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宇宙化學(xué)
四、行星化學(xué)(一)行星的起源及形成方式1.行星形成過(guò)程:塵粒的碰撞聚集=>星子碰撞吸積=>行星胎的形成(區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)最大的星子)=>行星胎的引力吸積(半徑達(dá)近1公里)=>不同區(qū)域內(nèi)形成不同大小、密度和成分的行星宇宙化學(xué)有關(guān)證據(jù):(1)隕石中礦物的波狀消光,隕石中礦物的破裂及沖擊頁(yè)理。(2)水星、火星、月球表面的隕石坑。(3)行星自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軸的交角,如地球,23o27’;天王星,97o55’;金星,177o(見(jiàn)表)宇宙化學(xué)宇宙化學(xué)(二)行星大氣成分1.行星大氣成分確定的方法(1)紫外、紅外波譜分析(2)偏光性(3)質(zhì)譜分析2.行星的大氣成分特征行星大氣成分(v%)宇宙化學(xué)3.行星大氣的起源(1)行星大氣的保存及影響因素物體或粒子的逃逸速度:Vp=(2gR)1/2(g:重力加速度,R:行星半徑)大氣粒子的平均速度:Vo=(2kT/m)1/2(k:玻爾茲曼常數(shù),1.3610-23/oC;T:K;m:粒子質(zhì)量(原子質(zhì)量單位)。宇宙化學(xué)宇宙化學(xué)(2)行星大氣的來(lái)源類地行星:次生大氣類木行星:俘獲原始星云氣體依據(jù):a.NeArKrXe(不參與化學(xué)反應(yīng))豐度特征b.木土星富H,He的原因:質(zhì)量,溫度。宇宙化學(xué)3.行星形成方式(1)不均一的吸積說(shuō)首先吸積金屬鐵,然后吸積硅酸鹽。(2)均一的吸積說(shuō)吸積過(guò)程的物質(zhì)成分是均勻的,核、幔在后來(lái)的演化過(guò)程中形成。歐陽(yáng)自遠(yuǎn)的攝動(dòng)說(shuō):區(qū)域均一,后不均一。宇宙化學(xué)(三)行星的化學(xué)成分特征隨與太陽(yáng)距離增加(Morgan,1980)1.Fe,Co,Ni,Cr等行星核的元素減少。2.REE,Ti,V,Th,U,Zr,Hf,Nb,Ta,W,Mo,Re,Pt增多(相對(duì)于核)。3.形成殼-幔的元素Si,Mg,Al,Ca增多。4.親銅和堿金屬元素Cu,Zn,Pb,Tl,Bi,Ga,Ge,Se,Te,As,Sb,In,Cd,Ag在1.5AU范圍內(nèi)有增多趨勢(shì),后減少。
5.氧有向外增多趨勢(shì),鐵的價(jià)態(tài)有Feo=>Fe2+=>Fe3+金屬核與行星半徑比值宇宙化學(xué)(四)行星演化的能源與熱歷史決定于行星質(zhì)量與化學(xué)組成行星相對(duì)半徑大小月球水星火星金星地球0.2740.380.530.9581宇宙化學(xué)五、隕石化學(xué)(一)隕石研究的意義世界共收集2700多次,南極15000余塊1.確定太陽(yáng)系的物質(zhì)組成資料2.探索生命起源3.研究行星形成演化4.防止自然災(zāi)害宇宙化學(xué)(二)隕石的分類1.石隕石(硅酸鹽,少量鐵鎳和隕硫鐵)(1)球粒隕石(5個(gè)化學(xué)群)TFe/SiO20.77
0.77
0.55
0.400.77Feo/TFe0.80
0.63
0.33
0.08
-E
H
L
LLC
頑火輝石古銅輝石紫蘇輝石橄欖輝石碳質(zhì)
宇宙化學(xué)(2)無(wú)球粒隕石a.貧鈣,(5%=<CaO=<30%)主要礦物為:頑火輝石,紫蘇輝石,橄欖石等。b.富鈣(含單斜輝石或斜長(zhǎng)石)宇宙化學(xué)2.石-鐵隕石(硅酸鹽相/Fe-Ni金屬相=80-50%)(1)橄欖-隕鐵(2)中鐵隕石(3)其它(古英鐵鎳隕石,古銅橄欖隕石)宇宙化學(xué)3.鐵隕石(主要Fe-Ni金屬及少量鐵,硫磷的化合物,按Ni含量劃分)(1)貧鎳中隕鐵隕石(Ni<6%)(2)方隕鐵(Ni~7%)(3)八面體鐵隕石(Ni~7-14%)(4)中隕鐵隕石(7-14%)(5)富鎳中隕鐵隕石(Ni>14%)宇宙化學(xué)4.鐵隕石和石鐵隕石中的微量元素隕硫鐵富Co,Cu,Zn,As,Se,Te,Hg,Ti,Pb,Bi金屬相富Os,Ir,Pt,Ru,Rh,Pd,Au,W,Mo,Re宇宙化學(xué)(三)隕石的成因1.球粒隕石的成因(1)碳質(zhì)球粒隕石星云凝聚:平衡凝聚的熔體(無(wú)引力)依據(jù):除H,He外,成分與太陽(yáng)一致(圖)宇宙化學(xué)(2)普通球粒隕石成因:(1)太陽(yáng)強(qiáng)輻射使宇宙塵埃重熔凝聚(2)隕石、塵埃之間沖擊加熱熔融特征:失去揮發(fā)性元素宇宙化學(xué)2.無(wú)球粒隕石和鐵隕石的成因經(jīng)歷過(guò)較大星體環(huán)境和發(fā)生過(guò)熔融分異作用宇宙化學(xué)3.隕石的母體及源區(qū)(1)火星與木星之間的小行星帶數(shù)量達(dá)5021個(gè)>100km,200個(gè);>10km,2000個(gè)宇宙化學(xué)(2)小行星的類型:C型:類似碳質(zhì)球粒隕石;S型:硅酸鹽;M型:金屬鐵為主;E型:頑火輝石為主;O型:普通球粒隕石為主;軌道上的分布:S型較C型更靠近太陽(yáng)宇宙化學(xué)(四)隕石的化學(xué)成分1碳質(zhì)球粒隕石除H,He外,與太陽(yáng)成分一致(圖)宇宙化學(xué)2.石隕石(1)頑火輝石無(wú)球粒隕石:OSiMgNaFeCaAlK(2)紫蘇輝石無(wú)球粒隕石:OSiMgFeCaAlNaK(3)橄欖石無(wú)球粒隕石:OSiMgFeAlCaNaK(4)透輝橄欖無(wú)球粒隕石:OSiFeMgAlCaNaK(5)地球的地幔:OSiMgFeCaAlNaK宇宙化學(xué)3.鐵隕石Fe(79-92%),Ni(6-18),Co(0.4-1%),C(0.1-0.2%)P(0.1-0.3%),S(0.7%)表1,2宇宙化學(xué)4.隕石中的有機(jī)質(zhì)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有氨基酸、卟啉、烷烴、芳香烴、嘌呤和嘧啶等60多種。成因:a.火花放電或紫外照射;b.太陽(yáng)星云凝聚晚期CO,H2在磁鐵礦,含水礦物的催化下合成。(五)地外物體撞擊事件對(duì)地球的影響1.撞擊=>構(gòu)造巖漿活動(dòng)、塵埃=>降溫、和生態(tài)變化=>生物滅絕(寒武-奧陶紀(jì),泥盆-石炭紀(jì),二疊-三疊紀(jì),三疊-侏羅紀(jì),白堊-第三紀(jì)).2.元素分布的異常(如Ir,Os,Pt等)、含泥炭地層,沖擊坑及高壓礦物的形成(如斯石英等)。宇宙化學(xué)六、彗星化學(xué)太陽(yáng)系內(nèi)有約1012 ~1014個(gè)彗星1.彗星的類型(1)短周期:10~200年,多數(shù)遠(yuǎn)日點(diǎn)靠近木星(2)長(zhǎng)周期:遠(yuǎn)日點(diǎn)達(dá)50000AU宇宙化學(xué)2.彗星結(jié)構(gòu)(1)彗核:直徑0.3-4km,一般1-2km,密度:2g/cm3,成分:冰物質(zhì)+土物質(zhì)。(2)慧發(fā):直徑104-105km,化合物基團(tuán)(OH2、C2、C3、CH、CN);原子成分(C、H、O、S、He);分子成分(HCN、H2O等);離子成分(CO+、CH+、CO2+
等)。(3)彗尾:長(zhǎng)達(dá)108km,等離子彗尾的成分為CO+,CO2+,H2O+,OH+,CH+,CN+,N2+,C+,Ca+;塵埃彗尾為H、C、N、Fe、Si、Mg、Ca、Ni。宇宙化學(xué)3.彗星化學(xué)成分OCH
NSMgSiFe62.57.74.23.83.14.54.98.8宇宙化學(xué)4.彗星起源仍不明確,
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