Планетарная дифференциация - Planetary differentiation
 | Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Сентябрь 2013) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
В планетология, планетарная дифференциация это процесс разделения различных составных частей планетарного тела в результате их физического или химического поведения, при котором тело развивается на отдельные по составу слои; в плотнее материалы планета опускаются к центру, в то время как менее плотные материалы поднимаются на поверхность, как правило, в магматический океан. Такой процесс имеет тенденцию создавать основной и мантия. Иногда химически отличный корка образует поверх мантии. Процесс планетарной дифференциации произошел на планетах, карликовые планеты, астероид 4 Веста, и естественные спутники (такой как Луна ).
Обогрев
Когда солнце загорелся в солнечная туманность, водород, гелий и другие летучие вещества испарились в районе вокруг него. В Солнечный ветер и радиационное давление оттолкнул эти материалы с низкой плотностью от Солнца. Камни и составляющие их элементы лишились своей первоначальной атмосферы,[нужна цитата ] но сами остались, чтобы накапливаться в протопланеты.
Протопланеты имели более высокие концентрации радиоактивный элементы в начале своей истории, количество которых со временем уменьшалось из-за радиоактивный распад. Нагрев из-за радиоактивности, ударов и гравитационного давления расплавил части протопланет по мере их роста. планеты. В зонах плавления более плотные материалы могли опускаться к центру, тогда как более легкие материалы поднимались на поверхность. Композиции некоторых метеориты (ахондриты ) показывают, что дифференциация имела место и в некоторых астероиды (например. Веста ), которые являются родительскими телами для метеороидов. Короткоживущий радиоактивный изотоп 26Al был, вероятно, основным источником тепла.[1][2]
Когда протопланеты срастаться 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 химические реакции и плотность различия в смешивании и разделении материалов,[нужна цитата ] и мягкие материалы для распределения по поверхности.
На земной шар, большой кусок расплавленного утюг достаточно плотнее, чем Континентальный разлом материал, чтобы пробиться сквозь корку к мантия.[нужна цитата ] Во внешней Солнечной системе может иметь место аналогичный процесс, но с более легкими материалами: они могут[нужна цитата ] быть углеводороды Такие как метан, воды в виде жидкости или льда, или замороженного углекислый газ.
Химическая дифференциация
Хотя сыпучие материалы различаются по плотности снаружи и внутрь, химически связанные в них элементы дробить согласно их химическому сродству, «уносятся» более многочисленными материалами, с которыми они связаны. Например, хотя редкий элемент уран очень плотный как чистый элемент, он химически более совместим как микроэлемент в свете Земли, силикат насыщенная корочка[нужна цитата ] чем в плотном металлическом ядре.
Физическая дифференциация
Гравитационное разделение
Высоко-плотность материалы 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. Утюг, наиболее распространенный элемент, который может образовывать очень плотную фазу расплавленного металла, имеет тенденцию собираться к внутренним планетам. С ним многие сидерофил элементы (т.е. материалы, которые легко сплав с железом) также перемещаются вниз. Однако не все тяжелые элементы совершают этот переход, поскольку некоторые халькофильный тяжелые элементы связываются в силикатные и оксидные соединения низкой плотности, которые дифференцируются в противоположном направлении.
Основными зонами с дифференцированным составом твердой Земли являются очень плотные, богатые железом металлические поверхности. основной, менее плотный силикат магния -богатые мантия и относительно тонкий, легкий корка состоит в основном из силикатов алюминий, натрий, кальций и калий. Еще светлее водянистая жидкость гидросфера и газообразный, богатый азотом атмосфера.
Более легкие материалы имеют тенденцию подниматься сквозь материал с более высокой плотностью. Они могут принимать куполообразные формы, называемые диапиры при этом. На земле, соляные купола находятся соль диапиры в коре, которые поднимаются сквозь окружающие породы. Диапиры расплавленных силикатных пород низкой плотности, таких как гранит распространены в верхней коре Земли. Гидратированный, с низкой плотностью серпентинит образованный изменением мантия материал на зоны субдукции также может подниматься на поверхность в виде диапиров. Другие материалы поступают так же: пример низкотемпературной приповерхностной области представлен грязевые вулканы.
КРИП Луны
На Луне отличительный базальтовый был обнаружен материал с высоким содержанием «несовместимых элементов», таких как калий, редкоземельные элементы, и фосфор и часто обозначается аббревиатурой КРИП. Это также с высоким содержанием уран и торий. Эти элементы исключены[нужна цитата ] из основных минералов лунной коры, которые кристаллизовались из ее первобытных магматический океан, и базальт KREEP, возможно, был захвачен как химический дифференциал между корой и мантией, со случайными извержениями на поверхность.
Фракционная плавка и кристаллизация
Магма на Земле производится частичное плавление материнской породы, в конечном итоге в мантия. 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. Изучение микроэлементов в Магматические породы таким образом, дает нам информацию о том, какой источник расплавился, сколько образовалось магмы, и какие минералы были потеряны при расплавлении.
Термодиффузия
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 магматические очаги.
Дифференциация через столкновение
земной шар с Луна вероятно, образовался из материала, выброшенного на орбиту в результате удара большого тела о раннюю Землю.[нужна 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.[нужна цитата ]
Различия плотности на Земле
На земной шар, процессы физико-химической дифференциации привели к плотности земной коры примерно 2700 кг / м3 по сравнению с 3400 кг / м3 плотность другой по составу мантии чуть ниже, а средняя плотность планеты в целом составляет 5515 кг / м3.