Распространенность химических элементов

Чтобы установить распространенность химических элементов во Вселенной, нужно определить состав ее вещества. А оно сосредоточено в звездах, планетах и их спутниках, астероидах, кометах. Космическое пространство заполнено межзвездным газом и пылью. Изучением элементов в космосе занимается космохимия, а распространенностью на Земле – геохимия. К сожалению, нам доступно для изучения лишь земное вещество (и то, которое «под ногами») да очень небольшое количество лунного грунта и метеориты – обломки существовавших космических тел. Определить химический состав объектов, удаленных от нас на тысячи световых лет стало возможным после разработки в 1859 году немецкими учеными Густавом Кирхгофом и Робертом Бунзеном метода спектрального анализа. А в 1895 году Вильгельм Рентген случайно обнаружил неизвестное излучение, которое ученый назвал Х-лучами (рентгеновские). Сейчас это открытие позволяет по спектру определить порядковый номер элемента.

Все тела во Вселенной состоят из атомов одних и тех же химических элементов, но содержание их в разных объектах различно. Лидеры по распространенности – водород (его атомов в космосе – 88,6%) и гелий (11,3%). На долю остальных элементов приходится только 1%. В звездах и планетах распространены углерод, азот, кислород, неон, магний, кремний, сера, аргон и железо. Таким образом, легкие элементы преобладают. Но есть и исключения: литий, бериллий, бор, фтор и скандий.

Исследование химического состава Солнца производится методами спектрального анализа. Атмосфера Солнца находится в постоянном движении. Температуры фотосферы, хромосферы, солнечной короны сильно различаются. Тем не менее, химический состав Солнца установлен достаточно полно. На Солнце обнаружено 72 элемента. Содержание 60 элементов определено достаточно надежно, но для элементов с атомной массой выше 57 данные менее точны.

Больше всего на Солнце водорода – почти 75% массы. Гелия – около 24%, лишь 1-2% приходится на все остальные элементы. Хотя 1% от солнечной массы – это не так уж и мало. Довольно много на Солнце кислорода, углерода, азота, натрия, железа, никеля, мало лития. Бор и фтор были обнаружены в соединении с водородом. Радия, урана, висмута мало, а радиоактивных элементов, получаемых искусственно в условиях Земли , а также галогенов, кроме фтора, не обнаружено.

Меркурий, Венера, Земля, Марс, Луна – твердые тела. Они образованы силикатными, алюмосиликатными, карбонатными и другими минералами, составляющими их поверхностные слои. Внутри этих планет находится ядро, образованное более тяжелыми породами, содержащими элементы с большой атомной массой. Меркурий содержит ферромагнитное ядро и обладает сильным магнитным полем. Общее количество металлического железа, по некоторым данным в Меркурии составляет около 58%, Венера и Марс, как и Земля, имеют железные ядра, окруженные силикатной оболочкой. На Венере много карбонатов, термическое разложение которых накопило диоксид углерода. Атмосфера Венеры состоит на 97% из диоксида углерода, около 2% азота, 1% водяного пара и не более 0,1% кислорода (по данным космических станций «Венера-4» - «Венера-7»). Температура на поверхности планеты 500 ⁰С, давление около 100 атм.

Марс имеет атмосферу более разреженную, чем Земная. Атмосферное давление на Марсе составляет 0,08 земного. Основные составные части – азот, диоксид углерода. Кислорода и водяных паров в 1000 раз меньше, чем в земной атмосфере. Возможно, что химический состав поверхности очень похож на земной.

Гигантские планеты Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун образованы менее плотными веществами. Основу их составляют водород, гелий, метан, аммиак и другие газы. Существование твердого ядра у этих планет нельзя считать доказанным. Исследование показали также наличие водорода (около 60%), гелия (36%), неона (около 3%). Кроме того, в атмосфере находятся сложные молекулы: циановодород, диоксид азота в форме N₂O₄, вода, сероводород.

Земля - третья планета Солнечной системы (после Меркурия и Венеры). Подобно другим планетам она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите. Расстояние от Земли до Солнца в разных точках орбиты неодинаковое. Среднее же расстояние около 149,6 млн. км. В процессе движения нашей планеты вокруг Солнца плоскость земного экватора перемещается параллельно самой себе таким образом, что в одних участках орбиты земной шар наклонен к Солнцу своим северным полушарием, а в других - южным. Период обращения вокруг Солнца составляет 365,256 дней, при суточном вращении - 23 ч. 56 мин.

Изучением распространенности химических элементов на Земле занимались многие ученые. Но только в 17 веке появились опытные данные о химических процессах в земной коре и их стали осмысливать с позиций, которые мы сейчас именуем геохимическими.

В 80-е годы 19 века проблемами определения среднего состава земной коры много занимался Ф.У. Кларк. В 1889 году он определил среднее содержание 10 химических элементов в твердой земной коре. Кларк трактовал геохимию как совокупность сведений о химическом составе земной коры.