Химия Земли (Добровольский) 1980 год - старые учебники

Скачать Советский учебник

 Химия Земли (Добровольский) 1980

Назначение: Пособие для учащихся

В книге рассказывается о современных представлениях о Земле, химическом составе земной коры, о химических преобразованиях минералов и горных  пород под влиянием географических условий, о роли воды в процессах изменения земной коры, о физических, химических и биологических факторах, способствующих химической миграции веществ. Автор подчеркивает взаимосвязь живой и неживой природы, роль организмов в образовании скоплений тех или иных элементов. Почему земная кора состоит в основном из минералов, содержащих в преобладающем количестве кремниевые соединения, какая связь существует между расположением элементов в периодической таблице Д. И. Менделеева и образованием минералов в земной коре, как количественно определить их практическую ценность? На все эти вопросы читатель получит подробные ответы. Затрагивая вопросы о положительных и отрицательных сторонах деятельности человека на живую и неживую природу, автор напоминает об ответственности людей за сохранение природных богатств.

© "Просвещение" Москва 1980 

Авторство: Добровольский В.В.

Формат: PDF Размер файла: 16.4 MB

СОДЕРЖАНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1 Кремнекислородный панцирь планеты 3

Строение Земли .... 3

Из чего состоит земная кора .9

Кристаллическое вещество земной коры

Разделение и объединение атомов в земных недрах 23

Что такое кларки .... 31

Постоянство и изменчивость содержания атомов химических элементов в земной коре . 40

Глава 2. Кора выветривания 46

Глубинные кристаллы и глина 46

Механизмы выветривания . . 51

Солнечная радиация плюс вода 56

Миграция химических элементов в поверхностных водах суши 58

Химия и геохимия гипергенеза 62

Твердый сток 71

Глава 3. Геохимия жидкой и газовой оболочек Земли 74

Осадки Мирового океана 74

Солевой состав гидросферы . . 83

Взаимосвязь океана и атмосферы 89

Сколько лет Мировому океану 91

ОТКРЫТЬ:  оглавление полностью...

 

Геохимическая работа живого вещества в океане 96

Глава 4. Живое вещество и геохимические циклы 100

Геохимическая деятельность растений в цифрах 100

Геохимические циклы элементов 105

Чем питаются растения 113

Триада плодородия . 117

Состав живого вещества 125

Глава 5. Химические элементы в биосфере 133

Биокосное тело 133

Химический состав почвы и микроэлементы 139

Обмен вещества в биосфере . 146

Глава 6. Геохимия окружающей среды 157

Химические элементы и человеческое общество 157

Металлизация биосферы 166

Опасные уровни 171

Краткое послесловие 174

 

 

 КАК ОТКРЫВАТЬ СКАЧАННЫЕ ФАЙЛЫ?

👇

СМОТРИТЕ ЗДЕСЬ

Скачать бесплатный учебник  СССР - Химия Земли (Добровольский) 1980 года

СКАЧАТЬ PDF

ОТКРЫТЬ: - отрывок из учебника...

КРАТКОЕ ПОСЛЕСЛОВИЕ

В каждой исторической эпохе свое отношение к наукам. В XIX в. сложилась строгая система, в которой научным дисциплинам было отведено определенное место. Круг интересов был четко ограничен: ботаника занималась растениями, а минералогию не интересовало ничего, кроме минералов. Текущее столетие, наоборот, характеризуется стремлением каждой науки* воспользоваться принципами и методами других наук для решения своих задач. У нас не вызывает удивления, что биологи используют достижения химии и физики, а инженеры пытаются применить в своих целях законы биологии. Происходит взаимопроникновение наук, и награни смежных возникают новые. Среди синтетических наук XX в. одной из первых была геохимия.

Изучая историю химических элементов, ученые вскрыли закономерности поведения разных элементов. Одно из замечательных открытий геохимии — установление кругового, циклического, движения атомов химических элементов, охватывающего все наружные оболочки нашей планеты. Благодаря циклической миграции атомов осуществляется обмен веществ и энергии между земной корой, гидросферой и атмосферой. Накапливая солнечную энергию, поверхностные образования со временем поступают в глубинные части земной коры, где выделяют энергию, которая расходуется на различные процессы.

Мощным фактором циклической миграции служит живое вещество — высокоорганизованная форма материи, действующая на поверхности земной коры, в нижних слоях атмосферы и в Мировом океане. Геохимической деятельности живого вещества обязаны своим образованием современная атмосфера и почвенный покров, возникновение особой оболочки Земли — биосферы.

Каждый ландшафт, каждый участок земной поверхности пред- 174

ставляет собой систему, все составные части которой взаимосвязаны веществом и энергией. Окружающая нас природная среда буквально пронизана циклическими процессами миграции разной протяженности. Обмен веществ происходит между оболочками Земли, континентами и океанами, соседними ландшафтами, между куртинкой травы и почвой.

На течение природных процессов влияет производственная деятельность человека, до самых последних лет осуществлявшаяся стихийно. Ее современный размах создает опасность для биосферы как среды существования человека. Регулирование планетарной геохимической деятельности человека возможно на основании изучения законов геохимии. Обеспечение растущих потребностей человеческого общества в минеральном сырье, рациональное использование почв и природных ресурсов суши и океана, контроль над состоянием окружающей среды — все эти крупнейшие проблемы современности не могут решаться без геохимии. Поэтому знакомство с основами этой науки, с ее достижениями необходимо для каждого образованного гражданина нашей страны.

Мы ознакомились с распространением и поведением химических элементов в недрах земной коры и на ее поверхности, в жидкой и газовой оболочках Земли. Мы проследили также историю атомов некоторых элементов от их участия в глубинных процессах до роли в живых организмах. Конечно, в небольшой книге невозможно осветить все стороны и проблемы геохимии.

Геохимические исследования требуются для самых различных отраслей народного хозяйства. Большие коллективы ученых работают над проблемами геохимии в научно-исследовательских институтах. Еще большее число изыскателей и разведчиков'недр, используя законы геохимии, участвуют в решении конкретных практических задач. Только в экспедициях и учреждениях геологической службы СССР трудятся более 100 тыс. специалистов.

Геохимия и ее отдельные разделы изучаются на геологических, географических, биолого-почвенных факультетах университетов, а также различных институтов. Особенно многочисленные кадры требуются для геологических работ. Подготовка геохимиков и минералогов для этой цели осуществляется во многих высших учебных заведениях: в старейшем центре по подготовке геологов — в Ленинградском горном институте, Московском и Свердловском геологоразведочных институтах, Томском политехническом институте, на геологических факультетах Московского, Ленинград-ского и других университетов. Увлекательные профессии геохимиков, минералогов, географов и почвоведов ждут молодых энтузиастов.

ГЛАВА 1

КРЕМНЕКИСЛОРОДНЫЙ ПАНЦИРЬ ПЛАНЕТЫ

Велико есть дело достигнуть DO глубину земную разумом, куда рукам и оку возброняет натура...

М. В. Ломоносов

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

На нашей планете совершаются сложные геохимические процессы. Чтобы разобраться в них, прежде всего необходимо ознакомиться со строением Земли. Поэтому кратко суммируем основные сведения о ней.

Характерной особенностью всех планет солнечной системы является их оболочечное строение. Каждая планета состоит из ряда концентрических сфер, различающихся составом и строением вещества. Внешние планеты, удаленные от Солнца на расстояние более 400 млн. км, имеют огромные размеры и небольшие плотности. Так, например, объем Сатурна больше объема Земли в 800 раз, а объем Юпитера — в 1300 раз, но плотность вещества этих планет близка или даже меньше плотности воды. Предполагают, что планеты-гиганты имеют сравнительно плотное ядро, которое окружено мощной твердой оболочкой сконденсированных газов и льда. Снаружи располагается газовая оболочка, состоящая главным образом из аммиака и метана. Так называемые внутренние планеты, ближе расположенные к Солнцу, имеют меньшие размеры, чем внешние, но значительно большую плотность — около 4—5,5 г/см3. Типичной внутренней планетой является Земля.

^Твердая часть Земли окружена газовой оболочкой — атмосферой. В ней выделяются несколько сфер, отличающихся составом и физическими свойствами. Основная масса вещества газовой оболочки заключена в тропосфере, верхняя граница которой, расположенная на высоте около 17 км на экваторе, снижается к полюсам до 8—10 км.

Заметна также асимметричность твердой части планеты. Экваториальный радиус ее равен 6378, полярный — 6357 км. Следовательно, разница экваториального и полярного радиусов составляет 21 км. Наружная оболочка твердой части нашей планеты назы-

вается земной корой. Состав ее верхней части может быть изучен непосредственно благодаря выходу на поверхность разных типов горных пород и посредством бурения скважин. Земная кора характеризуется значительной расчлененностью. Максимальная высота — 8848 м (гора Джомолунгма в Гималаях), самое глубокое место — 11 022 м (Марианская впадина в Тихом океане). Таким образом, амплитуда неровностей рельефа поверхности земной коры достигает около 20 км. Вдвое меньшую глубину имеют самые глубокие буровые скважины. Таковы пределы современных технических возможностей для непосредственного, прямого изучения вещества земных недр.

Главнейшими методами изучения внутренних частей нашей планеты служат геофизические исследования, в первую очередь наблюдения за скоростью распространения сейсмических волн, образующихся от взрывов или землетрясений. Подобно тому как от брошенного камня в разные стороны расходятся по поверхности воды волны, так и в твердом веществе от очага взрыва распространяются упругие волны. Среди них выделяют волны продольных и поперечных колебаний. Продольные колебания представляют чередования сжатия и растяжения вещества в направлении распространения волны, поперечные — это чередующиеся сдвиги в направлении, перпендикулярном распространению волны. Наблюдения за распространением этих волн могут дать ценную информацию о строении глубинных участков Земли.

Волны продольных колебаний, или, как принято говорить, продольные волны, распространяются в твердом 'веществе с большей скоростью, чем поперечные. Они распространяются как в твердом, так и в жидком веществе, поперечные — только в твердом. Следовательно, если при прохождении сейсмических волн через какое-либо тело будет обнаружено, что это тело отражает, не пропускает поперечные волны, то можно считать, что вещество находится в жидком состоянии. Если через тело проходят оба типа сейсмических волн, то это свидетельство твердого состояния вещества.

Таким образом, сейсмические волны, проникая в самые глубинные участки земного шара, могут дать ответ на вопрос, в жидком или твердом состоянии находится вещество, слагающее этот участок. Кроме того, сейсмические волны сигнализируют о плотности вещества. Чем плотнее, чем тяжелее вещество, через которое проходят сейсмические волны, тем быстрее они распространяются. Если плотность вещества увеличивается постепенно, то и скорость волн возрастает плавно. При резком изменении плотности веществу скорость волн будет меняться скачкообразно.

В результате тщательного, многолетнего изучения распространения сейсмических волн ученые обнаружили, что существует граница, за которую не распространяются поперечные волны, а также имеется несколько границ скачкообразного изменения скоростей продольных волн. На основании этого был сделан вывод о том, что Земля состоит из нескольких концентрических оболочек.

Первая из границ раздела вещества нашей планеты характеризуется резким увеличением скоростей продольных волн от 6,5— 7 2 до 8,1 км/с. Эта граница располагается под континентами на глубине 25—70 км; а под дном океана — от 4 до 13 км. Она получила название поверхности Мохоровичича (по имени сербского ученого А. Мохоровичича, который ее открыл в 1909 г.). Ученые предполагают, что поверхность Мохоровичича, или сокращенно Мохо, отделяет земную кору от мантийного вещества.

Мантия — самая мощная из твердых оболочек Земли. Она простирается до глубины 2900 км и составляет более 60% массы планеты и около 80% ее объема. С глубиной в мантии увеличивается температура — от нескольких сотен градусов до двух-трех тысяч. Одновременно происходит рост давления, которое превышает в наиболее глубинных частях этой оболочки 10-1010 Па. Скорость продольных сейсмических волн постепенно возрастает до 13,6 км/с. Соответственно этому считают, что плотность вещества также постепенно возрастает до 5,7 г/см3.

Что собой представляет вещество мантии, неизвестно. Это область догадок и гипотез. Несмотря на высокую температуру, вещество мантии твердое, о чем свидетельствует прохождение через него как продольных, так и поперечных волн. Одни ученые предполагают, что увеличение плотности связано с изменением химического состава вещества, другие — что изменяется не химический состав, а лишь кристаллохимическая структура соединений, которая становится более плотной.

Мощная мантийная оболочка не остается однотипной на всем своем протяжении. В ее пределах ученые выделяют три зоны. Зона В простирается от поверхности Мохо до глубины-400 км. В этой зоне на глубине от 100 до 200 км под материками и от 50 до 400 км под океанами температура достигает около 1200 °C. При такой температуре плавится очень распространенная горная порода — базальт. Возможно, что в этой зоне вещество частично находится в расплавленном состоянии. Рассеянные расплавленные участки уменьшают скорость распространения сейсмических волн, способствуют пластичности вещества, в которое могут погружаться отдельные блоки земной коры. Область такого неустойчивого состояния мантийного вещества называется астеносферой.

Следующая зона С простирается от 400 до 1000 км. В этой зоне резко возрастает скорость сейсмических волн, что было установлено в 1912—1913 г. Б. Б. Голицыным. На протяжении слоя Голицына происходит сильное уплотнение вещества мантии. Некоторые ученые предполагают, что именно здесь возникают сверхплотные кристаллохимические структуры.

Далее в зоне D продолжается постепенное, менее сильное, чем в предыдущей зоне, уплотнение твердого вещества. Это продолжается вплоть до глубины 2900 км, на которой расположена поверхность раздела мантии и ядра Земли.

Вещество ядра еще более загадочно, чем вещество мантии. Ниже

2930 км полностью прекращается распространение поперечных волн, резко уменьшается скорость продольных. На этом основании делается заключение о том, что в периферической части ядра (зона Е) от 2900 до 4980 км вещество находится в жидком, вязком состоянии. Центральная часть ядра (зона F) от 5100 до 6370 км, воз-можно, является твердой. Но скорость продольных волн имеет величину 9—11 км/с, т. е. значительно меньше, чем в нижней части мантии. Предполагают, что плотность периферии ядра 6000— 9000, а центральной части — от 11 000 до 17 900 кг/м3. Имеется несколько гипотез, при помощи которых пытаются объяснить состояние вещества ядра. Высокую плотность его одни ученые объясняют сильно сжатыми электронными оболочками, другие предполагают, что это вещество металлизировано, третьи считают, что высокая плотность ядра обусловлена его железо-никелевым составом.

Схема, отражающая современные представления о строении Земли, приведена на рисунке 1. На ней хорошо видно, что земная кора представляет собой тонкую пленку на поверхности планеты и составляет менее 1 % всей ее массы. Но именно эта пленка и доступна для непосредственного исследования. Поэтому особенности строения земной коры следует рассмотреть подробнее.

Еще недавно самую наружную твердую оболочку нашей планеты называли литосферой (по греч. «литое» — камень.) Но это название невольно подчеркивает, что поверхностная пленка Земли — камень, твердь, а под ней находится жидкая расплавленная масса. Теперь мы знаем, что не только кора, но и мантия находится в твердом состоянии. Разница между корой и верхней частью мантии заключается в неодинаковой плотности. Границу плотностей намечает поверхность Мохоровичича. Поэтому ученые вернулись к старому термину «земная, кора», который более правильно отражает сущность наружной оболочки.

Земная кора сложена разнообразными горными породами. По скорости распространения сейсмических волн все горные породы можно свести к следующим трем группам:

1. Плотные темные кристаллические породы, в которых скорость распространения продольных волн составляет 6,5—-7,2 км/с. ХЗреди этих пород наиболее распро-странены базальты.

2. Более светлые и менее

тяжелые кристаллические породы, через которые продольные волны проходят со скоростью 5,5— 6,5 км/с. В этой группе пород очень распространены граниты.

3. Продукты разрушения кристаллических пород, которые были снесены реками в моря, и образовали разные осадочные породы. В них продольные сейсмические волны распространяются со сравнительно небольшой скоростью (1—3 км/с). •

Изучение закономерностей распространения сейсмических волн в толще земной коры позволило установить, что эти группы пород образуют три слоя. Поверхностный слой сложен осадочными .Породами, ниже расположен слой, условно названный гранитным, так как скорость распространения продольных волн равна 5,5— 6,5 км/с. Этот слой находится не везде, а только на определенных участках земной коры. Самый нижний слой представлен плотными тяжелыми породами, через которые продольные волны проходят со скоростью 6,5—7,2 км/с. Поэтому этот слой условно назвали базальтовым. Нижней его границей является поверхность Мохоровичича.

При изучении земной коры было обнаружено ее неодинаковое строение в разных районах. После длительных исследований ученые выделили два основных типа строения земной коры — континентальный и океанический.

Для континентального типа коры, во-первых, типична весьма значительная мощность. При этом поверхность Мохоровичича — граница корового и мантийного веществ — располагается на глубине 40—50 км, а в ряде районов еще глубже. Мощность континентальной коры меняется не случайно, она закономерно увеличивается на площади горных стран. Так, например, на Русской’равнине она составляет около 40 км, а на Памире — в полтора раза больше. Особенно велика мощность земной коры в горных областях, которые расположены на краях материков. Например, в Скалистых горах Северной Америки она значительно превышает 50 км.

Во-вторых, для континентального типа земной коры характерно постоянное присутствие мощного гранитного слоя. Его толщина в среднем составляет около 20 км, хотя часто бывает значительно больше — до 40 км.

Третья особенность континентальной коры заключается в том, что мощности осадочного и базальтового слоев в этом типе коры имеют наибольшую величину: среднее значение для осадочного слоя — 3,5 км, для базальтового — свыше 20 км. Сравнительно недавно установлено, что основная масса осадочных пород находится в пределах континентов. На первый взгляд это вызывает недоумение: почему на континентах, а не в океанах накапливаются такие толщи осадков? Это объясняется тем, что в континентальной коре возникают огромные прогибы — геосинклинали. Постепенное их опускание сопровождается одновременным заполнением продуктами разрушения окружающих горных пород. В геосинклиналях откладываются мощные толщи. В них сосредоточено около

75% всех осадочных пород, которые находятся на континентах. Эти толщи сминаются в складки, рассекаются глубокими разломами; на месте прогибов поднимаются величественные горные системы.

Наряду с такими подвижными участками в континентальной коре существуют обширные стабильные области — платформы. Они представляют собой очень древние складчатые сооружения, которые с течением времени были выровнены. Большая часть платформ также покрыта чехлом осадочных пород, но их мощность значительно меньше, чем в прогибах — геосинклиналях. Так, например, почти всю европейскую часть СССР занимает огромная Русская (Восточно-Европейская) платформа. Слой осадочных пород на ее площади меняется от 2 км до 0. В районе Москвы эта толща измеряется 1658 м, в районе Ленинграда — всего около 200 м, а в Карелии породы гранитного слоя выходят на поверхность. Выступы кристаллического основания платформы называются щитами. В частности, Карелия находится на территории Балтийского щита.

Совершенно иным строением обладает земная кора, слагающая дно океанов. Здесь мощность коры резко сокращается и вещество мантии подходит близко к поверхности. Гранитный слой отсутствует, осадочный — небольшой. В Тихом океане земная кора имеет суммарную мощность 5—6 км, а в Атлантическом океане есть места, где под осадочной толщей в 0,5—1,0 км располагается базальтовый слой в 3—4 км. Средняя толщина океанической коры в целом немногим более 7 км. Отметим, что с увеличением глубины океана мощность коры не уменьшается.

В настоящее время выделяют также переходный (субконтинентальный) тип коры, типичный для подводной окраины материков. В пределах шельфа (покрытой морем периферической части материка) сильно сокращается гранитный слой, который замещается толщей осадков, а затем по направлению к ложу океана начинается уменьшение базальтового слоя. Граница между океанической и субконтинентальной корой проходит на глубине моря между 2— 3,5 км.

Земная кора океанического типа характеризуется разнообразными структурами. На дне центральной части океанов протягиваются мощные горные системы — срединно-океанические хребты. В своей осевой части эти хребты рассечены глубокими и узкими рифтовыми долинами с крутыми бортами. К ним наиболее близко подходит таинственное мантийное вещество. Вдоль островных дуг и горных сооружений по окраинам материков располагаются глубоководные желоба. Наряду с океаническими хребтами и впадинами имеются обширные глубоководные равнины.

Хотя кора океанического типа занимает большую площадь, чем континентальная и субконтинентальная, в силу ее небольшой мощности в ней сосредоточен лишь 21% всего объема земной коры. Континентальная кора составляет около 64%, переходная — 15%. 8 

 

 
 
 

Полное или частичное копирование материалов сайта разрешается только при указании активной ссылки : Источник материала - "Советское Время"

Яндекс.Метрика