Космохимия

Космохимия (далее К)(от космос и химия), наука о составе космических тел, законах распространенности и распределения элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции при образовании космического вещества. Наиболее изученная часть Космохимия — геохимия, Космохимия исследует преимущественно "холодные" процессы на уровне взаимодействий веществ, в то время как "горячими" ядерными процессами в космосе — плазменным состоянием вещества, нуклеогенезом (процессом образования элементов) внутри звезд и др. — в основном занимается физика. Космохимия — новая область знания, получившая значительное развитие во 2-й половине 20 в. главным образом благодаря успехам космонавтики. Ранее исследования процессов в космическом пространстве и состава космических тел осуществлялись в основном путем спектрального анализа излучения Солнца, звезд и, отчасти, внешних слоев атмосфер планет. Этот метод позволил открыть элемент на Солнце еще до того, как он был обнаружен на Земле. Единственным прямым методом изучения космических тел был анализ и фазового состава различных метеоритов, выпадавших на Землю. Так был накоплен значительный материал, имеющий фундаментальное значение и для дальнейшего развития Космохимия Развитие космонавтики, полеты автоматических станций к планетам Солнечной системы — Луне, Венере, Марсу — и, наконец, посещение человеком Луны открыли перед Космохимия совершенно новые возможности. Прежде всего — это непосредственное исследование пород Луны при участии космонавтов или путем забора образцов грунта автоматическими (подвижными и стационарными) аппаратами и доставка их на Землю для дальнейшего изучения в лабораториях. Кроме того, автоматические спускаемые аппараты сделали возможным изучение вещества и условий его существования в атмосфере и на поверхности др. планет Солнечной системы, прежде всего Марса и Венеры. Одна из важнейших задач Космохимия изучение на основе состава и распространенности элементов эволюции космических тел, стремление объяснить на основе их происхождение и историю. Наибольшее внимание в Космохимия уделяется проблемам распространенности и распределения элементов. Распространенность элементов в космосе определяется нуклеогенезом внутри звезд. состав Солнца, планет земного типа Солнечной системы и метеоритов, по-видимому, практически тождествен. Образование ядер элементов связано с различными ядерными процессами в звездах. Поэтому на разных этапах своей эволюции различные звезды и звездные системы имеют неодинаковый состав. Известны звезды с особенно сильными спектральными линиями Ва или или и др. Распределение элементов по фазам в космических процессах исключительно разнообразно. На агрегатное и фазовое состояние вещества в космосе на разных стадиях его превращений оказывают разностороннее влияние:1) огромный диапазон температур, от звездных до абсолютного нуля; 2) огромный диапазон давлений, от миллионов атмосфер в условиях планет и звезд до космического вакуума; 3) глубоко проникающие галактическое и солнечное излучения различного состава и интенсивности; 4) излучения, сопровождающие превращения нестабильных в стабильные; 5) гравитационное и др. физические поля. Установлено, что все эти факторы влияют на состав вещества внешней коры планет, их газовых оболочек, метеоритного вещества, космической пыли и др. При этом процессы фракционирования вещества в космосе касаются не только но и изотопного состава. Определение изотопных равновесий, возникших под влиянием излучений, позволяет глубоко проникать в историю процессов образования вещества планет, астероидов, метеоритов и устанавливать возраст этих процессов. Благодаря экстремальным условиям в космическом пространстве протекают процессы и встречаются состояния вещества, не свойственные Земле: плазменное состояние вещества звезд (например, Солнца); конденсирование Не, На, ₄, ₃ и др. легколетучих газов в атмосфере больших планет при очень низких температурах; образование нержавеющего в космическом вакууме при взрывах на Луне; хондритовая структура вещества каменных метеоритов; образование сложных органических веществ в метеоритах и, вероятно, на поверхности планет (например, Марса). В межзвездном пространстве обнаруживаются в крайне малых концентрациях и молекулы многих элементов, а также минералы (кварц, силикаты, графит и т. д.) и, наконец, идет синтез различных сложных органических соединений (возникающих из первичных солнечных газов Н, , ₃, ₂, ₂, и других простых соединений в равновесных условиях при участии излучений). Все эти органические вещества в метеоритах, в межзвездном пространстве — оптически не активны.

С развитием астрофизики и некоторых др. наук расширились возможности получения информации, относящейся к Космохимия Так, поиски молекул в межзвездной среде ведутся посредством методов радиоастрономии. К концу 1972 в межзвездном пространстве обнаружено более 20 видов молекул, в том числе несколько довольно сложных органических молекул, содержащих до 7 Установлено, что наблюдаемые концентрации их в 10—100 млн. раз меньше, чем концентрация Эти методы позволяют также посредством сравнения радиолиний изотопных разновидностей одной молекулы (например, ₂¹² и ₂¹³) исследовать изотопный состав межзвездного газа и проверять правильность существующих теорий происхождения элементов.

Исключительное значение для познания химии космоса имеет изучение сложного многостадийного процесса конденсации вещества низкотемпературной плазмы, например перехода солнечного вещества в твердое вещество планет Солнечной системы, астероидов, метеоритов, сопровождающегося конденсационным ростом, аккрецией (увеличением массы, "нарастанием" любого вещества путем добавления частиц извне, например из газопылевого облака) и агломерацией первичных агрегатов (фаз) при одновременной потере летучих веществ в вакууме космического пространства. В космическом вакууме, при относительно низких температурах (5000—10000 °С), из остывающей плазмы последовательно выпадают твердые фазы разного состава (в зависимости от температуры), характеризующиеся различными энергиями связи, окислительными потенциалами и т. п. Например, в хондритах различают силикатную, металлическую, сульфидную, фосфидную, карбидную и др. фазы, которые агломерируются в какой-то момент их истории в каменный метеорит и, вероятно, подобным же образом и в вещество планет земного типа.

Далее в планетах происходит процесс дифференциации твердого, остывающего вещества на оболочки — металлическое ядро, силикатные фазы (мантию и кору) и атмосферу — уже в результате вторичного разогревания вещества планет теплотой радиогенного происхождения, выделяющейся при распаде радиоактивных изотопов и тория и, возможно, других элементов. Такой процесс выплавления и дегазации вещества при вулканизме характерен для Луны, Земли, Марса, Венеры. В его основе лежит универсальный принцип зонного плавления, разделяющего легкоплавкое вещество (например, коры и атмосферы) от тугоплавкого вещества мантии планет. Например, первичное солнечное вещество имеет отношение /"1, выплавленное из мантии планет вещество коры планет — /"6,5. Сохранность и характер внешних оболочек планет прежде всего зависят от массы планет и расстояния их до Солнца (пример — маломощная атмосфера Марса и мощная атмосфера Венеры). Благодаря близости Венеры к Солнцу в ее атмосфере из ₂ возник "парниковый" эффект: при температуре свыше 300 °С в атмосфере Венеры процесс ₃ + ₂ ® ₃ + ₂ достигает равновесного состояния, при котором в ней содержится 97% ₂ при давлении 90 атм. Пример Луны говорит о том, что вторичные (вулканические) газы не удерживаются небесным телом, если его масса невелика.

Соударения в космическом пространстве (либо между частицами метеоритного вещества, либо при налете метеоритов и др. частиц на поверхность планет) благодаря огромным космическими скоростям движения могут вызвать тепловой взрыв, оставляющий следы в структуре твердых космических тел, и образование метеоритных кратеров. Между космическими телами происходит обмен веществом. Например, по минимальной оценке, на Землю ежегодно выпадает не меньше 1×10⁴ т космической пыли, состав которой известен. Среди каменных метеоритов, падающих на Землю, встречаются т. н. базальтические ахондриты, по составу близкие к поверхностным породам Луны и земным базальтам (/ " 6,5). В связи с этим возникла гипотеза, что их источником является Луна (поверхностные породы ее коры).

Эти и др. процессы в космосе сопровождаются облучением вещества (галактическим и солнечным излучением высоких энергий) на многочисленных стадиях его превращения, что ведет, в частности, к превращению одних изотопов в другие, а в общем случае — к изменению изотопного или состава вещества. Чем длительнее и разнообразнее процессы, в которые было вовлечено вещество, тем дальше оно по составу от первичного звездного (солнечного) состава. В то же время изотопный состав космического вещества (например, метеоритов) дает возможность определить состав, интенсивность и модуляцию галактического излучения в прошлом.

Результаты исследований в области Космохимия публикуются в журналах "Geochimica et Cosmochimica Acta" (. ., с 1950) и "Геохимия" (с 1956).

Лит.: Виноградов А. П., Высокотемпературные протопланетные процессы, "Геохимия",1971, в. 11; Аллер Л. Х., Распространенность элементов, пер. с англ., М., 1963; Сиборг Г. Т., Вэленс Э. Г., Элементы Вселенной, пер. с англ., 2 изд., М., 1966; Merrill . ., Space chemistry, Ann Arbor, 1963; Spitzer L., Diffuse matter in space, . .,1968; Snyder L. E., Buhl D., Molecules in the interstellar medium, "Sky and Telescope", 1970, v. 40, p. 267, 345.

А. П. Виноградов.

		Новости 22.12.2024 18:02:24

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.