Космохимия

КОСМОХИМИЯ, наука о хим. составе космич. тел, законах распространенности и распределения элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции атомов при образовании космич. в-ва. Становление и развитие космохимии прежде всего связаны с трудами В. М. Гольдшмидта, Г. Юри, . А. П. Виноградова. Гольдшмидт впервые сформулировал (1924-32) закономерности распределения элементов в метеоритном в-ве и нашел осн. принципы распределения элементов в фазах метеоритов (силикатной, сульфидной, металлической). Юри (1952) показал возможность интерпретации данных по хим. составу планет на основе представлений об их "холодном" происхождении из пылевой компоненты протопланстного облака. Виноградов (1959) обосновал концепцию выплавления и дегазации в-ва планет земной группы как осн. механизма дифференциации в-ва планет и формирования их наружных оболочек-коры, атмосферы и гидросферы. До 2-й пол. 20 в. исследования хим. процессов в космич. пространстве и состава космич. тел осуществлялись в осн. путем спектрального анализа в-ва Солнца, звезд, отчасти внеш. слоев атмосферы планет. единств. прямым методом изучения космич. тел был анализ хим. и фазового состава метеоритов. Развитие космонавтики открыло новые возможности непосредств. изучения внеземного в-ва. Это привело к фундам. открытиям: установлению широкого распространения пород базальтового состава на пов-сти Луны, Венеры, Марса; определению состава атмосфер Венеры и Марса; выяснению определяющей роли ударных процессов в формировании структурных и хим. особенностей пов-стсй планет и образовании реголита и др. Подтвердились также основополагающие идеи, разработанные ранее преим. на земном материале (представления о единстве в-ва Солнечной системы и происхождении планет в результате аккреции твердой компоненты прото-планетного облака, о законах хим. эволюции планет и образовании их наружных оболочек в процессах выплавления и дегазации, о роли вулканич. процессов в формировании хим. состава коры и атмосферы планет и др.). Условия хим. процессов во Вселенной крайне разнообразны и специфичны: от сотен миллионов градусов и миллионов атмосфер в недрах звезд до космич. вакуума и единиц градусов Кельвина в межзвездном пространстве, мощные магн., гравитац. и др. физ. поля, мощные потоки плазменного в-ва и высокоэнсргетических галактического и солнечного излучений и др. Хим. состав космич. в-ва формируется в осн. в равновесных и неравновесных ядерных процессах, протекающих в недрах звезд и при взрывах сверхновых звезд. Он характеризуется резким преобладанием легких элементов (во Вселенной преобладают Н и Не), изотопов с массовыми числами, кратными 4, повыш. распространенностью четных (по числу протонов и нейтронов) изотопов относительно соседних нечетных соседей. На разных этапах эволюции звезды имеют неодинаковый состав. Хим. элементы в метеоритах в целом имеют изотопный состав, аналогичный элементам, слагающим в-во Земли и Луны. Это указывает на то, что главная масса в-ва Солнечной системы прошла единую ядерную историю и представляет собой достаточно однородную смесь. Однако среди разл. типов в-ва метеоритов найдены специфич. включения, являющиеся высокотемпературными конденсатами, в к-рых открыты мн. изотопные аномалии. Эти аномалии свидетельствуют о неполной гомогенизации в-ва, возникающего в разл. оболочках взрывающейся сверхновой, а также как продукты распада короткоживущих радиоактивных нуклидов (²⁶Аl, ¹⁰⁴Pd, ²⁰²Pb, ²⁴⁷Cm и др.), возникших в последнем процессе нуклеосинтеза за 100-200 млн. лет до образования твердой фазы в Солнечной системе.

В диффузной материи и излучениях, насыщающих межзвездное пространство, также преобладают ядра легких элементов; в холодных межзвездных облаках присутствует ряд простых и сложных (до 9 атомов) соед., в т.ч. органических (Н₂О, ОН^-, СО, СН₄, NH₃, формальдегид, этанол и др.), а также своб. радикалы; присутствуют твердые фазы (кварц, графит, магнетит, силикаты). При остывании и эволюции выброшенной из звезд плазмы формируются холодные твердые тела, начиная от космич. пыли и кончая родительскими телами метеоритов, астероидами, планетами. Осн. процессы формирования твердых тел Солнечной системы, как показывают радиоизотопные данные, прошли 4,55 млрд. лет назад. Образование твердых тел сопровождалось глубоким фракционированием космич. в-ва: твердая компонента Солнечной системы представляет собой труднолетучую его фракцию, резко обедненную водородом, инертными газами, азотом, а также С, S, Cl и др. Лишь удаленные от Солнца планеты-гиганты, их спутники и кометы сохранили в виде льдов и массивных атмосфер значит. часть солнечных газов. наиб. полно изученные представители твердого внеземного в-ва - метеориты, представляющие собой смесь силикатных (гл. обр. силикаты Mg и Fe), металлической (сплав Fe и Ni) и сульфидной (сульфид Fe) фаз; выделяются каменные метеориты, сложенные силикатами с добавкой металла (10-12%) и сульфида (1-2%), железные (более 95% Ni - Fe) и железо-каменные (ок. 50% силикатной и 50% металлич. фаз). В качестве характерных второстепенных минералов в метеоритах присутствуют графит, углеродистое в-во сложного состава, карбиды, фосфиды, очень редкие сульфиды Mg, Ca, Сr, нитриды Ti, Cr, Si и др. Хим. минер. состав и структурные особенности метеоритов свидетельствуют о конденсации первичного протопланетного облака и послед. агломерации пылинок с образованием массивных тел. Впоследствии эти тела подвергались с пов-сти облучению галактич. и солнечными лучами, что вело к изменению изотопного состава элементов в результате накопления космогенных, как правило, короткоживущих радиоактивных изотопов. Эти процессы слабо нарушают относительную распространенность большинства труднолетучих элементов, к-рая остается очень близкой к солнечной, свидетельствуя о единстве в-ва Солнечной системы. Изучение Луны, Марса и Венеры показало, что разделение элементов по степени их летучести, по-видимому, приводит не только к различиям валового состава планет земной группы и планет-гигантов, но и к нек-рым вариациям состава в пределах каждой группы планет и их спутников. На планетной стадии эволюции космич. в-во планеты подвергается глубокой дифференциации с образованием плотного ядра, глубинной оболочки (мантии), коры и атмосферы, сохраняющейся у достаточно массивных тел. В этом процессе, идущем по законам выплавления и дегазации в соответствии с принципом зонного плавления, наружные оболочки (кора, атмосфера и гидросфера) обогащаются Si, Al, Na, К, Са, Sr, Ba, U, Th, Ti, Zr и др., к-рые понижают т-ру плавления исходной метеоритной силикатной смеси, и летучими соед. (Н₂О, СО₂, N₂, благородные газы и др.). Эти процессы протекают, как показывает изучение Земли, Луны, Марса, Венеры, по единым физ.-хим. законам и приводят к формированию однотипного в-ва (базальтов) в составе коры планет и газов атмосферы, состоящих из СО₂, N₂, Аr, паров Н₂О; такой состав - признак в-ва, прошедшего глубокую дифференциацию в телах планет земного типа. На пов-сти планет земной группы идут сложные хим. р-ции преобразования глубинного в-ва под действием космич. облучения и ударов падающих тел, а в присутствии достаточно плотной атмосферы (на Земле-и живого в-ва) происходит формирование вторичных горных пород (осадочных, метаморфических), изменяется состав атмосферы вследствие р-ций газов с твердыми породами, появления в результате фотосинтеза растений свободного О₂, окисления восстановл. форм соединений элементов и др.
===
Исп. литература для статьи «КОСМОХИМИЯ»: Тейлер Р. Дж., Происхождение химических элементов, пер. с англ., М.. 1975: Виноградов А. П., "Геохимия", 1971, №11, с. 1283-%; Войткевич Г. В., Закрутин В. В.. Основы геохимии, М., 1976; Лаврухина А. К. "Геохимия", 1978, №12, с. 1770 81; Космохимия Луны и планет. Сб. статей, М., 1975; Очерки сравнительной планетологии, мод ред. В. Л. Барсукова, М., 1981; Протозвезды и планеты. Сб. статей, ч. 1-2, М.. 1982; Шкловский И. С., Звезды: их рождение, жизнь и смерть, 3 изд., М., 1984. А. A. Ярошевский.

Страница «КОСМОХИМИЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.