Группа метеорит. Типы метеоритов. Каменный вид метеорита

Метеорит — любой довольно небольшой природный объект из межпланетного пространства, т. е. , который пережил свое прохождение через атмосферу Земли и приземлился на поверхность.

Самый большой метеорит, который был обнаружен на Земле, был найден в 1920 году в Намибии и был назван метеоритом Хоба. Его ширина составляет 2,7 метра, вес — около 60 тонн, состоит из сплава железа и никеля. Самые маленькие метеориты, называемые микрометеоритами, имеют размеры от нескольких сотен микрометров (мкм) до 10 мкм и происходят от крошечных частиц, которые заполняют межпланетное пространство.

Лабораторные, астрономические и теоретические исследования показывают, что большинство метеоритов обнаруженных на Земле, представляют собой фрагменты астероидов, которые вращаются во внутренней части основного пояса, между 2,1 и 3,3 астрономическими единицами (AU) от Солнца. (Одна астрономическая единица — это среднее расстояние от Земли до Солнца — около 150 миллионов км.) Именно в этом регионе сильные гравитационные возмущения планетами, особенно Юпитером, могут вывести метеороиды на орбиты, пересекающие Землю.

Считается, что менее 1 процента метеоритов прилетают с Луны или Марса . С другой стороны, есть все основания полагать, что значительная часть обнаруженных микрометеоритов, дрейфующих в верхних слоях атмосферы Земли, происходят от комет. Хотя данные исследований метеоров показывают, что небольшая часть кометного материала, попадающего в атмосферу Земли в виде отдельных кусков, обладает достаточной прочностью, чтобы выжить и достичь поверхности.

Основной движущей силой исследования метеоритов является тот факт, что небольшие тела, такие как астероиды и кометы, скорее всего, хранят свидетельства событий, которые произошли в ранней солнечной системе.

Метеориты традиционно делятся на три широкие категории — каменистые метеориты, железные метеориты и каменно-железные метеориты.

Каменистые метеориты составляют около 94 процентов всех известных метеоритов, железные — около 5 процентов, а каменно-железные — около 1 процента. Существует значительное разнообразие в каждой категории, что приводит к многочисленным подразделениям, классам, группам и т. д., основанным на различиях в химии, минералогии и структуре.

Примеры основных типов метеоритов, найденных на Земле.
Метеорит Анкобер, обычный хондрит, упавший в Эфиопии в 1942 году. Одна поверхность была отпилена и отполирована, показывая внутреннюю структуру.

Важно понимать, что классификация метеоритов основана главным образом на наблюдаемых характеристиках. Просто потому, что подразделения принадлежат к одной и той же категории, не обязательно следует, что все они состоят из метеоритов, которые имеют одинаковые или похожие родительские тела.

Действительно, чаще всего они не связаны. И наоборот, подразделения из разных категорий могут иметь общее происхождение. Например, если бы большой астероид расплавился, его более плотные металлические компоненты имели бы тенденцию опускаться к своему центру (его ядру), в то время как его менее плотный каменный материал образовывал бы мантию вокруг него. Этот процесс разделения известен как геохимическая дифференциация.

Когда дифференцированный астероид позже разрушается в результате столкновений, образцы его скалистой мантии и железного ядра могут быть представлены в трех основных категориях. Таким образом, задача исследователей состоит в том, чтобы определить, какие типы метеоритов связаны, а какие нет, а также определить процессы, которые отвечают за их огромное разнообразие.

Каменные метеориты

Хондриты

Самое фундаментальное различие между различными каменными метеоритами — между теми, которые когда-то были расплавленными, ахондритами и теми, которые не были хондритами. Хондриты были разделены на три основных класса — обычные, углеродистые и энстатитовые хондриты — они в свою очередь, были разделены на ряд групп.

Хондриты являются наиболее распространенными метеоритами (около 87 процентов каменистых метеоритов). Они также, пожалуй, самые важные. С точки зрения земных пород эти метеориты похожи на фрагменты ранее существовавших пород, сцементированных вместе.

Они представляют собой механическую смесь компонентов, которые образовались в солнечной системе или даже раньше. Возможно, более примечательно, что составы хондритов очень похожи на состав Солнца, за исключением отсутствия (в хондритах) очень летучих элементов, таких как водород и гелий.

Солнце содержит более 99 процентов массы Солнечной системы. Следовательно, состав Солнца должен быть очень близок к среднему составу Солнечной системы, когда она сформировалась. В результате состав Солнца может служить эталоном. Отклонения в составе метеорита от этого эталонного состава дают представление о процессах, которые влияли на формирование его материнского тела и компонентов в нем.

Хондры

Метеориты классифицируются как хондриты на основе присутствия в них небольших сферических тел (обычно около 1 мм в диаметре), называемых хондрами. Судя по их форме и текстуре кристаллов в них, хондры были свободно плавающими расплавленными каплями в солнечной системе.

Имитационные эксперименты показывают, что хондры образуются в результате «мгновенного» нагрева (до пиковых температур 1400–1800°C, а затем быстрого охлаждения до 10–1000°C за час. Размеры, состав и пропорции разных типов хондр варьируются от одного метеорита к другому. Это означает, что образование хондров должно быть довольно локализованным процессом.

Классификация

Как можно понять из предыдущего обсуждения, признаки, наблюдаемые в настоящее время в хондритах, отражают процессы из двух отдельных эпизодов: те, которые привели к образованию хондритных родительских тел, и те, которые позже изменили материал в родительских телах. В результате хондриты классифицируются двумя дополнительными способами. На основе концентраций их основных элементов (железа, магния, кремния, кальция и алюминия) и их степени окисления, изотопных составов кислорода и петрологии (например, обилие хондр и размер хондр.

Кроме того, в каждой из групп метеориты различаются по степени термического превращения или водного изменения. Эти различия называются петрологическими типами; они разбиты на таблицы по петрологическим типам. Типы 2 и 1 представляют увеличивающиеся степени изменения водой, а типы с 3 по 6 (некоторые исследователи расширяют типы до 7) отражают увеличивающиеся степени изменения при нагревании.

Таким образом, метеорит, который подвергся обширному изменению в воде, будет классифицирован как тип 1, а метеорит, который испытал температуры чуть ниже температуры плавления, будет тип 6 (или 7). Метеорит, который оставался полностью неизменным ни одним из процессов, поскольку его образование находилось бы на границе типов 2 и 3.

В качестве примера того, как применяются два метода классификации, углеродистый хондрит, известный как метеорит Альенде, падение которого произошло в 1969 году, классифицирован как CV3. Это указывает на то, что он принадлежит к группе CV и петрологическому типу 3 второй таблицы.

CI углеродистые хондриты

Возможно, наиболее интересным типом хондрита является группа CI углеродистых хондритов. Строго говоря, можно задаться вопросом, почему такие метеориты вообще называют хондритами, поскольку они не содержат хондр. Фактически, из всех типов метеоритов хондриты CI наиболее близки по составу к Солнцу. Следовательно, при разработке схемы классификации имеет смысл сгруппировать их с хондритами.

Поскольку хондриты CI химически очень похожи на Солнце — и, таким образом, так похожи на средний состав формирующейся солнечной системы — некоторые ученые предположили, что они имеют кометное, а не астероидное происхождение. Считается, что кометы представляют собой наиболее неизмененный материал в Солнечной системе. Несмотря на трудности с этой идеей, научные знания о природе и происхождении комет все еще ограничены, что делает неразумным полное исключение этой интригующей возможности.

Ахондриты

Ахондриты, их название означает «без хондритов», представляют собой относительно небольшую, но разнообразную группу метеоритов. Большинство ахондритов, собранных на Земле, получены из астероидов, но считается, что одна небольшая группа пришла с Марса, а другая с Луны.

Распиленная и отполированная часть фрагмента метеорита Джонстауна, ахондрита, который упал 6 июля 1924 года в Колорадо.

Тремя самыми многочисленными астероидными ахондритовыми группами являются обриты, ховардит-эвкрит-диогенитная ассоциация и уреилиты. Обриты также известны как энхатриты энстатита. Как и класс хондритов энстатита, обриты происходят из родительских тел, которые образовались в условиях химического восстановления. В результате они содержат элементы в форме менее распространенных соединений — например, кальция в качестве сульфидного минерала олдхамит (CaS), а не в его более обычных силикатных и карбонатных формах.

Метеориты ховардит, эвкрит и диогенит (HED) произошли от одного и того же астероидного тела Весты, второго по величине члена пояса астероидов. Они также были связаны с мезосидеритами, группой каменистых железных метеоритов. Изучение метеоритов показывает, что Веста имела сложную историю, которая включала в себя плавление, сегрегацию металла в ядро, кристаллизацию, метаморфизм и процесс, при котором удар разрушает породу.

Железные метеориты

Железные метеориты — это куски более плотного металла, которые отделялись от менее плотных силикатов, когда их материнские тела были хотя бы частично расплавлены.

Скорее всего, они произошли из сердцевины их родительских астероидов, хотя некоторые исследователи предположили, что металл, вместо того, чтобы образовывать единое хранилище, мог бы объединяться более локально, создавая структуру, напоминающую хлеб с изюмом, с кусками металла в качестве «изюма». Последнее могло бы произойти, если бы астероид подвергся локализованному ударному плавлению, а не плавлению всего тела.

Железные метеориты в основном состоят из железо-никелевых минералов: камасита с низким содержанием никеля и таенита с высоким содержанием никеля. Обилие этих двух минералов сильно влияет на структуру железных метеоритов.

Когда-то железные метеориты были классифицированы по содержанию никеля и структуре Видманштеттена, но это было в значительной степени заменено химической классификацией, основанной на содержании галлия, германия и никеля. Наиболее распространенные классы имеют довольно скучные названия IAB, IIAB, IIIAB, IVA и IVB.

Есть множество других небольших классов и уникальных железных метеоритов. Предполагая, что большинство железных метеоритов сформировалось в ядрах родительских астероидов, изменения в составе и свойствах железных метеоритов в данном классе отражают изменяющиеся условия во время затвердевания этих ядер. На содержание галлия и германия в расплавленном металле никель-железо процесс кристаллизации относительно не влияет, но они чувствительны к условиям, при которых образуется исходный астероид.

Таким образом, железные метеориты с аналогичным содержанием галлия и германия, вероятно, связаны друг с другом, либо потому, что они произошли от одного и того же астероида, либо потому, что их родительские астероиды образовались в одном времени и месте. На содержание никеля, с другой стороны, влияет кристаллизация, поскольку никель имеет тенденцию концентрироваться в тех частях железо-никелевого металла, которые все еще находятся в расплавленном состоянии. В результате содержание никеля может быть использовано для определения последовательности кристаллизации в классах железных метеоритов.

Железные метеориты IAB, IIICD и IIE обладают геохимическими характеристиками, отличными от характеристик других классов. Их происхождение остается неопределенным, но они могли быть получены в результате ударных процессов.

Железокаменные метеориты

Железокаменные метеориты содержат примерно одинаковое количество силикатных минералов и никель-железного металла. Они делятся на две группы: палласиты и мезозидериты. Палласиты состоят из сети никель-железного металла, в которой установлены кристаллы силикатного минерала оливина. Кристаллы оливина обычно имеют диаметр около 0,5 см.

Железо-каменный метеорит Sericho

Палласиты образуются на границе раздела областей расплавленного никель-железного металла и расплавленных силикатов. Области расплавленного металла никель-железо могли быть внешними ядрами астероидов или, менее вероятно, зернами в астероидах, где собирался металл. Точно так же области расплавленного силиката могли быть самыми глубокими слоями силикатной мантии.

Связь метеоритов с астероидами

Если метеоритный материал поступает из определенных областей пояса астероидов, то астероиды в таких регионах должны иметь химический и минералогический состав, наблюдаемый в метеоритах. Поверхностный минералогический состав астероидов, в принципе, может быть определен непосредственно по наблюдениям с Земли доли солнечного света, который они отражают (альбедо), и спектра отраженного света (спектр отражения).

Вместе с тем был разработан ряд процессов, делающих связь определенных астероидов с различными группами метеоритов гораздо более сложной, чем можно было ожидать.

Хотя нет двух спектров астероидного отражения в деталях, но большинство астероидов делятся на две основные группы: класс S и класс C. Астероиды класса S имеют умеренные альбедо и содержат смеси оливина, пироксена и металлического железа. Это те же самые минералы, которые встречаются в обычных хондритах, но они также присутствуют в ряде других типов метеоритов.

Астероиды класса C имеют низкие альбедо, и их более бесполезные спектры указывают на присутствие светопоглощающих материалов, хотя по меньшей мере половина имеет спектральные характеристики, связанные с железосодержащими водными силикатами. Можно рассматривать астероиды класса С в качестве возможных источников для определенных групп углеродистых хондритовых метеоритов. Однако их низкий альбедо и спектральные признаки гидросиликатов делают их маловероятными источниками обычных хондритов.

Возраст метеоритов и их компонентов

Когда планеты и астероиды сформировались, они содержали много различных радиоактивных изотопов, или радионуклидов. Распад радионуклидов происходит с характерной скоростью. Время, необходимое половине атомов некоторого количества радионуклида для распада, период полураспада, является обычным способом представления скорости распада.

Многие радионуклиды имеют период полураспада, аналогичный или превышающий возраст Солнечной системы. По этой причине их часто называют долгоживущими радионуклидами. В результате их долговечности, они все еще присутствуют в метеоритах и на Земле, и используются для определения возраста метеоритов.

Ученые обычно определяют возраст камня или метеорита с помощью изохронного метода.

В дополнение к долгоживущим радионуклидам в ранней Солнечной системе присутствовал ряд короткоживущих радионуклидов. Большинство из них имеют период полураспада всего несколько миллионов лет или меньше. Они давно сгнили и не могут быть использованы для непосредственного получения абсолютных эпох. Однако их исходное обилие в некоторых объектах все еще может быть определено методом изохрона.

Сравнивая исходные количества короткоживущего радионуклида в различных объектах, ученые могут определить их относительный возраст. Если один или несколько из этих объектов также имели свои абсолютные возрасты, определенные с помощью долгоживущих радионуклидов, относительные возрасты могут быть преобразованы в абсолютные.

Попытка установить абсолютные возрасты для относительных возрастов, которые были определены из различных короткоживущих радионуклидов, была в центре внимания многих современных исследований, но это оказалось трудным. Это связано с тем, что короткоживущие радионуклиды обычно ведут себя химически совершенно по-разному друг от друга и от долгоживущих изотопов. Тем не менее, учитывая древность метеоритов, ученые разработали удивительно точную картину хронометража событий в ранней Солнечной системе.

Большинство железных метеоритов довольно устойчивы к земному выветриванию, что позволяет им сохраниться гораздо дольше, чем любой другой тип метеорита. Значит и цена на такие метеориты будет несколько выше, чем на обыкновенные хондриты.

Железные метеориты, как правило, гораздо больше по размерам, чем каменные или железо-каменные метеориты. Железные метеориты редко меняют форму, при входе в атмосферу и гораздо меньше страдают от последствий абляции при прохождении через плотные слои воздуха. Все железные метеориты, когда-либо найденные на Земле, имеют вес более 500 тонн, и они составляют примерно 89,3% от массы всех известных метеоритов. Несмотря на эти факты, железные метеориты встречаются редко. Среди найденных метеоритов они встречаются лишь в 5,7% случаев.

Железные метеориты состоят в основном из железа и никеля. Большинство из них включает лишь незначительные примеси минералов. Эти дополнительные минералы часто встречаются в округлых узелках, которые состоят из сульфида железа, троилита или графита, часто окружены фосфидом железа - шрейберзитом и железо-карбидным когенитом. Классический пример - метеорит Кампо-дель-Сьело, метеорит Willamette, или метеорит Кейпт-Йорк. Несмотря на то, что некоторые железные метеориты содержат силикатные включения, большинство из них внешне сходны.

В настоящее время железные метеориты классифицируются по двум установленным системам. Всего несколько десятилетий назад, железные метеориты классифицировались в соответствии с макроскопической структурой, когда их полированные поверхности обрабатывали азотной кислотой. В настоящее время для этих целей используют 5% раствор азотной кислоты в спирте.

Кроме того, современные исследования используются очень сложные инструменты, которые позволяют нам обнаруживать даже незначительные количества таких элементов, как германий, галлий или иридий. На основе конкретной концентрации этих элементов и их корреляции с общим содержанием никеля, железные метеориты делятся на несколько химических групп, и каждая группа, как полагают, представляют собой уникальный «отпечаток» родительского тела, из которого произошел метеорит.

Железо и никель в железных метеоритах встречается в виде двух различных минералов. Наиболее распространенными минералом является камасит. Камасит содержит от 4% до 7,5% никеля, и он образует крупные кристаллы, которые проявляются в виде широких полос или лучеподобных структур на протравленной поверхности железного метеорита. Другой минерал называется тэнит.

Тэнит содержит от 27% до 65% никеля, и он обычно образует меньшие кристаллы, которые выглядят в виде отражающих тонких лент на поверхности травления железного метеорита. В зависимости от возникновения и наличия этих никеле-железных минералов, железные метеориты относят к трем основным классам: октаэдриты, гексаэдриты и атакситы.

Октаэдриты

Наиболее распространенные структуры отображения на протравленной поверхности железных метеоритов, является срастание камасита и тэнита ламелями, которые пересекают друг друга под разными углами. Эти модели пересекающихся полос и лент, называются «видманштеттеновыми фигурами» в честь их первооткрывателя, Алоиса фон Видманштеттена.

Они показывают срастание камасита и тэнита в пластины. Это срастание имеет пространственное расположение в виде восьмигранника, и поэтому эти железные метеориты называются октаэдритами. Пространство между пластинами камасита и тэнита часто заполнено мелкозернистой смесью, которая называется плессит.

Гексаэдриты

Гексаэдриты состоят в основном из камасита. Сое название они получили от формы кристаллической структуры камасита - шестигранника. Чистая форма камасита - кубический кристалл с шестью равными сторонами под прямым углом друг к другу.

После травления азотной кислотой, гексаэдриты не проявляют видманштеттеновы фигуры, но они часто демонстрируют параллельные линии, называемые «Линиями Неймана» (первооткрывател Франц Эрнст Нейман, который сначала изучал их в 1848 году).

Атакситы

Некоторые железные метеориты не показывают четкую внутреннюю структуру при травлении, и они называются атакситами. Атакситы состоят, в основном, из богатых никелем тэнита и камасита. Встречается только в виде микроскопических ламелей и шпинделей. Следовательно, атакситы представляют собой наиболее богатые никелем железные метеориты и являются одними из самых редких типов метеоритов. Как ни парадоксально, крупнейший метеорит, найденный на Земле, известный как Гоба, принадлежит к этому редкому структурному классу.

Метеоритом называют упавшее на поверхность планеты твердое тело естественного космического происхождения размером от 2 мм. Тела, достигшие поверхности планеты и имеющие размеры от 10 мкм до 2 мм, принято именовать микрометеоритами; более мелкие частицы - это космическая пыль. Метеориты характеризуются разным составом и структурой. Эти особенности отражают условия их происхождения и позволяют ученым более уверенно судить об эволюции тел Солнечной системы.

Типы метеоритов по химическому составу и структуре

Метеоритное вещество в основном сложено минеральными и металлическими компонентами в различных пропорциях. Минеральная часть - это железо-магниевые силикаты, металлическая представлена никелистым железом. Часть метеоритов содержит примеси, определяющие некоторые важные особенности и несущие информацию о происхождении метеорита.

Как делятся метеориты по химическому составу? Традиционно выделяют три большие группы:

• Каменные метеориты - силикатные тела. Среди них выделяют хондриты и ахондриты, имеющие важные структурные различия. Так, хондритам свойственно наличие включений - хондр - в минеральной матрице.
• Железные метеориты, состоящие преимущественно из никелистого железа.
• Железокаменные - тела промежуточного строения.

Помимо классификации, учитывающей химический состав метеоритов, существует также принцип подразделения «небесных камней» на две обширные группы по структурным признакам:

• дифференцированные, к которым относятся только хондриты;
• недифференцированные - обширная группа, включающая все остальные типы метеоритов.

Хондриты - остатки протопланетного диска

Отличительная черта этого типа метеоритов - хондры. Они представляют собой большей частью силикатные образования эллиптической или сферической формы, размером около 1 мм. Элементный состав хондритов практически идентичен составу Солнца (если исключить наиболее летучие, легкие элементы - водород и гелий). На основании этого факта ученые пришли к выводу, что хондриты образовались на заре существования Солнечной системы непосредственно из протопланетного облака.

Эти метеориты никогда не были частью крупных небесных тел, уже прошедших магматическую дифференциацию. Сформировались хондриты путем конденсации и аккреции протопланетного вещества, при этом испытав некоторое тепловое воздействие. Вещество хондритов довольно плотное - от 2,0 до 3,7 г/см 3 , - но хрупкое: метеорит можно раскрошить рукой.

Рассмотрим подробнее, какими по составу бывают метеориты этого типа, наиболее распространенного (85,7 %) из всех.

Углистые хондриты

Для углистых характерно большое содержание железа в силикатах. Их темный цвет обусловлен присутствием магнетита, а также таких примесей, как графит, сажа и органические соединения. Кроме того, углистые хондриты содержат связанную в гидросиликатах (хлорит, серпентин) воду.

По ряду признаков С-хондриты делятся на несколько групп, одна из которых - CI-хондриты - представляет исключительный интерес для ученых. Эти тела уникальны тем, что не содержат хондр. Предполагается, что вещество метеоритов этой группы вообще не подвергалось термическому воздействию, то есть осталось практически неизменным со времени конденсации протопланетного облака. Это самые древние тела Солнечной системы.

Органика в составе метеоритов

В углистых хондритах обнаруживаются такие органические соединения, как ароматические и а также карбоновые кислоты, азотистые основания (в живых организмах они входят в состав нуклеиновых кислот) и порфирины. Несмотря на высокие температуры, которым подвергается метеорит при прохождении через земную атмосферу, углеводороды сохраняются благодаря образованию коры плавления, служащей хорошим теплоизолятором.

Эти вещества, вероятнее всего, имеют абиогенное происхождение и свидетельствуют о процессах первичного органического синтеза уже в условиях протопланетного облака, учитывая возраст углистых хондритов. Так что молодая Земля уже на самых ранних этапах своего существования располагала исходным материалом для возникновения жизни.

Обыкновенные и энстатитовые хондриты

Наиболее часто встречаются обыкновенные хондриты (отсюда и их название). Эти метеориты содержат помимо силикатов никелистое железо и несут следы теплового метаморфизма при температурах 400-950 °C и ударных давлениях до 1000 атмосфер. Хондры этих тел часто имеют неправильную форму; в них присутствует обломочный материал. К обыкновенным хондритам относится, например, Челябинский метеорит.

Энстатитовые хондриты характеризуются тем, что железо в них содержится в основном в металлической форме, а силикатный компонент богат магнием (минерал энстатит). В составе метеоритов этой группы меньше летучих соединений, чем у прочих хондритов. Они подвергались тепловому метаморфизму при температурах 600-1000 °C.

Метеориты, относящиеся к обеим этим группам, часто представляют собой обломки астероидов, то есть они побывали в составе протопланетных тел небольшого размера, в которых не проходили процессы дифференциации недр.

Дифференцированные метеориты

Обратимся теперь к рассмотрению того, какие типы метеоритов выделяются по химическому составу в данной обширной группе.

Во-первых, это каменные ахондриты, во-вторых, железокаменные и, в-третьих, железные метеориты. Объединяет их то, что все представители перечисленных групп являются фрагментами массивных тел астероидного или планетного размера, недра которых подверглись дифференциации вещества.

Среди дифференцированных метеоритов встречаются как обломки астероидов, так и тела, выбитые с поверхности Луны или Марса.

Особенности дифференцированных метеоритов

Ахондрит не содержит особых включений и, будучи беден металлом, представляет собой силикатный метеорит. По составу и структуре ахондриты близки к земным и лунным базальтам. Большой интерес представляет группа метеоритов HED, предположительно происходящие из мантии Весты, которая считается сохранившейся протопланетой земной группы. Они схожи с ультраосновными породами верхней мантии Земли.

Железокаменные метеориты - палласиты и мезосидериты - характеризуются наличием силикатных включений в матрице из никелистого железа. Палласиты получили свое название в честь найденного в XVIII веке под Красноярском знаменитого Палласова железа.

Большинство железных метеоритов отличаются интересной структурой - «видманштеттеновыми фигурами», образованными никелистым железом с разным содержанием никеля. Такая структура сформировалась в условиях медленной кристаллизации никелистого железа.

История вещества «небесных камней»

Хондриты - это посланцы из древнейшей эпохи становления Солнечной системы - времени аккумуляции допланетного вещества и зарождения планетезималей - зародышей будущих планет. Радиоизотопные датировки хондритов показывают, что возраст их превышает 4,5 млрд лет.

Что касается дифференцированных метеоритов, то они демонстрируют нам формирование структуры планетных тел. Их вещество имеет отчетливые признаки плавления и перекристаллизации. Образование их могло происходить в разных частях дифференцированного родительского тела, впоследствии подвергшегося полному или частичному разрушению. Это определяет, какой химический состав метеоритов, какая структура образовались в каждом конкретном случае, и служит основой для их классификации.

Дифференцированные небесные гости также содержат информацию о последовательности процессов, протекавших в недрах родительских тел. Таковы, например, железокаменные метеориты. Состав их свидетельствует о неполном разделении легких силикатных и тяжелых металлических компонентов древней протопланеты.

В процессах столкновения и дробления астероидов разных типов и возрастов в поверхностных слоях многих из них могло происходить накопление перемешанных фрагментов различного происхождения. Затем в результате нового соударения подобный «композитный» осколок выбивался с поверхности. Примером может служить метеорит Кайдун, содержащий частицы нескольких типов хондритов и металлическое железо. Так что история метеоритного вещества зачастую весьма сложна и запутанна.

В настоящее время большое внимание уделяется исследованию астероидов и планет с помощью автоматических межпланетных станций. Безусловно, оно будет способствовать новым открытиям и более глубокому пониманию происхождения и эволюции таких свидетелей истории Солнечной системы (и нашей планеты в том числе), как метеориты.

Из истории

Метеориты. Эти космические странники издавна волновали сердца людей. Глядя в ночное небо над головой, каждый из нас, хоть раз видел, как будто одна из звезд срывается со своего места и стремительно падает, прочертив яркий след в небе. Представьте же, как удивлялись люди века и тысячелетий назад, когда падение метеорита происходило на их глазах. Громовой гул, шипение и треск, огненный шар проносится по небу и падает с невероятным грохотом! Память об этом событии становилась легендами и мифами, а люди хранили осколки небесного камня как священные реликвии. Не удивительно, что даже ученые долгое время отказывались признать метеориты реальностью, считая рассказы о них вымыслом. И только исследования в 1794 году Палласова железа - крупного метеорита, найденного в Сибири, смогли подтвердить внеземное происхождение этих объектов.

С тех пор прошло больше двухсот лет, и сегодня метеориты находятся под пристальным вниманием ученых из разных отраслей науки. Метеориты стали частью мировой популярной культуры, они появляются в фильмах и фантастических романах. Пора и нам, наконец, узнать, что же представляют из себя эти гости из космоса.

Что такое метеорит?

Помимо планет и звезд, в космосе имеется много различных объектов. Есть астероиды - тела, похожие на планеты, но далеко не такие огромные. У астероидов есть свои орбиты вокруг Солнца, у некоторых даже имеются спутники. Есть космическая пыль - мельчайшие частицы вещества, рассредоточенные в космическом пространстве. И есть промежуточные объекты, средней величины. Их размеры - от 0,1 мм до 10-30 м. Их-то и называют метеороидами. Они могут быть рассредоточены в пространстве, двигаться по произвольным траекториям или же иметь относительно стабильные орбиты. Иногда встречается целое скопление метеороидов - так называемый рой.

Когда такой метеороид попадает в гравитационное поле планеты, траектория его движения меняется, и он постепенно устремляется к поверхности планеты. Изредка случаются столкновения планеты и с астероидами.

Красочное явление в виде сгорающего в атмосфере космического тела называется метеором (или болидом).

И только когда космическое тело (не важно, какого размера) достигнет поверхности планеты, его можно будет назвать привычным словом - метеорит.

Какие бывают метеориты?

Конечно, каждый метеорит уникален и нет двух одинаковых метеоритов. Но по своему составу они делятся на три большие группы.

Каменные метеориты. Это самая большая группа. 92,8% всех долетающих до земли метеоритов - именно каменные, а из них 92,3% называются хондритами. Удивительно, но их состав идентичен химическому составу Солнца, за исключением легких газов, водорода и гелия. Как это возможно? Солнечная система сформировалась из гигантского межзвездного газопылевого облака. Под действием гравитации вещество устремлялось в центр, образовывая протозвезду. Под действием массы падающего на нее вещества температура протозвезды росла и в итоге в её центре вспыхнули термоядерные реакции. Так возникло Солнце. А остатки вещества из газопылевого облака сформировали все прочие космические объекты Солнечной системы. Хондриты - это как раз мельчайшие частицы, сформировавшиеся из вещества газопылевого облака. Можно сказать, что и они, и Солнце сделаны из одного материала. Основными минералами в их составе являются различные силикаты.

Все остальные метеориты имеют сложное происхождение, и представляют собой обломки астероидов или планетарных объектов. Часть из них - каменные, как и хондриты, но имеют другой состав и структуру.

Металлические метеориты - другая крупная группа, составляющая 5,7% от общего числа падений на землю. В основном они состоят из сплава железа и никеля, очень прочны и почти не подвержены коррозии.

И, наконец, самые редкие (и самые красивые) метеориты - железо-каменные. Их всего 1,5%, но они имеют сложную структуру, в которой металлическая часть переплетена с силикатными образованиями.

Как много метеоритов падает на Землю?

За сутки на Землю падает около 5-6 тонн метеоритного вещества. Это составляет около 2 тысяч тонн в год. Казалось бы - солидная цифра. Но большинство метеоритов сгорают в атмосфере, так и не долетев до земли. Из остальных значительная часть падает в океан или малонаселенные области - просто потому, что они занимают большую часть нашей планеты. И лишь в редких случаях падение метеорита происходит в населенной местности, на глазах у людей.

Что происходит при падении метеорита?

Космические тела двигаются с огромными скоростями. При входе в атмосферу скорость метеорита может достигать от 11 до 72 км/с. От трения о воздух он загорается и начинает светиться. Как правило, большинство метеоритов сгорают, не достигая поверхности. Крупный метеорит постепенно замедляется и остывает. То, что будет происходить дальше, зависит от многих факторов - масса, начальная скорость, угол входа в атмосферу. Если метеорит успевает затормозить, его траектория может смениться на почти отвесную и он просто упадет на поверхность. Бывает, что внутренняя структура метеорита неоднородная, неустойчивая. И тогда он взрывается в воздухе, а его обломки падают на землю. Такое явление называется метеоритным дождем. Но если скорость метеорита все еще велика (около 2-4 км/с), а сам он достаточно массивен - при столкновении с земной поверхностью происходит мощный взрыв.

На месте падения крупного метеорита образуется метеоритный кратер - астроблема. На Земле такие кратеры не всегда видны, поскольку выветривание и прочие геологические процессы разрушают их. Но на других планетах можно увидеть следы колоссальных метеоритных бомбардировок.

Метеоритные кратеры есть и на территории России. Самый большой из них находится в Восточной Сибири. Это кратер Попигай, его диаметр 100 км, и он четвертый по величине в мире. Попигай образовался 35,7 млн лет назад в результате столкновения с Землей крупного астероида. Есть сведения, что в его недрах скрываются залежи алмазов, но точная информация об этом была засекречена еще в советское время. Самый древний из российских кратеров (и один из древнейших в мире) - это небольшой кратер Суавъярви в Карелии. Его диаметр всего 3 км и сейчас в нем расположено озеро. Но его возраст - 2,4 миллиарда лет - впечатляет.

Опасность метеоритов.

Шанс того, что метеорит попадет в человека - крайне ничтожен. Всего зафиксировано два достоверных случая падения метеорита на человека, и оба раза люди получили незначительные ушибы. Также за последние два столетия имеется около десятка свидетельств гибели людей от удара метеорита, но они не имеют официального подтверждения.

Тем не менее, отрицать опасность метеоритов было бы неразумно. Пример Челябинского метеорита показывает, что даже косвенное воздействие от взрыва крупного космического объекта может быть разрушительным.

В массовой культуре сложился стереотип, что метеориты могут быть радиоактивны, либо несут в себе споры чудовищных инопланетных болезней. Эти современные мифы поддерживаются фантастикой и кинематографом, но лишены оснований. Случаев обнаружения радиоактивных метеоритов не было. Ни одного.

Для того, чтобы кусок камня или метеорит был радиоактивным, в его состав должны входить радиоактивные вещества. Например, уран. Но со временем их радиоактивность падает. Скорость уменьшения радиоактивности характеризуется величиной, которую называют период полураспада. И эта величина намного меньше, чем средний возраст любого из метеоритов, падающих на Землю.

Но в космосе же есть источники радиации, например солнце? Да, но стоит понимать, что быть облученным не значит самому стать радиоактивным. Если вы проведете выходные в ядерном реакторе, вы вряд ли после будете чувствовать себя хорошо. Но тем не менее излучать радиацию вы не станете.

Некоторые метеориты несут в составе сложные органические соединения, и из-за этого представляют огромный интерес для ученых. Но ни микроорганизмов, ни следов инопланетной жизни на них пока что не обнаружено.

Для чего используют метеориты?

В древности метеориты могли служить объектами религиозного поклонения. Метеоритное железо было известно задолго до того, как люди научились самостоятельно выплавлять железо из руды. Изделия из метеоритного железа ценились крайне высоко, один из примеров - кинжал, найденный в гробнице Тутанхамона.

Сегодня метеориты представляют в большей степени научный интерес. Они могут многое рассказать о молодости нашей Солнечной системы и о далеких мирах.

Тем не менее, железные и железо-каменные метеориты используются в ювелирном искусстве. Неповторимую красоту придает им сама структура кристаллической решетки. Переплетающиеся иглы кристаллов, сложные геометрические фигуры, фрактальные композиции. По-научному такое явление называется видманштеттеновыми фигурами. Они образуются при очень медленном остывании раскаленного до невероятных температур железо-никелевого сплава. В космосе нет воздуха, нет переносчика тепла, поэтому метеорит остывает в течение бесконечно долгого времени - на несколько градусов за один миллион лет. В железо-каменных метеоритах аморфная металлическая матрица вмещает в себя включения силикатов, в том числе оливина. Желто-зеленые прозрачные разновидности этого минерала являются настоящими драгоценными камнями. Такую структуру и особенности строения невозможно создать в искусственных условиях. Сам внешний вид выступает гарантией подлинности и уникальности украшения, созданного из «упавшей звезды» - метеорита.

Метеорит - это твердое внеземное вещество, сохранившееся при прохождении через атмосферу и достигшее поверхности Земли. Метеориты - наиболее примитивное в-во СС, не испытавшее дальнейшего фракционирования с момента образования. Это основано на том, что относительная распр. тугоплавких эл. в метеоритах соответствует солнечной распр. Метеориты подразделяются на (по содержанию металл. фазы): Каменные (аэролиты): ахондриты, хондриты, Железокаменные (сидеролиты), Железные (сидериты). Железные метеориты – состоят из камасита - самородного Fe космического происхождения с примесью никеля от 6 до 9%. Железокаменные метеориты Малораспр. группа. Имеют грубозернистые структуры с равными по весу долями силикатной и Fe фаз. (Силикатные минералы - Ol, Px; Fe фаза - камасит с видманштеттеновыми прорастаниями). Каменные метеориты – состоят из силикатов Mg и Fe c примесью металлов. Подразделяются на Хондритовые, ахондритовые и углистые. Хондриты: сфероидальные обособления размером первые мм и менее, сложенные силикатами, реже силикатным стеклом. Погружены в богатую Fe матрицу. Основная масса хондритов представляет собой тонкозернистую смесь Ol, Px-ов (Ol-бронзитовые, Ol-гиперстеновые и Ol-пижонитовые) с никелистым Fe (Ni-4-7%), троилитом (FeS) и плагиоклазом. Хондриты – закристалл. или стекловатые капли, кот. Образ. при плавлении ранее существовавшего силикатного материала, подвергавшегося, нагреванию. Ахондриты: Не содержат хондр, имеют более низкое содер. никелистого Fe и более грубые структуры. Их главные минералы – Px и Pl, некоторые типы обогащены Ol. По составу и структурным особенностям ахондриты похожи на земные Габброиды. Состав и структура говорят о магматическом происхождении. Иногда наблюдаются пузырчатые структуры как у лав. Углистые хондриты (большое кол-во углеродистого вещества) Хар-рная черта углистых хондритов - наличие летучей составляющей , что указывает на примитивность (не произошло удаление летучих эл.) и не претерпели фракционирования. Тип С1 содержит большое кол-во хлорита (водные Mg, Fe алюмосиликаты), а также магнетит , водно-растворимые соли , самородную S , доломит, оливин, графит, орган. соединения. Т.е. с момента их образ-я они сущ. при Т, не > 300 0 С. В составе хондритовых метеоритов недостаток 1/3 хим. Эл. по сравнению с составом углистых хондритов , кот. наиболее близки к составу протопланетного вещества. Наиболее вероятная причина дефицита летучих эл. - последовательная конденсация эл. и их соединений в порядке, обратном их летучести.

5. Исторические и современные модели аккреции и дифференциации протопланетного вещества О.Ю.Шмидт в 40-х годах высказал идею о том, что Земля и планеты ЗГ образовались не из раскаленных сгустков солнечных газов, а путем аккумуляции ТВ. тел и частиц - планетезималей, испытавших плавление позднее во время аккреции (разогрев из-за столкновений крупных планетезималей, диаметром до первых сотен км). Т.е. ранняя дифференциация ядра и мантии и дегазация. Сущ. две точки зрения относит. механизма аккумуляции и представлений о форм-ии слоистой структуры планет. Модели гомогенной и гетерогенной аккреции : ГЕТЕРОГЕННАЯ АККРЕЦИЯ 1. Кратковременная аккреция. Ранние модели гетерогенной аккреции (Турекиан, Виноградов) предполагали, что З. аккумулировалась из материала по мере его конденсации из протопланетного облака. Ранние модели включают раннюю >Т аккумуляцию Fe-Ni сплава, образующего протоядро З., сменяющуюся с пониж. Т аккрецией внешних ее частей из силикатов. Сейчас считают, что в процессе аккреции происходит непрерывное измен. в аккумулирующемся материале отношения Fe/силикат от центра к периферии форм-ейся планеты. При аккумуляции З. разогревается, => плавление Fe, которое отделяется от силикатов и опускается в ядро. После охлаждения планеты добавляется около 20 % ее массы материалом, обогащенным летучими по периферии. В протоземле не существовало резких границ между ядром и мантией, кот. установились в результате гравит. и хим. дифференциации на следующем этапе эволюции планеты. В ранних вариантах дифференциация происходила преимущественно в процессе формирования ЗК, и не захватывала Землю целиком. ГОМОГЕННАЯ АККРЕЦИЯ 2. Принимается большее время аккреции - 10 8 лет. При аккреции Земли и планет ЗГ конденсирующиеся тела имели широкие вариации состава от углистых хондритов, обогащенных летучими до в-ва, обогащенного тугоплавкими компонентами типа Allende. Планеты форм. из этого набора метеоритного в-ва и их различие и сходство определялось относит. пропорциями в-ва различного состава. Так же имела место макроскопическая однородность протопланет. Существование массивного ядра говорит о том, что изначально привнесенный Fe-Ni метеоритами сплав, равномерно распределенный по всей З., выделился в ходе ее эволюции в центральную часть. Однородная по составу планета расслоилась на оболочки в процессе гравитационной дифференциации и химических процессов. Современная модель гетерогенной аккреции , позволяющая объяснить хим. состав мантии разрабатывается группой немецких ученых (Венке, Дрейбус, Ягоутц). Они установили, что содержания в мантии умеренно летучих (Na, K, Rb) и умеренно сидерофильных (Ni, Co) эл., с различ. Коэф-ми распределения Ме/силикат, имеют одинаковую распространенность (нормированную по С1) в мантии, а наиболее сильно сидерофильные элементы имеют избыточные концентрации. Т.е. ядро не находилось в равновесии с мантийным резервуаром. Ими предложена гетерогенная аккреция :1. Аккреция начинается с накопления сильно восстановленного компонента А, лишенного летучих эл. и содержащего все остальные эл. в количествах отвечающих С1, и Fe и все сидерофилы в восстановленном состоянии. С повышением Т одновременно с аккрецией начинается образование ядра. 2. После аккреции в 2/3 массы З. начинает накапливаться все более окисленный материал, компонент В. Часть Ме компонента А еще сохраняется и способствует извлечению наиболее сидерофильных эл. и их переносу в ядро. Источником умеренно летучих, летучих и умеренно сидерофильных эл. в мантии явл. компонент В, что и объясняет их близкую относительную распространенность. Таким образом, Земля на 85% состоит из компонента А и на 15 % из В. В целом состав мантии форм-ся после отделения ядра путем гомогенизации и перемешивания силикатной части компонента А и вещества компонента В.

6. Изотопы химических элементов. Изотопы - атомы одного эл., но имеющих разное число нейтронов N. Они различаются только по массе. Изотоны - атомы разных эл., имеющие разные Z, но одинаковые N. Они располагаются в вертикальных рядах. Изобары - атомы разных эл., у кот. равные масс. числа (А=А), но разные Z и N. Они располагаются в диагональных рядах. Стабильность ядер и распространенность изотопов; радионуклиды Число известных нуклидов ~ 1700, из них стабильны ~ 260. На диаграмме нуклидов стабильные изотопы, (затемненные квадраты), образуют полосу, окруженную нестабильными нуклидами. Стабильны только нуклиды с определенным соотношением Z и N. Отношение N к Z растет от 1 до ~ 3 с увеличением А. 1. Стабильными являются нуклиды, у кот. N и Z примерно равны. До Са в ядрах N=Z. 2. Большая часть стабильных нуклидов имеет четные Z и N. 3. Менее распространены стабильные нуклиды с чет. Z и нечет. N или чет. N и нечет. Z. 4. Р редки стабильные нуклиды с нечет.Z и N.

			число стабильных нуклидов
нечетное		нечетное
нечетное	нечетное
	нечетное	нечетное

В ядрах с чет. Z и N нуклоны образуют упорядоченную структуру, что определяет их стабильность. Число изотопов меньше у легких эл. и увел. в средней части ПС, достигая максимума у Sn (Z=50) , имеющего 10 стабильных изотопов. У элементов с нечет. Z стабильных изотопов не более 2.

7. Радиоактивность и ее виды Радиоактивность - самопроизвольные превращения ядер неустойчивых атомов (радионуклидов) в стабильные ядра других элементов, сопровождающиеся эмиссией частиц и/или излучением энергии. Св-во рад-ти не зависит от хим. Св-в атомов, а опред-ся строением их ядер. Радиоактивный распад сопровождается измен. Z и N родительского атома и приводит к превращению атома одного эл. в атом другого эл. Так же, Резерфордом и другими учеными было показано, что рад. распад сопровождается эмиссией излучения трех различных типов, a, b, g. a -лучи - потоки высокоскоростных частиц - ядер Не, b - лучи - потоки e – , g - лучи - электромагнитные волны с большой энергией и с более короткой λ. Виды радиоактивности a-распад - распад путем эмиссии a-частиц, он возможен для нуклидов с Z> 58 (Се), и для группы нуклидов с небольшим Z , включая 5He, 5Li, 6Be. a-частица состоит из 2 Р и 2N, происходит смещение на 2 позиции по Z. Первоначальный изотоп наз-ся родительским или материнским, а новообразованный - дочерним .

b-распад - имеет три вида: обычный b -распад, позитронный b -распад и e – захват. Обычный b-распад - можно рассматривать как превращение нейтрона в протон и e – , последний или бета-частица - выбрасывается из ядра, сопровождается эмиссией энергии в форме g-излучения. Дочерний нуклид является изобаром родительского, но его заряд больше.

Бывает серия распадов пока не образуется стаб-ый нуклид. Пример: 19 K40 -> 20 Ca40 b - v- Q. Позитронный b-распад - эмиссия из ядра положительной частицы позитрона b , его образование - превращение ядерного протона в нейтрон, позитрон и нейтрино. Дочерний нуклид является изобаром, но имеет меньший заряд.

Пример, 9 F18 -> 8 O18 b v Q Атомы, с избытком N и располагающиеся справа от зоны ядерной стабильности, являются b - -радиоактивными, т.к. при этом число N уменьшается. Атомы слева от области ядерной стабильности нейтроннодефицитны, они испытывают позитронный распад и число их N увеличивается. Таким образом, при b - и b -распаде наблюдается тенденция изменения Z и N , приводящая к приближению дочерних нуклидов к зоне ядерной стабильности. e – захват - захват одного из орбитальных электронов. Высока вероятность захвата из К-оболочки, кот. ближе всего к ядру. e – захват вызывает эмиссию из ядра нейтрино. Дочерний нуклид явл. изобаром, и занимает тоже положение относительно родительского, что и при позитронном распаде. b - -излучение отсутствует, а при заполнении вакансии в К-оболочке выделяются Х-лучи. При g-излучении не изменяются ни Z, ни A; при возвращении ядра в обычное состояние энергия выделяется в форме g-излучения. Некоторые дочерние нуклиды природных изотопов U и Th могут распадаться либо испуская b-частицы, либо путем a-распада. Если вначале происходил b-распад, то затем a-распад, и наоборот. Другими словами, два этих альтернативных вида распада образуют замкнутые циклы и всегда приводят к одному и тому же конечному продукту - стабильным изотопам Pb.

8. Геохимические следствия радиоактивности земного вещества. Лорд Кельвин (Уильям Томсон) с 1862 по 1899 г. выполнил ряд расчетов, кот. налагали ограничения на возможный возраст Земли. Они основывались на рассмотрении светимости Солнца, влиянии лунных приливов и процессах охлаждения З. Он пришел к выводу, что возраст Земли составляет 20-40 млн. лет. Позже Резерфорд выполнил определение возраста U мин. и получил значения около 500 млн. лет. Позже Артуром Холмсом в его книге “Возраст Земли” (1913 г) показал важность изучения радиоактивности в геохронологии и привел первую ГХШ. Она была основана на рассмотрении данных о мощности отложений осадочных гп и о содержании продуктов радиогенного распада - He и Pb в U-содержащих минералов. Геохронологическая шкала - шкала естественноисторического развития ЗК, выраженная в числовых единицах времени. Возраст аккреции З. составляет около 4,55 млрд. лет. Период до 4 или 3,8 млрд. лет - время дифференциации планетных недр и образования первичной коры, его называют катархеем. Наиболее длительный период жизни З. и ЗК - это докембрий, кот. простирается от 4 млрд. лет до 570 млн. лет, т.е. около 3,5 млрд. лет. Возраст древнейших известных сейчас пород превышает 4 млрд. лет.

9. Геохимическая классификация элементов В.М. Гольшмидта В основу положены : 1- распределение эл. между различными фазами метеоритов - разделение в ходе первичной ГХкой дифференциации З. 2- специфическое химическое сродство с теми или иными элементами (O, S, Fe), 3- строение электронных оболочек. Ведущие эл., слагающие метеориты, – O, Fe, Mg, Si, S. Метеориты состоят из трех главных фаз: 1) металл., 2) сульфидной, 3) силикатной. Все эл. распределяются между этими тремя фазами в соответствии с их относительным сродством к O, Fe и S. В классификации Гольдшмидта выделяются следующие группы эл.: 1) Сидерофильные (любящие железо) – металл. фаза метеоритов: эл., образующие с Fe сплавы произвольного состава - Fe, Co, Ni, все платиноиды (Ru, Rh, Pd, Pt, Re, Os, Ir), и Mo. Часто имеют самородное состояние. Это переходные элементы группы VIII и некоторые их соседи. Формируют внутреннее ядро З. 2) Халькофильные (любящие медь)- сульфидная фаза метеоритов: эл., образующие природные соед-я с S и ее аналогами Se и Te, имеют также сродство с As(мышьяк), иногда их называют (сульфурофильные). Легко переходят в самородное состояние. Это элементы побочных подгрупп I-II и главных подгрупп III- VI групп ПС с 4 по 6 период S. Наиболее известны – Сu, Zn, Pb, Hg, Sn, Bi, Au, Ag. Сидерофильные эл. – Ni, Co, Mo также могут быть халькофильными при большом кол-ве S. Fe в восстановительных условиях имеет сродство к S (FeS2). В современной модели З. эти металлы образуют внешнее, обогащенное серой, ядро З.

3) Литофильные (любящие камень) – силикатная фаза метеоритов: эл., имеющие сродство к O 2 (оксифильные). Образуют кислородные соединения - окислы, гидроокислы, соли кислородных кислот-силикаты. В соединениях с кислородом имеют 8-электронную внеш. оболочку. Это самая многочисленная группа из 54 элементов (С, распространенные петрогенные - Si, Al, Mg, Ca, Na, K, элементы семейства железа – Ti, V, Cr, Mn, редкие - Li, Be, B, Rb, Cs, Sr, Ba, Zr, Nb, Ta, REE, т.е. все остальные кроме атмофильных). В окислительных условиях железо оксифильно - Fe2O3. формируют мантию З. 4) Атмофильные (хар-но газообразное состояние) – матрикс хондритов: H, N инертные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) . Формируют атмосферу З. Так же есть такие группы: редкоземельные Y, щелочные, крупноионные литофильные элементы LILE (K, Rb, Cs, Ba, Sr), высокозарядные элементы или элементы с высокой силой поля HFSE (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Th). Некоторые определения эл.: петрогенные (породообразующие, главные) второстепенные, редкие, микроэлементы - с конц. не более 0,01%. рассеянные – микроэл. не образующие собственных минералов акцессорные - образуют акцессорные мин. рудные - образуют рудные мин.

10. Основные св-ва атомов и ионов, определяющие их поведение в природных системах . Орбитальные радиусы - радиусы максимумов радиальной плотности e – внеш. орбитали. Они отражают размеры атомов или ионов в свободном состоянии, т.е. вне хим. связи. Главным фактором, является e – структура эл., и чем больше e – оболочек тем больше размер. Для опред. размеров атомов или ионов важным способом явл. Опред. расстояния от центра одного атома до центра другого, кот. называется длиной связи. Для этого используют рентгеновские методы. В первом приближении атомы рассматриваются в виде сфер, и применяется “принцип аддитивности”, т.е. полагают, что межатомное расстояние складывается из суммы радиусов атомов или ионов, слагающих в-во. Тогда зная или принимая некоторую величину в качестве радиуса одного эл. можно рассчитать размеры всех других. Рассчитанный таким образом радиус называется эффективным радиусом . Координационное число - число атомов или ионов, расположенных в непосредственной близости вокруг рассматриваемого атома или иона. КЧ определяется отношением R k /R a: Валентность - количество e – , отданных или присоединенных атомом при образовании хим. связи. Потенциал ионизации - это энергия, необходимая для удаления e – из атома. Она зависит от строения атома и опред-ся экспериментально. Потенциал ионизации соответствует напряжению катодных лучей, которое достаточно для ионизации атома этого эл. Может быть несколько потенциалов ионизации, для нескольких e – удаляемых с внеш. e – оболочки. Отрыв каждого последующего e – требует большей энергии и не всегда может быть. Обычно используют потенциал ионизации 1го e – , кот. обнаруживает периодичность. На кривой потенциалов ионизации щелочные металлы, легко теряющие e – , занимают минимумы на кривой, инертные газы – вершины. С ростом атомного номера потенциалы ионизации увеличиваются в периоде и уменьшаются в группе. Обратной величиной является сродство кe – . Электроотрицательность - способность при вступлении в соединения притягивать e – . Наиболее электроотрицательны галогены, наименее - щелочные металлы. Электроотрицательность зависит от заряда ядра атома, валентности его в данном соединении и строения e – оболочек. Неоднократно делались попытки выразить ЭО в единицах энергии или в условных единицах. Величины ЭО закономерно изменяются по группам и периодам ПС. ЭО минимальны для щелочных металлов и возрастают к галогенам. У литофильных катионов ЭО уменьш. от Li к Cs и от Mg к Ba, т.е. с увел. ионного радиуса. У халькофильных эл. ЭО выше чем у литофильных из той же группы ПС. У анионов группы О и F ЭО уменьшается вниз по группе и следовательно она максимальна у этих эл. Эл. с резко различными значениями ЭО образуют соединения с ионным типом связи, а с близкими и высокими - с ковалентным, с близкими и низкими – металлическим типом связи. Ионный потенциал Картледжа (I)равен отношению валентности к R i , он отражает св-ва катионогенности или ионогенности. В.М.Гольшмидт показал, что св-ва катионогенности и анионогенности зависят от соотношения валентности (W) и R i для ионов типа благородных газов. Это отношение в 1928 г. К.Картледж назвал ионным потенциалом I. При малых значениях I эл. ведет себя как типичный металл и катион (щелочные и щелочноземельные металлы), а при больших - как типичный неметалл и анион (галогены). Эти соотношения удобно изображать графически. Диаграмма: ионный радиус - валентность. Величина ионного потенциала позволяет судить о подвижности эл. в водной среде. Эл. с низкими и высокими значениями I являются наиболее подвижными легко (c низкими - переходят в ионные растворы и мигрируют, с высокими – образуют комплексные растворимые ионы и мигрируют), а с промежуточными – инертные. Основные типы хим. связи, хар-р связи в основных группах минералов.Ионная – образ-ся вследствие притяжения ионов с противоположными зарядами. (с большой разницей в электроотрицательности) Ионная связь преобладает у большинства мин. ЗК - окислов и силикатов, это наиболее распространенный тип связи также в гидро- и атмосферах. Связь обеспечивает легкую диссоциацию ионов в расплавах, растворах, газах, благодаря чему происходит широкая миграция хим. Эл., их рассеяние и конц-ие в земных геосферах. Ковалентная – сущ. благодаря взаимодействию e – , используемых разными атомами. Типична для эл. с равной степенью притяжения e – , т.е. ЭО. Хар-на для жидких и газообразных в-в (H2O, Н2, O2, N2) и менее для кристалл. Ковалентной связью хар-тся сульфиды, родственные им соединения As, Sb, Te, а также моноэл. соединения неметаллов – графит, алмаз. Ковалентные соединения характеризуются слабой растворимостью. Металлическая - особый случай ковалентной связи, когда каждый атом разделяет свои e – со всеми соседними атомами. e – способны к свободным передвижениям. Типична для самородных металлов (Си, Fe, Ag, Au, Pt). Многие мин. обладают связью, кот. относится частично к ионной, частично к ковалентной. В сульфидных мин. максимально проявлена ковалентная связь, она имеет место между атомами металла и S а металлическая - между атомами металла (металл. блеск сульфидов). Поляризация - это эффект искажения e – облака аниона маленьким катионом с большой валентностью так, что маленький катион, притягивая к себе крупный анион, и уменьшает его эффективный R, сам входя в его e – облако. Таким образом, катион и анион не представляют собой правильные сферы, а катион вызывает деформацию аниона. Чем выше заряд катиона и меньше его размер тем сильнее действие поляризации. И чем больше размер аниона и его отрицательный заряд тем сильнее он поляризуется - деформируется. Литофильные катионы (с 8 эл. оболочками) вызывают меньшую поляризацию, чем ионы с достраивающимися оболочками (типа Fe). Халькофильные ионы с большими порядковыми номерами и высоковалентные вызывают наиболее сильную поляризацию. С этим связано образование комплексных соединений: 2- , , 2- , 2- , кот. растворимы и явл. главными переносчиками металлов в гидротермальных растворах.

11.Состояние(форма нахождения) эл. в природе. В ГХ выделяют: собственно мин. (кристалл. фазы), примеси в мин., различные формы рассеянного состояния; форма нахождения эл. в природе несет сведения о степени ионизации, хар-ре хим. связей эл. в фазах и т.п. В-во (эл.) находится в трех главных формах. Первая - конц-е атомы, образ. звезды различ. типов, газовые туманности, планеты, кометы, метеориты и косм. тв. частицы в-ва. Степень конц. В-ва во всех телах отличается. Наиболее рассеянные состояния атомов в газовых туманностях удерживаются гравитационными силами или находятся на грани их преодоления. Вторая - рассеянные атомы и молекулы, образ-е межзвездный и межгалактический газ, состоящий из свободных атомов, ионов, молекул, e – . Кол-во его в нашей Галактике значительно меньше, чем в-ва, которое сосредоточено в звездах и газовых туманностях. Межзвездный газ находится на различ. стадиях разреженности. Третья - интенсивно мигрирующие, летящие с громадной скоростью атомные ядра и элементарные частицы, составляющие космические лучи. В.И. Вернадский выделил главные четыре формы нахождения хим. Эл. в ЗК и на ее поверхности: 1.горные породы и минералы (твердые кристаллические фазы), 2.магмы, 3.рассеянное состояние, 4.живое в-во. Каждая из этих форм отличается особым состоянием их атомов. Сущ. и другое выделение форм нахождения эл. в природе, зависящие от конкретных св-в самих эл. А.И. Перельман выделил подвижные и инертные формы нахождения хим. Эл. в литосфере. По его определению, подвижная форма представляет собой такое состояние хим. Эл. в гп, почвах и рудах, находясь в кот. Эл. легко может переходить в р-р и мигрировать. Инертная форма представляет такое состояние в г.п., рудах, коре выветривания и почвах, в кот. Эл. в условиях данной обстановки обладает низкой миграционной способ-ю и не может переходить в р-р и мигрировать.

12.Внутренние факторы миграции .

Миграция - перемещение хим. Эл. в геосферах З, ведущее к их рассеянию или конц. Кларковые – средние конц. в главных типах гп ЗК каждого хим. Эл. можно рассматривать как состояние его равновесия в условиях данной хим. среды, отклонение от кот. постепенно сокращается путем миграции этого эл. В земных условиях миграция хим. Эл. происходит в любых средах – ТВ. и газообразной (диффузия), но легче в жидкой среде (в расплавах и водных р-рах). При этом формы миграции хим. Эл. также различны – они могут мигрировать в атомарной (газы, расплавы), ионной (растворы, расплавы), молекулярной (газы, р-ры, расплавы), коллоидной (р-ры) формах и, в виде обломочных частиц (воздушная и водная среда). А.И.Перельманом выделяется четыре вида миграции хим. Эл.: 1.механическая,2.физ.-хим., 3.биогенная, 4.техногенная. Важнейшие внутренние факторы : 1.Термические св-ва эл., т.е. их летучесть или тугоплавкость. Эл., имеющие T конденсации более 1400 o K названы тугоплавкими платиноиды, литофильные - Ca, Al, Ti, Ree, Zr, Ba, Sr, U, Th), от 1400 до 670 o K – умеренно летучими. [литофильные – Mg, Si (умеренно тугоплавкие), многие халькофильные, сидерофильный –Fe, Ni, Co ], < 670 o K – летучими (атмофильные). На основании этих св-в произошло разделение эл. по геосферам З. При магм. процессе в условиях высоких Т способность к миграции будет зависеть от возможности образования тугооплавких соединений и, нахождения в твердой фазе. 2. Хим. Св-ва эл. и их соединений. Атомы и ионы, обладающие слишком большими или слишком малыми R или q, обладают и повышенной способностью к миграции и перераспределению. Хим. Св-ва эл. и их соединений приобретают все большее значение по мере снижения T при миграции в водной среде. Для литофильных эл. с низким ионным потенциалом (Na, Ca, Mg) в р-рах хар-ны ионные соединения, обладающие высокой раствор-ю и высокими миграционными способностями. Эл. с высокими ионными потенциалами образуют растворимые комплексные анионы (С, S, N, B). При низких Т высокие миграционные способности газов обеспечиваются слабыми молекулярными связями их молекул. Рад. Св-ва, опред-ие изменение изотопного состава и появление ядер других эл.