Гомогенная негомогенность

Гомогенная негомогенность
Гомогенная негомогенность

Аспирант Геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова в составе международного коллектива определил окислительную обстановку внутри астероидов и её изменения в направлении от ядра к поверхности, исследуя метеориты.

Астероиды образовались на ранних стадиях развития Солнечной системы путем аккреции – приращения массы небесного тела за счёт присоединения к нему материала, притягиваемого гравитацией. При достижении достаточной массы температура и давление в центре астероидов повышались, что приводило к формированию протопланеты — «зародыша» планеты.

Дальнейшая аккреция таких небесных тел приводила к образованию планет. Но этот процесс продолжался до конца не всегда: на сегодняшний день в Солнечной системе известно свыше 700 тысяч «недопланет» - астероидов. Некоторые из них до недавнего времени называли малыми планетами.

А иногда они падают на Землю и становятся метеоритами. Поэтому по ним можно изучать процессы, происходившие с планетами Солнечной системы на стадии формирования. Метеориты – это астероиды, орбита которых когда-то пересеклась с земной. Около 87% находимых на Земле метеоритов относится к классу обыкновенных хондритов (от греческого слова χ?νδρος – зерно).

Внутри они сложены множеством крохотных сферических образований - хондр, состоящих из кремния (Si), железа (Fe), алюминия (Al), магния (Mg) и марганца (Mn). Образцы метеоритов именно этой подгруппы, предоставленные Музеем внеземного вещества лаборатории Метеоритики ГЕОХИ РАН, и изучали геологи.

В центре тел обыкновенных хондритов вещество находится в окисленном состоянии. На Земле это было бы неудивительно из-за высокой концентрации кислорода в атмосфере, но в космосе, где царит вакуум, такое положение вещей вызвало вопросы! Согласно распространенной модели, окисленное состояние вещества обязано содержавшейся в метеоритах воде, выделявшейся при повышении температуры в центре тела. У поверхности температура ниже, и, соответственно, вещество окислено в меньшей степени.

Другие ученые, исследовав химический состав основных минералов метеоритов, провели термодинамический расчет давления кислорода. Недостаток этого метода заключается в том, что такие расчеты косвенные и потому не могут учитывать все факторы, влияющие на процесс окисления.

«Мы провели прямое измерение парциального давления (давление отдельно взятого компонента газовой смеси) кислорода в серии метеоритов. Оказалось, что большое влияние на давление кислорода оказывают вариации исходного состава астероидного тела, то есть его негомогенность, а также сложное строение, обусловленное возникновением трещин при столкновении с другими телами и их аккрецией», — рассказал один из авторов статьи, аспирант кафедры Геохимии Геологического факультета МГУ Валентин Осадчий.

Изученные хондриты принадлежали к разным химическим группам и были в различной степени  метаморфизованы, то есть, изменены под действием температуры и давления.

Прямые измерения парциального давления кислорода в обыкновенных хондритах учёным удалось провести методом ЭДС (электродвижущих сил) с твёрдым электролитом. При проведении такого измерения берутся две системы, в одной из которых парциальное давление  кислорода известно.

В данном случае для сравнения учёные использовали атмосферу Земли. Относительно неё авторы измеряли давление во втором сосуде – ампуле с электролитом, где находился метеорит, основными минералами которого являются самородное железо, оливин и пироксен.

Минералы оливин и пироксен содержат магний в переменных количествах – они представляют собой так называемые твёрдые растворы переменного химического состава. В зависимости от количества магния в них меняется и парциальное давление кислорода!

Гомогенная негомогенность

Измерение происходит следующим образом: два сосуда, содержащих кислород, разделены электролитом. Его действие подобно мембране: если давление кислорода с одной стороны больше, чем с другой, то его «излишек» пытается через эту мембрану перейти. Но это может произойти только, если молекула О2 превратится в два иона О2-.

Только эти ионы и пропускает мембрана! В это время через провод, соединяющий оба сосуда, перейдёт электрон. А если к этому проводу подключить вольтметр, мы будем знать ЭДС процесса - насколько сильно электроны «хотят» бежать из одного сосуда в другой. Эта величина напрямую связана с тем, насколько давление в одном сосуде больше, чем в другом.

«До нашей работы все исследователи смотрели на состав минерала, делали большое количество измерений, усредняли их, и потом по составу записывали химическую реакцию и получали давление кислорода в системе. Это было несколько неправильно, потому что в этих минералах, помимо магния, есть другие примеси.

Чтобы правильно произвести все расчёты, надо знать очень большой объём термодинамических данных, которых на настоящий момент нет. Ключевое отличие нашей работы в том, что мы напрямую измеряем парциальное давление кислорода, то есть нам неважен реальный состав внутри метеорита и мы знаем, какое давление кислорода было в момент прекращения в метеорите всех процессов», — объяснил Валентин Осадчий.

В ходе работы выяснилось, что состав вещества почти однороден, что не соответствует многим выдвинутым теориям.

«Мы сделали вывод, что если окисление и было, то оно было незначительным, то есть мы можем судить о количестве воды, которое было в этих телах. Сделать какой-то глобальный вывод о возникновении Земли, конечно, не получится, это довольно узкая работа, но, тем не менее, она лучше позволяет понять, в каких условиях происходило формирование планет.

По разбросу парциального давления кислорода можно понять, насколько однородным (гомогенным) было вещество на стадии аккреции. По нашим данным, состав вещества астероидов и протопланет был достаточно однороден, хотя были версии, что вещество было достаточно сильно негомогенным», — заключил Валентин Осадчий.

Эта работа фундаментального плана проходила в сотрудничестве с Институтом экспериментальной минералогии РАН и Университетом штата Пенсильвания, США. Статья с её результатами опубликована в журнале Meteoritics and Planetary Science.

0 не понравилось

12-10-2017 15:00 | просмотров 29 |

Прямая ссылка:
BB-code ссылка:
HTML ссылка:
Понравилась статья? ПОДЕЛИСЬ в соц. сетях!
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Похожие новости

Определен состав «потерянных» 5% ядра Земли

    Японские ученые считают, что установили личность «потерянного элемента» в ядре Земли. Они искали этот элемент многие десятилетия, полагая, что он составляет значительную часть центра

Атмосфера Земли теряет кислород, и ученые не знают почему

Атмосфера нашей планеты теряет кислород. К счастью, речь пока не идет об объемах, которые заставляли бы серьезно волноваться: за последние 800 000 лет уровень кислорода снизился на 0,7 процента. Тем

Венера, а не Земля, могла быть лучшим шансом для жизни

Если бы мы могли вернуться на 4,5 миллиарда лет назад, к первым дням Солнечной системы, мы бы увидели молодую звезду G-класса с четырьмя твердыми мирами в пределах нашего пояса астероидов. Как и у

8 неразгаданных тайн Земли

1. Откуда на Земле столько воды? Согласно научным представлениям, Земля после своего образования 4,5 миллиарда лет назад представляла собой каменистую пустыню. Откуда же на ней взялось столько воды?

Земля — это на самом деле две планеты

Ученые заключили, что Земля может состоять из двух планет, столкновение которых привело к образованию Луны. Существует теория, что Луна образовалась, когда небольшая планета под названием Тейя

"Сырные" метеориты помогли раскрыть тайну магнитных полей астероидов

Палласиты относятся к очень редкому типу железисто-каменных метеоритов, похожих на срезе на швейцарский сыр. Метеорит состоит из соединений железа и никеля, а "дырки" образованы частично прозрачными
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.