Химический состав Земли и метеоритов

Мы знаем, что в метеоритах не встречается таких химических элементов, каких нет на Земле, но в какой мере количественная пропорция разных химических элементов в Земле и в метеоритах сходна?

К сожалению, анализировать состав Земли, недра которой от нас скрыты, очень трудно. Даже при вулканических извержениях на поверхность изливаются сравнительно неглубоко лежащие массы. Из чего состоят недра Земли, можно судить только косвенно, изучая степень сжатия Земли, небольшие периодические изменения ее формы под действием притяжения Луны и Солнца и главным образом изучая распространение в ее толще тех колебаний, которые возникают при землетрясениях. При этом выясняются твердость и упругость земных недр, изменение плотности в них и сама плотность. Кроме того, обнаружено, что в земной коре более глубокие породы богаче железом.

Совокупность этих данных и разные другие соображения приводили к заключению, что наша Земля имеет железистое плотное ядро, окруженное каменистой оболочкой, твердой лишь снаружи. Толщина этой твердой корки не превышает 200 км.

Наша Земля — это, если хотите, вишня с плотным ядром-«косточкой», только ее каменная «мякоть» действительно своего рода мякоть, она пластична, да и ядро, будучи очень плотным, все же не является твердым в обычном смысле. Вещество в недрах Земли находится в совершенно особом состоянии под действием высокой температуры и огромного давления. Мы еще не можем в лаборатории создать искусственно такие условия и привести вещество в такое состояние, в котором находятся недра земного шара.

В целом земной шар отзывается на быстрые внешние воздействия как стальной шарик, а на медленные, но упорные воздействия — как комок глины или даже как пузырь, наполненный водой. Таким образом, Земля сочетает упругие свойства со свойствами пластическими.

При подсчете среднего химического состава Земли мы должны учесть, что состав земной коры с ее средней плотностью около 2,7 г/см³ не представляет состава всей Земли в целом, имеющей среднюю плотность 5,5 г/см³, что вызвано увеличением плотности с глубиной, доходящей в центральном земном ядре до 11 г/см³.

Средний химический состав Земли, как его оценивал академик Ферсман, приведен в таблице в сопоставлении со средним составом метеоритов (в процентах по весу).

Остальные химические элементы составляют по массе значительно менее 1% каждый.

Правда, приведенный средний (предполагаемый) состав Земли установлен с учетом среднего состава метеоритов, падающих на Землю.

Таким образом, эти подсчеты используют мысль, что химический состав разных небесных тел должен быть сходен, но при составлении этой таблички для Земли в расчет принимались не только метеориты, как это мы сейчас увидим.

Вот для примера два более «чистых» сопоставления.

При составлении нашей таблички, дающей средний состав метеоритов, принято, что в мировом пространстве каменных метеоритов в 4 раза больше, чем железных, потому что таково примерно их соотношение при падении на Землю сейчас. В силу одного этого среди метеоритов на железо по массе приходится 38%. Ядро Земли, которое по его упругим свойствам в основном можно было бы считать тоже железным, имеет диаметр 3500 км, что установлено довольно точно. При плотности 11 г/см³ это дает около 1/3 от общей массы Земли, т. е. мы видим, что без всяких предположений главный (по массе) химический элемент — железо — занимает одинаковое место как в Земле, так и в общей массе метеоритов.

Впрочем, в последнее время приходят к выводу, что содержание железа в Земле и метеоритах в среднем меньше, чем указано, и что большая плотность земного ядра в основном обусловлена не преобладанием железа, а давлением.

В самой каменистой коре можно ожидать некоторого увеличения процентного содержания железа по мере опускания в глубину, что и наблюдается. Если не привлекать к рассмотрению менее изученные глубинные породы, так называемые перидотитовые, и ограничиться содержащими наименьший процент железа гранитными породами (верхней частью земной коры, имеющей толщину около 20 км) и платобазальтовыми породами (слой толщиной 40 км, лежащий глубже), то мы можем получить данные, приведенные в табличке.

Из этой таблички следует, что сходство химического состава земной коры и каменных метеоритов весьма велико. Остальные химические элементы содержатся в меньших количествах.

Земная кора содержит радиоактивные элементы, такие, как уран и торий, и тепло, выделяющееся при их распаде, создает то повышение температуры с глубиной, которое наблюдается при опускании в шахту.

В среднем на каждые 100 м глубины температура поднимается на 3°, а иногда и больше, так что, например, спускаясь на Урале в жестокий мороз в шахту, автор обливался потом от жары. Если бы так продолжалось до самого центра Земли, то мы нашли бы там температуру выше, чем на Солнце, чего, как уже говорилось, нет. По-видимому, температура в центре Земли доходит всего лишь до 2000° и постепенно падает наружу, причем тем быстрее, чем ближе к поверхности, через которую Земля теряет тепло в пространство.

Радиоактивные элементы содержатся только в земной коре, и более глубокие породы содержат их меньше. Внутри Земли теплота накапливается, а с поверхности теряется. Возможно, что в общем Земля медленно разогревается.