Образование химических элементов в космических телах 1

Между другими телами Солнечной системы, которые лишены магнитного поля и атмосферы, может происходить еще более интенсивный обмен веществом, чем мы наблюдаем на Земле. Изучение околоземного пространства с помощью спутников и космических ракет подтвердило существование так называемого солнечного «ветра», представляющего собой частицы, летящие с большой скоростью. Определено, что на каждый 1 см² лунной поверхности ежесекундно в течение нескольких миллиардов лет попадает 60 млрд, частиц с минимальной энергией порядка 5 кэв. Во время же максимальной солнечной активности энергия частиц увеличивается вдвое, а плотность потока — в 250 раз. Под влиянием такой непрерывной бомбардировки многие тысячи атомов вещества лунной поверхности выбиваются из нее и приобретают значительные скорости, благодаря чему вылетают в межпланетное пространство. Естественно, что атомы сравнительно тяжелых элементов меньше подвержены такому эффекту, чем атомы легких элементов. Поэтому в результате процесса «разбрызгивания» атомов должно происходить постепенное обогащение поверхностных слоев Луны атомами тяжелых элементов.

Под действием солнечного «ветра» меняется химический состав только самых верхних слоев вещества Луны. Однако благодаря тому, что она подвергается интенсивной бомбардировке метеорами, происходит заметное перемешивание вещества в довольно глубоких слоях поверхности Луны. Следовательно, можно ожидать, что изменению химического состава вследствие эффекта разбрызгивания должна подвергаться значительная толща наружного слоя Луны. Подобные эффекты можно ожидать и для других планет и их спутников.

6. Изменение изотопного состава элементов в телах Солнечной системы

В телах Солнечной системы протекают непрерывные ядерные превращения, которые приводят к изменению изотопного состава многих химических элементов. Изучение этих процессов позволяет понять историю развития вещества Солнечной системы.

Распад радиоактивных ядер приводит, естественно, к сдвигам изотопного состава многих элементов: к накоплению содержания изотопов одних элементов и уменьшению других. Основное значение в истории Земли и метеоритов имеют радиоактивные изотопы: К⁴⁰(Т= 1,25 · 10⁹ лет), Тh²³²(T = 1,42 · 10¹⁰ лет), U²³⁵(T = 7,13 · 10⁸ лет) и U²³⁸(T = 4,5 · 10⁹ лет). Радиоактивный распад указанных изотопов за время, прошедшее с момента образования земной коры, равное 3,5-10⁹ лет, привел к значительному уменьшению их распространенности. Например, количество U²³ уменьшилось в 30 раз, К⁴⁰ — в 8 раз по сравнению с их первоначальным содержанием. Содержание изотопов Th²³² и U²³⁸благодаря их большему периоду полураспада, уменьшилось на 10 и 50 % соответственно.

За счет распада изотопов тория и урана в земной коре происходит накопление их стабильных продуктов распада и прежде всего гелия Не⁴. Найдено, что 1 т гранита, содержащего 2 · 10^—б г урана и 1 · 10^—5 г тория на грамм гранита, за 1 млн. лет производит 0,51 мл гелия при обычной температуре и давлении. Установлено, что весь присутствующий в земной коре Не⁴ имеет радиогенное происхождение.

Из данных В. Г. Хлопина следует, что за 1 млрд, лет в результате распада урана и тория содержание гелия в земной коре увеличивается на 1 · 10^—5 вес. %, ь то время как распространенность гелия составляет только 1 · 10^—6 вес. %·

Промежуточные члены распада урана и тория — изотопы радиоактивных элементов: протактиния, актиния, тория, радия, франция, радона, полония и астата. Распространенность всех этих элементов крайне мала. Например, содержание радия равно 3,4 — 10^—7 г на 1 г урана, что составляет 1 · 10^—10 вес. %. Верхние же горизонты земной коры толщиной 7,5 км содержат около 11 300 т Ас²²⁷, 115 т Rn²²², 4000 т Ро²¹⁰, 245 г Fr²²³ и 0,69 г At²¹⁸.