K-U соотношение - K-U ratio

В K / U соотношение это отношение слегка летучих элемент, калий (K), к сильно тугоплавкому элементу, уран (U). Это полезный способ измерить присутствие летучих элементов на поверхности планет. Отношение K / U помогает объяснить эволюцию планетной системы и происхождение Луны.

Летучие и тугоплавкие элементы

Основная статья: Летучие вещества
Основная статья: Огнеупор (планетология)

В планетология, летучие вещества - это группа химических элементов и химические соединения с низкие точки кипения которые связаны с планета или Луна с корка или же атмосфера.

Примеры очень низкой температуры кипения включают азот, воды, углекислый газ, аммиак, водород, метан и диоксид серы.

В отличие от летучих, элементы и соединения с высокими температурами кипения известны как огнеупорный вещества.[1]

Элементы можно разделить на несколько категорий:

КатегорияТочка кипенияЭлементы
Супер огнеупорныйвыше 1700КRe, Os, W, Zr и Hf
Огнеупорныймежду 1500–1700 КAl, Sc, Ca, Ti, Th, Lu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ir, Ru, Mo, U, Sm, Nd и La
Умеренно тугоплавкий1300–1500 КNb, Be, V, Ce, Yb, Pt, Fe, Co, Ni, Pd, Mg, Eu, Si, Cr
Умеренно изменчивый1100–1300 КAu, P, Li, Sr, Mn, Cu и Ba
Летучий700–1100 КRb, Cs, K, Ag, Na, B, Ga, Sn, Se и S
Очень летучийменее 700КPb, In, Bi и Tl

[2]

На основе имеющихся данных, которые немногочисленны для Марса и очень неопределенны для Венеры, три внутренние планеты затем становятся все более истощенными по K, переходя от Марса к Земле и к Венере.[3]

Планетарные гамма-спектрометры

Основная статья: Гамма-спектрометр

Некоторые элементы, такие как калий, уран и торий являются естественно радиоактивными и испускают гамма-лучи при распаде. Электромагнитное излучение этих изотопов может быть обнаружено Гамма-спектрометр (GRS) упал к поверхности планеты или наблюдался с орбиты. Орбитальный инструмент может отображать распределение многих элементов на поверхности всей планеты.

Программы беспилотных космических аппаратов, такие как Венера и Программа Vega полетели к Венере и отправили обратно оценки отношения K / U в поверхностных породах.[4]

В Лунный изыскатель миссия использовала GRS для составления карты Луны Земли.

Чтобы определить элементный состав поверхности Марса, Марс Одиссея использовали GRS и два нейтронных детектора.

Эти показания GRS можно сравнить с прямыми элементными измерениями хондриты образцы метеоритов, Земли и Луны, привезенные из Программа Аполлон миссии, а также к метеоритам, которые предположительно прибыли с Марса.[5]

Соотношения тел солнечной системы

Солнечная система

K и U перемещаются вместе во время геохимических процессов и содержат долгоживущие радиоизотопы, которые выделяют гамма излучение.[6] Он рассчитывается как отношение одного к другому на основе равной массы, что часто бывает .

Это дает убедительное объяснение эволюции Солнечной системы.

КомпонентK / U коэффициенты
МеркурийНеопределенный
Венера7,000
земной шар12,000
Луна2,500
Марс18,000
Обыкновенный хондрит метеориты63,000
Углеродистый хондрит метеориты70,000

Этот результат согласуется с повышением температуры по направлению к солнцу во время его раннего протопланетная туманность фаза.[6]

Температура на ранней стадии формирования Солнечной системы превышала 1000 К на расстоянии Земли от Солнца и всего 200–100 К на расстояниях Юпитера и Сатурна.

земной шар

Корка, верхняя мантия (MORB) и Нижняя мантия

При высоких температурах для Земли летучие вещества не будут твердое состояние, и пыль будет состоять из силиката и металла.[7]

В Континентальный разлом и нижняя мантия имеют средние значения K / U около 12000. базальт срединно-океанического хребта (MORB) или верхняя мантия имеют больше летучих и имеют отношение K / U около 19 000.[3]

Истощение запасов летучих веществ объясняет, почему содержание натрия (летучих) на Земле составляет около 10% от содержания в нем кальция (тугоплавких), несмотря на такое же содержание в хондритах.[6][7]

Происхождение Луны Земли

Основная статья: Гипотеза гигантского удара

Луна очень обеднена летучими веществами.[8]

На Луне не только отсутствуют вода и атмосферные газы, но также отсутствуют умеренно летучие элементы, такие как K, Na и Cl. Коэффициент K / U Земли составляет 12 000, в то время как отношение K / U Луны составляет всего 2 000.[6] Это различие предполагает, что материал, из которого сформирована Луна, подвергался температурам значительно выше, чем Земля.

Преобладающая теория состоит в том, что Луна образовалась из обломков, оставшихся после столкновения Земли с астрономическим телом размером с Марс, примерно 4,5 миллиарда лет назад, примерно через 20-100 миллионов лет после Солнечная система объединились.[9] Это называется Гипотеза гигантского удара.

Предполагается, что большая часть внешних силикатов сталкивающегося тела испарится, а металлическое ядро ​​- нет. Следовательно, большая часть столкновительного материала, отправленного на орбиту, будет состоять из силикатов, в результате чего сливающаяся Луна будет испытывать дефицит железа. Более летучие материалы, которые были выброшены во время столкновения, вероятно, вырвутся из Солнечной системы, тогда как силикаты будут иметь тенденцию к слиянию.[10]

Соотношения летучих элементов Луны не объясняются гипотезой гигантского удара. Если гипотеза гигантского удара верна, они должны быть вызваны какой-то другой причиной.[11]

Метеориты

Вдали от солнца температура была достаточно низкой, чтобы летучие элементы выпадали в виде льда.[7] Эти два разделены снежная линия контролируется распределением температуры вокруг Солнца.

Углеродистые хондриты, образованные дальше всего от Солнца, имеют самое высокое отношение K / U. Обычные хондриты, которые образуются ближе друг к другу, обеднены калием по сравнению с U только примерно на 10%.

Мелкозернистая матрица, заполняющая промежутки между хондры однако, по-видимому, образовались при довольно разных температурах в различных классах хондритов. По этой причине содержание летучих хондритов разных классов может быть разным. Одним из особенно важных классов являются углеродистые хондриты из-за высокого содержания в них углерода. В этих метеоритах хондры сосуществуют с минералами, которые стабильны только при температуре ниже 100 ° C, поэтому они содержат материалы, которые образовались как в высокотемпературных, так и при низких температурах и только позже были собраны вместе. Еще одно свидетельство первобытных свойств углеродистых хондритов исходит из того факта, что их состав очень похож на состав нелетучих элементов Солнца.[6]

Противоречие Меркурия

Меркурий был исследован МЕССЕНДЖЕР миссия со своим гамма-спектрометром.[12][13] Соотношение K / U для Меркурия может находиться в диапазоне от 8000 до 17000, что подразумевает изменчивую богатую планету. Тем не менее, данные о разделении металлов / силикатов для K и U все еще требуют дополнительных экспериментов в условиях образования ядра Меркурия, чтобы понять это необычно высокое соотношение.[14]

Рекомендации

  1. ^ «Глоссарий». Открытия в исследованиях планетарной науки. Январь 2008 г.. Получено 2008-08-28.
  2. ^ Тейлор, Стюарт Росс (2001). Эволюция солнечной системы: новая перспектива: исследование химического состава, происхождения и эволюции солнечной системы. Издательство Кембриджского университета. С. 73–75. ISBN  978-0-521-64130-2.
  3. ^ а б Аревало, Рикардо; McDonough, William F .; Луонг, Марио (2009). «Отношение K / U силикатной Земли: понимание состава мантии, структуры и термической эволюции». Письма по науке о Земле и планетах. 278 (3–4): 361–369. Bibcode:2009E и PSL.278..361A. Дои:10.1016 / j.epsl.2008.12.023.
  4. ^ Николаева, Ольга (1997). «Петрогенезис пород Венеры, ограниченный данными по K, U и Th». Конференция по лунной и планетарной науке: 1025. Bibcode:1997LPI .... 28.1025N.
  5. ^ Тейлор, Стюарт Росс (2005-07-14). Эволюция Солнечной системы: новая перспектива. ISBN  9780521675666.
  6. ^ а б c d е Langmuir, Charles H .; Брокер, Уолли (22.07.2012). Как построить пригодную для жизни планету: история Земли от Большого взрыва до человечества. ISBN  978-0691140063.
  7. ^ а б c Уайт, Уильям М. (27 января 2015 г.). Изотопная геохимия. п. 429. ISBN  9780470656709.
  8. ^ Хайкен, Грант (1991). Лунный справочник Руководство пользователя по Луне. стр.192–194. ISBN  9780521334440.
  9. ^ Анжер, Натали (7 сентября 2014 г.). «Возвращение к Луне». Нью-Йорк Таймс. Нью-Йорк: Компания New York Times.
  10. ^ Cameron, A.G.W .; Уорд, У. Р. (март 1976 г.). «Происхождение Луны». Тезисы докладов конференции по изучению луны и планет. 7: 120–122. Bibcode:1976LPI ..... 7..120C.
  11. ^ Джонс, Дж. Х. (1998). «Проверка гипотезы гигантского удара» (PDF). Луна и планетология. Происхождение конференции Земли и Луны. Монтерей, Калифорния.
  12. ^ «ПЕРЕОЦЕНКА УБЫТКОВ K И Rb ПЛАНЕТАРНЫХ ТЕЛ» (PDF).
  13. ^ Соломон, Шон С.; Ниттлер, Ларри Р .; Андерсон, Брайан Дж. (20 декабря 2018 г.). Меркурий: взгляд после MESSENGER. ISBN  978-1107154452.
  14. ^ McCubbin, Francis M .; Ринер, Мириам А .; Vander Kaaden, Kathleen E .; Беркемпер, Лаура К. (2012). «Меркурий - планета, богатая летучими веществами?». Письма о геофизических исследованиях. 39 (9): н / д. Bibcode:2012GeoRL..39.9202M. Дои:10.1029 / 2012GL051711.