 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( сентябрь 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
В планетарной науке , планетарная дифференциация представляет собой процесс выделения различных составляющих планетарного тела как следствие их физического или химического поведения, где тело развивается в композиционно различных слоев; в более плотных материалах с планетой раковины к центру, в то время как менее плотные материалы поднимаются на поверхность, как правило , в океане магмы . Такой процесс имеет тенденцию создавать ядро и мантию . Иногда поверх мантии образуется химически отличная кора . Процесс планетарной дифференциации произошел на планетах, карликовых планетах , астероиде 4 Веста.и естественные спутники (например, Луна ).
Отопление [ править ]
Когда Солнце загорелось в солнечной туманности , водород , гелий и другие летучие вещества испарились в области вокруг него. Солнечный ветер и давление излучения вынуждены эти материалы с низкой плотностью от Солнца Скалы и элементы , содержащие их, были лишены их ранних атмосфер, [ править ] , но сами остались, чтобы накопить в протопланетами .
В начале своей истории протопланеты имели более высокие концентрации радиоактивных элементов, количество которых со временем уменьшалось из-за радиоактивного распада . Нагрев из-за радиоактивности, ударов и гравитационного давления расплавил части протопланет по мере их превращения в планеты . В зонах плавления более плотные материалы могли опускаться к центру, в то время как более легкие материалы поднимались на поверхность. Состав некоторых метеоритов ( ахондритов ) показывает, что дифференциация также имела место в некоторых астероидах (например, Веста ), которые являются родительскими телами для метеороидов. Короткоживущий радиоактивный изотоп 26 Alбыл, вероятно, основным источником тепла. [1] [2]
Когда протопланеты накапливают больше материала, энергия удара вызывает локальный нагрев. В дополнение к этому временному нагреву гравитационная сила в достаточно большом теле создает давления и температуры, достаточные для расплавления некоторых материалов. Это позволяет химическим реакциям и различиям в плотности смешивать и разделять материалы, [ ссылка необходима ] и мягкие материалы для распределения по поверхности.
На Земле большой кусок расплавленного железа достаточно плотнее, чем материал континентальной коры, чтобы пробиться вниз через кору к мантии . [ необходима цитата ] Во внешней Солнечной системе аналогичный процесс может иметь место, но с более легкими материалами: они могут [ цитата ] быть углеводородами, такими как метан , вода в виде жидкости или льда или замороженный углекислый газ .
Химическая дифференциация [ править ]
Несмотря на то, что объемные материалы различаются снаружи и внутри в зависимости от их плотности, химически связанные в них элементы фракционируются в соответствии с их химическим сродством, «уносятся» более распространенными материалами, с которыми они связаны. Например, хотя редкий элемент уран очень плотен как чистый элемент, он химически более совместим в качестве микроэлемента в легкой, богатой силикатами коре Земли [ необходима цитата ], чем в плотном металлическом ядре.
Физическая дифференциация [ править ]
Гравитационное разделение [ править ]
Материалы с высокой плотностью имеют тенденцию просачиваться сквозь более легкие материалы. На эту тенденцию влияет относительная прочность конструкции, но такая прочность снижается при температурах, когда оба материала являются пластичными или расплавленными. Железо , наиболее распространенный элемент, который может образовывать очень плотную фазу расплавленного металла, имеет тенденцию скапливаться в планетарных недрах. С его помощью многие сидерофильные элементы (т. Е. Материалы, которые легко сплавятся с железом) также перемещаются вниз. Однако не все тяжелые элементы совершают этот переход, поскольку некоторые халькофильные тяжелые элементы связываются в силикатные и оксидные соединения низкой плотности, которые дифференцируются в противоположном направлении.
Основными зонами с дифференцированным составом в твердой Земле являются очень плотное металлическое ядро , богатое железом , менее плотная мантия, богатая силикатами магния, и относительно тонкая легкая кора, состоящая в основном из силикатов алюминия , натрия , кальция и калия . Еще легче - водянистая жидкая гидросфера и газовая, богатая азотом атмосфера .
Более легкие материалы имеют тенденцию подниматься сквозь материал с более высокой плотностью. При этом они могут принимать куполообразные формы, называемые диапирами . На Земле соляные купола - это соляные диапиры в коре, которые поднимаются сквозь окружающую породу. Диапиры расплавленных силикатных пород низкой плотности, таких как гранит, широко распространены в верхней коре Земли. Гидратированный серпентинит низкой плотности, образованный в результате изменения материала мантии в зонах субдукции, также может подниматься на поверхность в виде диапиров. Другие материалы поступают так же: низкотемпературный приповерхностный пример - грязевые вулканы .
KREEP Луны [ править ]
На Луне был обнаружен характерный базальтовый материал с высоким содержанием «несовместимых элементов», таких как калий , редкоземельные элементы и фосфор, и часто обозначаемый аббревиатурой KREEP . Он также богат ураном и торием . Эти элементы исключены [ необходима цитата ] из основных минералов лунной коры, которые кристаллизовались из ее первобытного магматического океана , и базальт KREEP, возможно, был захвачен как химическое различие между корой и мантией, со случайными извержениями на поверхность .
Фракционная плавка и кристаллизация [ править ]
Магма на Земле образуется в результате частичного плавления материнской породы, в конечном счете, в мантии . Расплав извлекает из своего источника большую часть «несовместимых элементов», которые нестабильны в основных минералах. Когда магма поднимается на определенную глубину, растворенные минералы начинают кристаллизоваться при определенных давлениях и температурах. Полученные твердые частицы удаляют из расплава различные элементы, и, таким образом, расплав обедняется этими элементами. Таким образом, изучение микроэлементов в магматических породах дает нам информацию о том, какой источник расплавился, сколько образовалось магмы, и какие минералы были потеряны при расплавлении.
Термодиффузия [ править ]
Когда материал нагревается неравномерно, более легкий материал перемещается в более горячие зоны, а более тяжелый - в более холодные области, что известно как термофорез , термомиграция или эффект Соре . Этот процесс может повлиять на дифференциацию в очагах магмы .
Дифференциация через столкновение [ править ]
Луна Земли , вероятно, образовалась из материала, выброшенного на орбиту в результате удара большого тела о раннюю Землю. [ необходима цитата ] Дифференциация на Земле, вероятно, уже отделила многие более легкие материалы к поверхности, так что удар удалил непропорционально большое количество силикатного материала с Земли и оставил большую часть плотного металла. Плотность Луны существенно меньше плотности Земли из-за отсутствия большого железного ядра. [ необходима цитата ]
Различия в плотности на Земле [ править ]
На Земле процессы физико-химической дифференциации привели к плотности земной коры примерно 2700 кг / м 3 по сравнению с плотностью 3400 кг / м 3 мантии с другим составом чуть ниже, а средняя плотность планеты в целом составляет 5515 кг. / м 3 .
Теории формирования ядра [ править ]
- Железная катастрофа
- Модель дождя
См. Также [ править ]
- Ядро-мантийная дифференциация
Заметки [ править ]
- ↑ de Pater, I., and Lissauer, JJ 2001. Planetary Sciences, Cambridge Univ. Нажмите.
- ^ Прильник Д., Мерк Р., 2008. Рост и эволюция малых пористых ледяных тел с адаптивно-сеточным кодом тепловой эволюции. I. Применение к объектам пояса Койпера и Энцеладу. Икар 197: 211–220.
