第一章 元素的丰度与分布

《第一章 元素的丰度与分布》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第一章元素的丰度与分布第一节元素的宇宙丰度我们常说的元素宇宙丰度，实际上是太阳系的元素丰度，元素的宇宙丰度是研究元素起源的理论依据，是解释各类天体演化过程的基础。由太阳、行星及其卫星、小行星、营星、流星体和星际物质构成的天体系统称为太阳系。太阳的质量占整个太阳系总质量的99．8％，而其它成员总合仅占o．2％。按成分特点，九大行星可以划分为三种类型：类地行星：顾名思义，它指与地球类似的行星，包括水星、金星、地球和火星。其特点是质量小、密度大、体积小、卫星少。成分特点是以岩石物质为主，富含Mg、Si、Fe等，含亲气元素少；巨行星：木星和

2、土星。它们的体积大、质量大、密度小、卫星多。如果以地球质量和体积分别为1，则土星分别为95．18和745，木星分别为317．94和1316。其成分特点是主要含H、He，亲石和亲铁元素少；远日行星：天王星、海王星、具王星。其成分特点是以冰物质为主。H含量估计为10％，He、Ne平均为12％。上述三类行星中岩石物质：冰物质：气物质的比值分别为1：10—‘：10—y—lo“’；O．02：o．07：o．9120．195：0．68：0．12。以上三类行星主要元素的原子相对丰度如表1．1所示：随着行星际空间探测的发展，地球和月球成分的大量精细研

3、究，各类陨石元素组成数据的积累，雪星、流星体成分的测定，“使之对太阳系化学组成的研究获得了比较满意的结果，对各行星及卫星也提出了多种化学组成模式。如前所述，太阳系的行星成分可分三大类：岩石质的；岩石质和冰物质的；气物质的。根据平衡凝聚模型，由于太阳星云凝聚过程中温度的差异，距太阳愈远温度愈低，因而各行星区凝聚物的成分和含量均不相同。水星：主要由难熔金属矿物，铁镍合金和少量顽辉石组成；金星：除上述成分外，还含有钾(钠)铝硅酸盐，但不含水；地球；除上述成分外，还含有透闪石等一些含水硅酸盐和三种形式的铁(金属铁，FeO，FeS)，其中金属

4、钦和FeS形成低熔点混合物，在放射性加热下熔化、分异，形成早期地核。火星：含有更多的含水硅酸盐，金属铁已完全氧化成FeO或FeS，没有金属铁的核。小行星含有各种岩石、矿物，但其冰物质尚未凝聚。小行星区外，各种冰物质依次凝聚，因而木星和木星以外的行星有岩石和冰物质混合物的固态核。木星和土星固态核质量大，引力强，能够吸积气体(主要是氢和氦)，形成它们的金属氢中间层和液态分子氢外层。近些年来各种探测器对行星大气的探测结果，使人们对各行星大气化学物质特征有所了解，主要结果列于表1．2中。类地行星由于距太阳较近、质量小，早期太阳风的驱赶作用很

5、强烈，行星形成时表面所捕获的气体难以存在，因而地球和类地行星的大气层是次生的，即主要是通过行星内部物质的熔融、去气过程逐渐形成的。计算表明，地球通过内部物质的熔融去气过程，大约共排出1．7433×10。‘g的挥发份物质，其中Co约1．218×10’’go月球表面的大气主要是He和Ar，白天和黑夜大气浓度分别约3×10’和6×10‘原子／cmz，几乎是真空状态。水星的大气层极稀薄，＜O．0003atm，主要含有Ar、Kr、xe、He、H、O、C、Ne等；火星大气层也稀薄，质量只有地球的l／10，体积为地球的l／6，约0．005—0．o

6、07atm，主要由COz(95％)、He(3％)、N(2％一3％)及Ar、02等组成。金星和地球则有稠密的大气层，金星大气层达100atm，主要为COz和Nz。类木行星大，距太阳较远，温度低，早期太阳风的驱赶作用不强烈，大气层的主要来源是行星形成时捕获星云中的气体，并保持了星云气体的成分和同位素比值。木星大气层约(O．1一o．5)×10l325Pa，主要成分为NH：、CH‘和Hz等，天王星和海王星的大气层了解较少，主要成分为CH‘、NH：和Hz等。看来，行星大气层的厚度与密度与行星质量有关，质量大的行星，容易捕获内部排出的气体，形成

7、较稠密的大气层。由于水星和火星表面气压低，液态水在行星表面沸腾成气态，火星和水星质量又小，对气体捕获能力小，因此，火星和水星不可能产生水圈，只能形成极稀薄的大气层。金星则是由于比地球距太阳近，表面温度高(约650一700K)，因而没有水圈存在。已有研究成果表明，太阳、陨石、地球和月球样品中的同位素组成是一致的，太阳系诸天体都是同位素组成均一的太阳星云的凝聚产物。近十年来的研究表明，陨石中同位素组成有时出现异常，可能是在太阳星云凝聚时有外来物质加入(超新星爆发)。对太阳、恒星和星际介质和星系的元素丰度测定主要是通过光谱和射电分析获得。

8、从陨石的大量研究表明，CI型碳质球粒陨石中难挥发元素的丰度与太阳一致(图1．1)。Cameron(1968)认为，I型碳质球粒陨石是未经热变质作用影响并形成于远离太阳的较低温区域，因而是最为原始的太阳星云凝聚物质，它保持着太阳星云中非