«Космохимия»

(от Космос и Химия

наука о химическом составе космических тел, законах распространённости и распределения химических элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества. Наиболее изученная часть К. — Геохимия, К. исследует преимущественно «холодные» процессы на уровне атомно-молекулярных взаимодействий веществ, в то время как «горячими» ядерными процессами в космосе — плазменным состоянием вещества, нуклеогенезом (процессом образования химических элементов) внутри звёзд и др. — в основном занимается физика. К. — новая область знания, получившая значительное развитие во 2-й половине 20 в. главным образом благодаря успехам космонавтики. Ранее исследования химических процессов в космическом пространстве и состава космических тел осуществлялись в основном путём спектрального анализа (См. Спектральный анализ) излучения Солнца, звёзд и, отчасти, внешних слоев атмосфер планет. Этот метод позволил открыть элемент гелий на Солнце ещё до того, как он был обнаружен на Земле. Единственным прямым методом изучения космических тел был анализ химического и фазового состава различных метеоритов, выпадавших на Землю. Так был накоплен значительный материал, имеющий фундаментальное значение и для дальнейшего развития К. Развитие космонавтики, полёты автоматических станций к планетам Солнечной системы — Луне, Венере, Марсу — и, наконец, посещение человеком Луны открыли перед К. совершенно новые возможности. Прежде всего — это непосредственное исследование пород Луны при участии космонавтов или путём забора образцов грунта автоматическими (подвижными и стационарными) аппаратами и доставка их на Землю для дальнейшего изучения в химических лабораториях. Кроме того, автоматические спускаемые аппараты сделали возможным изучение вещества и условий его существования в атмосфере и на поверхности др. планет Солнечной системы, прежде всего Марса и Венеры. Одна из важнейших задач К. изучение на основе состава и распространённости химических элементов эволюции космических тел, стремление объяснить на химической основе их происхождение и историю. Наибольшее внимание в К. уделяется проблемам распространённости и распределения химических элементов. Распространённость химических элементов в космосе определяется нуклеогенезом внутри звёзд. Химический состав Солнца, планет земного типа Солнечной системы и метеоритов, по-видимому, практически тождествен. Образование ядер химических элементов связано с различными ядерными процессами в звёздах. Поэтому на разных этапах своей эволюции различные звёзды и звёздные системы имеют неодинаковый химический состав. Известны звёзды с особенно сильными спектральными линиями Ва или Mg или Li и др. Распределение химических элементов по фазам в космических процессах исключительно разнообразно. На агрегатное и фазовое состояние вещества в космосе на разных стадиях его превращений оказывают разностороннее влияние:1) огромный диапазон температур, от звёздных до абсолютного нуля; 2) огромный диапазон давлений, от миллионов атмосфер в условиях планет и звёзд до космического вакуума; 3) глубоко проникающие галактическое и солнечное излучения различного состава и интенсивности; 4) излучения, сопровождающие превращения нестабильных атомов в стабильные; 5) магнитное, гравитационное и др. физические поля. Установлено, что все эти факторы влияют на состав вещества внешней коры планет, их газовых оболочек, метеоритного вещества, космической пыли и др. При этом процессы фракционирования вещества в космосе касаются не только атомного, но и изотопного состава. Определение изотопных равновесий, возникших под влиянием излучений, позволяет глубоко проникать в историю процессов образования вещества планет, астероидов, метеоритов и устанавливать возраст этих процессов. Благодаря экстремальным условиям в космическом пространстве протекают процессы и встречаются состояния вещества, не свойственные Земле: плазменное состояние вещества звёзд (например, Солнца); конденсирование Не, На, CH₄, NH₃ и др. легколетучих газов в атмосфере больших планет при очень низких температурах; образование нержавеющего железа в космическом вакууме при взрывах на Луне; хондритовая структура вещества каменных метеоритов; образование сложных органических веществ в метеоритах и, вероятно, на поверхности планет (например, Марса). В межзвёздном пространстве обнаруживаются в крайне малых концентрациях атомы и молекулы многих элементов, а также минералы (кварц, силикаты, графит и т. д.) и, наконец, идёт синтез различных сложных органических соединений (возникающих из первичных солнечных газов Н, CO, NH₃, O₂, N₂, S и других простых соединений в равновесных условиях при участии излучений). Все эти органические вещества в метеоритах, в межзвёздном пространстве — оптически не активны.

С развитием астрофизики (См. Астрофизика) и некоторых др. наук расширились возможности получения информации, относящейся к К. Так, поиски молекул в межзвёздной среде ведутся посредством методов радиоастрономии (См. Радиоастрономия). К концу 1972 в межзвёздном пространстве обнаружено более 20 видов молекул, в том числе несколько довольно сложных органических молекул, содержащих до 7 атомов. Установлено, что наблюдаемые концентрации их в 10—100 млн. раз меньше, чем концентрация водорода. Эти методы позволяют также посредством сравнения радиолиний изотопных разновидностей одной молекулы (например, H₂¹²CO и H₂¹³CO) исследовать изотопный состав межзвёздного газа и проверять правильность существующих теорий происхождения химических элементов.

Исключительное значение для познания химии космоса имеет изучение сложного многостадийного процесса конденсации вещества низкотемпературной плазмы, например перехода солнечного вещества в твёрдое вещество планет Солнечной системы, астероидов, метеоритов, сопровождающегося конденсационным ростом, аккрецией (увеличением массы, «нарастанием» любого вещества путём добавления частиц извне, например из газопылевого облака) и агломерацией первичных агрегатов (фаз) при одновременной потере летучих веществ в вакууме космического пространства. В космическом вакууме, при относительно низких температурах (5000—10000 °С), из остывающей плазмы последовательно выпадают твёрдые фазы разного химического состава (в зависимости от температуры), характеризующиеся различными энергиями связи, окислительными потенциалами и т. п. Например, в Хондритах различают силикатную, металлическую, сульфидную, хромитную, фосфидную, карбидную и др. фазы, которые агломерируются в какой-то момент их истории в каменный метеорит и, вероятно, подобным же образом и в вещество планет земного типа.

Далее в планетах происходит процесс дифференциации твёрдого, остывающего вещества на оболочки — металлическое ядро, силикатные фазы (мантию и кору) и атмосферу — уже в результате вторичного разогревания вещества планет теплотой радиогенного происхождения, выделяющейся при распаде радиоактивных изотопов калия, урана и тория и, возможно, других элементов. Такой процесс выплавления и дегазации вещества при вулканизме характерен для Луны, Земли, Марса, Венеры. В его основе лежит универсальный принцип зонного плавления, разделяющего легкоплавкое вещество (например, коры и атмосферы) от тугоплавкого вещества мантии планет. Например, первичное солнечное вещество имеет отношение Si/Mg1, выплавленное из мантии планет вещество коры планет — Si/Mg6,5. Сохранность и характер внешних оболочек планет прежде всего зависят от массы планет и расстояния их до Солнца (пример — маломощная атмосфера Марса и мощная атмосфера Венеры). Благодаря близости Венеры к Солнцу в её атмосфере из CO₂ возник «парниковый» эффект: при температуре свыше 300 °С в атмосфере Венеры процесс CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂ достигает равновесного состояния, при котором в ней содержится 97% CO₂ при давлении 90 атм. Пример Луны говорит о том, что вторичные (вулканические) газы не удерживаются небесным телом, если его масса невелика.

Соударения в космическом пространстве (либо между частицами метеоритного вещества, либо при налёте метеоритов и др. частиц на поверхность планет) благодаря огромным космическими скоростям движения могут вызвать тепловой взрыв, оставляющий следы в структуре твёрдых космических тел, и образование метеоритных кратеров. Между космическими телами происходит обмен веществом. Например, по минимальной оценке, на Землю ежегодно выпадает не меньше 1․10⁴ т космической пыли, состав которой известен. Среди каменных метеоритов, падающих на Землю, встречаются т. н. базальтические Ахондриты, по составу близкие к поверхностным породам Луны и земным базальтам (Si/Mg 6,5). В связи с этим возникла гипотеза, что их источником является Луна (поверхностные породы её коры).

Эти и др. процессы в космосе сопровождаются облучением вещества (галактическим и солнечным излучением высоких энергий) на многочисленных стадиях его превращения, что ведёт, в частности, к превращению одних изотопов в другие, а в общем случае — к изменению изотопного или атомного состава вещества. Чем длительнее и разнообразнее процессы, в которые было вовлечено вещество, тем дальше оно по химическому составу от первичного звёздного (солнечного) состава. В то же время изотопный состав космического вещества (например, метеоритов) даёт возможность определить состав, интенсивность и модуляцию галактического излучения в прошлом.

Результаты исследований в области К. публикуются в журналах «Geochimica et Cosmochimica Acta» (N. Y., с 1950) и «Геохимия» (с 1956).

Лит.: Виноградов А. П., Высокотемпературные протопланетные процессы, «Геохимия»,1971, в. 11; Аллер Л. Х., Распространенность химических элементов, пер. с англ., М., 1963; Сиборг Г. Т., Вэленс Э. Г., Элементы Вселенной, пер. с англ., 2 изд., М., 1966; Merrill P. W., Space chemistry, Ann Arbor, 1963; Spitzer L., Diffuse matter in space, N. Y.,1968; Snyder L. E., Buhl D., Molecules in the interstellar medium, «Sky and Telescope», 1970, v. 40, p. 267, 345.

А. П. Виноградов.

КОСМОХИМИЯ - изучает химический состав космических тел, законы распространенности и распределения элементов во Вселенной, эволюцию изотопного состава элементов, сочетание и миграцию атомов при образовании космического вещества. Исследование химических процессов в космическом пространстве и состава космических тел до 2-й пол. 20 в. осуществлялось по спектрам звезд и путем химического анализа метеоритов. Развитие космонавтики открыло новые возможности непосредственного изучения неземного вещества.

astrochemistry

, наука о хим. составе космич. тел, законах распространенности и распределения элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции атомов при образовании космич. в-ва. Становление и развитие К. прежде всего связаны с трудами В. М. Гольдшмидта, Г. Юри,. А. П. Виноградова. Гольдшмидт впервые сформулировал (1924-32) закономерности распределения элементов в метеоритном в-ве и нашел осн. принципы распределения элементов в фазах метеоритов (силикатной, сульфидной, металлической). Юри (1952) показал возможность интерпретации данных по хим. составу планет на основе представлений об их "холодном" происхождении из пылевой компоненты протопланстного облака. Виноградов (1959) обосновал концепцию выплавления и дегазации в-ва планет земной группы как осн. механизма дифференциации в-ва планет и формирования их наружных оболочек-коры, атмосферы и гидросферы. До 2-й пол. 20 в. исследования хим. процессов в космич. пространстве и состава космич. тел осуществлялись в осн. путем спектрального анализа в-ва Солнца, звезд, отчасти внеш. слоев атмосферы планет. единств. прямым методом изучения космич. тел был анализ хим. и фазового состава метеоритов. Развитие космонавтики открыло новые возможности непосредств. изучения внеземного в-ва. Это привело к фундам. открытиям: установлению широкого распространения пород базальтового состава на пов-сти Луны, Венеры, Марса; определению состава атмосфер Венеры и Марса; выяснению определяющей роли ударных процессов в формировании структурных и хим. особенностей пов-стсй планет и образовании реголита и др. Подтвердились также основополагающие идеи, разработанные ранее преим. на земном материале (представления о единстве в-ва Солнечной системы и происхождении планет в результате аккреции твердой компоненты прото-планетного облака, о законах хим. эволюции планет и образовании их наружных оболочек в процессах выплавления и дегазации, о роли вулканич. процессов в формировании хим. состава коры и атмосферы планет и др.). Условия хим. процессов во Вселенной крайне разнообразны и специфичны: от сотен миллионов градусов и миллионов атмосфер в недрах звезд до космич. вакуума и единиц градусов Кельвина в межзвездном пространстве, мощные магн., гравитац. и др. физ. поля, мощные потоки плазменного в-ва и высокоэнсргетических галактического и солнечного излучений и др. Хим. состав космич. в-ва формируется в осн. в равновесных и неравновесных ядерных процессах, протекающих в недрах звезд и при взрывах сверхновых звезд. Он характеризуется резким преобладанием легких элементов (во Вселенной преобладают Н и Не), изотопов с массовыми числами, кратными 4, повыш. распространенностью четных (по числу протонов и нейтронов) изотопов относительно соседних нечетных соседей. На разных этапах эволюции звезды имеют неодинаковый состав. Хим. элементы в метеоритах в целом имеют изотопный состав, аналогичный элементам, слагающим в-во Земли и Луны. Это указывает на то, что главная масса в-ва Солнечной системы прошла единую ядерную историю и представляет собой достаточно однородную смесь. Однако среди разл. типов в-ва метеоритов найдены специфич. включения, являющиеся высокотемпературными конденсатами, в к-рых открыты мн. изотопные аномалии. Эти аномалии свидетельствуют о неполной гомогенизации в-ва, возникающего в разл. оболочках взрывающейся сверхновой, а также как продукты распада короткоживущих радиоактивных нуклидов (²⁶ Аl, ¹⁰⁴Pd, ²⁰²Pb, ²⁴⁷Cm и др.), возникших в последнем процессе нуклеосинтеза за 100-200 млн. лет до образования твердой фазы в Солнечной системе. В диффузной материи и излучениях, насыщающих межзвездное пространство, также преобладают ядра легких элементов; в холодных межзвездных облаках присутствует ряд простых и сложных (до 9 атомов) соед., в т. ч. органических (Н ₂ О, ОН ^-, СО, СН ₄, NH₃, формальдегид, этанол и др.), а также своб. радикалы; присутствуют твердые фазы (кварц, графит, магнетит, силикаты). При остывании и эволюции выброшенной из звезд плазмы формируются холодные твердые тела, начиная от космич. пыли и кончая родительскими телами метеоритов, астероидами, планетами. Осн. процессы формирования твердых тел Солнечной системы, как показывают радиоизотопные данные, прошли 4,55 млрд. лет назад. Образование твердых тел сопровождалось глубоким фракционированием космич. в-ва: твердая компонента Солнечной системы представляет собой труднолетучую его фракцию, резко обедненную водородом, инертными газами, азотом, а также С, S, Cl и др. Лишь удаленные от Солнца планеты-гиганты, их спутники и кометы сохранили в виде льдов и массивных атмосфер значит. часть солнечных газов. наиб. полно изученные представители твердого внеземного в-ва - метеориты, представляющие собой смесь силикатных (гл. обр. силикаты Mg и Fe), металлической (сплав Fe и Ni) и сульфидной (сульфид Fe) фаз; выделяются каменные метеориты, сложенные силикатами с добавкой металла (10-12%) и сульфида (1-2%), железные (более 95% Ni - Fe) и железо-каменные (ок. 50% силикатной и 50% металлич. фаз). В качестве характерных второстепенных минералов в метеоритах присутствуют графит, углеродистое в-во сложного состава, карбиды, фосфиды, очень редкие сульфиды Mg, Ca, Сr, нитриды Ti, Cr, Si и др. Хим. минер. состав и структурные особенности метеоритов свидетельствуют о конденсации первичного протопланетного облака и послед. агломерации пылинок с образованием массивных тел. Впоследствии эти тела подвергались с пов-сти облучению галактич. и солнечными лучами, что вело к изменению изотопного состава элементов в результате накопления космогенных, как правило, короткоживущих радиоактивных изотопов. Эти процессы слабо нарушают относительную распространенность большинства труднолетучих элементов, к-рая остается очень близкой к солнечной, свидетельствуя о единстве в-ва Солнечной системы. Изучение Луны, Марса и Венеры показало, что разделение элементов по степени их летучести, по-видимому, приводит не только к различиям валового состава планет земной группы и планет-гигантов, но и к нек-рым вариациям состава в пределах каждой группы планет и их спутников. На планетной стадии эволюции космич. в-во планеты подвергается глубокой дифференциации с образованием плотного ядра, глубинной оболочки (мантии), коры и атмосферы, сохраняющейся у достаточно массивных тел. В этом процессе, идущем по законам выплавления и дегазации в соответствии с принципом зонного плавления, наружные оболочки (кора, атмосфера и гидросфера) обогащаются Si, Al, Na, К, Са, Sr, Ba, U, Th, Ti, Zr и др., к-рые понижают т-ру плавления исходной метеоритной силикатной смеси, и летучими соед. (Н ₂ О, СО ₂, N₂, благородные газы и др.). Эти процессы протекают, как показывает изучение Земли, Луны, Марса, Венеры, по единым физ.-хим. законам и приводят к формированию однотипного в-ва (базальтов) в составе коры планет и газов атмосферы, состоящих из СО ₂, N₂, Аr, паров Н ₂ О; такой состав - признак в-ва, прошедшего глубокую дифференциацию в телах планет земного типа. На пов-сти планет земной группы идут сложные хим. р-ции преобразования глубинного в-ва под действием космич. облучения и ударов падающих тел, а в присутствии достаточно плотной атмосферы (на Земле-и живого в-ва) происходит формирование вторичных горных пород (осадочных, метаморфических), изменяется состав атмосферы вследствие р-ций газов с твердыми породами, появления в результате фотосинтеза растений свободного О ₂, окисления восстановл. форм соединений элементов и др. Лит.: Тейлер Р. Дж., Происхождение химических элементов, пер. с англ., М.. 1975: Виноградов А. П., "Геохимия", 1971, №11, с. 1283-%; Войткевич Г. В., Закрутин В. В.. Основы геохимии, М., 1976; Лаврухина А. К.. "Геохимия", 1978, №12, с. 1770 81; Космохимия Луны и планет. Сб. статей, М., 1975; Очерки сравнительной планетологии, мод ред. В. Л. Барсукова, М., 1981; Протозвезды и планеты. Сб. статей, ч. 1-2, М.. 1982; Шкловский И. С., Звезды: их рождение, жизнь и смерть, 3 изд., М., 1984. А. A. Ярошевский.

космохи́мия

изучает химический состав космических тел, законы распространённости и распределения элементов во Вселенной, эволюцию изотопного состава элементов, сочетание и миграцию атомов при образовании космического вещества. Исследование химических процессов в космическом пространстве и состава космических тел до 2-й половины XX в. осуществлялось по спектрам звёзд и путём химического анализа метеоритов. Развитие космонавтики открыло новые возможности непосредственного изучения неземного вещества.

* * *

КОСМОХИ́МИЯ, изучает химический состав космических тел, законы распространенности и распределения элементов во Вселенной, эволюцию изотопного состава элементов, сочетание и миграцию атомов при образовании космического вещества. Исследование химических процессов в космическом пространстве и состава космических тел до 2-й пол. 20 в. осуществлялось по спектрам звезд и путем химического анализа метеоритов. Развитие космонавтики открыло новые возможности непосредственного изучения неземного вещества.

— наука, изучающая распространенность и распределение хим. элементов в космосе: космическом пространстве, метеоритах, звездах, планетах в целом и отдельных их частях.

(от космос и химия) - наука о хим. составе космич. тел, законах распространённости и распределения хим. элементов во Вселенной, о синтезе ядер хим. элементов и изменении изотопного состава элементов, о процессах миграции и взаимодействия атомов при образовании космич. в-ва. К. - новая область знания, быстро развивающаяся со 2-й пол. 20 в. благодаря успехам космонавтики. Геохимия входит в состав К. как её старейшая и наиболее изученная область.

космохи́мия ж.

space chemistry

* * *

space chemistry

ж.

chimica f spaziale, astrochimica f

астр., наук.

космохі́мія, космохе́мія

астр., наук.

космохі́мія, космохе́мія

(астрохимия), изучает хим. состав космич. тел, законы распространённости и распределения элементов во Вселенной, эволюцию изотопного состава элементов, сочетание и миграцию атомов при образовании космич. в-ва. Исследование хим. процессов в космич. пространстве и состава космич. тел до 2-й пол. 20 в. осуществлялось по спектрам звёзд и путём хим. анализа метеоритов. Развитие космонавтики открыло новые возможности непосредств. изучения неземного в-ва.