Химический состав Земли

Химический состав Земли (Ботт, 1974; Белоусов, 1975; Ушаков, 1974). Мантия и ядро, составляющие 99% объёма Земли, недоступны для непосредственного изучения. Породы, составляющие земную кору, не отвечают составу внутренних тел планеты, так как их плотность, даже по сравнению со средней плотностью Земли, слишком мала. Тем не менее общее представление о составе Земли благодаря исследованиям В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана и B. М. Гольдшмидта было сформировано уже в начале этого века. Наша планета на 90 % состоит, по-видимому, из четырёх (железо, кислород, кремний, магний) и на 98 % — из восьми химических элементов: вышеназванные четыре плюс никель, кальций, сера и алюминий. На долю всех остальных элементов приходится лишь 2 % от общей массы Земли. Это представление базируется на сопоставлении расчётных физических свойств внутренних оболочек со свойствами различных видов земных пород и отдельных минералов при лабораторных экспериментах с высокими давлениями и температурами, а также на аналогиях с химическим составом метеоритов. Существуют два основных класса метеоритов: один составляют железные, другой — каменные метеориты. Железные метеориты (или сидериты) состоят главным образом из сплавов железа (90 %) с никелем. От общего числа собранных на Земле метеоритов их доля составляет примерно 10 %. Каменные метеориты (аэролиты) состоят из силикатов. Они делятся на две группы:

1 — хондриты, содержащие мелкие округлые зерна (хондры) силикатного (пироксенового, оливинового, смешанного) состава, взвешенные в тонкозернистой массе того же силикатного вещества;

2 — ахондриты, не содержащие хондр. Хондриты имеют преимущественное распространение. Их доля достигает 90 % от общего числа аэролитов. Минеральный состав хондритов подобен составу ультраосновных горных пород, %: оливин — 46, пироксены — 25, плагиоклазы — 11, железо-никелевые компоненты — 12. Существование двух основных классов метеоритов означает, что породившие их материнские тела состояли главным образом из силикатов и железо-никелевых сплавов. Причём силикатные и железо-никелевые массы были обособленны друг от друга: железо-никелевые массы, как более плотные, вероятно, концентрировались в центре тел, а силикаты составляли оболочки.

По аналогии с этим можно предполагать, что Земля также имеет железо-никелевое ядро и мантию, по составу близкую к хондритам. Плотности внутренних масс Земли, установленные геофизическими исследованиями, этому предположению не противоречат. Вопрос о времени разделения первичного космического вещества на силикатную и железо-никелевую фазы до сих пор остаётся дискуссионным.

Сейчас господствует точка зрения, что в момент своего рождения наша планета представляла собой квазиоднородное тело, а её расслоение на оболочки и обособление ядра произошло значительно позднее, причём эти процессы протекали с умеренной скоростью. Разогрев планеты, обусловивший дифференциацию первичного вещества, нарастал постепенно. Земной шар, видимо, никогда не был полностью расплавлен. Если бы такое случилось хотя бы на недолгое время, то дифференциация первичного вещества завершилась бы именно в эту жидкую стадию. Между тем магматические явления, наиболее ярко отражающие дифференциацию и разделение глубинного вещества по удельному весу, имели место на продолжении всей длительной (более 3.5 млрд. лет) геологической истории Земли (Проблемы эволюции..., 1986) и весьма энергично продолжаются в настоящее время. Несомненно, что дифференциация ещё далека от завершения.

Поэтому допускается, что в нижней мантии до сих пор сохраняется исходный средний состав Земли, близкий к хондритовому, и что отделение от неё относительно более лёгких масс, всплывающих вверх, и более тяжёлых масс, погружающихся вниз, является тем энергетическим источником, за счёт которого питаются все эндогенные процессы и поддерживается тектоническая активность Земли на продолжении всей её жизни.