...В земле

Относительно происхождения планеты Земля высказываются различные гипотезы, согласно которым первоначально химические элементы были распределены более или менее равномерно. Позже, в ходе длительного и постепенного развития, связанного с изменением температурных условий на Земле, произошло распределение химических элементов.

Явление рассеяния химических элементов наблюдаются, однако, и сейчас. "Какое бы земное вещество мы не взяли, - писал академик Л. С. Берг, - любой минерал, воду, воздух, - точный анализ показывает, что оно помимо легко определяемых анализом веществ всегда проникнуто огромным количеством раз-розненных, не собранных в молекулы атомов".

Немецкие исследователи В. и И. Ноддаки показали, что для каждого элемента существует определенная концентрация ("концентрация повсеместности"), ниже которой они содержатся во всех минералах. Для железа эта концентрация составляет 2,5+10^-4%.

Конкреции

Химическим составом Земли, законами распространенности и распределения в ней химических элементов, способов сочетания и миграции атомов в ходе природных процессов занимается геохимия. О строении, составе и свойствах Земли имеются лишь предположительные сведения, так как непосредственному наблюдению доступна лишь верхняя часть земной коры.

Достижения науки еще в XVII- XVIII вв. позволили при помощи сейсмических методов определить массу и среднюю плотность Земли - 5,5 г/см³. Однако плотность наиболее тяжелых пород на поверхности Земли не превышает 3,3 г/см³, поэтому возникло предположение, что плотность Земли повышается при увеличении глубины.

Находки железных метеоритов и популярные в прошлом теории о происхождении Земли из горячего вещества Солнца привели многих ученых к мысли о концентрации железа в центре Земли. Высказывания французского геолога А. Дебре (1886 г.) о железном ядре Земли вскоре получили поддержку со стороны специалистов по изучению колебаний земной коры - сейсмологов.

В 20-х годах XX в. норвежский геохимик М. Гольдшмитт и немецкий геофизик Г. Тамман доказывали, что первоначально в расплавленной Земле происходило разделение веществ по их плотности, как при плавке сульфидных руд. В ходе процесса появляются три слоя: шлак (силикатный слой), штейн (смесь сульфидов и металлов) и металл. По этой гипотезе в Земле выделились следующие слои: силикатный и сульфидный (оболочка Земли) и металлический, состоящий из железа с примесью никеля (ядро Земли).

Гипотеза о железном ядре Земли была развита в начале XX в. в трудах немецкого сейсмолога Э. Вихерта. По его мнению, существование железного ядра позволяет объяснить тот факт, что средняя плотность Земли (5,5 г/см³) больше средней плотности горных пород, встречающихся у земной поверхности (2,8 г/см³). Это представление подтверждается большим содержанием металлического железа в метеоритах. Из этой гипотезы следует, что внутреннее ядро Земли состоит из затвердевшего железа - вследствие роста давления при меньшем градиенте температуры в ядре.

В среднем Земной шар состоит на 34,63% из железа. Первобытные люди пользовались железистыми красками

Если принять предположение о том, что поверхность внутреннего ядра разделяет твердое и расплавленное железо, то современные данные о фазовой диаграмме железа при высоких давлениях позволяют узнать температуру на границе внутри ядра, что очень важно для изучения распределения температур в недрах Земли. Эксперименты с ударным сжатием железоникелевого сплава подтвердили вывод теории конечных деформаций о том, что плотность чистого железа при давлениях, соответствующих земному ядру, приблизительно на 8% больше плотности ядра.

Почти наверняка в ядре в качестве важной примеси присутствует металлический никель. Но его добавление не понижает плотность^*.

^*(Стейси Ф. Физика Земли. М., "Мир" 1972, с. 120.)

Австралийский исследователь в области физики твердой Земли Ф. Стейси считает, что средняя плотность Земли и внутреннее ее строение, по данным сейсмологии, хорошо согласуются с допущением, что Земля обладает жидким железным ядром с плотностью при нулевом давлении, равном 7 г/см³, окруженным твердой мантией из силикатов плотностью 3,3 г/см³.

Подтверждением этому может служить находка казахстанских геологов - обломков тёмной породы, найденных на земной поверхности. После комплексного исследования находки геологи пришли к выводу, что найденные куски породы находились в очень давние времена глубоко в недрах планеты. Эти образцы резко отличаются от окружающих горных пород. В них, например, выявлено повышенное содержание железа, магния, кальция, хрома, титана.

Ученые Академии наук Казахской ССР полагают, что более миллиарда лет назад эта порода являлась частью древних геологических образований. Она претерпела глубокие изменения под действием огромного давления, превышавшего десять тысяч атмосфер, и высокой температуры (600-750°С).

Почему уникальные обломки оказались на земной поверхности? Ответ дает характер геологического строения районов, где они найдены. В тех местах расположены очень давние разломы земной коры, достигающие верхней мантии.

В процессе бурного тектонического движения блоков земной коры и были внесены к поверхности горные породы, залегавшие на глубине в десятки километров.

По современным представлениям в шестнадцатикилометровой толще земной коры содержится 4,5% железа.

В следующем слое, лежащем ниже земной коры, железа находится втрое больше - 13,5%; центр земного шара состоит из железа, никеля и кобальта.

В среднем земной шар состоит на 34,63% из железа. В составе Земли железо преобладает как по массе, так и по числу атомов.

Железо является важнейшей составляющей частью в строений нашей планеты.