Жер химиясы

Жер химиясы. Жер ядросы мен оның қабықтарының химиялық құрамы туралы ортақ пікір әзірше жоқ. Соңғы деректер бойынша, Жерде 285 химиялық элемент пен олардың изотоптары бар көрінеді. Академик А.Е. Ферсман Жердің химиялық компоненттері туралы қазіргі білім деңгейін былай сипаттаған:

• жақсы белгілісі 1,1%;
• жартылай белгілісі - 3,6%,
• әлі белгісізі - 95,3%.

Алғашқы цифрлар (1,1% пен 3,6%) жер қыртысының жоғарғы горизонттарына қатысты . Олардың химиялық құрамын 16 км тереңдікке дейінгі деңгейде зерттеумен америкалық геохимик Кларк Франк Уиглсуорт (1847-1931 жж.) 40 жыл бойы айналысып, оның нәтижесін алғаш рет 1889 ж. жарыққа шығарған. Оның құрметіне А.Е.Ферсман 1923 ж. жер қыртысындағы химиялық элементтердің орташа мөлшерін кларк деп атауды ұсынған. Элементтер кларкі жер қыртысы көлемінде есептеп шығарылып, салмақтық немесе көлемдік процентпен өрнектеледі.

Норвегия геохимигі В.М.Гольдшмидт 1922 ж. сейсмикалық деректерді ескере отырып, Жердің ішкі шекаралары оның затының химиялық құрамы өзгерістерімен байланысты деп пайымдаған. Бұл өзгерістер планета балқыған күйде болған кездің өзінде оның гравитациялық қабаттарға бөлінуі нәтижесінде орын алған.

Басқа көзқарасты 1939 ж. профессор В.Н.Лодочников айтқан. Ол Жер қойнауындағы материяның физикалық қасиеттерінің өзгеруі оның химиялық құрамының өзгерісімен емес, атомдардың сыртқы электрондық қабықтарының біршама қирауымен байланысты деп пайымдаған. Осыдан бірнеше жыл өткен соң В.Х.Рамсейдің есептеулері келтірілген бірқатар еңбегі жарық көреді. Бұл еңбектерде Жер қойнауындағы өте үлкен қысымның ықпалынан атомдардың бірқатар электрондарының жоғалуы, осылайша планетаның төменгі горизонттарын құрайтын силикат материал тығыздығы күрт артқан айрықша "металданған" күйде болуы мүмкін екендігі көрсетілген.

Соңғы кезде техниканың дамуына байланысты жер қыртысының терең белдемдері мен жоғарғы мантияда болатын жоғары қысымға, температураға сәйкес келетін жағдайларда табиғи және синтетикалық заттарға эксперимент жасауға мүмкіндік туды. Осы жағдай, сондай-ақ жоғарғы мантия таужыныстары ксенолиттерінің табылуы біздің қыртыс астындағы мантияның құрамы мен құрылысы туралы білімімізді толықтыра түсті. Ксенолиттердің, метеориттердің және Айдан әкелінген үлгілердің құрамы мен қасиеттерін, сондай-ақ Жердің ішкі құрылысы туралы сейсмологиялық деректерді ескере отырып, Жердің жалпы химиялық құрамының моделі есептеп шығарылған.

Жердің жалпы құрамын оның жоғарғы қабығы — жер қыртысының құрамымен салыстыру, Жерде оның ядросының әсер етуінен ауыр металдардың - темір мен никельдің үлесі күрт артатынын (тиісінше олар Жерде 35-40%, ал жер қыртысында 2,4-3,5%) көрсетті. Кестеде келтірілген элементтер негізінен химиялық қосылыстар түрінде таралған, олар сомтума күйде сирек кездеседі.

Жер ядросы қазіргі түсініктер бойынша сидеролиттің (темір-тас метеорит) құрамына жақын, яғни темір-никель құрамды болуы ықтимал. Металдарды соққылау арқылы сығу эксперименттері көрсеткендей, сыртқы ядро (Е белдемі) сұйық күйде болады, оның құрамына темір мен никельден басқа темір оксидтері кіреді, ал темір-никель қорытпасы 84-92% мөлшерінен аспайды.

4980-5120 км тереңдіктер аралығындағы өтпелі қабаттың (Ғ белдемі) құрамына күкіртті темір - троилит FeS кіреді, ол сидеролиттерге тән қосылыс.

Субъядро (G белдемі) туралы деректер өте аз. Жанама мәліметтер бойынша ол темір-никель корытпасынан тұратын қатты күйде болуы ықтимал.

Жер мантиясы көлемі мен массасы бойынша ең үлкен геосфера және құрамы өте күрделі, ол туралы геосфералардың жаралуы туралы қазіргі түсініктер негізінде тұжырым жасауға болады. Осы түсінік бойынша геосфералар Жердің бастапқы заты оның қойнауы қатты кызған кезде дифференциаңиялануға (қабаттарға жіктелуге) үшырауынан қапыптаскан. Жіктелудің бірінші кезеңінде бастапқы заттан ауыр металдар - темір мен никель балқып шығып төменге батып, Жердің қазіргі ядросын қалыптастырған. Балқыған ауыр металдар бөлініп кеткеннен кейін қалған зат - пиролит қазіргі мантияны құраған. Мантия затының дифференциациялану процесі қазір де жалғасуда. Дифференциация Гутенберг қабаты мен оның астындағы Голицын қабатын да қамтитыны байқалады. Төменгі қабатта балқудың (магманың) жекелеген ошақтарының пайда болуы, олармен ең терең фокусты (тоғысты) жерсілкінулер байланысты болуы мүмкін.

Жер қыртысы қазіргі түсініктер бойынша заттың дифференциациялану нәтижесі болып табылады. Ол қыртыс горизонттарына тән термодинамикалық жағдайларда жаралған элементтер қосылыстарынан тұрады. Бұл химиялық қосылыстар минералдар деп аталып, олар өз кезегінде таужыныстар құрамына кіреді.

Жердің ішкі қойнауқаттары мен сыртқы қабықтарының химиялық құрамы туралы салыстырмалы деректер төмендегі кестеде көрсетілген.