Образование Земли

Образование Земли было связано с аккумуляцией вещества солнечного газа. Относительно способа аккумуляции единого мнения не существует. В настоящее время имеются три главные гипотезы (Войткевич, 1988).

Гомогенная аккумуляция. Современное оболочечное строение Земли возникло лишь в ходе разогревания, частичного плавления и дифференциации первично гомогенного земного вещества.

Гетерогенная аккумуляция. Сначала возникло металлическое ядро, затем на него осели поздние конденсаты в виде силикатов, образовавшие мощную мантию.

Частично гетерогенная аккумуляция. Наибольшая разница в составе существовала лишь между центральными частями планеты и ее поверхностными слоями. Первоначально между ядром и мантией не было резких границ, установившихся позже.

Большая часть планетарного вещества сгруппировалась 4,56 - 4,7 млрд. лет назад. Масса планеты продолжала нарастать и через некоторое время стала достаточной для удержания атмосферы (4,4 млрд. лет назад).

Старейшие породы на Земле - цирконы западной Австралии, возраст которых около 4,1-4,3 млрд. лет. Тепло, выделяемое сначала благодаря процессу аккреции, а затем и радиоактивному распаду, расплавило сердцевину планеты и дало начало геотермальному циклу. Это вызвало дифференциацию элементов, впервые объясненную В. М. Гольдшидтом.

Первичная дифференциация элементов осуществлялась по их химическому сродству к железу, что естественно, поскольку железо составляет 35 % массы Земли.

В. М. Гольдшмидт разделил элементы на 4 группы:

1. Сидерофилы - восстанавливаются железом;

2. Литофилы - не восстанавливаются железом и склонны к образованию окислов;

3. Халькофилы - элементы не восстанавливающиеся железом и образуют сульфиды;

4. Атмофилы- элементы, улетучившиеся в атмосферу.

Сидерофильные элементы в ходе дифференциации образовали земное ядро. Ионы сидерофилов (11 элементов) имеют оболочку из 8-18 электронов. Редокс потенциал их равен или выше, чем у железа. Fе, Со, Ni, Ru, Rh, Рd, Оs, Ir, Рt, Мо, W, Rе, Аu, Gе, Sn составляют большую часть полиметаллических руд.

Литофильные элементы (их 54) образовали земную кору и верхнюю мантию. Образуют ионы с 8-электронной оболочкой. Li,Na, К, Rb, Сs, Ве, Мg, Са, Sr, Ва, В, Аl, Sс, У, редкоземельные элементы, Si, Ti, Zr, Hf, Тh, Р, V, Nb, Та, Сr, U, F, С1, Вг, I, Мn входят в состав силикатных, алюмосиликатных горных пород, образуют сульфатные, карбонатные, фосфатные, боратные и галогенидные минералы.

Халькофильные элементы (их 19) обладают сродством к сере, селену, теллуру, они сосредоточились в нижней мантии. Имеют оболочку из 18 электронов. Сu, Аg, Zn, Сd, Нg, Ga, Tl, Аs, Sb, Вi, S, Sе, Те образуют многочисленную группу сульфидных и теллуридных минералов. Они могут встречаться в самородном состоянии.

Инертные газы (Не, Nе, Аr, Кr, Хе, Rn) относятся к атмофильной группе. Их атомы (кроме Не) имеют 8-электронную оболочкой.

В настоящее время выделяют еще и биофилы. Биофильные элементы - это так называемые элементы жизни. Они делятся на макробиогенные (Н, С, N, О, С1, Вr, S, Р, Nа, К, Мg, Са) и микробиогенные (V, Мn, Fе, Со, Сu, Zn, В, Si, Мо, F).

Современная биогеохимическая классификация элементов приведена в табл. 1.

Таблица 1

Биогеохимическая классификация элементов