Химический состав геосфер Земли

Изучением химического состава Земли занимается геохимия. Помимо изучения химического состава Земли геохимия рассматривает поведение химических элементов в земной коре, их миграцию, способность к рассеянию и образованию концентраций. Наиболее сложная задача геохимии —изучение химизма глубоких сфер Земли. Увеличение вещества с глубиной говорят о том, что ядро состоит из более тяжелых элементов, чем мантия. Ученые считают, что ядро состоит из железа и никеля, что соответствует составу наиболее тяжелых железных метеоритов. В составе мантии преобладает вещество более легких каменных и железокаменных метеоритов, состоящихиз окислов железа, магния, кремния, алюминия и кальция. Такое распределение легких камней вокруг тяжелых могло произойти в период формирования планеты Земля или в процессе дифференциации (расщепление) метеоритного вещества на тяжелую и легкую материю в процессе эволюции Земли. Некоторые ученые считают, что в ядре Земли, где господствуют температуры в тысячи градусов и давление в миллиарды паскалей, первоначальное вещество Земли потеряло кристаллическую структуру и благодаря разрушению электронных оболочек атомов перешло в металлизированное состояние, приведшее к сближению ядер элементов и, следователь но, к сильному повышению плотности вещества.

Более точную химическую характеристику вещества глубоких недрможно получить лишь непосредственными химическими исследованиямиобразцов горных пород. Такая возможность существует пока для изучения вещества земной коры, залегающего на глубинах до 20 км (обнажения горных пород в горах). О составе вещества верхней мантии Земли могут свидетельствовать образцы горных пород, поднятые научными экспедициями из глубоководных рифов. Эти породы по плотности соответствуют веществу верхней мантии и состоят из окислов железа, магния и кремния. В настоящее время наука располагает данными химических исследований образцов пород базальтовой оболочки Земли, полученных при бурении глубоководных скважин в океане. Эти породы, состав которых также близок к перидотитам, считают продуктом дифференциации вещества верхней мантии. Предполагается, что такая дифференциация возможна в слое пониженной плотности — астеносфере. По поводу образования гранитной оболочки земной коры, состоящей из легких окислов кремния, алюминия, натрия, калия, существуют два мнения. Одни исследователи считают, что гранитная оболочка — продукт дифференциации вещества земной коры, другие связывают ее образовании с последующим переплавленной ранее образованных осадочных горных пород. Химический состав осадочного слоя несколько неоднороден. Среди преобладающих в породах легких окислов кремния и алюминия обнаружены окислы железа, магния, кальция, натрия, калия, в небольших количествах присутствуют более тяжелые химические элементы, попавшие в поверхностные слои вместе с продуктами глубинною магматического расплава.

Всего в земной коре встречается 92 элемента таблицы Д. И. Менделеева. Эволюции химических элементов связана с историей развития Земли. В процессе эволюции происходило усложнение строения их ядер и электронных оболочек. Из простых по строению элементов (водород, гелий) формировались более сложные.

Химический состав оболочек Земли беспрерывно обновляется. Это объясняется миграцией (перемещением) химических элементов в составе газов, водных и твердых растворов. Химический состав земной коры не может характеризовать состав земли в целом, так как наружная оболочка составляет всего лишь 1% ее массы. О химическом составе планеты можно судить главным образом по химическому составу ядра и мантии. По данным А. Е. Ферсмана, наиболее распространенными элементами Земли являются (в процентах массы): Fe — 39,76; О — 27,71; Si — 14,53; Mg —8,69; Ni —3,46; Ca —2,32; AI —1,79; S —0,64, прочие эле­менты— 1,10. Химический состав Земли близок к составу метеори­тов, в которых, как и в Земле, преобладают железо, кислород, магний, кремний. Близость химического состава Земли к другим планетам подтверждают исследования лунного грунта, доставленного на Землю.