Диференціація речовини геосфер Землі

 

Які ж основні дані, що можуть бути використані при вивченні хімічного складу Землі в цілому? Їх небагато.

По – перше, хімічний склад земної кори. Але не слід забувати, що вона складає лише 1% по масі від всієї планети (маси всієї планети), тому хімічний склад Землі в основному визначається складом мантії та ядра.

По-друге, геофізичні дані, переважно результати сейсмології. Але ці дані допускають неоднозначне трактування, тому що однакові значення фізичних властивостей – швидкостей пружних хвиль або щільності - можуть бути притаманні речовинам різного хімічного складу.

По-третє, космологічні дані, тобто результати вивчення навколишніх космічних тіл: Місяця та метеоритів, які падають на Землю. Ці дані можуть бути використані тільки виходячи з припущення про близькість хімічного складу вихідної речовини планет Земної групи. Гіпотези походження Землі, що існують на даний час, припускають схожість хімічного складу Землі та Місяця [4, 5, 10, 11, 13, 15-20].

Крім того, є дані, що метеорити поставляються поясом, який розташований між орбітами Марсу та Юпітера. Щороку

Рисунок 1.7 – Модель мантії Землі (за даними В. Жаркова)

 

на Землю падає близько 10 тис. тон метеоритно-космічної речовини. Вивчення її хімічного складу дозволяє судити про склад матерії досить близький Землі.

Дані про склад метеоритів, які падають на Землю, говорять на користь гетерогенної будови планет. Але при цьому необхідно враховувати особливості будови нашої планети при кількісній оцінці розповсюдження хімічних елементів в Землі.

Ядро Землі, ймовірно, має залізисто-нікелевий склад, близький до складу сидеритолітів. Присутні S, оксиди Mg, Fe. Зовнішнє ядро і субядро, можливо, досить близькі за складом, границя між ними відповідає положенню температурної зони плавлення Fe при домінуючому тиску. Субядро, ймовірно, є твердим. Є і інша точка зору. В.Ларін запропонував модель хімічних процесів для гідридної Землі, тобто крім Fe-N, в ядрі є водень [21]. А.Скляров стверджує, що склад метеоритів не є “первиною речовиною”, а є залишками загиблої планети, яка знищилася в процесі водневої продувки [22].

Мантія Землі представляє собою геосферу з досить складним складом: складена піролітом (складним комплексом порід ультраосновного складу). При підвищенні температури відбувається виплавляння з піроліту більш легкої компоненти, яка переміщується вверх до земної кори, тугоплавка частина якої залишилася за складом близькою до перидотиту або дуніту. Процеси поділу речовини мантії за щільністю та хімічним складом називають диференціацією. Ці процеси, ймовірно, продовжуються і в наш час. Найінтенсивніше цей процес відбувається в шарі Голицина, де з ним пов’язане виникнення осередків найбільш глибинних землетрусів. Ділянки виплавлення базальту з піроліту, ймовірно, відповідають астеносфері в шарі Гутенберга, де відмічається пониження швидкості розповсюдження пружних хвиль та утворення осередків плавлення [4-31].

В хімічному складі мантії домінують два компоненти – Si та Mg, крім того, присутні О₂, Fe та інші елементи. У зв’язку з домінуванням Si та Mg мантію іноді називають сиалічною оболонкою.

Земна кора, за сучасними моделями, є результатом диференціації речовини Землі (виплавленням легкоплавкої фракції). Але якщо утворення базальтового шару можна пояснити виплавленням його з піроліту, то походження гранітного шару не зовсім зрозуміле. Можливо, цей шар складений сполуками, які збагатилися оксидами Si, в результаті дуже глибокої диференціації, яка мала місце на ранній стадії розвитку Землі з наступним переплавленням порід, що утворилися. Гранітоутворення значною мірою пов’язане з геологічними процесами, які протікають в атмосфері – вивітрюванням та осадонакопиченням, які супроводжуються утворенням порід, збагачених оксидами. Подібні процеси, ймовірно, не мали місця в умовах Місяця з його невеликою масою. Тому його поверхня покрита породами тільки основного складу, а розподілення елементів вказує на слабкий розвиток процесів диференціації. Остання призводить тільки до часткової виплавки базальтів з вихідної речовини.

Хімічний склад земної кори характеризується високим вмістом Si та Al, що визначає іншу назву земної кори – сиалічна оболонка. Вона складена сполуками елементів, що утворилися в термобародинамічних умовах, які характерні для горизонтів кори. Ці хімічні елементи та їх сполуки називаються мінералами, асоціації яких утворюють гірські породи.