БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ГЕ)
Непосредственное определение общего состава планеты невозможно, однако астрономические (спектральные) данные о составе Солнца и данные о химическом составе каменных метеоритов (наиболее распространённых — хондритов) позволяют судить о распространенности химических элементов на Земле и на др. планетах. Из табл. 1 видно, что распространенность элементов на Солнце и в метеоритах совпадают.
Табл. 1. — Распространенность химических элементов на Солнце и в каменных метеоритах (хондритах) (SMg — число атомов данного элемента на 106 атомов магния).
Элементы Солнце Метеориты lg SMg S Mg lg SMg S Mg 1 H 10,64 4,4·1010 - 3 Li <-0,46 <3,4·10-1 1,54 3,5·101 4 Be 0,98 9,55 -0,14 7,19·10-1 5 B 2,24 1,7·102 1,18 1,50·101 6 C 7,15 1,4·107 4,30 2,02·104 7 N 6,70 5,0·106 2,54 3,47·102 8 O 7,47 3,0·107 6,55 3,54·106 9 F - - 3,01 1,02·103 11 Na 4,94 8,7·104 4,69 4,93·104 12 Mg 6,00 1,0·106 6,00 1,00·106 13 Al 4,84 6,9·104 4,89 7,81·104 14 Si 6,34 2,2·106 6,01 1,04·106 5,88 7,6·105 15 P 3,98 9,6·103 3,72 5,23·103 16 S 5,94 8,7·105 5,00 1,01·105 17 Cl - - 2,50 3,20·102 19 K 3,34 2,2·103 3,55 3,52·103 20 Ca 4,68 4,8·104 4,75 5,66·104 21 Sc 1,49 3,1·101 1,46 2,88·101 22 Ti 3,45 2,8·103 3,34 2,20·103 3,27 1,9·103 23 V 2,81 6,5·102 2,35 2,23·102 24 Cr 3,76 5,8·103 3,65 4,5·103 3,97 9,35·103 25 Mn 3,49 3,1·103 3,87 7,37·103 26 Fe 5,44 2,8·105 5,84 6,96·105 27 Co 3,34 2,2·103 3,28 1,92·103 28 Ni 4,41 2,6·104 4,60 4,00·104 29 Cu 3,09 1,2·103 2,49 3,06·102 30 Zn 2,16 1,4·102 2,09 1,24·102 31 Ga 1,36 2,3·101 1,06 1,16·101 32 Ge 1,13 1,3·101 1,35 2,23·101 33 As - - 0,64 4,32 34 Sc - - 1,31 2,05·101 35 Br - - 1,78 6,08·10-1 37 Rb 1,12 1,3·101 0,75 5,69 38 Sr 1,66 4,6·101 1,27 1,85·101 39 Y 1,84 6,9·101 0,56 3,64 40 Zr 1,29 2,0·101 1,09 1,24·101 41 Nb 0,94 8,7 -0,28 5,23·10-1 42 Mo 0,94 8,7 0,40 2,53 44 Ru 0,46 2,9 0,20 1,60 45 Rh 0,01 1,0 -0,51 3,15·10-1 46 Pd 0,21 1,6 0,18 1,52 47 Ag -0,61 2,4·10-1 0,82 1,50·10-1 48 Cd 0,18 1,5 1,14 7,21·10-2 49 In 0,09 1,2 2,85 1,41·10-3 50 Sn 0,18 1,5 0,83 6,83 0,69 4,9 51 Sb 0,58 3,8 -0,94 1,1·10-1 -0,88 1,33·10-1 52 Te - - 0,28 1,90 53 I - - -1,71 5,11·10-1 55 Cs - - -0,91 1,22·10-1 56 Ba 0,74 5,5 0,85 7,08 57 La 0,67 4,7 -0,46 3,50·10-1 58 Ce 0,42 2,6 -0,24 5,78·10-1 59 Pr 0,09 1,2 -0,94 1,15·10-1 60 Nd 0,57 3,7 -0,17 6,74·10-1 62 Sm 0,26 1,8 -0,67 2,16·10-1 63 Eu -0,40 4,0·10-1 -1,07 8,53·10-2 64 Gd -0,23 5,9·10-1 -0,39 4,12·10-1 65 Tb - - -1,29 5,10·10-2 66 Dy 0,36 4,4·10-1 -0,46 3,49·10-1 67 Ho - - -1,16 6,88·10-2 68 Er - - -0,71 1,94·10-1 69 Tm - -1,5 -1,42 3,84·10-2 70 Yb 0,17 - -0,73 1,87·10-1 71 Lu 1,49 - -1,49 3,24·10-2 72 Hf - - -0,74 1,82·10-1 73 Ta - - -0,75 1,79·10-1 74 W - - -0,58 2,64·10-1 75 Re - - -0,76 1,74·10-1 76 Os - - -0,22 5,96·10-1 77 Ir - - -0,38 4,22·10-1 78 Pt - - 0,22 1,66 79 Au - - -0,79 1,65·10-1 80 Hg - - -0,09 8,08·10-1 81 Tl - - -2,63 2,38·10-3 82 Pb 0,27 1,9 -0,81 1,56·10-1 83 Bi - - -1,63 2,33·10-2 90 Th - - -1,55 2,79·10-2 92 U - - -1,99 1,02·10-2Наиболее распространённые элементы (изотопы) имеют четные по протонам и четные по нейтронам ядра:
и многие др. Элементы с чётно-нечётным числом протонов или нейтронов занимают среднее место. Элементы с нечётным числом протонов и нейтронов имеют очень малую распространённость, например
Распространенность элементов с четными порядковыми номерами больше соседних с нечетными номерами (рис. 1). Лёгкие элементы Li, Be, B находятся в дефиците, т. к. «горают» в реакциях с протонами. Ядра элементов конца Менделеевской системы имеют огромный избыток нейтронов и потому неустойчивы. Эти элементы претерпевают радиоактивный распад (U, Th, Ra и др.) и спонтанное деление (U, Th, некоторые актиниды).
Из данных о химическом составе оболочек Земли следует, что Земля имеет метеоритный состав. Метеориты разделяются на каменные (хондриты и более редкие ахондриты), железные (из Fe — Ni сплава) и смешанные. Хондриты потеряли все летучие вещества, кроме тех, которые прочно вошли в соединение с твёрдым веществом метеоритов — H2O, FeS, С, NH3 и др. Т. о., их твёрдое вещество по распространённости элементов отвечает солнечному составу; Mg, Si, Fe, О занимают первые места (по числу атомов Si/Mg = 1), затем S, Al, Са и др. Силикатная фаза хондритов состоит преимущественно из мета- и ортосиликатов (см. Силикаты) — пироксенов (MgSiO3) и оливинов [(Mg, Fe)2SiO4], т. е. является тройной системой MgO, SiO2, FeO. Каменные метеориты — многофазные системы; помимо главных фаз — силикатной и металлической (сплав Fe — Ni), они имеют ещё сульфидную, хромитную, карбидную, фосфидную фазы. Отношение силикатной и металлической фаз в разных метеоритах варьирует. Многие учёные, исходя из аналогии с метеоритами, считают, что планеты земного типа имеют также силикатную фазу и металлическое ядро, причём отношения между этими фазами у разных планет различны. По этой гипотезе, Земля имеет около 31% металлической фазы, или около 40% Fe (включая окисленное).
Распределение химических элементов. Земля, как и др. планеты земного типа и Луна, имеет оболочечное строение; она состоит из ряда геосфер: ядра, мантии, земной коры, гидросферы и атмосферы (см. Земля). Твёрдые оболочки Земли, слагающие их горные породы, парагенетические ассоциации минералов и т. п., как правило, — сложные многокомпонентные силикатные системы. Процессы, при которых они образуются, идут с конечными скоростями и являются необратимыми. В Г. мы встречаемся с неравновесными системами, которые характеризуются массой, объёмом, энтропией, давлением, температурой, химическими потенциалами. Для применения термодинамики в Г. необходимо знать поведение конкретных фаз, компонентов и систем в условиях геологической обстановки, в частности в большом диапазоне давлений и температур. Так, например, общее представление о направлении геохимического процесса даёт Ле Шателье — Брауна принцип, согласно которому в любой системе, находящейся под действием внешних сил, изменение какого-либо внешнего фактора вызывает превращение, направленное на компенсацию действия этого фактора. По действующих масс закону изменение активности одного из компонентов системы смещает равновесие. Например, в реакции
