Page 21 - 4497

ЛЕКЦІЯ 5. ЗЕМЛЯ ЯК ГЕОХІМІЧНА СИСТЕМА

Хімічний склад земної кори, мантії і ядра Землі

Радіоактивні ядра атомів нашої планети можуть бути поділені на первинні та вторинні.
До первинних належать ті, які були отримані Землею в період її утворення в спадок від більш
давніх космічних систем, в яких відбувався ядерний синтез. До вторинних радіоізотопів
відносяться ізотопи, що виникають у сучасних умовах в результаті взаємодії космічних
променів з атомами переважно атмосферних газів Землі.
Якщо ми порівняємо кількість найбільш поширеного 10 Ве - 430 т із загальною масою
Землі - 5,974.1021 т, то стане цілком очевидно, наскільки мізерну масу речовини Землі
складають вторинні радіоізотопи. Розподіл найбільш поширених на Землі первинних
природних радіоактивних ізотопів U, Th і К у гірських породах нерівномірний. Найбільшим
вмістом U, Th, К відрізняються кислі породи - гранітоїди. Найменша їх концентрація
виявлена в глибинних ультраосновних породах. Загалом, дані визначень показують, що
радіоелементи зосереджені переважно в алюмосилікатної корі, значно нижча їх концентрація
в мантії і абсолютно незначна концентрація в ядрі. Якби у всьому обсязі Землі концентрація
радіоелементів була б такою як у корі, то Земля мала б високу температуру і велика частина її
перебувала б в розплавленому стані. Тепловий стан нашої планети вказує, що радіоактивність
зосереджена переважно в її периферичних частинах і у напрямку до центру швидко
зменшується.
Витрата тепла здійснюється тепловим потоком, що йде з глибин планети до її
поверхні, а також такими активними процесами як вулканізм, гідротермальних діяльність,
тектонічні рухи. На думку геофізиків, Земля втрачає своє тепло переважно шляхом
провідності. Тепловий потік dQ розраховують за формулою:

dQ = K .dt / ds. 5.1

Середнє значення k для гірських порід одно 0,025 Дж / см. с, dt / ds; - геотермічний
0
градієнт у межах 10 - 40 С / км. Грунтуючись на сотнях вимірювань теплових потоків у
різних точках земної кулі, включаючи дно океанів, підрахували, що Земля щороку втрачає
20
7,95.10 Дж. Якщо ми звернемося до наукових даних, то побачимо, що радіоактивна
20
генерація тепла 9,6 - 44,5.10 Дж на рік має той самий порядок і загалом дещо перевищує
втрату навіть для моделей з мінімальною концентрацією радіоактивних речовин (наприклад,
модель Г. Юри). Отже, радіоактивність відіграє провідну роль у сучасному тепловому
балансі нашої планети. Слід, однак, додати, що в далекому минулому радіоактивність Землі
була більш високою, ніж зараз. Це, природно, випливає з самого експоненціального закону
радіоактивного розпаду елементів, які зараз знаходяться в земних надрах, плюс ті, які вже
розпалися в початкові стадії розвитку. Земля отримувала в 4-5 разів більше радіогенного
235
тепла, ніж в сучасну епоху від розпаду U , основними джерелами радіогенного тепла Землі
4О
були ізотопи К і U 235 , у сучасну епоху головна роль належить Th 232 і U 238 . Ми має дані
(частково розглянуті вище) про наявність у той далекий час у тілах сонячної системи деяких
6
8
відносно нетривких радіоактивних ізотопів з періодами напіврозпаду 10 - 10 років, що
виникли в епоху ядерного синтезу важких елементів. У стародавніх метеоритах, як уже
244
зазначалося, виявлені сліди розпаду Рu за ізотопним складом ксенону і по треках
244
осколкового ділення Рu .
Отже, Фрейд Хойл показав що саме магнітне поле не було в протопланетній
туманності основним в утворенні планет, змусивши їх обертатися як єдине ціле і цим
20