地球为什么是重元素呢(地球为什么重要)
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文章目录:
- 1、地球的重元素是从哪里来的?
- 2、地球上为什么有那么多重元素
- 3、地球上是怎么产生重金属元素?
- 4、地球是一颗普通的行星,为什么却拥有宇宙中绝大多数元素?
- 5、太阳和地球诞生在同一星云下,为什么地球上大部分是重元素呢?
- 6、地球的重元素是如何形成的
地球的重元素是从哪里来的?
个人觉得应该还是来自超新星爆发的时候合成的重元素。而且,地球的质量和太阳相比微乎其微,这些重元素对地球来讲比重很大,但对于太阳来讲则是微乎其微的。何况,地球等轨道靠内的行星距离太阳比较近,在形成的早期,在太阳风强劲的吹动下,较轻的元素挥发的比较多,所以地球等靠内的大行星上能看到较多的重元素,而木星等靠外的大行星则以氢、氦等轻元素为主。
地球上为什么有那么多重元素
重元素
重元素是指比铁族元素还重(原子序数Z30)的元素,由于重元素原子核之间强大的库仑斥力的作用,使得重元素不能像较轻的元素那样通过带电粒子之间的核反应来合成。
中文名:重元素
概述
重元素,指的是除去氢和氦之外的所有化学元素。一切重元素由氢与氦通过恒星内部核聚变反应产生。在恒星爆发成为超新星之后,重元素会扩散到宇宙空间中去。
由于在宇宙形成初期没有任何重元素,所以早期星体重元素含量很低。每种元素的含量叫做丰度。银河系晕中的球状星团中找到了银河系内年龄最老的恒星,它的重元素相对丰度只及太阳的0.2%。太阳比起它们,可以算是非常年轻的恒星了。
目前发现的最重元素是Uuo。
可能因为地球形成的时候附近宇宙空间重元素多
地球上是怎么产生重金属元素?
这个问题分三步走吧!
01 我们都是群星之子
宇宙中的恒星可以按照元素的组成分为三种。
1、星族Ⅲ星,也称“欠金属星”。
这里的“金属”在天文学上指的是:氢和氦以外的其他元素。
星族Ⅲ星完全由氢、氦组成,推测它们诞生于大爆炸后不久,只存在于理论之中,但迄今为止仍未发现。按照理论,它们应该非常巨大,质量是太阳的数百倍,但寿命极短,迅速坍缩为黑洞,它们是宇宙中的焰火。
2、星族Ⅱ星,也称“贫金属星”。
这一类恒星里的“金属”元素含量较低,它们最早起源于宇宙大爆炸后的第一批恒星,年龄相对较大。
银河系内,它们主要分布在球状星团和银晕里。因为“金属”元素相对较少,绕它们旋转的行星较少。
3、星族Ⅰ星,也称为“富金属星”。
我们的太阳就是这样一颗星族Ⅰ星,来自上一代恒星超新星爆炸后行星状星云里的星际尘埃,它们的年龄相对较年轻。
银河系内,它们主要分布在旋臂上,因为“金属”元素相对较多,绕它们旋转的行星较多。
这里可以看到,更老的恒星却被叫做星族Ⅲ星,并没有按照时间顺序来,这是 历史 遗留问题,因为在早期对恒星观察的时侯,并不清楚一些恒星的“金属”含量会比其他恒星多的原因。
结论一:原始太阳系来自第一代或第二代恒星(星族Ⅱ星或更早的星族Ⅲ星)超新星爆发后抛出的气体尘埃,我们都是群星之子。
02 铁以上的重元素来自s-过程和r-过程
在恒星内部,通过核反应最高只能聚变出铁元素。铁56的比结合能最大,再要合成更重的元素,就不是放热反应,而是吸热反应了,因此更重元素无法通过核聚变来产生,主要来自恒星的超新星爆炸或双中子星合并。
超新星爆炸和双中子星合并的时候,伴随着高密度的中子流,每秒每立方厘米高达100万亿亿个中子。
在如此之多的中子碰撞下,较轻的原子核如同沐浴在中子的“沙尘暴”里,各种各样的富中子原子核被制造出来,而又迅速发生β衰变,最终变成较稳定的原子核。
铱、锇、铂等贵金属、其他重元素以至放射性元素都可以通过这种“快中子俘获”过程(r-过程)制造出来。
那是不是所有重元素都来自超新星或双中子星合并呢?也不尽然,在恒星内部,也有一条持续稳定的路径,让比铁重的元素逐一生成,这就是“慢中子俘获”。
第一代超新星爆炸出一些重元素的碎屑,有些飘荡在宇宙空间,凝结成行星,也有些被其他恒星吸引过去,成为进一步核反应的母核。
在恒星内部,有着各种各样的辐射,其中就有中子辐射。偶然的机会,“贪吃蛇”母核将中子俘获过去,“吃”进肚里,变成更大的原子核。
这个过程很漫长,可能要一年,甚至十年,才会发生一起俘获事件,所以称为“慢中子俘获”(s-过程)。
这些原子核就如同滚雪球一般,越来越大。然而雪球毕竟是有限度的,吃胀肚子的不稳定原子核会发生β衰变,吐出电子和中微子,变成了原子序数+1、原子量相同的其他元素。
相比较而言,r-过程效率较高,s-过程的贡献较低。
03 地球上重元素比例为何如此之高?
我们相信,地球、木星和太阳都来自形成原始太阳系的星云,因此元素比例应该是一样多的,然而为何地球上氢、氦等较轻元素这么少呢?
简单点说就是较轻元素被吹光了。
罪魁祸首就是太阳,太阳在无时不刻向外“吹风”,其实吹的是“太阳风”——带电粒子,靠近的星球比较惨,大气每天受到冲击,较轻的元素(主要是氢、氦)就这样被“吹”跑了。
最近的水星根本形成不了大气。
没有磁场的星球尤其惨,比如金星转速太慢,形成不了磁场,太空探测器发现了一条向地球轨道延伸的彗星状尾巴。
地球比较好,有磁场保护,平常时候大部分带电粒子偏转,但太阳风力过强还是会“击穿”它,让我们看到美丽的极光。
火星比水星大,距离太阳的距离是水星的四倍,但人们认为太阳风已经将其原有大气的三分之一剥离,只留下了地球大气密度的百分之一。
据测定,火星大气剥离的速度约为每秒100克。
因此,靠近太阳的四颗类地行星表面很难找到大量的氢和氦,就好像几个被太阳风剥光氢氦衣服后,只剩下几个石质裸核。而较远处的类木行星受太阳风影响极小,因此还能披上厚厚的氢氦衣服。
总结一下:
1、我们都是群星之子,地球上的重元素来自几十亿年前的第一代或第二代恒星超新星爆炸或双中子星合并。地球自身产生不了重元素,只可能由更重的放射性元素衰变成不那么重的放射性元素,比如U238经过α衰变成钍234。
2、有两条路线可以生成重元素,r-过程(超新星爆炸或双中子星合并)和s-过程(恒星内部)。
3、地球上重元素之所以这么多,是因为较轻元素被太阳风吹光了。
作者:鲁超
地球是一颗普通的行星,为什么却拥有宇宙中绝大多数元素?
地球上的元素都是由氢核聚变而来。7百万度时氢核聚变为氦,现在太阳内部1500万度,正在氢氦聚变氦,碳,氧,氮等元素稳定缩环聚变中。随太阳氢的消耗,太阳引力收缩,温度上亿度几十亿度压力增高还有更重的元素生成。
那地球上的金银铜铁锡等等重元素哪里来的呢?这说明我们的太阳,在宇宙诞生以来不是第一代恒星,有可能是第二代或第三代恒星了。因为恒星最后归宿都会引力收缩产生几十亿度高温和高压会爆炸死亡合成大量各种重元素向外抛射大量物质,而恒星中心则视恒星质量大小而形成矮星,中子星或黑洞。
恒星死亡向外抛射的物质,若干年后又可能演变为新的恒星。
1千多年前中国人看见并记录了恒星死亡爆炸形成的蠏状星云就是例证。
天上有主只一个,地上有主何其多,人在万物之中活,真正实在有偏差。
我们地球在宇宙中算得上是一颗非常宝贝的星球,并非是普通的,"它"具备了很多灵性人事,灵性物质,这是许多星球上没有的,好象我们地球就是宇宙中心。我认为太阳系内的许多星球跟我们地球相当于亲眷的关系,今天先说我国的梅雨季节为什么那么多水?当地球旋转至65度角度时加上某个星球的连带关系'影响,基本上半个月甚至一个月见不到太阳,形成了我国的梅雨期雨水多的情况,怎样才能调节它?现在的科学,东说西唱宇宙的评论,,,,,,
太阳和地球诞生在同一星云下,为什么地球上大部分是重元素呢?
“年轻人最强大的因素就是我们无法知道什么是不可能的。”——亚当·布劳恩
我们知道太阳和地球是诞生在同一块区域下的,也就是说是由同一片气体云塌缩形成的,但是看一看太阳,然后再看一看行星。也许你会认为质量是唯一的区别,但是在细想一下,如果太阳(以及所有的恒星)主要由氢和氦组成,为什么行星上的物质分布就不一样呢?也就是说,行星上为什么都是重元素?
不仅行星上的物质分布不一样,而且甚至相差甚远。今天我们就说下岩石行星的元素比例为何和恒星不一样?
地球上的元素分布情况
当我们环顾周遭,就会发现周围有各种各样的元素,在地球上大约有90种左右的元素。氢确实很丰富,但不占主导地位,尤其是从质量上看,氢的比例很小。我们呼吸的空气主要是由氮气和氧气组成;地球上的海洋质量只有11%的氢(因为每个氧原子的质量是每个氢的16倍);从岩石到泥土再到植物和动物,有生命的和无生命的固体物质都含有大量的氢,但是在数量上钠、氧、硅、铝和许多其他元素远远超过了氢的含量。
如果我们深入地球内部,轻元素会更少。当然,我们可以在地下空间中找到更多的氦储备,但这些氦储存库是由数十亿年来超重元素的放射性衰变产生的。地球内部也有少量的氢,但越往深处,就会得到越来越重的元素:像铁、镍和钴这样的金属,以及超出元素周期表稳定极限的元素。
这是因为随着我们越往深处走,地球的各个层会变得越来越密集。这不仅仅是由于重力的收缩和压缩,还有较重的元素会沉到底部。
最后一点非常重要,所以我要再说一遍:当地球非常年轻的时候,存在着各种各样的元素,但较重的元素会沉到底部,较轻的元素“浮”在顶部,就像密度较小的液体浮在密度较大的液体上面一样。
所以当我们看地球时,我们实际上看到的是地球表面优先呈现的最轻的元素;但地球上拥有的大部分是更重的元素。所以说到氢和氦,地球的储量真的很少。
恒星上的元素比例
现在,我们看一下太阳和恒星。在太阳光谱中,我们可以看到有各种各样的吸收线,其代表了地球上所有的元素,还有一些根本不是自然形成的。
但有一件事非常突出:氢和氦的吸收特性非常强。如果我们了解了恒星是如何运作的,以及温度、电离和元素丰度之间的关系,我们就会发现,太阳是由大约70%的氢、28%的氦和大约1- 2%的“其他”物质组成的。
然而地球是99%以上的“其他物质”组成的!为什么会这样呢?为了理解这个问题,让我们回到太阳系的诞生之地:恒星形成星云。星云是由气体组成的分子云,主要是氢气、大量氦气和少量其他物质,在自身重力的作用下开始坍缩。
岩石行星上的轻元素都去哪了?
在形成恒星的最初阶段,引力是唯一重要的因素。气体云不可避免地塌缩成团块,这些团块在某些地方会变得越来越密集,密度过大的气体则会吸引越来越多的物质。由于引力坍缩相对较快,而且这些气体云没有有效的方式将能量辐射出去,所以坍缩会导致团块的内部升温。不久,核心的氢达到了足够的温度和密度,于是就开始了核聚变。
这些新生的恒星有很多种不同的颜色、温度和质量。但它们有一个共同之处,那就是它们不是孤立形成的,而是与周围其他更小的物质“团块”一起形成。其中那些最大的物质团块,以及那些最开始在质量上领先的行星,最终会成长为岩石行星、气体巨星,或者在最极端的情况下,成长为其他恒星。这就是有些恒星系统中存在双星,甚至是三星的情况。
与此同时,系统中母恒星释放出的能量被抛向太阳系中所有与之能发生相互作用的物体。这包括太阳风、离子、电子,当然还有光子。问题是,这些高能粒子会遇到什么?
对于这些能量遇到的每一颗行星或小行星,它们都在撞向行星最外层、最轻的元素,因为这些元素“漂浮”在最重的元素之上,而最重的元素大多都向中心下沉。想一下如果你跑过去用尽全力踢一个足球会发生什么,而如果你用尽全力踢一个保龄球会发生什么?不用考虑脚是否受得了,想想球!足球将会得到一个非常快的速度,飞得又快又远,而保龄球几乎是原地不动。
为什么?因为当我们给不同质量的物体相同的能量时,较轻的物体会获得更快的速度。
气体的逃逸取决于行星的质量和温度,以及气体的质量。图中“在”行星上方的每一种元素都会逃逸,这就是为什么没有一个岩石世界有氢/氦大气,但所有四颗气态巨行星都有这两种轻元素。
在几乎所有的星球上,太阳风足以将几乎所有的氢和氦驱逐到星际空间中!恒星释放出的能量足以给这些轻原子足够的速度,使它们达到行星逃逸速度,并不再受行星的引力束缚。
只有气体巨行星(大约是地球质量的两倍或更多)才有足够的引力来维系氢/氦的大气层。因此星球越庞大,它能捕获的氢/氦就越“厚”!因此我们认为这些气态巨行星应该有一个密度大、充满重元素的固态内核,但只有在穿过以氢为主的大气层后才会发现它。
总结:
因此行星都是由相同的物质产生的,如果没有恒星发出的辐射,每一颗行星都会被氢和氦占据,就像我们的太阳和其他恒星一样。但是一颗行星非常接近一个能量源意味着每一个元素都会受到恒星风的剥离,就我们所知的所有岩石行星而言,这个能量足以让岩石行星上几乎所有的游离氢和氦消失。
只有当行星积累了足够的质量,并且/或者离母星足够远的时候,才能在面对辐射能量时抓住所有元素中最轻的元素。质量越大,抓得越紧!但行星的质量有一个太阳质量8%的极限,一旦达到这个极限,就会开始把氢聚变成氦,变成了一颗恒星!
这就是为什么地球和太阳的元素组成如此不同的原因。
地球的重元素是如何形成的
地球与太阳系所有星球一样,都来自于银河系中一大团星际气体尘埃云的引力收缩。
在至少50亿年前,银河系中有一颗大质量恒星演化到了晚期,成为一个巨型的“洋葱头”,其结构如下。
最外层是最轻的元素氢,越向内,各层元素的原子序数越大,元素越重。这是因为恒星的核聚变反应是从氢聚变为氦开始的,产生的氦集中于恒星中心,并持续收缩,温度和压力越来越高,到达到氦聚变为碳的条件时,氦聚变开始进行,内部又聚集起碳,然后碳元素继续收缩、聚变,产生更重的元素。当内部形成铁元素后,恒星中心的核聚变反应就会停止了,因为铁的核内能最小,不能通过聚变释放能量。如果要让铁核继续聚变,不但不能释放能量,还需要向核内注入能量才行。于是,恒星中有了一个“呆滞核”。此时铁以无法继续压缩的电子简并态存在。而此时的恒星已经膨胀为一个巨大的红巨星甚至红超巨星。由于恒星膨胀的太大,各外层上的物质密度、压力也相应下降,各层相接处的核聚变反应强度也在慢慢下降,直到停止或几乎停止。
恒星是依靠内部核聚变反应产生的向外的辐射压与向内的引力相平衡来维持稳定的。一旦核聚变反应停止,向外的辐射压消失,恒星就不能保持稳定了,强大的引力就会把外层所有的物质都拉向内部,恒星发生了剧烈的引力坍缩,所有的物质都以极高的速度落向恒星中心,在到达中心的铁核时,其速度甚至可以与光速相比,这个过程叫做“铁心灾变”。
在外层物质以极高的速度撞击到铁核时,在带给核巨大的动能的同时,铁核无法压缩,所有外层物质与铁核发生的碰撞几乎是完全弹性碰撞,恒星发生了强烈无比的内爆,这些物质会以差不多同样的速度向外冲出恒星,超新星爆发就这样发生了。
碰撞带给铁核的能量使铁核继续聚变,产生出比铁更重的元素,如铜、金、银、汞。。。一直到铀,其中的一部分会随着爆发物质一起离开恒星。至于恒星内核中的物质,会被继续被压缩,视其最终质量,成为一颗中子星或黑洞。
离开恒星的物质会与宇宙中原来就有的星际气体尘埃云混合起来,共同构成形成下一代恒星(及其行星)的原料。
我们的太阳系就是在这类被宇宙重元素“污染”了的星际气体尘埃云中引力收缩产生的,所以在各个行星、卫星及太阳本身中,都有来自于上一代恒星发生超新星爆发产生的重元素。
因此,我们地球以及我们自己,都是超新星爆发的残骸。
关于地球为什么是重元素呢和地球为什么重要的介绍到此就结束了,不知道你从中找到你需要的知识了吗?如果你还想了解更多百科问答相关的内容,记得收藏关注本站。
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