Skoro we Wszechświecie występuje dużo więcej złota niż uran (współczynnik około 20: 1) ¹ , dlaczego sytuacja w skorupie ziemskiej ulega odwróceniu (około 1-krotność : 600) ² ? Odpowiedź tkwi w chemii.

Uran jest aktywny chemicznie. Łatwo utlenia się (blenda smołowa) i łatwo łączy się z krzemianami. Uran to litofilny (dosłownie kochający skały) pierwiastek ³ . Nie rozpuszcza się zbyt dobrze w stopionym żelazie, a zatem nie migruje do środka Ziemi, gdy Ziemia się różnicowała. Uran to „pierwiastek o dużym natężeniu pola”, jedna z dwóch klas pierwiastków śladowych, które są niekompatybilne z minerałami tworzącymi górny płaszcz ⁴ . Kiedy górna skała płaszcza ulega częściowemu stopieniu, niekompatybilne pierwiastki, takie jak uran, preferencyjnie łączą się ze stopionym krzemianem, a nie pozostają w stałych minerałach. Z biegiem czasu zwiększa to ilość uranu w skorupie w porównaniu z tą w górnym płaszczu ⁵ .

Z drugiej strony złoto jest raczej obojętne chemicznie. Ma niewielkie powinowactwo do tlenu lub siarki. Jednak łatwo rozpuszcza się w stopionym żelazie. Złoto to siderofilski (dosłownie kochający żelazo) element ³ . Z maleńkiego kawałka złota znajdującego się obecnie w skorupie, prawie żadne nie jest pierwotne. Prawie całe pierwotne złoto opadło do jądra Ziemi, gdy planeta się zróżnicowała. Złoto obecnie znalezione w skorupie zamiast tego przybyło do meteorów, które uderzyły w Ziemię po tym, jak Ziemia zakończyła formowanie ⁶ .

Powyższe zakłada, że ​​modele Ziemi masowo-krzemianowej (BSE) Ziemi są w zasadzie poprawne, że Ziemia uformowała się z protoplanet i embrionów planetarnych, które uformowały się z materii w wewnętrznym Układzie Słonecznym, oraz że proto-Ziemia różnicowała się w rdzeń i prymitywny płaszcz. Jednym z przewidywań tych modeli jest to, że zróżnicowanie, które stworzyło rdzeń Ziemi, spowodowało, że rdzeń został silnie wzmocniony w pierwiastki siderofilowe i mocno zubożony w pierwiastki litofilne, szczególnie w odniesieniu do wysoko ogniotrwałych pierwiastków litofilnych, takich jak tor i uran. Przeciwny (niezbyt dobrze przyjęty) model mówi, że jądro Ziemi nie jest pozbawione uranu, lecz jest wzbogacone uranem i do tego stopnia, że ​​w samym środku Ziemi znajduje się duży georeaktor. To są sprawdzalne hipotezy. Najnowsze badania geo-neutrin są zgodne z hipotezą BSE, a jednocześnie odrzucają możliwość istnienia dużego georeaktora w centrum Ziemi ⁷ .

Przypisy

1. Na podstawie Lodders, „Solar system obfitość elementów”. Principles and Perspectives in Cosmochemistry , Springer Berlin Heidelberg, 379-417 (2010), masowa obfitość złota do uranu w chondrytycznych meteorytach wynosi 18,1: 1, 25: 1 dla słońca fotosfera. W przypadku jednej znaczącej cyfry stosunek ten wynosi 20: 1.

2. Z Lide, redaktor, CRC Handbook of Chemistry and Physics, wydanie 88 , skorupa stosunek uranu do złota wynosi 675: 1. Z zasobów internetowych, takich jak web elements.com, otrzymuję współczynniki od ponad 400: 1 do ponad 600: 1. Użyłem 600: 1.

3. Victor M. Goldschmidt opracował koncepcję klasyfikowania pierwiastków jako siderofilskie („kochające żelazo”), litofilne („kochające skały”), chalcophile (dosłownie „kochające rudę”, ale Goldschmidt dorozumiany „kochający siarkę”) i atmofile („kochający powietrze”) w latach dwudziestych XX wieku. Podczas gdy początkowa koncepcja Goldschmidta dotycząca syderofilnego rdzenia otoczonego warstwą chalkofilową otoczoną z kolei litofilną warstwą zewnętrzną nie sprawdziła się, jego schemat klasyfikacji wciąż trwa. To, że uran jest litofilem, a złoto siderofilem, to podstawowa chemia.

4. Istnieją dwie kluczowe klasy „niekompatybilnych pierwiastków”: te o nienormalnie dużym promieniu jonowym i te z nienormalnie duże natężenie pola. Uran i tor należą do tej drugiej klasy.

5. Chociaż „niekompatybilnymi pierwiastkami” są litofile oparte na chemii, nie pasują one dobrze do struktur krystalicznych, z których składa się typowa skała. W skale ulegającej częściowemu stopieniu, niekompatybilne pierwiastki, takie jak uran, mają tendencję do migracji do stopu z powodu tej strukturalnej niezgodności. Z biegiem czasu tektonika płyt spowodowała migrację niekompatybilnych elementów do skorupy ziemskiej.

6. Oto konkluzja Willbolda i innych: „Skład izotopowy wolframu Ziemi / płaszcz przed bombardowaniem terminala. " Nature 477.7363: 195-198 (2011). Inni się nie zgadzają. Jedno jest pewne: złoto jest niezwykle rzadkim pierwiastkiem w skorupie ziemskiej.

7. Na przykład patrz Bellini i in., „Observation of geo-neutrinos. " Physics Letters B 687.4: 299-304 (2010), Fiorentini i in., „Geo-neutrinos and earth's interior”. Physics Reports 453.5: 117-172 (2007) i wiele innych ostatnich artykułów na ten temat.

Będę używać tabelarycznych wartości z artykułu w Wikipedii o obfitości pierwiastków w skorupie ziemskiej. Złoto ma tabelaryczną wartość 0,0031 ppm masy dla obfitości skorupy ziemskiej. Uran ma tabelaryczną wartość 1,8 ppm masy dla obfitości skorupy ziemskiej. Liczby te są interesujące, ponieważ uran występuje w obfitości prawie 500 razy więcej ppm niż złoto, mimo że uran ma masę atomową 238,02891, a złoto ma masę atomową 196,96657.

Jedną z najbardziej rozpowszechnionych teorii na temat niskiej naturalnej obfitości złota w skorupie, a mimo to jest to łatwo dostępne rudy, jest to, że podczas gdy Ziemia była jeszcze w stanie stopionym, izotopy naturalnie cięższych pierwiastków naturalnie tonęły w wyniku stopniowego oddzielania się do jądra . Gęsty materiał tonie, zubażając skorupę takich pierwiastków.

Artykuł z Nature - „Skład izotopowy wolframu w płaszczu Ziemi przed ostatecznym bombardowaniem” - opisuje, jak pierwiastki „kochające żelazo”, takie jak złoto, powinny wprowadzać je do z nimi również, ale w skorupie pozostaje ich nadmierna obfitość.

Z artykułu „The Cosmic Origins of Uranium” napisanego przez profesora Richarda Arculusa w Australian National University opisuje, jak liczne supernowe w okresie od 6 miliardów do 200 milionów lat temu, oprócz dziesięciu oddzielnych źródeł gwiazd, są odpowiedzialne za względną obfitość uranu w Układzie Słonecznym. Ponownie, ponieważ Ziemia była stopiona iw punkcie topnienia prawie wszystkich pierwiastków, ciężkie pierwiastki, w tym uran, zatonęły w jądrze Ziemi.

Jednak

Teraźniejszość -dniowa obfitość uranu w „zubożonym” płaszczu wystawionym na dno oceanu wynosi około 0,004 ppm. Z drugiej strony, skorupa kontynentalna jest stosunkowo wzbogacona w uran w ilości około 1,4 ppm. Stanowi to 70-krotne wzbogacenie w porównaniu z prymitywnym płaszczem. W rzeczywistości uran utracony ze `` zubożonego '' płaszcza oceanicznego jest głównie sekwestrowany w skorupie kontynentalnej.

Wydobywanie uranu z płaszcza i wychowanie do skorupy ma wiele teorii. Archus wysuwa hipotezę, że w okresie 2 miliardów lat

1.) tworzenie się skorupy oceanicznej i litosfery poprzez topienie płaszcza na grzbietach śródoceanicznych, 2.) migracja tej oceanicznej litosfery w bok do miejsca zużycia płyt (jest to zaznaczone na powierzchni głębokim rowem), 3.) produkcja płynów i magm z opadającej (subdukcji) płyty litosferycznej i nadrzędnego `` klina '' płaszcza w tych strefach subdukcji, 4. ) przeniesienie tych płynów / stopów na powierzchnię w strefach `` łuków wyspowych '' (takich jak Pierścień Ognia Pacyfiku), 5.) produkcja skorupy kontynentalnej z tych protolitów łuku wyspowego, poprzez przetapianie, formowanie granitu i recykling wewnątrz skorupy

te procesy pomagają wyjaśnić, dlaczego w skorupie ziemskiej występuje większa niż oczekiwano obfitość rudy uranu.