Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Астрогеологиялық ұғым
Astrogeological concept
Планеталық ғылымда планеталық дифференциация – планеталық дененің химиялық элементтерінің физикалық немесе химиялық қасиеттеріне (мысалы, тығыздық және химиялық байланыстар) байланысты, сол дененің әртүрлі бөліктерінде шоғырлану процесі. Планеталық дифференциация процесі радиоактивті изотоптардың ыдырауынан және планеталық аккрециядан туындаған жылу арқылы ішінара балқыту нәтижесінде жүзеге асады. Планеталық дифференциация планеталарда, кіші планеталарда, 4 Веста астероидінде және табиғи серіктерде (мысалы, Ай) болған.
In planetary science, planetary differentiation is the process by which the chemical elements of a planetary body accumulate in different areas of that body, due to their physical or chemical behavior (e. g. density and chemical affinities). The process of planetary differentiation is mediated by partial melting with heat from radioactive isotope decay and planetary accretion. Planetary differentiation has occurred on planets, dwarf planets, the asteroid 4 Vesta, and natural satellites (such as the Moon).
Гравитациялық бөліну
Жоғары тығыздықтағы материалдар жеңіл материалдардың арасынан төмен түседі. Бұл бейімділік салыстырмалы құрылымдық беріктіктермен анықталады, бірақ егер екі материал да пластикалық немесе балқыған күйде болса, онда беріктік төмендейді. Планеталардың ішкі қабатына қарай жиналатын ең көп таралған элемент – темір, ол өте тығыз балқыған металл фазасын құрайды. Оның ізімен, темірмен оңай қорытылатын сидерофильді элементтер де төмен қарай жылжиды. Дегенмен, барлық ауыр элементтер осылай жылжуы міндетті емес, себебі кейбір халкофильді ауыр элементтер төмен тығыздықтағы силикат және оксид қосылыстарымен байланысып, кері бағытта дифференциалданады. Қатты Жердің негізгі құрамына сәйкес бөлінген аймақтары – өте тығыз, темірге бай металл өзегі, тығыздығы төмен магний-силикатты мантиясы және негізінен алюминий, натрий, кальций және калий силикаттарынан тұратын салыстырмалы түрде жұқа, жеңіл қабығы. Одан да жеңіл – сулы сұйық гидросфера және азотқа бай газ тәрізді атмосфера. Жеңіл материалдар жоғары тығыздықтағы материалдар арқылы көтеріледі. Мысалы, плагиоклаз сияқты жеңіл минералдар жоғары қарай жылжиды. Көтерілген кезде олар купол тәрізді пішінге ие болатын диапирлер түзеді. Жерде тұз күмбездері – қыртыстағы тұз диапирлері, олар айналадағы тау жыныстарынан жоғары көтеріледі. Гранит сияқты балқыған, төмен тығыздықтағы силикат тау жыныстарынан жасалған диапирлер Жер қыртысының жоғарғы бөлігінде кең таралған. Субдукция аймақтарында мантия материалдарының өзгеруінен пайда болған гидратталған, төмен тығыздықтағы серпентинит те диапирлер түрінде жер бетіне көтерілуі мүмкін. Басқа материалдар да осылай әрекет етеді: төмен температурадағы, жер бетіне жақын мысал – саз жанартаулары.
High density materials tend to sink through lighter materials. This tendency is affected by the relative structural strengths, but such strength is reduced at temperatures where both materials are plastic or molten. Iron, the most common element that is likely to form a very dense molten metal phase, tends to congregate towards planetary interiors. With it, many siderophile elements (i. e. materials that readily alloy with iron) also travel downward. However, not all heavy elements make this transition as some chalcophilic heavy elements bind into low density silicate and oxide compounds, which differentiate in the opposite direction. The main compositionally differentiated zones in the solid Earth are the very dense iron rich metallic core, the less dense magnesium silicate rich mantle and the relatively thin, light crust composed mainly of silicates of aluminium, sodium, calcium and potassium. Even lighter still are the watery liquid hydrosphere and the gaseous, nitrogen rich atmosphere. Lighter materials tend to rise through material with a higher density. A light mineral such as plagioclase would rise. They may take on dome shaped forms called diapirs when doing so. On Earth, salt domes are salt diapirs in the crust which rise through surrounding rock. Diapirs of molten low density silicate rocks such as granite are abundant in the Earth's upper crust. The hydrated, low density serpentinite formed by alteration of mantle material at subduction zones can also rise to the surface as diapirs. Other materials do likewise: a low temperature, near surface example is provided by mud volcanoes.
Химиялық дифференциация
Материалдар көлемдік тығыздықтарына қарай сыртқа немесе ішке қарай бөлінеді, бірақ олардың құрамындағы химиялық байланыстағы элементтер химиялық қасиеттеріне сәйкес фракцияланады, және олармен бірге көп мөлшердегі материалдармен "бірге жүреді". Мысалы, сирек кездесетін уран таза күйде өте тығыз болғанымен, Жердің тығыз металл ядросына қарағанда, жеңіл, силикатқа бай қабығында іздік элемент ретінде химиялық жағынан үйлесімді болып табылады.
Although bulk materials differentiate outward or inward according to their density, the elements that are chemically bound in them fractionate according to their chemical affinities, "carried along" by more abundant materials with which they are associated. For instance, although the rare element uranium is very dense as a pure element, it is chemically more compatible as a trace element in the Earth's light, silicate rich crust than in the dense metallic core.
Жылыту
Күн тұмандығында Күн тұтанғанда, сутегі, гелий және басқа ұшқыш заттар оның айналасындағы аймақта буланып кетті. Күннің шамы мен радиациялық қысым осы төмен тығыздықтағы материалдарды Күнден қашықтатты. Тастар мен оларды құрайтын элементтер бастапқы атмосфераларынан айырылды, бірақ олар протопланеталарға жиналу үшін қалды. Протопланеталар өз тарихының басында радиоактивті элементтердің жоғары концентрациясына ие болды, олардың мөлшері уақыт өте келе радиоактивті ыдырау нәтижесінде азайды. Мысалы, гафний-вольфрам жүйесі екі тұрақсыз изотоптың ыдырауын көрсетеді және, мүмкін, аккрецияның уақыт шкаласын анықтайды. Радиоактивтілік, соқтығысулар және гравитациялық қысымның салдарынан пайда болған жылу протопланеталардың бөліктерін планетаға айналу барысында ерітті. Еріген аймақтарда тығыз материалдар ортаға қарай батып, ал жеңіл материалдар бетке көтерілді. Кейбір метеориттердің (ахондриттердің) құрамы кейбір астероидтарда (мысалы, Вестада) дифференциация болғанын көрсетеді, олар метеориттердің аналық денелері болып табылады. Қысқа ғұмырлы радиоактивті изотоп 26Al ыстықтың басты көзі болды, ал жұмсақ материалдар бетке таралуына мүмкіндік берді. Сыртқы жылу көзі – серпілістік жылу. Жерде, еріген темірдің үлкен бөлігі континенттік қабық материалынан тығыз болғандықтан, қабық арқылы мантияға дейін түсіп кетуге мәжбүр болады.
When the Sun ignited in the solar nebula, hydrogen, helium and other volatile materials were evaporated in the region around it. The solar wind and radiation pressure forced these low density materials away from the Sun. Rocks, and the elements comprising them, were stripped of their early atmospheres, but themselves remained, to accumulate into protoplanets. Protoplanets had higher concentrations of radioactive elements early in their history, the quantity of which has reduced over time due to radioactive decay. For example, the hafnium tungsten system demonstrates the decay of two unstable isotopes and possibly forms a timeline for accretion. Heating due to radioactivity, impacts, and gravitational pressure melted parts of protoplanets as they grew toward being planets. In melted zones, it was possible for denser materials to sink towards the center, while lighter materials rose to the surface. The compositions of some meteorites (achondrites) show that differentiation also took place in some asteroids (e. g. Vesta), that are parental bodies for meteoroids. The short lived radioactive isotope 26Al was probably the main source of heat. and soft materials to spread out over the surface. Another external heat source is tidal heating. On Earth, a large piece of molten iron is sufficiently denser than continental crust material to force its way down through the crust to the mantle.
Фракциялық балқыту және кристалдану
Жердегі магма бастапқы тау жыныстарының ішінара балқыуынан пайда болады, ақырында мантияда. Балқыған кезде негізгі минералдарда тұрақты емес "үйлесімсіз элементтердің" көп бөлігі алынып шығарылады. Магма белгілі бір тереңдіктен жоғары көтерілгенде, еріген минералдар нақты қысым мен температурада кристалдана бастайды. Нәтижесінде пайда болған қатты заттар балқыдан әртүрлі элементтерді алып тастайды, соның салдарынан балқы осы элементтерден кеміп қалады. Шығу текті тау жыныстарындағы іздік элементтерді зерттеу магманы жасау үшін қандай көз қаншалықты балқығанын және балқыдан қандай минералдар жоғалғанын анықтауға көмектеседі.
Magma in the Earth is produced by partial melting of a source rock, ultimately in the mantle. The melt extracts a large portion of the "incompatible elements" from its source that are not stable in the major minerals. When magma rises above a certain depth the dissolved minerals start to crystallize at particular pressures and temperatures. The resulting solids remove various elements from the melt, and melt is thus depleted of those elements. Study of trace elements in igneous rocks thus gives us information about what source melted by how much to produce a magma, and which minerals have been lost from the melt.
Жылу диффузиясы
Материал біркелкі қыздырылмаған кезде, жеңіл материал ыстық аймақтарға қарай, ал ауыр материал суық аймақтарға қарай жылжиды, бұл термофорез, термомиграция немесе Сорет эффектісі деп аталады. Бұл процесс магма камераларындағы дифференциацияға әсер етуі мүмкін. Бұл процесті жақсырақ түсіну үшін Гавайи лава көлдерін зерттеуге болады. Осы көлдерді бұрғылау нәтижесінде магма фронттарында пайда болған кристалдар табылды. Кристаллдардың химиялық еруі арқылы дифференциацияланған, осы ірі кристалдар немесе фенокристалдарға толы магма анықталды.
When material is unevenly heated, lighter material migrates toward hotter zones and heavier material migrates towards colder areas, which is known as thermophoresis, thermomigration, or the Soret effect. This process can affect differentiation in magma chambers. A deeper understanding of this process can be drawn back to a study done on the Hawaiian lava lakes. The drilling of these lakes led to the discovery of crystals formed within magma fronts. The magma containing concentrations of these large crystals or phenocrysts demonstrated differentiation through the chemical melt of crystals.
Айлық КРЕЕП
Айда калий, сирек кездесетін жер элементтері және фосфор сияқты "үйлеспес элементтер" (incompatible elements) көп болатын ерекше базальтты материал табылды және оны көбінесе KREEP деп атайды. Онда уран мен торий де көп. Бұл элементтер Ай қабығының негізгі минералдарынан шығарылған, олардың бастапқы магмалық мұхитынан кристалдануы кезінде бөлініп қалған. KREEP базальты қабық пен мантия арасындағы химиялық дифференциат ретінде қалып қойған болуы мүмкін, және кейде жер бетіне шығып, атылулар болған.
On the Moon, a distinctive basaltic material has been found that is high in "incompatible elements" such as potassium, rare earth elements, and phosphorus and is often referred to by the abbreviation KREEP. It is also high in uranium and thorium. These elements are excluded from the major minerals of the lunar crust which crystallized out from its primeval magma ocean, and the KREEP basalt may have been trapped as a chemical differentiate between the crust and the mantle, with occasional eruptions to the surface.
Тездету арқылы ажырату
Жердің Айы, әдетте, ерте Жерге үлкен дене шапқаннан орбитаға ұшқан материалдан пайда болған. Жердегі дифференциация бұрыннан-ақ көптеген жеңіл материалдарды бетке қарай бөліп шығарған болуы мүмкін, сондықтан соққы Жерден силикатты материалдың үлкен бөлігін алып кетіп, тығыз металдың көп бөлігін қалдырды. Айдың тығыздығы үлкен темір ядросының болмауына байланысты Жерден әлдеқайда төмен. Жерде физикалық және химиялық дифференциация процестері жер қыртысының тығыздығын шамамен 2700 кг/м3-қа, ал одан төмендегі әртүрлі құрамы бар мантияның тығыздығын 3400 кг/м3-қа жеткізді, ал планетаның орташа тығыздығы 5515 кг/м3 құрайды.
Earth's Moon probably formed out of material splashed into orbit by the impact of a large body into the early Earth. Differentiation on Earth had probably already separated many lighter materials toward the surface, so that the impact removed a disproportionate amount of silicate material from Earth, and left the majority of the dense metal behind. The Moon's density is substantially less than that of Earth, due to its lack of a large iron core. On Earth, physical and chemical differentiation processes led to a crustal density of approximately 2700 kg/m3 compared to the 3400 kg/m3 density of the compositionally different mantle just below, and the average density of the planet as a whole is 5515 kg/m3.
Негізгі құрылымдардың механизмдері
Жадды қалыптастыру планеталық дененің ішкі бөлігіне металдардың қозғалысын бақылау үшін бірнеше механизмдерді қолданады. Мысалдарға сіңіру, дикинг, диапиризм және соққылардың тікелей жеткізілуі осы процеске қатысатын механизмдер жатады. Металл мен силикаттың тығыздық айырмашылығы металдың төмен қарай қозғалуына немесе сіңірілуіне себеп болады. Дикинг – бұл бұрыннан бар тау жынысы денесінің жарылысындарында жаңа тау жыныстарының қалыптасу процесі. Мысалы, минералдар салқын және хрупті болса, тасымалдау сұйық жарықтар арқылы жүзеге асуы мүмкін. Металлдың қоршаған материалдың сыну төзімділігінен өтуі үшін жеткілікті қысым болуы керек. Металлдың мөлшері және қоршаған материалдың тұтқырлығы бату процесінің жылдамдығын анықтайды. Соққының тікелей жеткізілуі, соққыға ұшыраған дененің пропорциялары ұқсас болған кезде пайда болады. Соқтығысу кезінде металл материалды қамтитын бұрынғы өзектер алмасуы жүреді. Планеталық дифференциация оқиғасы астероидтың немесе планеталық дененің аккреция процесінен кейін болған деп есептеледі. Жер бетіндегі денелер мен темір метеориттері Fe Ni қорытпаларынан тұрады. Жердің өзегі негізінен Fe Ni қорытпаларынан құралған. Қысқа ғұмырлы радионуклидтерді зерттеу нәтижелері, ядроның қалыптасу процесі Күн жүйесінің ерте кезеңінде болғанын көрсетеді. Күкірт, никель және кобальт сияқты сидерофильді элементтер балқыған темірде еріп, темір қорытпаларының дифференциациясына көмектеседі. Аккрецияның алғашқы кезеңдері ядроның қалыптасуына негіз салады. Біріншіден, жер бетіндегі планеталар көрші планетаның орбитасына кіреді. Содан кейін соқтығысу орын алады және жер бетіндегі дене өсе де, кішірейе де мүмкін. Алайда, көп жағдайда аккреция үшін планетаның өсуінде маңызды өзгерістерге әкелу үшін ұқсас өлшемдегі объектілердің бірнеше соқтығысуы қажет. Тамақтандыру аймақтары және соққыға ұшырап қашу оқиғалары – аккрециядан кейін туындайтын сипаттамалар.
Core formation utilizes several mechanisms in order to control the movement of metals into the interior of a planetary body. Examples include percolation, diking, diapirism, and the direct delivery of impacts are mechanisms involved in this process. The metal to silicate density difference causes percolation or the movement of a metal downward. Diking is a process in which a new rock formation forms within a fracture of a pre existing rock body. For example, if minerals are cold and brittle, transport can occur through fluid cracks. A sufficient amount of pressure must be met for a metal to successfully travel through the fracture toughness of the surrounding material. The size of the metal intruding and the viscosity of the surrounding material determines the rate of the sinking process. The direct delivery of impacts occurs when an impactor of similar proportions strikes the target planetary body. During the impact, there is an exchange of pre existing cores containing metallic material. The planetary differentiation event is said to have most likely happened after the accretion process of either the asteroid or a planetary body. Terrestrial bodies and iron meteorites consist of Fe Ni alloys. The Earth's core is primarily composed Fe Ni alloys. Based on the studies of short lived radionuclides, the results suggest that core formation process occurred during an early stage of the solar system. Siderophile elements such as, sulfur, nickel, and cobalt can dissolve in molten iron; these elements help the differentiation of iron alloys. The first stages of accretion set up the groundwork for core formation. First, terrestrial planetary bodies enter a neighboring planet's orbit. Next, a collision would take place and the terrestrial body could either grow or shrink. However, in most cases, accretion requires multiple collisions of similar sized objects to have a major difference in the planet's growth. Feeding zones and hit and run events are characteristics that can result after accretion.