Геохимия солнечной системы

РУДН

Экологический факультет 
 
 
 
 

Практическая  работа №1 по геохимии

«Изучение зависимости физических параметров планет от их химического состава и расстояния от Солнца» 
 
 

Выполнила студентка 403 группы

Будяк Маша

Проверила преподаватель 

Маршева Наталья Владимировна

Таблица 1

Результаты  сейсмического зондирования Земли, химический состав сфер Земли

1. Примеры расчета показателей
2. Расчет массы планеты (m) на примере Юпитера

     Масса планеты рассчитывалась, исходя из значения массы Земли, равной 5,518*1024 кг.  Значения, взятые из пятого столбца, умножались на 5,518*1024.

     Например, рассчитаем массу Юпитера:

m = 5,518*317, 9 = 1899, 1982*1024 кг

     Расчет  скорости вращения планеты (V0) вокруг своей оси, на примере Юпитера

     Вот общая формула расчета скорости вращения планеты вокруг своей оси:

V0 = D*pi*1000/(24*60*60*T0), где D – диаметр планеты, км; pi – число пи; T0 – период вращения планеты вокруг своей оси, сут.

     Рассчитаем  скорость вращения Юпитера вокруг своей оси:

V0 = 142800 м*3,14*1000/(24*60*60*0,41042 с) = 12651,4212 м/с

3. Расчет скорости обращения планеты вокруг Солнца (Vc) на примере Юпитера

     При данном расчете скорости обращения  планеты не учитывался эксцентриситет орбиты, поэтому значение полученной скорости может отличаться от значения в справочных материалах.

Vc = 2*R*pi*1000000/(365*24*60*60*Tc), где R – радиус планеты, млн. км; pi – число пи; Тс – период обращения планеты вокруг Солнца, год.

     Рассчитаем  скорость обращения Юпитера вокруг Солнца:

Vc = 2*778,4 км*3,14*1000000/(365*24*60*60*0,4104167 с) = 13,0765 км/с 

2. Графики

2.1. График №1

2.2. График №2

2.3. График №3

3. Краткое описание планет Солнечной системы

     3.1. Меркурий - первая от Солнца планета. Это самая внутренняя и малая планета в Солнечной системе. Ее тяжело заметить из-за того, что угловое расстояние от Солнца очень мало макс. 28,3° Планету можно увидеть только несколько раз в год, когда она находится на максимальном расстоянии от Солнца (период элонгации). Часто Меркурий сравнивают с Луной, так как он сильно кратерирован. У меркурия нет естественных спутников. Состав поверхности Меркурия заметно отличается от других планет земной группы. Об этом говорят рентгеновские лучи, отражаемые планетой. В частности, на поверхности в 10 раз больше серы, чем на Земле. Это первые измерения состава поверхности Меркурия. Теперь можно предположить, что планета образовалась из тех же материалов, что и некоторые каменные метеориты класса хондритов и кометная пыль. Гипотеза о том, что планеты земной группы образовались из более мелких частиц, не нова. Это лишнее ее подтверждение, которое добавляет Меркурий к числу таких планет. К такому же заключению приводят измерения в гамма-диапазоне. Они позволяют определить наличие радиоактивных элементов калия, тория и урана. Отношение калия, летучего элемента, к торию и ураны показывает, что содержание летучих веществ на планете примерно то же, что и на других представителях группы.

     У планеты имеется крупное железное ядро, составляющее 0,1 от земного 70% от своей массы. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 К (−180…430 °C). Подсолнечная сторона нагревается гораздо больше чем полярные области и обратная сторона планеты. Близость к Солнцу и довольно медленное вращение планеты, а также отсутствие атмосферы приводят к тому, что на Меркурии наблюдаются самые резкие перепады температур в Солнечной системе. Средняя температура его дневной поверхности равна 623 К, ночной — всего 103 К. Минимальная температура на Меркурии равна 90 К, а максимум, достигаемый в полдень на «горячих долготах» — 700 К. Ученые предполагают, что в приполярных областях меркурия может быть лед, источником которого являются ударающиеся обповерхность Меркурия кометы.Несмотря на такие условия, в последнее время появились предположения о том, что на поверхности Меркурия может существовать лёд.

     3.2. Венера — вторая внутренняя планета Солнечной системы. Венера близка по размеру к Земле (0,815 земной массы) и, как и Земля, имеет толстую силикатную оболочку вокруг железного ядра и атмосферу. Имеются также свидетельства её внутренней геологической активности. Однако количество воды на Венере гораздо меньше земного, а её атмосфера в девяносто раз плотнее. У Венеры нет спутников. Это самая горячая планета, температура её поверхности превышает 400 °C. Наиболее вероятной причиной столь высокой температуры является парниковый эффект, возникающий из-за плотной атмосферы, богатой углекислым газом. Не было обнаружено никаких однозначных свидетельств геологической деятельности на Венере, но, так как у неё нет магнитного поля, которое предотвратило бы истощение её существенной атмосферы, это позволяет допустить, что её атмосфера регулярно пополняется вулканическими извержениями. Предложено несколько моделей внутреннего строения Венеры. Согласно наиболее реалистичной из них, на Венере имеется три оболочки. Первая — кора — толщиной примерно 16 км. Далее — мантия, силикатная оболочка, простирающаяся на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром, масса которого составляет около четверти всей массы планеты. Поскольку собственное магнитное поле планеты отсутствует, то следует считать, что в железном ядре нет перемещения заряженных частиц — электрического тока, вызывающего магнитное поле, следовательно, движения вещества в ядре не происходит, то есть оно находится в твёрдом состоянии. Плотность в центре планеты достигает 14 ^г/_см³.

     3.3. Земля является третьей от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Земная кора чуть более чем на 47 % состоит из кислорода. Наиболее распространённые породосоставляющие минералы находятся в оксидном состоянии; 1672 породы содержат 99,22% оксидов. Основные оксиды: Кремнезём SiO₂ 59,71 %; Глинозём Al₂O₃ 15,41 %; Оксид кальция CaO 4,90 %; Оксид магния MgO 4,36 %; Оксид натрия Na₂O 3,55 %; Оксид железа (II) FeO 3,52 %; Оксид калия K₂O 2,80 %; Оксид железа (III) Fe₂O₃ 2,63 %; Вода H₂O 1,52 %; Диоксид титана TiO₂ 0,60 %; Пентоксид фосфора P₂O₅ 0,22 %. Кремнезём формирует силикаты; природа всех основных вулканических пород связана с кремнеземом. Остальные элементы таблицы Менделеева находятся в земной коре в незначительном количестве. Земля, как и имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из: твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра(внешнее твердое ядро и жидкое внутренее). Внутренняя теплота планеты, скорее всего, обеспечивается радиоактивным распадом изотопов калия-40, урана-238 и тория-232. В центре планеты, температура, возможно, достигает 7 000 К, а давление - 360 ГПа. Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре посредством плюмов. Плюмы приводят к появлению горячих точек и траппов.

     3.4. Марс является четвёртой по удалённости от Солнца планетой и седьмая по размерам планета Солнечной системы. Химический состав Марса типичен для планет Земной группы, хотя, конечно, существуют и специфические отличия. Здесь также происходило раннее перераспределение вещества под воздействием гравитации, на что указывают сохранившиеся следы первичной магматической деятельности (сейчас имеется слабое магнитное поле, сила которого составляет около 2% от поля Земли  с противоположной земному полярностью и совпадением северных полюсов. Из-за намагниченности пород в некоторых областях локальные магнитные поля выше основного поля). По-видимому, имеющее относительно низкую температуру (около 1300 К) и низкую плотность, ядро Марса богато железом и серой (т.е. жидкое и электропроводимое) и невелико по размерам (его радиус порядка 800-1000 км), а масса — около одной десятой всей массы планеты. Формирование ядра, согласно современным теоретическим оценкам, продолжалось около миллиарда лет и совпало с периодом раннего вулканизма. Еще такой же по длительности период заняло частичное плавление мантийных силикатов, сопровождавшееся интенсивными вулканическими и тектоническими явлениями. Около 3 млрд. лет назад завершился и этот период, и хотя еще по крайней мере в течение миллиарда лет продолжались глобальные тектонические процессы (в частности, возникали огромные вулканы), уже началось постепенное охлаждение планеты, продолжающееся и поныне. На Марсе зарегистрированы марсотрясения. Мантия Марса обогащена сернистым железом, заметные количества которого обнаружены и в исследованных поверхностных породах, тогда как содержание металлического железа заметно меньше, чем на других планетах Земной группы. Толщина литосферы Марса — несколько сотен км, включая примерно 100 км ее коры. Кора богата оливином и железистыми окислами, которые и придают планете ржавый цвет. Химический состав поверхностного слоя: кремния 21%, железа 12,7%, серы 3,1%.

     3.7. Юпитер – самая большая планета в Солнечной системе; планета является газовым гигантом. Юпитер — мощный источник теплового радиоизлучения, обладает радиационным поясом и обширной магнитосферой. Юпитер имеет 16 спутников (Адрастея, Метида, Амальтея, Фива, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме, Пасифе, Синопе), а также кольцо шириной ок. 6 тыс. км, почти вплотную примыкающее к планете. Состав атмосферы: H2, CH4, NH3, He. Как и другие планеты-гиганты, Юпитер существенно отличается по химическому составу от планет земной группы. Абсолютно доминирующими здесь являются водород и гелий в «солнечной» пропорции 3,4 : 1, но в центре планеты согласно существующим моделям имеется жидкое ядро из расплавленных металлов и силикатов, окруженное водно-аммиачной жидкой оболочкой. Радиус этого ядра порядка 1/10 радиуса планеты, масса ~ 0,3-0,4 ее массы, температура около 2500 К при давлении ~ 8000ГПа.

     3.6. Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. шестая по счету планета от Солнца и вторая по размерам в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн  не имеет твердой поверхности. Он состоит из газов. Масса Сатурна в 95 раз больше массы Земли, но из за низкой плотности (всего 0,69 г/см³, что даже меньше плотности воды) эта планета является самой разрежённой в Солнечной системе. В центре планеты находится  ядро (больше земного примерно в 20 раз), состоящее из тяжёлых материалов — камня, железа и, возможно, льда. В целом Сатурн состоит из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и горных пород. Внутренняя область – небольшое ядро из горных пород и льда, покрытого тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем. Внешняя атмосфера планеты спокойная, однако иногда на ней появляются некоторые долговечные особенности. Скорость ветра на Сатурне достигает 1800 км/ч, так же Сатурн обладает планетарным магнитным полем, которое занимает промежуточное место по мощности между магнитным полем Земли и более мощным полем Юпитера. Магнитное поле планеты Сатурн простирается на 1 млн км в направлении Солнца. Сатурн имеет 61 спутник. Два из них – Гиперион и Феба всегда повернуты к Сатурну одной стороной. Сатурн имеет видимую кольцевую систему, состоящую из частиц льда и пыли. Самый крупный – Титан, единственный спутник Солнечной системы, обладающий значительной атмосферой. Сатурн имеет самые заметные и красивые кольца из всех планет – гигантов. Они располагаются под углом приблизительно 28° к плоскости эклиптики. С Земли кольца выглядят по-разному: их можно увидеть и в виде колец, и «с ребра». Кольца состоят из миллиардов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите. Выделяют три основных кольца и самое тонкое – четвёртое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого гиганта.

     3.7. Уран — седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе планета Солнечной системы. Наименее массивная планета из планет-гигантов. Урана, равная 1,270 г/см³, ставит его на второе место после Сатурна по наименьшей плотности среди планет Солнечной системы. У большинства планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики, но ось Урана почти параллельна этой плоскости. Причины "лежачего" обращения Урана точно неизвестны. Подобно другим планетам-гигантам, атмосфера Урана в основном состоит из водорода, гелия и метана, хотя их относительные вклады несколько ниже по сравнению с Юпитером и Сатурном. Теоретическая модель строения Урана такова: его поверхностный слой представляет собой газожидкую оболочку, под которой находится ледяная (смесь водяного и аммиачного льда) мантия, а еще глубже - ядро из твердых пород. Масса мантии и ядра составляет примерно 85-90% от всей массы Урана. Зона твердого вещества простирается до 3/4 радиуса планеты. Температура в центре Урана близка к 10000 К при давлении 7-8 млн. атмосфер (одна атмосфера примерно соответствует одному бару). На границе ядра давление примерно на два порядка ниже (около 100 килобар). Эффективная температура, определяемая по тепловому излучению с поверхности планеты, составляет около 55 К. Уран сформировался из первоначальных твердых тел и различных льдов (подо льдами здесь надо понимать не только водяной лед), он лишь на 15% состоит из водорода, а гелия нет почти совсем (в контраст Юпитеру и Сатурну, которые, по большей части, - водород). Метан, ацетилен и другие углеводороды существуют в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Атмосфера Урана состоит примерно на 83% из водорода, на 15% из гелия и на 2% из метана. Уран получает в 370 раз меньше тепла от Солнца, чем Земля. К тому же, Уран излучает тепла не больше, чем получает от Солнца, следовательно и скорее всего, он холоден внутри. Обедненность атмосферы планеты легкими газами - следствие недостаточной массы зародыша планеты. В ходе образования, Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода и гелия только потому, что к моменту, когда будущий Уран собрал достаточно массивное ядро, свободного водорода и гелия в Солнечной системе оставалось мало. Зато Уран содержит больше воды, метана, ацетилена. Подобно другим газовым планетам, Уран имеет кольца.