Ударная дегазация Земли и земной группы

• Автор: Герасимов, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 c. : ил

ГЛАВА I. Краткий обзор работ по проблеме происхождения

атмосферы

ГЛАВА 2. Ударная дегазация земли и планет земной группы

2.1.Распределение планетезималей по массам и скоростям их падения на растущую планету

2.2.Механизмы выделения летучих компонентов из пла-нетезималей в ударных процессах

2.3.Модель выделения газов в атмосферу земли и планет земной группы

ГЛАВА 3. Химический состав газов, выделяющихся в атмосферу в процессе ударной дегазации планет
3.1. Условия использования импульсного лазера для моделирования химических процессов, происходящих при испарении силикатов
3.2. Исследование химического состава газовой фазы, образующейся при испарении минералов, горных пород и метеоритов лазерным импульсом

3.3. Химический состав газов, выделяющихся в атмосферу в ударных процессах

ГЛАВА 4. Обсуждение результатов

ТАБЛИЦЫ, ГИСУНКИ
ЛИТЕГАТУГА

Проблема происхождения и эволюции атмосфер Земли и пла-нет|земной группы является одной из основных задач современной планетней космогонии. Значимость этой проблемы заключается в том, что она тесно связана и во многом определяет решение ряда принципиальных задач геологии: образование и эволюция коры, накопление осадочного чехла, формирование гидросферы, эволюция климата. Знание химического состава палеоатмосферы, в некоторой степени, может пролить свет и на проблему происхождения жизни. Образование атмосферы - есть составная часть проблемы происхождения планеты, поэтому именно атмосфера, которая среди геологических объектов является самой доступной для прямых измерений, может стать критерием для различных моделей происхождения планет.
В проблеме происхождения атмосферы Земли основными являются вопросы об источниках и стоках атмосферных газов и их мощности, как функции времени, а также о химическом составе газов выделявшихся в атмосферу. Именно знание этих механизмов в
совокупности с механизмом образования планеты позволит дать от-* -А
вет на вопросы об изменеии во времени давления, температуры и химического состава атмосферы. По поводу этих вопросов в современной научной литературе существуют различные (вплоть до альтернативных) точки зрения. Несмотря на обилие работ по проблеме образования атмосферы, следует отметить очевидный дефицит достаточно полно количественно разработанных механизмов выделения газов в атмосферу.
В последнее время получило развитие представление о том, что в истории выделения летучих компонентов в атмосферу суще-

ственную роль могли играть ударные процессы, происходившие при аккумуляции планет. Это представление подкрепляется многими геохимическими данными, а такие наблюдательными данными о значительной роли ударных процессов в формировании планет земной группы и спутников.
Целью настоящей работы являлось: I) рассмотрение физических механизмов, приводящих к выделению газов из твёрдого вещества во время ударных процессов; 2) построение количественной модели выделения газов в атмосферу за счёт ударных процессов во время аккумуляции; 3) определение химического состава газов, образующихся при ударном испарении вещества планетезималей.
Научная новизна работы заключается в том, что:
1. Впервые количественно рассмотрены физические механизмы выделения газов из планетезималей при ударных процессах. На основании этого впервые решена задача об ударной дегазации Земли и планет земной группы в про^цессе их аккумуляции. Сделаны оценки степени ударной дегазации Земли и определена мощность ударного источника атмосферных газов. Показано, что ударная дегазация являлась необходимым, первичным и самым мощным атмосферных газов на ранних стадиях формирования Земли.
2. 3 работе обосновано применение импульсного лазера для моделирования физико-химических процессов, происходящих в газовой фазе при ударном испарении.
3. На основании цикла экспериментальных исследований газовой фазы, образующейся при испарении различных земных пород и метеоритов излучением импульсного лазера, выявлена направленность и универсальность процесса формирования её химического состава . Продемонстрирована определяющая роль процессов окисления
где ) I 4- 2, б" - поверхностное натяжение. В работе [бэ] утверждается, что этот механизм обеспечивает разрыв на капель -ки < 10 мкгл даже для крупных метеоритных ударов. Однако, прямое вычисление по формуле (2.2.57) ( ^ Ю^ин- ем“* »
р ~ 3 г/см3, и ~ 3+ 4 км/с) дают значение Ху(- ~ 2 см для С ^ I км и ^*'40 см для 100 км, что находится в противоречии с утверждением вышеупомянутой работы. Более того, для обеспечения условия Zi{ < 10 мкм даже для О.* I м требуются нереально низкие значения коэффициента поверхностного натяже -ния ( 6Г ^ о,01 дин.см”*). Условие 7:^ < 10 км по механизму (2.2.57) выполняется только для ударов мелких частиц (-^1см). Крупномасштабные движения из-за больших размеров события создают очень маленькие градиенты скорости в расплаве, которые могут быть несущественными по сравнению с мелкомасштабными движениями, обеспечиваемыми, например, турбулентностью или расшире -нием мелких газовых пузырьков внутри расплава. Рассмотрим под -робнее образование газовых пузырьков в расплаве.
Появление пузырьков газа в расплаве связано с некоторым критическим значением концентрации летучих соединений в расплаве. Приравнивая потоки молекул газовой фазы со стенки такого пузырька и на его стенку, легко получить соотношение
оС- С^'(1ц‘¥'А/л//* ~ Го/{г7Ы^ (2.2.58)
где с(н - толщина монослоя молекул, По' - масса молекулы газа,
- средний молекулярный вес газа (~ 20),Т§ес - время десорбции молекулы со стенки пузырька (Т^у-10”13 сек ^45] ),
<А- - коэффициент,определяющий долю от продиффундировавших к по-