свинец, сера; некоторые из них встречаются в природе в свободном виде.

Сидерофилъных (или “железолюбивых”) элементов одиннадцать. Многие из них встречаются в самородном состоянии. Это элементы VIII группы периодической системы Д. И. Менделеева: семейство железа и семейство платиновых металлов, а также молибден и рений. На внешней оболочке их ионов содержится от 9 до 17 электронов.

Всего 8 простых веществ, составляющих земную атмосферу, относится к атмофильным. элементам (водород, азот, кислород и благородные газы). Их атомы или ионы содержат на внешней оболочке 2 или 8 электронов.

Эта геохимическая классификация элементов оказывает большую помощь при изучении сложнейших процессов химической дифференциации различных веществ и соединений в толще земной коры и в метеоритах. Она объясняет распределение отдельных элементов по различным слоям Земли. Можно провести аналогию с плавкой шихты в доменной печи.

При доменной плавке вверх удаляются газы, сверху расплава всплывает шлак, под шлаком накапливаются сульфидные соединения, а в нижней части домны образуется металлическое железо. Мы видим, что происходит как бы отчетливое разделение элементов па четыре геохимические группы. Наверху - газовая фаза (атмофилы), ниже - шлаки, скопление разных оксидов (литофилы), еще ниже - сульфиды (халькофилы) и, наконец, в самом низу - металлическое железо (сидерофилы).

Ученые полагают, что на заре своего образования планета Земля была холодной и лишь со временем составляющее ее вещество расплавилось под влиянием гравитационного сжатия и теплоты распада радиоактивных элементов. Земля стала представлять собой нечто вроде гигантской доменной печи. На ее “дне” - в самом центре планеты -оседали расплавленные железо, кобальт и никель, типичные сидерофильные элементы. От центра к поверхности располагались “сульфиды” и “шлаки”, составляющие мантию и земную кору.

В состав земной атмосферы вошли выделявшиеся в ходе этой гигантской плавки газы - атмофилы. Затем начался процесс остывания, возникла “земная твердь”, появились водоемы. Вероятно, жизнь на Земле могла возникнуть лишь тогда, когда образовалась земная кора и появилась гидросфера - водная оболочка Земли.

В процессе “доменной плавки” образовывались многочисленные минералы и руды, изучение распределения и состава которых входит в задачи геохимии. Здесь она тесно связана с геологией. В XX столетии возникла еще одна научная дисциплина на стыке наук - биогеохимия. Основателем ее был В. И. Вернадский. Она изучает геохимические процессы, связанные с живым веществом. Живые организмы играют огромную роль в миграции атомов. Результатом деятельности живых организмов является образование еще одной оболочки Земли-биосферы.

И наконец, назовем еще гидрохимию - химию гидросферы: она тоже ведь составная часть геохимии. Каждая из этих геохимических “ветвей” своими методами изучает историю атомов химических элементов. Существующая модель земного шара “земная кора – мантия - ядро” ныне общепринята. Более или менее установились представления относительно состава этих сфер Земли. Правда, достижения экспериментальной геохимии в последнее время несколько поколебали сложившиеся представления. При бурении скважины на Кольском полуострове выяснилось, что температура земных недр растет с глубиной быстрее, чем это предполагалось; несколько иными оказались состав и строение пород, залегающих на больших глубинах.

А что же ожидает ученых дальше по мере проникновения в еще большие земные глубины?

По мере удаления от поверхности Земли увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление должно достигать 3 млн. атм. При таком колоссальном постоянно действующем давлении очень многие вещества как бы металлизируются, переходят в металлическое состояние. Появлялась даже гипотеза, что ядро нашей планеты состоит из... металлического водорода. (Кстати, не так давно в США ученым удалось получить водород в металлическом состоянии.)

Все это очень проблематично, но если считать, что Земля имеет железоникелькобальтовое ядро, то свойства этих металлов в условиях колоссальных давлений должны быть необычными. При таких сжатиях могут наблюдаться и еще более удивительные явления: может изменяться электронная структура атомов химических элементов, прежде всего внешние электронные оболочки.

Каждый из вас без труда изобразит строение атома калия. У него 19 электронов: два на К-оболочке, восемь на L-оболочке, а также восемь на М-оболочке и один электрон на внешней N-оболочке. Но, как известно, М-оболочка остается еще не заполненной и располагает десятью “вакантными” местами. Теоретики предполагают, что при сверхвысоких давлениях единственный электрон из внешней оболочки атома калия может быть перемещен на одно из свободных мест в предыдущей недостроенной оболочке.

Образуется необычный атом: он имеет заряд ядра такой же, как у калия, ядро атома остается неизменным, но электронная конфигурация перестраивается. В ней вместо четырех оболочек оказывается три, распределение электронов в которой 2-8-9. Если бы такой “неокалий” удалось каким-то образом приготовить в лаборатории и сохранить его в таком необычном состоянии, то, очевидно, свойства его оказались бы весьма своеобразными. Ведь химические особенности элементов зависят прежде всего от строения внешних электронных оболочек их атомов.

Вполне допустимо и подтверждается расчетами, что на больших глубинах такого рода электронные перестройки реальны и там действительно могут существовать атомы разных химических элементов с необычными электронными конфигурациями. Поэтому сейчас уже можно говорить о новой области геохимической науки - геохимии высоких давлений.

Многие задачи решает современная геохимия. Особенно велика ее роль в поисках полезных ископаемых. Но не менее важно и одно из ее теоретических значений - создание важнейших обобщений относительно эволюции вещества Земли в связи с эволюцией атомов в космосе. Ведь химический состав нашей планеты -это своеобразное отражение давно протекавших космических процессов, в том числе образования химических элементов в звездах. Геохимическая история атомов на Земле тесно связана с их историей космической, которую изучает наука космохимия.



Читайте новости Каталога Минералов на Яндекс
обсудить на форуме



новости из рубрики Прочее
  • 20.11.2019 На юге Казахстана обнаружена нефть
    Геологические исследования, проведенные поисковой экспедицией в районе Леонтьевской впадины Большого Каратау на юге Казахстана дали неожиданные результаты: геологи обнаружили залежи нефти, расположенные в породах, датируемых палеозойем. Подобная находка сделана в данной местности впервые. Основной целью экспедиции при этом являлся поиск бокситов, но в одиннадцати из тридцати девяти поисковых скважин была обнаружена нефть. »»»

  • 19.11.2019 Керамическая плитка: долговечная и красивая
    Самыми распространенными вариантами форм плитки считается прямоугольник и квадрат, но есть также и шестиугольники. Если говорить о более сложных формах, то они встречаются намного реже. Разнообразие композиций можно получить благодаря разным эффектам – это сочетание плитки различной формы, размера, глянцевого и матового вида. »»»

  • 17.11.2019 Компания «АЛРОСА» выручила одиннадцать миллионов долларов от продажи алмазов в Нью-Йорке
    Российский алмазный холдинг «АЛРОСА» выручил по итогам недавних торгов в Нью-Йорке одиннадцать миллионов долларов. На тендер были выставлены драгоценные камни специальных размеров, а всего было реализовано девяносто три алмаза, общий вес которых составил тысячу пятьсот шестьдесят карат. В течение 2019 года «АЛРОСА» провела на территории США четыре алмазных аукциона. По их итогам компания заработала в общей сложности более тридцати восьми миллионов долларов. »»»

  • 12.11.2019 Какой стиль выбрать для ремонта в загородном доме?
    Владельцы загородных домов, когда настает время ремонта, не знают, с чего начинать и какому стилю отдать предпочтение. От разнообразия отделочных материалов и стилистических решений голова идет кругом.
    »»»

  • 12.11.2019 Обработка мраморных столешниц
    Мрамор уже давно используется в строительстве и имеет довольно устойчивую репутацию, а так же определенный спрос. Долгое время многих отпугивала стоимость материала. Сейчас производители предлагают ассортимент, имеющий широкий разброс цен. »»»

  • 06.11.2019 В Амурской области прошли торги на девять золотых россыпей
    Департамент по недропользованию по Дальневосточному федеральному округу подвел итоги торгов на девять золотых россыпей в Амурской области, которые состоялись в конце октября текущего года. Один из участков был продан почти за триста одиннадцать миллионов рублей золотодобывающему предприятию «Россзолото». Его суммарные балансовые запасы оцениваются в тысячу четыреста двадцать один килограмм драгоценного металла. »»»

  • 04.11.2019 «АЛРОСА» подвела итоги алмазного аукциона в Дубае
    Российский алмазодобывающий холдинг «АЛРОСА» обнародовал результаты недавнего аукциона драгоценных камней, организованного в Дубае. По его итогам компания выручила более семи миллионов долларов. В торгах участвовали алмазы специальных размеров (весом более 10,8 карата). В результате было продано сто двенадцать крупных драгоценных камней, общий вес которых составил тысячу семьсот сорок карат. »»»

  • 09.10.2019 Лицензия на рудник Летсенг продлена еще на десять лет
    Компания Джем Даймондс сообщила, что лицензия на рудник Летсенг продлена еще на десять лет. При этом Правительство Лесото оставило за ней приоритетное право на дальнейшее использование проекта и после истечения вышеуказанного срока. По условия нового договора, Джем Даймондс сможет привлекать к работе на руднике большее количество иностранных сотрудников, для обеспечения проекта высококвалифицированными кадрами. Кроме того, компания будет выплачивать государству десять процентов от стоимости проданных алмазов, вместо восьми процентов, оговаривавшихся в прежнем договоре. »»»

  • 25.09.2019 На разведку алмазов и драгоценных металлов будет выделено более девяти миллиардов рублей
    Министерство природных ресурсов РФ намерено направить на поиски алмазов и драгоценных металлов более девяти миллиардов рублей. Геологоразведка полезных ископаемых будет проводиться в рамках программы по воспроизводству минерально-сырьевой базы в 2019-2021 годах. Ее реализация позволит восполнить объемы минеральных ресурсов, выпадающие в ходе ежегодной добычи. Кроме того, более трех миллиардов рублей будет выделено в тот же период для поиска цветных и черных металлов. »»»

  • 08.08.2019 Предприниматель-мошенник «обманул» ряд ювелирных компаний на 25 миллионов рублей
    Уголовное дело рассматривают в Казанском суде
    »»»





  • Моя коллекция
  • Добавить образец
  • Добавить месторождение
  • Предложить новость
  • Управление рассылкой
  • Профайл