Модель Земли

Земля и хондритовая модель Земли.

Здесь мы снова обращаем взор на Землю и ближайшие к ней тела Солнечной системы. Теперь наша главная задача — изучить те характеристики, которые накладывали бы полезные ограничения на модели аккреции. В частности, нас интересует то, как предсказывают эти модели состав планет и их плотность в зависимости от размера планеты и (или) от расстояния между планетой и Солнцем.

Луна подверглись наиболее полным исследованиям

Луна подверглись наиболее полным исследованиям, полезно начать с них, а затем провести сравнение с другими планетами.
Земля-самая плотная и самая крупная планета земной группы, и это, по всей видимости, согласуется с предсказаниями модели однородной аккреции. Чтобы провести дальнейшую проверку этого заключения, необходимо сравнить валовой состав Земли с составом первичной Солнечной туманности . Но этого сделать нельзя, так как наши знания об особенностях состава Земли ограничены непосредственными наблюдениями земной коры, которая не отражает состава всей Земли в целом. Однако с помощью геохимической теории можно оценить различия между составом хорошо изученной континентальной коры  и составом протосолнечной туманности и провести заслуживающие внимания сопоставления. Видно, что соответствие между составами земной коры и солнечной атмосферы хуже, чем для хондритов.

Земная кора образовалась путем частичного плавления из литофильной мантии

Земная кора образовалась путем частичного плавления из литофильной мантии; эти расплавы выборочно обогащены литофильными элементами (, поэтому кора представляет собой наиболее ярко выраженную литофильную область Земли. Таким образом, неудивительно, что содержание литофильных элементов (Na, Al, Са, К, Sr, Rb, Zr, Ва и т.д.) в коре сильно повышено, а халькофильных (например, Zn, Си, Cd, Ag) и сидерофильных (Ni, Pd, Pt, Rh и Au) понижено. Заметьте, что железо попало на прямую одинаковой распространенности, а магний оказался единственным лито- фильным элементом, распространенность которого в земной коре понижена.

Особенности процессов частичного плавления в мантии таковы, что железо попадает в первые же расплавы, а магний остается в мантийном материале. Отношение Fe/Mg в мантии соответственно гораздо ниже, чем в коре, а вся литофильная зона Земли (кора плюс мантия) по сравнению с солнечной атмосферой должна быть обогащена магнием и обеднена железом.

Учитывая, что сидерофильно-халькофильное ядро составляет 32% массы Земли

Учитывая, что сидерофильно-халькофильное ядро составляет 32% массы Земли, а остальные 68% приходятся на литофильные кору и мантию (о чем говорилось при обсуждении плотностного разреза в гл. 3), мы можем сделать на основании анализа рис. 5.4 вывод, что валовой состав Земли, по-видимому, очень близок к составу нелетучих компонентов солнечной атмосферы и, следовательно, по рис. 4.7, к составу хондритов. Это послужило основой для разработки хондритовой модели Земли, впервые предложенной в 1950-х годах.

По этой модели валовой состав Земли отвечает составу углистых хондритов  при условии, что большая часть воды и органических соединений ими потеряна. Ввиду важного значения хондритовой модели, в которой предполагается однородная аккреция, на проверку ее обоснованности и вытекающих из нее следствий было обращено большое внимание. При этом обнаружилось много осложнений, и сейчас можно сказать, что хондритовая модель должна считаться только хорошим приближением к оценке состава Земли.

Сопоставление распространенности элементов в земной коре

В 1963 г. С. Тейлор  решил сопоставить распространенность элементов в земной коре с составом высокожелезистых метеоритов (группа Н), так как имелись уже многочисленные данные об их сходстве с земными породами в следующем: 1) эти хондриты обеднены водой и органическими соединениями по сравнению с группой углистых метеоритов и 2) имеющееся в них Железо содержится в форме свободного металла и сульфида. Тейлор подсчитал долю общей распространенности каждого элемента в хондритовой (состава хондритов группы Н) Земле, отвечающую наблюдаемой распространенности данного элемента в коре.

Оказалось, что у большинства сильно литофильных элементов значительная доля их ожидаемого «обилия», в расчете на всю Землю, падает на одну только кору, но в двух случаях-по отношению к урану и торию-получилось, что кора в действительности содержит больше этих элементов , чем должно быть во всей Земле хондритового состава! Другое важное заключение относится к щелочным элементам — калию, рубидию и цезию, содержание которых в коре из-за их очень сильно выраженных литофильных тенденций должно достигать 50-100% всего своего земного «обилия». Они должны иметь в коре не меньшую концентрацию, чем, например, барий, лантан и церий, которые обладают несколько большей электроотрицательностью. Однако доля хондритовой распространенности в коре для К, Rb и Cs составляет 21, 26 и 22% соответственно, а для Ва, La и Се-93, 82 и 59%; отсюда следует, что Земля обеднена калием, рубидием и цезием относительно их содержания в хондритах примерно на две трети. Итак, из проведенного анализа следует, что Земля содержит:
а)    вдвое больше U и Th, чем в хондритах группы Н;
б)    только треть доли К, Rb и Cs в этих метеоритах.
Проведенный Рингвудом в 1975 г. новый анализ хондритовой модели Земли  был осданные об ультраосновных породах, базальтовых магмах и т. д.. Поскольку на мантию приходится 68% массы Земли, а на кору-меньше 1%, сравнение хондритов с мантийным материалом представляется более оправданным.

Рингвуд пришел к тем же выводам, которые изложены выше, но отметил, что метеориты группы Н и большинство обычных хондритов обеднены тугоплавкими элементами, в том числе ураном и торием, по сравнению с углистыми хондритами. Кроме того, по мнению Рингвуда, как и по мнению многих других современных исследователей, Тейлор переоценил содержание U и Th в коре. Следовательно, сравнение валового состава Земли с составом углистых хондритов дает гораздо лучшее совпадение для тугоплавких элементов, но остается расхождение, связанное с обеднением щелочами.

Хотя существуют некоторые данные, что «недостающие» щелочные элементы могли попасть в ядро Земли (вследствие их возможного халькофильного поведения при высоких давлениях;, для модели однородной аккреции  обеднение Земли щелочными элементами не является затруднением, так как эти элементы могли улетучиться во время аккреции вслед за водой, двуокисью углерода и т. д.

Однако данные по одной только Земле не могут опровергнуть представление о неоднородной аккреции, потому что, исходя из критериев , мы должны сравнить состав других планет с составом Земли и лишь после этого делать какие-либо определенные заявления по поводу различий в значениях Fe/Si и т.д. Такое сравнение проводится в следующих разделах.нован на предполагаемом составе мантии, а не коры.

3d модель земли: