Сведения о строении Земли

Химический состав¹ и возраст Земли²

1. Для определения химического состава Земли необходимы косвенные методы. Полезной является аналогия с составом метеоритов. Другой способ состоит из сопоставления физических свойств, наблюдаемых для различных глубин, с выявленными экспериментально или теоретически свойствами соответствующих пород при высоких давлениях.

На основе исследования метеоритов (железных метеоритов или сидеритов и каменных метеоритов или аэролитов (хондритов и ахондритов)) установлено среднее содержание минералов:

46% оливина (Mg, Fe)₂SiO₄;

25% пироксенов (Mg, Fe)SiO₃ или (Ca, Mg, Fe, Al)₂(Al, Si)₂ O₆;

11% плагиоклазов NaAlSiO₃ – CaAl₂Si₂O₈;

12% железо-никелевой фазы;

6% остальных элементов.

В связи с тем, что Fe–Ni фаза более плотная, она должна обладать тенденцией к концентрации к центру тела (ядро Земли). Мантия имеет состав близкий к составу хондритов. (Хондриты – 90% каменные и их состав близок к ультраосновным горным породам).

2. В конце XIX в., на основе расчётов Кельвином, господствовало убеждение, что Земле 20 – 80 млн. лет. Однако открытие на рубеже прошлого столетия радиоактивности позволило по-новому взглянуть на проблему возраста Земли. Во-первых, был разработан способ определения возраста горных пород.

Во-вторых, энергии радиоактивного распада урана, тория и калия оказалось вполне достаточно, чтобы объяснить существование земного теплового потока, не привлекая данных Кельвина.

Если при кристаллизации минерал содержит N атомов материнского изотопа, то через некоторое время t останется N_r атомов этого изотопа и появятся N_S атомов дочернего элемента; эти величины связаны формулой:

(1)

где t – возраст породы; t_½ - период полураспада всего существовавшего числа атомов. Измерив N_r и N_S и зная из экспериментов t_½, можно найти t (Рис.2.1).

Рис. 2.1

Более точная оценка возраста Земли получается, если установить по изотопам свинца время первичной кристаллизации пород, образующих современную мантию. В результате подсчёта коэффициента r = Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶ для дочерних изотопов свинца, образованных в результате распада урана между заданным моментом в прошлом и настоящим временем, получаем возраст Земли, близкий к 4550 млн. лет.