Геохимия

В процессе “доменной плавки” образовывались многочисленные минералы и руды, изучение распределения и состава которых входит в задачи геохимии. Здесь она тесно связана с геологией. В XX столетии возникла еще одна научная дисциплина на стыке наук - биогеохимия. Основателем ее был В. И. Вернадский. Она изучает геохимические процессы, связанные с живым веществом. Живые организмы играют огромную роль в миграции атомов. Результатом деятельности живых организмов является образование еще одной оболочки Земли-биосферы. И наконец, назовем еще гидрохимию - химию гидросферы: она тоже ведь составная часть геохимии. Каждая из этих геохимических “ветвей” своими методами изучает историю атомов химических элементов. Существующая модель земного шара “земная кора – мантия - ядро” ныне общепринята. Более или менее установились представления относительно состава этих сфер Земли. Правда, достижения экспериментальной геохимии в последнее время несколько поколебали сложившиеся представления. При бурении скважины на Кольском полуострове выяснилось, что температура земных недр растет с глубиной быстрее, чем это предполагалось; несколько иными оказались состав и строение пород, залегающих на больших глубинах.

А что же ожидает ученых дальше по мере проникновения в еще большие земные глубины?

По мере удаления от поверхности Земли увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление должно достигать 3 млн. атм. При таком колоссальном постоянно действующем давлении очень многие вещества как бы металлизируются, переходят в металлическое состояние. Появлялась даже гипотеза, что ядро нашей планеты состоит из . металлического водорода. (Кстати, не так давно в США ученым удалось получить водород в металлическом состоянии.) Все это очень проблематично, но если считать, что Земля имеет железоникелькобальтовое ядро, то свойства этих металлов в условиях колоссальных давлений должны быть необычными. При таких сжатиях могут наблюдаться и еще более удивительные явления: может изменяться электронная структура атомов химических элементов, прежде всего внешние электронные оболочки.

Каждый из вас без труда изобразит строение атома калия. У него 19 электронов: два на К-оболочке, восемь на L-оболочке, а также восемь на М-оболочке и один электрон на внешней N-оболочке. Но, как известно, М-оболочка остается еще не заполненной и располагает десятью “вакантными” местами. Теоретики предполагают, что при сверхвысоких давлениях единственный электрон из внешней оболочки атома калия может быть перемещен на одно из свободных мест в предыдущей недостроенной оболочке. Образуется необычный атом: он имеет заряд ядра такой же, как у калия, ядро атома остается неизменным, но электронная конфигурация перестраивается. В ней вместо четырех оболочек оказывается три, распределение электронов в которой 2-8-9. Если бы такой “неокалий” удалось каким-то образом приготовить в лаборатории и сохранить его в таком необычном состоянии, то, очевидно, свойства его оказались бы весьма своеобразными. Ведь химические особенности элементов зависят прежде всего от строения внешних электронных оболочек их атомов. Вполне допустимо и подтверждается расчетами, что на больших глубинах такого рода электронные перестройки реальны и там действительно могут существовать атомы разных химических элементов с необычными электронными конфигурациями. Поэтому сейчас уже можно говорить о новой области геохимической науки - геохимии высоких давлений.

Многие задачи решает современная геохимия. Особенно велика ее роль в поисках полезных ископаемых. Но не менее важно и одно из ее теоретических значений - создание важнейших обобщений относительно эволюции вещества Земли в связи с эволюцией атомов в космосе. Ведь химический состав нашей планеты -это своеобразное отражение давно протекавших космических процессов, в том числе образования химических элементов в звездах. Геохимическая история атомов на Земле тесно связана с их историей космической, которую изучает наука космохимия.

Другое по теме

Научно-техническая программа КНР взгляд в будущее
В начале 1999 года был опубликован доклад Лозанского Международного Института Развития и Менеджмента, в котором китайские наука и техника по итогам 1998 года уверенно заняли 13 место в мире. Беспрецедентный скачок с 20 места в 1997 году еще раз доказал, что Китай уверенно идет вперед по пути реформ научно-технической и ...

История исследований космоса
По всей вероятности, первыми внеземными объектами, которые привлекли внимание человека еще в глубокой древности, были Солнце и Луна. Вопреки известной шутке о том, что Луна полезнее Солнца потому, что светит ночью, а днем и без того светло, первостепенная роль Солнца была отмечена людьми еще в первобытную эпоху, и это ...