Природные процессы образования земных и внеземных веществ. Природные запасы сырья и превращение энергии

Геохимические процессы на Земле связаны с превращением сложных соединений и смесей, состоящих из кристаллических и аморфных фаз. Многие из них протекают при очень высоких давлениях и температурах. Современные технические средства эксперимента позволяют воспроизвести в лаборатории условия, близкие к условиям внутри Земли и даже земного ядра. Природные процессы – кристаллизация, частичное растворение, изменение структуры, минералов (метаморфизм), выветривание и т.п. приводят к образованию рудных отложений или к их рассеянию.

Большой интерес представляют метеориты: они дают необходимую информацию об эволюции небесных тел, находящихся на разных стадиях развития. При этом важную роль играет анализ изотопного состава многих металлов и газообразных веществ, найденных в метеоритах.

Химия уже внесла существенный вклад в исследование космического пространства. Без ракетного топлива и материалов, способных выдержать огромное давление, высокую температуру и интенсивное космическое излучение, без электрохимических источников энергии, без разнообразных химических средств для обеспечения питания космонавтов и устранения отходов сегодня смотрели бы на Луну из нашего прекрасного далека. Космос с давних пор стал объектом химических исследований. На стыке химии и астрофизики зародилась новая отрасль естествознания – космохимия, изучающая состав космических тел, законы распространенности элементов во Вселенной.

Первые результаты о химическом составе небесных тел были получены с помощью спектрального анализа. В химических лабораториях, кроме того, исследовался состав метеоритного вещества. Состав метеоритов оказался сообразным, как если бы они происходили из «одного и того же рудника». До сих пор ни в одном метеорите не найден элемент, который не встречался бы на Земле. С помощью самых точных методов анализа в метеоритах обнаружены почти все известные на нашей планете элементы. Характерная особенность большинства метеоритов заключается в том, что они содержат много чистого железа и очень мало наиболее распространенного на Земле кварца. Вещества, которые указывали бы на существование жизни в космосе пока не найдены, хотя углерод обнаружен в виде крошечных алмазов, графита и аморфного угля. Относительно недавно появилось сообщение об обнаружении бактериоподобной структуры в метеорите с Марса, что является предметом дальнейшей дискуссии о существовании жизни на данной планете в далеком прошлом.

Наиболее часто встречающиеся каменные метеориты, как и большинство земных пород, состоят в основном из силиката магния. Железные метеориты содержат до 90% железа. Содержание никеля в них составляет 6–20%. Кроме того, метеориты содержат кобальт, медь, хром, фосфор, серу, платину, палладий, серебро, иридий, золото и другие элементы. Встречаются включения газов: водорода, диоксида и моноксида углерода.

Прямая геологическая разведка небесных тел началась 21 июля 1969 г., когда люди впервые ступили на поверхность Луны и отобрали пробы лунного грунта. Через год прилунилась первая автоматическая станция «Луна-16», возвратившаяся на Землю с образцами лунной породы. Немного позднее, в ноябре 1970 г. на Луну доставлена советская автоматическая станция «Луноход-1», которая, начав свое движение по Луне с северо-западного Моря дождей, обследовала за 321 сутки около 50 га лунной поверхности. Обследования проводились и днем, и ночью при температурах от -140 до +130 °С. Результаты анализа показали, что, за исключением несколько повышенного содержания тугоплавких соединений титана, циркония, хрома и железа, лунные породы по своему составу очень похожи на земные. Некоторые различия выявились в свойствах. Так, лунное железо ржавеет медленнее, чем земное. В верхнем слое лунного грунта обнаружен минерал, получивший название реголит, теплопроводность которого значительно меньше теплопроводности земных теплопроводных материалов.

Исследовались и другие космические объекты. Так, с помощью космического зонда, отправленного к Венере, в результате гамма-спектрального анализа установлено, что грунт Венеры по химическому составу соответствует граниту.

Материя, находящаяся в межзвездном пространстве, состоит из двух компонентов – межзвездного газа и межзвездной пыли. Наиболее распространены в космическом пространстве водород (70 масс %) и гелий (28 масс %). В газовых межзвездных облаках обнаружено более 20 химических компонентов. Наряду с простыми молекулами (СО, Н₂, НСN, Н₂О, NН₃) в 200 космических газовых скоплениях найдены и более сложные химические соединения – метанол, изоциановая кислота, формамид, формальдегид, метилацетилен и ацетальдегид. Относительно недавно обнаружены молекулы этилового спирта, муравьиной кислоты и других соединений.

Исследования космической химии носят преимущественно познавательный характер, но нельзя исключать, что в будущем они обретут практическую значимость. Тем не менее уже получены некоторые важные для практики результаты. Например, для химико-фармацевтической промышленности представляет практический интерес более интенсивное развитие бактериальных культур в невесомости, чем на Земле. Металлурги могут ожидать разработки сплавов с новыми свойствами. Весьма перспективно выращивание в космосе бездефектных монокристаллов, особенно оксидов металлов. Следует ожидать, что в XXI в. появится новая отрасль науки – химия синтеза в космосе.