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原始海水的化學(xué)成分組成


實(shí)驗(yàn)室k / 2018-06-21

    地球表層的揮發(fā)性物質(zhì)的元素是以什么樣的化合物形式逸出的呢?欲了解這一問題,測定了這些元素間所能結(jié)合成的化合物的生成常數(shù),然后解這些聯(lián)立方程就行了。魯比(W.W. Rubey,1955)所用的反應(yīng)方程式和平衡常數(shù)列于表表4.2(D.J.Brancazio和A.G.W.Cameron,1963)。解這些方程式可知,它們是以H2O,HCl,CO2,N2,H2S,Ar等形式逸出的。在這些計(jì)算中對H2和O2量的估計(jì)是很重要的,倘若大量的H2充分地存在于原始大氣中的話,那么上述逸出的化合物應(yīng)成H2,H2O,HCl,CH4,NH3,H2S,Ar的形式。

 

    依據(jù)休斯(H.E.Suess)、尤里(H.C.Urey)等人作出的宇宙中元素平均存在量的表,像H2以及He那種原子量小的元素占壓倒多數(shù),而氫原子數(shù)約為氧原子數(shù)的2×103倍之多。在地球以外行星的大氣中,氫的含量如圖4.2所示:

因?yàn)榈厍虻馁|(zhì)量并不怎么大,所以認(rèn)為氫也全部逃逸到地球大氣圈外去了(北野1967,1969)。研究生命起源的人們一直支持大氣圈外有H2存在的觀點(diǎn)。然而,揮發(fā)性物質(zhì)從地球內(nèi)部逸出時(shí),它們當(dāng)然要和礦物相接觸,霍蘭(H.D.Ho-lland,1968)這樣認(rèn)為:當(dāng)揮發(fā)性物質(zhì)從熾熱的原始地球中通過時(shí),其與彼時(shí)可能處于均勻分布著的金屬鐵和硅酸鹽等構(gòu)成平衡狀態(tài)。氧和氫的分壓由下述兩個(gè)反應(yīng)式?jīng)Q定:

Fe2SiO4?Fe+FeSiO3 +1/2O2

H2O?H21/2O2

解這兩個(gè)方程式,得到:
    [H2]/[H2O]≈2。因水量是已知的,故可算出H2的量。松尾添加上該計(jì)算的氫量,推測出如表4.3所列揮發(fā)性物質(zhì)的化學(xué)形式(松尾,1968)。

表4.3初期逸出的氣體化學(xué)組成(容積百分比)(松尾,1968)

這樣就很清楚,氮以N2形式,C變成CO和CO2逸出地球。不久,鐵的地核一形成,終于因?yàn)樵诘蒯@镆呀?jīng)沒有了鐵,所以這時(shí)氫的分壓由下述兩式?jīng)Q定:

3Fe2SiO4 +1/2O2?3FeSiO3 +Fe3O4

H2O?H2+1/2O2

    因此,[H2]/[H2O]≈0.01這和魯比提出的值相一致(表4.1)。原始地球的揮發(fā)性物質(zhì)的形態(tài)為什么是還原形的?關(guān)于這一點(diǎn)也有爭論,但是,從常識(shí)來看,從還原型漸漸地轉(zhuǎn)變到氧化型化學(xué)形式的組合并不困難吧(P.J.Brancazio and A.GW.Cameron,1963)。不管怎么說,這樣的氣體逸出地表,不久溫度一降低就生成了液態(tài)水,并且HCI很容易就溶解在這水中。其濃度若由表4.1;換句話說基于現(xiàn)在地球表面的揮發(fā)性物質(zhì)來考慮,則為0.3NHCl溶液。這時(shí)N2(以NH3的形式溶入這0.3NHCl溶液,但是因NH3的量比起HCl的量來小許多,故不引起0.3NHCl濃度的改變),CO,CO2(或CH4)很難溶于這種0.3 NHCI溶液而存在于大氣中,這就構(gòu)成了大氣的成分。該0.3NHCI溶液可能立即和巖石發(fā)生反應(yīng),并把巖石溶解,而其本身卻被中和。這時(shí)被溶解的硅酸鹽類巖石就變成了碎屑巖(碎石、沙子、粘土等)。
    HCl和H2O逸出來的速度或許可以認(rèn)為是相同的,因此,其量與其它逸出的揮發(fā)性物質(zhì)并無關(guān)系,而由此生成的海水被認(rèn)為總是0.3NHCI溶液。因后面還要用到這概念,故請牢記。


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