Листовые, или слоевые, силикаты

Листовые силикаты—силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров. Радикал такой структуры. [S1₂O₅]^-2. К листовым силикатам относятся слюды, тальк, хлориты, серпентин, а также глинистые минералы — каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, из которых наиболее важен глауконит. Кремнекислородные слои в решетке связаны между собой посредством катионов (рис. 12, г). По направлениям расположения катионов происходит наиболее легкое расслоение на тончайшие листы с образованием ровных плоскостей спайности, что обусловливает минералам подгруппы весьма совершенную спайность в одном направлении. Особенно тонкие листы образуются при расщеплении слюд.

Группа слюд

Мусковит — KAl₂[AlSi₃Oio] (ОН, F)_2,

Биотит — К(Mg, Fe)₃[AlSi₃O₁₀] (ОН, F)₂

Флогопит — KMg₃[AlSi₃Oio] (ОН, F)₂

Группа талька

Тальк — Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂

Группа   серпентина

Серпентин (змеевик) —Mg₃[Si₂0₅] (ОН)₄

Группа глинистых минералов

Каолинит (каолин) — Al₂[Si₂0₅] (ОН)₄

Каркасные силикаты

Минералы этой группы характеризуются непрерывным сцеплением кремнекислородных тетраэдров через все четыре вершины, в результате чего образуется каркас.

Разнообразие каркасных силикатов обусловлено тем, что во внутренней решетке этих минералов помимо кремнекислородных тетраэдров присутствуют и алюмокислородные, в которых место ионов кремния занимают ионы алюминия. Замена четырехвалентного кремния трехвалентным алюминием вызывает появление одной свободной связи, благодаря чему в состав их могут войти катионы натрия или калия. Каркасная структура характерна для полевых шпатов и фельдшпатоидов.

Группа полевых шпатов

Ортоклаз — K[AlSi₃0₈]

Микроклин — K[AlSi₃0₈]

+

Плагиоклазы

Группа нефелина

Нефелин — KNa₃ [AlSi0₄]₄

Группа содалита.

Лазурит  -  Na₈[AlSiO₄]₆[SO₄]

Тема «ГОРНЫЕ ПОРОДЫ»

Билет №7. Генетические типы горных пород. Цикл породообразования.

ГП – естественные агрегаты минералов, которые образуются внутри Земли или на поверхности, под воздействием различных геологических процессов, обладающие устойчивым химическим и минеральным составом.

ГП подразделяются на магматические, метаморфические и осадочные.

1. Магматические ГП – образуются в результате раскристаллизации магматических расплавов различного состава в недрах Земли или на ее поверхности. Подразделяются на плутонические интрузивные, глубинные) и вулканические (эффузивные, излившиеся)

2. Метаморфические ГП – образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) любых иных пород под действием факторов метаморфизма : температуры, давления, присутствия флюидной фазы. При этом меняются структура, текстура и минеральный состав породы. Изменения происходят в твердом состоянии.

3. Осадочные ГП – образуются на земной поверхности или вблизи нее в условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования осадков различного происхождения (генезиса). Характерными особенностями ОП, связанными с условиями образования, являются их слоистость и залегание в виде более или менее правильных пластов.

Цикл породообразования.

Из магматических пород  осадочные породы  метаморфические

Из осадочных пород не могут образовываться магматические ГП.

Билет №8. Структуры и текстуры пород.

Структура – способы расположения в пространстве зерен минералов в горной породе. Характеристика объемного строения ГП, обусловленная формой, размером и способом соединения минеральных индивидов. Зависит от условий образования ГП и является их главной характеристикой. Различаются по степени кристалличности породы, абсолютным и относительным размерам кристаллов.

Текстура- взаимное расположение минеральных зерен и их агрегатов в пространстве, общий облик породы (рисунок.)

Структура магматических пород:

1. Полнокристаллическая – все в-во породы представлено в виде кристаллов

2. Неполнокристаллическая- часть в-ва породы затвердела в виде вулканического стекла, другая часть- в виде кристаллов.

3. Стекловатая- в-во породы представлено вулканическим стеклом

4. Скрытокристаллическая (афанитовая) – размер зерен менее 0,1мм

5. Мелкокристаллическая (мелкозернистая) – размер крист. 0,1-1 мм

6. Среднекристаллические – 1-5 мм

7. Крупнокристаллические – 5-10 мм

8. Грубо – или гигантокристаллические – более 1 см

9. Равномернокристаллические, равномернозернистые, неравномернозернистые

10. Порфировая – неравномернозернистые структуры, в которых кристаллы отдельных минералов выделяются крупными размерами на фоне стекловатой или скрытокристаллической основной массы

11. Порфировидная – крупные кристаллы погружены в основную массу с ясно различимыми зернами меньшего размера

12. Пегматитовая – прорастание КПШ кварцем

Текстура магматических пород:

1. Плотные (компактные)- зерна плотно прилегают друг к другу (вулканические стекла)

2. Пористая – наличие полостей, пор

3. Пузырчатые, пенистые (шлаки, пемза)

4. Миндалекаменная – если пустоты в пористой породе заполнены вторичным минералом ( опал, халцедон и т.д.)

5. Массивная – однородная

6. Полосчатая – чередование полос различного цвета или различного минерального состава

7. Флюидальная – следы струй течения магматического материала

8. Пятнистая – пятнистое, неравномерное распределение цветных минералов.

Структура метаморфических ГП:

1. Микрокристаллическая- не различимая вооруженным глазом

2. Катокластическая (Обломочная)- разновеликие угловатые обломки ( структура брекчии)

3. Полнокристаллическая ( микрокристаллическая – 0,01- 0,1 мм, мелкокристаллические 0,1-1 мм, среднекристаллические 1-5 мм, крупнокристаллические 5-10мм, гигантокристаллические >10мм)

Текстура метаморфических ГП:

1. Полосчатая

2. Массивная

3. Очковая (округлые агрегаты в сланцеватой массе)

4. Плойчатая (мелкие складки)

5. Сланцеватая (порода разделяется на пластинки)

6. Пятнистая

Структура осадочных ГП:

1. Коллоидальная (аморфная), зёрна менее 0,001 мм и не видны даже в щлифе.

2. Микрокристаллическая

3. Мелкокристаллическая

4. Среднекристаллическая

5. Крупнокристаллическая

6. Грубозернистая

7. Разнозернистая

Билет №9. Классификация магматических пород.

Интрузивные МГП: плутонические; полнокристаллические. Медленное время остывания.

Эффузивные МГП: вулканические; неполнокристаллические, стекловатые; быстрое остывание.

Билет №10. Классификация осадочных пород.

Билет №11. Главные типы метаморфических пород.

Типы: Породы регионального метаморфизма:

1. Глинистые сланцы — представляют начальную стадию метаморфизма глинистых пород. Состоят преимущественно из гидрослюд, хлорита, иногда каолинита, реликтов других глинистых минералов (монтмориллонита, смешаннослойных минералов), кварца, полевых шпатов и других неглинистых минералов. В них хорошо выражена сланцеватость. Они легко раскалываются на плитки. Цвет сланцев: зелёный, серый, бурый до чёрного. Содержат углистое вещество, новообразования карбонатов и сульфидов железа.

2. Филлиты [греч. филлитес — листоватый] — плотная темная с шелковистым блеском сланцеватая порода, состоящая из кварца, серицита, иногда с примесью хлорита, биотита и альбита. По степени метаморфизма переходная порода от глинистых к слюдяным сланцам.

3. Хлоритовые сланцы — Хлоритовые сланцы представляют собой сланцеватые или чешуйчатые породы, состоящие преимущественно из хлорита, а также актинолита, талька, слюды, эпидота, кварца и других минералов. Цвет их зелёный, на ощупь жирные, твердость небольшая. Часто содержат магнетит в виде хорошо образованных кристаллов (октаэдров).

4. Тальковые сланцы — агрегат листочков и чешуек талька сланцеватого строения, зеленоватого или белого цвета, мягок, обладает жирным блеском. Встречается изредка среди хлоритовых сланцев и филлитов в верхнеархейских (гуронских) образованиях, но иногда является результатом метаморфизации и более молодых осадочных и изверженных (оливиновых) горных пород. Как примесь присутствуют магнезит, хромит, актинолит, апатит, глинкит, турмалин. Часто к тальку в большом количестве примешиваются листочки и чешуйки хлорита, обусловливающие переход в тальково-хлористовый сланец.

5. Кристаллические сланцы — общее название обширной группы метаморфических пород, характеризующиеся средней (частично сильной) степенью метаморфизма. В отличие от гнейсов в кристаллических сланцах количественные взаимоотношения между кварцем, полевыми шпатами и тёмноцветными минералами могут быть разными.

6. Амфиболиты — метаморфическая горная порода, состоящая из амфибола, плагиоклаза и минералов примесей. Роговая обманка, содержащаяся в амфиболитах, отличается от амфиболов сложным составом и высоким содержанием глинозёма. В противоположность большинству метаморфических пород высоких ступеней регионального метаморфизма амфиболиты не всегда обладают хорошо выраженной сланцеватой текстурой. Структура амфиболитов гранобластовая (при склонности роговой обманки к образованию удлинённых по сланцеватости кристаллов), нематобластовая и даже фибробластовая. Амфиболиты могут образовываться как за счёт основных изверженных пород — габбро, диабазов, базальтов, туфов и др., так и за счёт осадочных пород мергелистого состава. Переходные разности к габбро называются габбро-амфиболитами и характеризуются реликтовыми (остаточными) габбровыми структурами. Амфиболиты, возникающие за счёт ультраосновных горных пород, отличаются обычно отсутствием плагиоклаза и состоят практически целиком из роговой обманки, богатой магнием (антофиллит, жедрит). Различают следующие виды амфиболитов: биотитовые, гранатовые, кварцевые, кианитовые, скаполитовые, цоизитовые, эпидотовые и др. амфиболиты.

7. Кварциты — зернистая горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных более мелким кварцевым материалом. Образуется при метаморфизме кварцевых песчаников, порфиров. Встречаются в корах выветривания, образуясь при метасоматозе (гипергенные кварциты) с окислением медноколчеданных месторождений. Они служат поисковым признаком на медноколчеданные руды. Микрокварциты образуются из подводных гидротерм, выносящих в морскую воду кремнезём, при отсутствии других компонентов (железо, магний и др.).

8. Гнейсы — метаморфическая горная порода, характеризующаяся более или менее отчётливо выраженной параллельно-сланцеватой, часто тонкополосчатой текстурой с преобладающими гранобластовыми и порфиробластовыми структурами и состоящая из кварца, калиевого полевого шпата, плагиоклазов и цветных минералов. Выделяют: биотитовые, мусковитовые, двуслюдяные, амфиболовые, пироксеновые и др. гнейсы.

Тема «СТРОЕНИЕ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ»

Вопрос №12. Современные взгляды на образование Вселенной и происхождение химических элементов.

[Строение и современные представления о происхождении Солнечной системы – смотри вопрос №13]

Согласно современным представлениям наблюдаемая Вселенная образовалась около 13-14 млрд. лет назад в результате колоссального взрыва, получившего название Большого Взрыва. К моменту Большого Взрыва всё вещество Вселенной было сосредоточено в очень небольшой области пространства (условно – в одной точке). В результате Большого Взрыва фрагменты материи разлетелись во все стороны с разными скоростями, вплоть до сравнимых со скоростью света. Отдельные сгустки материи эволюционировали в дальнейшем в галактики, в каждой из которых стали образовываться звёзды. Разлёт галактик продолжается и в настоящее время, и Вселенная таким образом продолжает расширяться.

Представление о Большом Взрыве основывается на явлении разбегания галактик, открытом в первой половине XX века американским астрономом Эдвином Хабблом. Измерив так называемое «красное смещение» в спектрах галактик Хаббл установил, что все галактики разлетаются от земного наблюдателя, причём скорость убегания «галактик» оказалась тем больше, чем дальше от нас они находятся. Такая ситуация возможна лишь, если все галактики действительно разлетаются из очень небольшой области мирового пространства.

Считается, что химический состав Вселенной в момент её образования был чрезвычайно простым – она состояла из водорода с небольшой примесью гелия, так как в процессе Большого Взрыва могли образоваться только самые простые ядра химических элементов. Первоначальное состояние вещества галактик неизвестно, но, по-видимому, они представляли собой огромные газовые (водородные) облака, которые сами стали распадаться на отдельные сравнительно небольшие фрагменты. Эти фрагменты сжимались за счёт собственной гравитации и превращались в звёзды.

В недрах всех звёзд происходит процесс термоядерного «горения» водорода и превращения его в гелий. В недрах крупных звёзд начинает «гореть» и сам гелий, превращаясь в углерод, а затем и в кислород, неон и более тяжёлые элементы. Происходит постепенное накопление всё более и более тяжёлых элементов, и в недрах наиболее крупных звёзд термоядерный синтез химических элементов может доходить до железа.

Астрофизическими исследованиями установлено, что эволюция крупных звёзд завершается очень сильными взрывами (так называемыми взрывами сверхновых), в результате чего от звезды остаётся лишь очень небольшой остаток, а практически всё её вещество оказывается выброшенным в рассеянном состоянии в окружающее пространство. Так, благодаря взрывам сверхновых, в межзвёздное пространство поступал и продолжает поступать материал, в котором помимо водорода и гелия присутствовали и более тяжёлые элементы, образовавшиеся уже в недрах звёзд. Что очень важно, давления и температуры в момент взрывов сверхновых достигают столь высоких значений, что происходит мгновенное образование и ядер более тяжёлых, чем железо химических элементов.

В результате взрывов сверхновых вещество, обогащённое образовавшимися в их недрах тяжелыми элементами, постепенно накапливается в межзвёздном пространстве, и со временем его становится так много, что из него начинают образовываться звёзды нового поколения. В этих звёздах идёт дальнейший синтез химических элементов, и наиболее крупные из них завершают свою эволюцию взрывом сверхновой, в результате чего в окружающее пространство вновь попадает ещё более обогащённое тяжелыми элементами вещество. Подобный процесс может повторяться многократно.

Вопрос №13. Строение Солнечной системы. Обзор ранних гипотез происхождения Солнечной системы. Современные представления. Новые данные космических миссий последнего десятилетия.

Строение Солнечной системы

В состав Солнечной системы входит центральная звезда Солнце, вокруг которой обращаются восемь больших планет (вместе с их спутниками) и огромное количество малых объектов (астероидов, комет и транснептунных объектов пояса Койпера).

Планеты. Имеют шарообразную форму. Делятся на две группы: расположенные вблизи Солнца (на расстояниях от 0,4 до 1,5 а.е.) планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и расположенные дальше от Солнца (на расстояниях от 5 до 30 а.е.) планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Для планет земной группы характерны высокая плотность (3,94-5,52 г/см³), небольшие массы и диаметры, они являются каменно-металлическими телами. Самая крупная из планет земной группы – Земля. Для планет-гигантов характерны низкая плотность (0,69-1,66 г/см³), большие массы и диаметры. Они являются существенно газовыми телами. Самая крупная планета-гигант – Юпитер. Его масса в 318 раз больше массы Земли, а его диаметр в 11,2 раза больше диаметра Земли.

Спутники планет. Всего в Солнечной системе известно более 150 спутников, при этом 19 из них имеют диаметр более 400 км и подобно планетам характеризуются шарообразной формой, а меньшие по размеру спутники имеют неправильную обломочную форму. Семь самых крупных спутников, в число которых входит и Луна, по своим размерам и массе превосходят Плутон.

Астероиды. Многочисленные каменные тела, обращающиеся вокруг Солнца по орбитам, расположенным, как правило, между орбитами Марса и Юпитера (большинство – на расстояниях от 2,3 до 3,6 а.е.). Имеют неправильную обломочную форму, только четыре самых крупных астероида (с поперечником более 400 км) имеют планетоподобную близкую к сферической форму. Самый крупный астероид – Церера – имеет диаметр около 1000 км. Количество астероидов резко возрастает с уменьшением их размеров, причем никакого нижнего предела размеров у них нет. Постоянные взаимостолкновения в поясе астероидов приводят к их дроблению на все более и более мелкие обломки, вплоть до обломков метеоритных размеров.

Кометы. Многочисленные мелкие ледовые тела (характерный размер - первые десятки километров), обращающиеся вокруг Солнца на больших расстояниях, как правило, по очень вытянутым орбитам, и образующие гигантское кометное облако, названное облаком Оорта. В некоторых случаях кометы удаляются от Солнца на расстояния, измеряемые десятками тысяч а.е. В той части своих орбит, когда кометы пролетают вблизи Солнца, они интенсивно испаряется, испуская при этом знаменитые кометные «хвосты».

Транснептунные объекты пояса Койпера. Многочисленные преимущественно ледовые или ледово-каменные тела, различных размеров, обращающиеся вокруг Солнца по орбитам, расположенным за орбитой Нептуна (большинство – на расстояниях от 40 до 50 а.е.). К числу наиболее крупных из них относится Плутон, который до недавнего времени считался одной из больших планет. Диаметр Плутона составляет лишь около 0,18 диаметра Земли, а масса – лишь около 0,002 от массы Земли. Средняя плотность Плутона составляет около 2 г/см³. В настоящее время в поясе Койпера известно более 1000 объектов, в том числе обнаружены объекты по своим размерам сопоставимые с Плутоном и даже превосходящие его.

Общая масса Солнечной системы составляет около 2·10³³ г, причем 99,87 % массы Солнечной системы приходится на Солнце. Все объекты, вращающиеся вокруг Солнца, составляют по массе только 0,13 % массы Солнечной системы, причем «львиная доля» этого остатка (0,10 %) приходится на Юпитер.

Движения и вращения главных тел Солнечной системы происходят согласованно и складывается впечатление, что вся Солнечная система была приведена в движение единым «запуском»:

- все планеты и астероиды вращаются вокруг Солнца в одну и ту же сторону (против часовой стрелки, если смотреть с Полярной звезды);

- Солнечная система имеет форму плоского диска - плоскости орбит всех планет совпадают с точностью до нескольких градусов;

- ось вращения Солнца почти перпендикулярна осредненной плоскости планетных орбит, при этом Солнце вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и планеты вокруг него самого.

Обзор ранних гипотез происхождения Солнечной системы. Первой гипотезой происхождения Солнечной системы, получившей широкое признание, была выдвинутая в конце XVIII века гипотеза Канта-Лапласа. Согласно этой гипотезе Солнце и вращающиеся вокруг него планеты образовались из горячего вращающегося газового облака, которое сжималось под действием собственной гравитации. По мере сжатия облака оно вращалось всё быстрее и быстрее, в результате чего оно приобрело дисковидную форму. В конце концов, под действием центробежных сил от облака несколько раз отрывались газовые кольца, которые в дальнейшем остывали, и из каждого такого кольца конденсировалась отдельная планета. Из центрального сгустка облака образовалось Солнце.

Гипотеза Канта-Лапласа была очень популярна в XIX веке, но затем она была отвергнута, так как не объясняла некоторые характерные особенности Солнечной системы (в частности, малую массу планет и медленное вращение Солнца).

В начале XX века широкое распространение получила гипотеза близкого прохождения посторонней звезды (гипотеза Джинса), согласно которой около Солнца вначале не было никаких планет. Планеты образовались в результате случайного сближения Солнца с посторонней звездой, которая своим гравитационным притяжением вырвала с поверхности Солнца «клок» материи, который затем распался на фрагменты, каждый из которых остыл и конденсировался в отдельную планету.

Гипотеза Джинса хорошо объясняла строение Солнечной системы, но всегда считалась маловероятной, так как требовала исключительно маловероятного события – очень точного прохождения в мировом пространстве двух звёзд рядом друг с другом.

В нашей стране в середине XX века широкое распространение получила гипотеза Шмидта, согласно которой около Солнца вначале тоже не было никаких планет. Планеты образовались в результате случайного пролёта Солнца сквозь постороннее пылевое облако. Пылевые частицы этого облака оказались захвачены гравитационным полем Солнца и впоследствии стали соединяться в более крупные скопления, из которых постепенно выросли планеты.

Гипотеза Шмидта «в чистом виде» не могла объяснить некоторые особенности динамики Солнечной системы, но в её рамках было разработано объяснение механизма роста планет из пылевых частиц, получившее в настоящее время всеобщее признание.

Современные представления. Согласно современным представлениям, в основном сложившимся к 60-и годам XX века, Солнечная система образовалась в результате сжатия некой первичной газо-пылевой туманности, которая на 98% состояла из газа и на 2% из пыли. Подобные туманности довольно широко встречаются в космосе и в настоящее время.

В какой-то момент времени первичная туманность начала испытывать сжатие под действием собственной гравитации. Важно отметить, что первичная «досолнечная» туманность испытывала некоторое изначальное вращение. В соответствии с законами механики по ходу сжатия туманности её вращение ускорялось. При этом на каждую частицу первичной туманности (как пылинку, так и газовую молекулу) одновременно действовали как сила притяжения F_прит, направленная к центру масс туманности, так и центробежная сила F_цб, направленная перпендикулярно оси ее вращения.

Результирующая сила Fрез была направлена к экваториальной плоскости туманности. Подавляющая доля и газа, и пылевых частиц оказалась сосредоточенной в центральном теле системы (то есть на Солнце), но небольшая часть газа и пылевых частиц, в состав Солнца не вошла. Эти пылевые частицы сформировали в экваториальной плоскости туманности тонкий пылевой диск, состоявший из бесчисленного множества пылевых частиц, самостоятельно вращавшихся вокруг Солнца (так называемый «протопланетный диск»). В отличие от пылевых частиц газовые молекулы вследствие своего хаотического

теплового движения не могли сосредоточиться в тонком экваториальном диске, поэтому тот остаток газов, который не вошёл в состав Солнца, в основном, постепенно рассеялся в космическом пространстве.

Основная часть газа и пыли сосредоточилась в центральном теле, которое, сжимаясь, испытывало сильный разогрев. Со временем центральное тело начало самосветиться. Дальнейшее сжатие центрального тела приводило ко всё большему его разогреву, и когда температура в его центре достигла нескольких миллионов градусов, начались термоядерные реакции превращения водорода в гелий - основной источник энергии звезд. С этого момента центральное тело системы (Солнце) превратилось в настоящую звезду.

Что касается пылевого протопланетного диска, сформировавшегося в экваториальной плоскости первичной туманности, то он был неустойчивым образованием. Пылинки, вращавшиеся вокруг Солнца по близким орбитам, имели близкие значения скорости, поэтому при столкновениях происходило их слипание. Так образовывались скопления пылинок, называемые планетезималями. Процесс их формирования называется аккрецией. Вследствие столкновений и слипания планетезимали продолжали расти, и по мере их роста между ними стало проявляться гравитационное взаимодействие. Со временем некоторые планетезимали достигли критического размера в несколько километров, после чего они стали интенсивно «вычерпывать» своим гравитационным полем более мелкие планетезимали с соседних орбит. Этот процесс шел лавинообразно - чем больше становилась «лидирующая» планетезималь, тем интенсивнее она притягивала все остальные. В конечном итоге сформировалось лишь нескольких крупных тел (планет), а околосолнечное пространство «очистилось» от мелких планетезималей.

Важно отметить, что температура первичной газо-пылевой туманности в её центральной околосолнечной части радиусом около 3 астрономических единиц превышала температуру испарения «льдов», поэтому в этой области существовали только тугоплавкие каменные и металлические пылевые частицы, из которых сформировались небольшие по размерам, но высокоплотные космические тела (планеты земной группы, их спутники, астероиды).

Во внешней части первичной туманности температура была ниже, поэтому в этой области существовали как тугоплавкие каменные и металлические частицы, так и легкоплавкие ледовые, причем последние резко преобладали. В результате во внешней части Солнечной системы образовались тела, состоящие преимущественно из «льдов» с той или иной примесью каменного и металлического материала (планеты-гиганты, их спутники, транснептунные объекты пояса Койпера и кометы).

Твердые «зародыши» Юпитера и Сатурна оказались столь массивными, что они смогли своим гравитационным полем притянуть к себе значительные количества газов первичной туманности и превратиться из преимущественно ледовых объектов в газово-ледовые. Быстро выросший и очень массивный Юпитер своим гравитационным полем сильно исказил движение планетезималей в смежных зонах формирующейся планетной системы, подавляющее большинство из которых оказалось «разбросанными» во все стороны и переведенными на сильно вытянутые орбиты. В результате потери почти всего «строительного материала» не сформировался Фаэтон – потенциальная планета, которая должна была находиться на месте главного пояса астероидов. Более того, из-за сильной вытянутости орбит планетезималей столкновения между ними происходили, как правило, на высоких скоростях, и процесс роста планетезималей в этой зоне довольно быстро сменился процессом их разрушения при взаимных высокоскоростных столкновениях.

Новые данные космических миссий последнего десятилетия. К числу наиболее интересных результатов космических миссий последнего десятилетия следует отнести:

- исследование спутников Юпитера автоматической станцией «Галилео»;

- исследование Титана (спутника Сатурна) со спуском на парашюте сквозь атмосферу и посадкой на поверхность;

- исследования на поверхности Марса с помощью «марсоходов».

Тема «МЕТЕОРИТЫ»

Вопрос №14. Классификация метеоритов. Условия образования. Состав. Значение углистых хондритов.

Все метеориты представляют собой агрегаты каменных и металлических частиц, в зависимости от количественного соотношения которых, традиционно подразделяющиеся на три главных группы:

а) каменные (~93 % от общего числа метеоритов), в том числе:

- хондриты (~86%) - никогда не испытывали переплавления, содержание железо-никелевых частиц - около 10-15%;

- ахондриты (~7%) - испытывали полное переплавление и в этом отношении близки к земным магматическим породам, содержание железо-никелевых частиц - первые проценты;

б) железокаменные (~2%) - содержание железо-никелевых частиц около половины;

в) железные (~5%) - железо-никелевые частицы резко доминируют.

Метеориты группы хондритов имеют очень однообразный элементный состав, который очень близок элементному составу условной «каменно-металлической» составляющей солнечного вещества. Это указывает на глубокое химическое родство хондритовых метеоритов и солнечного вещества. По терминологии, принятой для земных пород, хондриты следует отнести к ультраосновным породам.

Ахондритовые, железо-каменные и железные метеориты, наоборот резко отличаются по своему элементному составу как от «каменно-металлической» солнечной составляющей, так и между собой. Однако обобщенный средний элементный состав этих групп метеоритов (с учетом их относительной распространенности) практически идентичен среднему составу хондритовых метеоритов. Это указывает, что ахондритовые, железо-каменные и железные метеориты образовались в результате разделения (дифференциации) хондритового вещества. Эти три группы метеоритов обобщенно называют дифференцированными, а хондритовые метеориты - недифференцированными.

Дифференциация исходного хондритового вещества, по-видимому, происходила в недрах небольших космических тел (астероидов), когда вследствие разогрева их недр хондритовый материал расплавлялся, при этом металлический расплав «тонул» к центру масс вмещающего их тела, а несмешивающийся с ним каменный (ахондритовый) расплав «всплывал» к периферии расплавленной зоны. После остывания астероидов металлический и каменный (ахондритовый) расплавы кристаллизовались, а последующие столкновения между астероидами приводили к образованию большого количества обломков самого разного состава (хондритового, ахондритового, железо-каменного и железного).

Представление о том, что метеориты непрерывно образуются в пределах Солнечной системы в результате столкновений между астероидами, хорошо согласуется с рядом известных фактов:

- спектры отражения метеоритного вещества, исследованные в земных лабораториях, очень близки спектрам отражения астероидов, полученным с помощью телескопических наблюдений;

- расчеты параметров орбит метеоритов, вхождение которых в верхние слои земной атмосферы зафиксировано замедленной киносъемкой, показывают, что их афелии (наиболее удаленные от Солнца точки орбит) расположены в районе пояса астероидов.

Среди хондритов выделяют три группы: обыкновенные (подавляющее большинство), углистые и энстатитовые. Своё название хондриты получили из-за наличия в них так называемых хондр – очень специфических образований, представляющих собой маленькие шарики размером порядка 1 мм, как правило, стеклянные. Следует особо отметить группу углистых хондритов (8 % от общего числа метеоритов), которые содержат в своем составе воду (в связанной форме), некоторые другие легколетучие вещества, а также органические соединения. Эти особенности состава углистых хондритов свидетельствуют, что они никогда в своей истории не подвергались прогреву свыше 400 С. Состав углистых хондритов в наибольшей мере близок к составу условной «каменно-металлической» составляющей солнечного вещества. Эти особенности позволяют рассматривать углистые хондриты в качестве образцов наименее измененного вещества первичной газо-пылевой туманности, из которой образовалась Солнечная система. Следует подчеркнуть, что органическое вещество углистых хондритов имеет небиологическое происхождение, и все попытки найти в углистых хондритах следы жизни оказались безрезультатными. Название «углистые» не совсем удачно, но термин прижился, хотя по смыслу правильнее было бы называть их «углеродистые».

Ахондриты делятся на несколько групп, представляющих собой аналоги земных магматических пород основного и ультраосновного состава. От земных магматических пород отличаются, в частности, присутствием частиц металлического железа.

Железо-каменные метеориты делятся на две группы: палласиты и мезосидериты. Палласиты сложены равномерно распределёнными небольшими зёрнами оливина и металлического железа. Мезосидериты представляют собой механическую смесь фрагментов железных и различных каменных метеоритов.

Железные метеориты делятся на три группы, различающиеся по своей структуре (так называемые октаэдриты, гексаэдриты и атакситы).

Вопрос №15. Количество и размеры метеоритных частиц, выпадающих на Землю. Метеоритные кратеры на Земле и других планетах. Падение метеоритов и глобальные вымирания.

Количество и размеры метеоритных частиц, выпадающих на Землю. Общий поток внеземного вещества, поступающего на Землю, оценивается в диапазоне от 100 до 1000 тонн в сутки. Даже если принять максимальную из этих оценок (1000 тонн в сутки), то и в этом случае за один миллиард лет на поверхности Земли накапливается слой мощностью лишь около двадцати сантиметров. Поток падающего на нашу планету внеземного вещества, по-видимому, убывает с течением геологического времени, но в любом случае практически на всём протяжении геологической истории (кроме самых ранних этапов) он был ничтожен и фактически никак не сказывался на геологических процессах, идущих на нашей планете.

Размеры падающих на Землю тел, в принципе, могут любыми – от астероидов, размер которых измеряется километрами, до мельчайших пылинок. Метеорные тела вторгаются в земную атмосферу со скоростями, превышающими вторую космическую скорость (11,2 км/с). Они испытывают очень сильное торможение и соответствующий разогрев при прохождении через атмосферу, и большинство из них полностью «сгорают», не долетев до земной поверхности. Впрочем, образующиеся при этом мельчайшие переплавленные частички потом всё равно оседают на земную поверхность. По самым оптимистическим оценкам до земной поверхности долетает в виде метеоритов лишь около одного процента от того вещества, которое в настоящее время падает на нашу планету из космоса.

Долетит метеорит до земной поверхности или нет, зависит, прежде всего, от его первоначальной массы и от скорости, с которой он вошёл в земную атмосферу, а также от его состава и механической прочности (железные метеориты более прочные, чем каменные). Считается, что в земной атмосфере полностью «сгорают» даже самые медленные метеориты, масса которых при входе в земную атмосферу составляла не более 30 кг. Считается также, что в земной атмосфере полностью «сгорают» даже многотонные метеориты, скорость которых при входе в земную атмосферу превосходила 22 км/с.

Метеоритные кратеры на Земле и других планетах. Очень крупные тела, масса которых измеряется многими тысячами тонн и более, достигают земной поверхности, даже если их скорость была значительно выше 22 км/с. При этом, столкновение с земной поверхностью происходит с высокой скоростью, измеряемой многими км/с. В результате удара происходит сильный взрыв и образуется ударный кратер. Размеры кратеров зависят от скорости и массы падающего тела, точнее, от его кинетической энергии в момент удара.

В настоящее время на Земле обнаружено около 180 ударных кратеров, из них 19 – на территории Российской Федерации. Самый большой кратер в нашей стране – кратер Попигай диаметром около 100 км находится на границе Красноярского края и Якутии. Самый близкий к Санкт-Петербургу – кратер Янисъярви диаметром около 14 км находится в Северном Приладожье (Карелия).

Кратеры на Земле в геологическом смысле недолговечны, так как они уничтожаются различными геологическими процессами. Они могут быть полностью стёрты в результате эрозии, перекрыты более поздними осадочными породами, или разрушены в ходе горообразования. Так как Земля очень активна в геологическом отношении, то кратеров на ней мало.

Большинство других тел Солнечной системы, имеющих твёрдую поверхность, напротив, испещрены кратерами (Луна, Марс, Меркурий, многие спутники планет-гигантов). Интенсивная бомбардировка поверхности этих тел произошла на самой раннем этапе истории Солнечной системы. Если же поверхность какого-либо космического тела в дальнейшем была полностью или частично «обновлена», то кратеров на таких поверхностях немного. В качестве примеров можно привести залитые базальтами лунные «моря», заливавшиеся водными потоками крупные площади на Ганимеде (спутник Юпитера). Мало кратеров на Венере, их практически нет на Ио и Европе (спутники Юпитера), что свидетельствует о продолжающихся на поверхности этих тел активных процессах.

Падение метеоритов и глобальные вымирания. Глобальные катастрофы, вызванные ударами комет или астероидов, неоднократно происходили в геологическом прошлом. Одна из самых крупных катастроф произошла 65 миллионов лет назад (на границе мела и палеогена), в результате которой мгновенно исчезли многие группы животных, в том числе и динозавры. Причиной массовой гибели животных стал не сам взрыв, а его экологические последствия. Считается, что в результате взрыва в атмосферу было выброшено огромное количество пыли, которая оседала в течение многих месяцев или даже нескольких лет. Атмосфера на какое-то время стала менее прозрачной для солнечных лучей, что привело к короткому, но очень резкому похолоданию и массовой гибели растений, а значит и животных вследствие нарушения всех пищевых цепочек.

Одним из доказательств того, что первопричиной массового вымирания животных 65 миллионов лет назад был именно удар астероида, является наличие так называемой иридиевой аномалии. В осадочных породах на границе мела и палеогена по всему земному шару обнаруживаются резко повышенные концентрации иридия – химического элемента, малораспространённого в земной коре, но в значительных количествах отмечающегося в метеоритах. В начале 90-х годов XX века был найдены следы кратера, который, как считается, образовался в результате этого удара. Это кратер Чиксулуб в Мексике. Его возраст – 65 миллионов лет, а диаметр – около 170 километров. Он расположен на полуострове Юкатан, причем большая часть окружности этого кратера находится не на суше, а на мелководье Мексиканского залива. Астероид, вызвавший образование этого кратера должен был иметь в поперечнике около десяти километров.

Тема «НОВЫЕ ДАННЫЕ КОСМИЧЕСКИХ МИССИЙ ПОСЛЕДНИХ ДЕСЯТИЛЕТИЙ.»

Вопрос №16 Новые данные о строении Вселенной. Новые данные о Марсе – происхождение марсианских ландшафтов, вода на Марсе. Новые данные о других планетах Солнечной системы и их спутниках. Новые данные о кометах и метеоритах и метеоритная опасность.

Краткий очерк строения Вселенной.

Изученная часть пространства заполнена огромным количеством звезд – небесных тел, подобных нашему Солнцу.

Звезды рассеяны в пространстве неравномерно, они образуют системы, называемые галактиками. Галактики имеют в большинстве своем эллипсоидальную и сплюснутую, чечевицеобразную форму. Их размеры таковы, что свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/сек, проходит расстояние от одного края галактики до другого за десятки и сотни тысяч лет.

Расстояния между отдельными галактиками еще больше - они в десятки раз превосходят размеры самих галактик. Число звезд в каждой галактике огромно - от сотен миллионов до сотен миллиардов звезд. С Земли галактики видны как слабые туманные пятна, и поэтому их раньше называли внегалактическими туманностями. Только в близких к нам галактиках и только на фотографиях, полученных самыми сильными телескопами, можно рассмотреть отдельные звезды.

Внутри галактик звезды распределены также неравномерно, концентрируясь к их центрам и образуя различные скопления. Пространство между звездами в галактиках и пространство между галактиками заполнено материей в виде газа, пыли, элементарных частиц, электромагнитного излучения и гравитационных полей. Плотность вещества межзвездной и межгалактической среды очень низка. Солнце и большинство звезд и звездных скоплений, наблюдаемых на небе, образуют систему, которую мы называем нашей Галактикой; огромное количество входящих в нее слабых звезд представляется невооруженному глазу белесой полосой, проходящей через все небо и называемой Млечным Путем.

Солнце - одна из многих миллиардов звезд Галактики. Но Солнце - не одинокая звезда: оно окружено планетами - темными телами, вроде нашей Земли. Планеты (не все) в свою очередь имеют спутников. Спутником Земли является Луна. Солнечной системе принадлежат также астероиды (малые планеты), кометы и метеорные тела.

Наука располагает данными, позволяющими утверждать, что многие звезды в нашей Галактике и звезды в других галактиках имеют планетные системы, подобные Солнечной. Во Вселенной все находится в движении. Движутся планеты и их спутники, кометы и метеорные тела; движутся Солнце и звезды в галактиках, движутся галактики друг относительно друга. Как нет пространства без материи, так нет и материи без движения.

Некогда мировое пространство было заполнено исключительно только эфиром,.

Марс (ландшафт)

Две трети поверхности Марса занимают светлые области, получившие название материков, около трети — тёмные участки, называемые морями. Моря сосредоточены, в основном, в южном полушарии планеты, между 10 и 40° широты. В северном полушарии есть только два крупных моря — Ацидалийское и Большой Сырт.

Сейчас полагают, что это просто участки, с которых, в силу их рельефа, легко выдувается пыль. Крупномасштабные снимки показывают, что на самом деле, тёмные участки состоят из групп тёмных полос и пятен, связанных с кратерами, холмами и другими препятствиями на пути ветров

Полушария Марса довольно сильно различаются по характеру поверхности. В южном полушарии поверхность находится на 1—2 км над средним уровнем и густо усеяна кратерами.. На севере большая часть поверхности находится ниже среднего уровня, здесь мало кратеров, и основную часть занимают относительно гладкие равнины, вероятно, образовавшиеся в результате затопления лавой и эрозии. Такое различие полушарий остаётся предметом дискуссий. Граница между полушариями следует примерно по большому кругу, наклонённому на 30° к экватору. Граница широкая и неправильная и образует склон в направлении на север. Вдоль неё встречаются самые эродированные участки марсианской поверхности.

Большое количество кратеров в южном полушарии предполагает, что поверхность здесь древняя — 3—4 млрд. лет. Выделяют несколько типов кратеров: большие кратеры с плоским дном, более мелкие и молодые чашеобразные кратеры, похожие на лунные, кратеры, окружённые валом, и возвышенные кратеры. Последние два типа уникальны для Марса — кратеры с валом образовались там, где по поверхности текли жидкие выбросы, а возвышенные кратеры образовались там, где покрывало выбросов кратера защитило поверхность от ветровой эрозии. Самой крупной деталью ударного происхождения является равнина Эллада

В области хаотического ландшафта вблизи границы полушарий поверхность испытала разломы и сжатия больших участков, за которыми иногда следовала эрозия (вследствие оползней или катастрофического высвобождения подземных вод), а также затопление жидкой лавой. Хаотические ландшафты часто находятся у истока больших каналов, прорезанных водой. Наиболее приемлемой гипотезой их совместного образования является внезапное таяние подповерхностного льда.

В северном полушарии, помимо обширных вулканических равнин, находятся две области крупных вулканов.