В книге рассмотрена термодинамика гетерогенных химических реакций -(окислительно-восстановительных, гидратации — дегидратации, карбоната-;' зации — декарбонатизации, растворения элементов в жидком железе и др.) в -закрытых и открытых системах при сверхвысоких давлениях. Проведе» анализ химического поведения вещества под действием высокого давления в статических и динамических экспериментах и обсуждается термодинамическая природа металлизации окислов под давлением. На основе обобщения термодинамических, экспериментальных, геохимических и геофизических исследований обсуждены вопросы, связанные с конденсацией и аккумуляцией вещества протопланетной туманности, составом ядра и мантии, формированием ядра, дегазацией глубоких недр Земли, окислительно-восстановительными условиями и энергетикой химических реакций в недиф^ . ----.~„.,„„г,й ЧРМЛР на оанней стадии ее эволюции.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В последние 10—15 лет в области наук о Земле отмечается повышенный интерес к проблеме происхождения Земли и ее последующей физико-химической и геологической эволюции. Сейчас этот интерес неуклонно возрастает. Это объясняется, с одной стороны, бурным развитием космической техники и изучением планет Солнечной системы, с другой — революционными теориями в геологии, связанными с такими важнейшими вопросами, как происхождение Мирового океана, дрейф континентов, крупномасштабные движения в недрах Земли и др. Очевидно, что для ответа на эти и другие вопросы необходимы знания о внутреннем строении и химическом составе нашей планеты.
Авторы пытаются представить проблему геохимической эволюции Земли в целом. Для достижения этой цели проведено обобщение данных различных исследований (космохимии, геохимии, геофизики), показавшее внутреннюю взаимосвязь процессов конденсации и аккумуляции вещества Солнечной туманности с процессами -формирования ядра и его составом, дегазации глубоких зон Земли, окислительно-восстановительными реакциями в мантии и энергетикой химических реакций.
Общий подход к решению этой глобальной проблемы авторы видят в пропорциональном и тесном сочетании современных достижений в области наук о Земле и ряде других смежных наук. Важную роль в достижении этой цели играют средства, а конкретнее — ясный и удобный в обращении рабочий аппарат — аппарат химической термодинамики, применяемый к описанию геохимических и космохимических процессов, в основу которого положены экспериментальные данные по константам равновесия реакций при высоких температурах и уравнениям состояния веществ при высоких давлениях.
В первой части книги авторы проводят подробное исследование термодинамики гетерогенных химических реакций при сверхвысоких давлениях, а во второй дают обстоятельный и оригинальный анализ физико-химических процессов в ядре и мантии Земли и на ее догеологической стадии — в протопланетном облаке. Анализ процессов проведен на основании двух принятых в термодинамике подходов, связанных с гипотезами глобальной и локальной равновесности процессов. Здесь надо выделить новаторскую идею авторов еще об одном важнейшем источнике внутреннего тепла Земли — энергии химических реакций. Боль-ое внимание уделено термодинамической, геохимической и геофизической аРгУментации о вхождении легких элементов в со-ав ядра. Последовательно рассмотрены различные механизмы
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ......... ........
Введение ................. 5
Часть первая
ТЕРМОДИНАМИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ПРИ СВЕРХ-
7
Глава 1. Термодинамические константы веществ при сверхвысоких давлениях ................ 7
ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ
Глава 1. Термодинамически давлениях ....
Глава 2. Термодинамика гетерогенных химических реакций в закры-
тых и открытых системах при сверхвысоких давлениях .... 32
Характеристика закрытых и открытых систем ...... 32
Независимые переменные ........... 32
Уравнение смещенного равновесия ......... 35
Химический потенциал и фугитивность газов в газовых смесях
и химических реакциях .... ........ 38
Термодинамика химических реакций в закрытых системах ... 42
Реакции гидратации — дегидратации ........ 42
Реакции карбонатизации — декарбонатизации ...... 51
Окислительно-восстановительные реакции ....... 56-
Термодинамика химических реакций в открытых системах ... 58
Влияние температуры, давления и состава на фугитивность газов 58
Связь между фугитивностью газов и тепловым эффектом реакции 61 Инверсия знака теплового эффекта гетерогенных химических реак-
ций в открытых системах ..... . ...... 64
Экспериментальные исследования процессов восстановления и раз-
ложения химических соединений под действием высокого давления 72
Влияние давления на химические превращения в веществе . . 73 Об отсутствии прямой корреляции между стандартным тепловым
эффектом и давлением разложения веществ ...... 79
Глава 3. Возможность металлизации окислов при сверхвысоких
статических давлениях ............. 81
Термодинамическая характеристика природы металлизации окислов
под давлением ............... 81
О нагревании проводящего Si02 под давлением ...... 86
О возможности разложения окислов на твердые фазы ... 87 Сравнение результатов термодинамических расчетов с результатами
экспериментов по металлизации .......... 87
Часть вторая
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМЛИ ........ ..... 90
Глава 4. Физико-химические процессы в протопланетном облаке . 92
Равновесная модель конденсации .......... 93
Термодинамический подход ........... 93
Фракционирование химических элементов ....... 101
Р-Т условия аккреции ............ 104
277
Окислительно-восстановительные условия в протопланетном облаке 106
Неравновесные конденсационные модели........ 111
Конденсация из переохлажденного газа....... 111
Конденсация из плазмы............ 114
Модели аккумуляции . ......... 114
Общие замечания.............. 123
Глава 5. Химический состав ядра Земли....... 126
Варианты нежелезного ядра........... 127
Водород в составе ядра............ 127
Гипотеза металлизованного ядра ... ...... 129
Варианты железного ядра............ 133
Вхождение кислорода в состав ядра........ 134
Вхождение серы в состав ядра.......... 139
Вхождение углерода в состав ядра........ 145
Вхождение никеля и кремния в состав ядра...... 154
Взаимодействие ядра и мантии Земли........ 178
Глава 6. Ранняя стадия химической эволюции Земли .... 181
Крупномасштабные механические движения в недрах Земли . . 181
Крупномасштабные физико-химические процессы в недрах Земли . 187
Термодинамическая характеристика исследуемых процессов . . . 187
Окислительно-восстановительные условия в недифференцированной Земле................ 193
Энергетика химических реакций.......... 207
•Формирование ядра............. 214
Дегазация Земли при ее дифференциации....... 219
Устойчивость водосодержащих фаз и карбонатов в мантии Земли 219
Возможная эволюция состава древней атмосферы Земли . . 229
Заключение................ 240
Литература................ 249
Цена: 300руб.
