太阳系元素的丰度

如题所述

太阳系元素的丰度也称宇宙丰度。戈尔德斯密特(1937)根据陨石、太阳和行星化学组成的对比,首次计算出元素的太阳系丰度。其中,H、He和其他挥发组分主要依据太阳光谱分析获得,非挥发性元素主要以陨石化学为依据。此后,卡麦隆(1959)、休斯和尤里等都进行了此项研究。最新的数据是Anders等于1989年发表的(表1-30)。

表1-30 太阳系元素丰度(单位:原子数/106Si原子)

分析太阳系元素丰度变化规律可以看出:某种元素的丰度与其相邻元素的丰度相比较,或高或低可达上百倍甚至上千倍,反映出元素在太阳系中的分布是极不均匀的。分析太阳系元素丰度可以看出如下规律:

(1)原子序数较低的元素其丰度随原子序数增大呈指数迅速递减,而在较重元素范围内(原子序数>45),元素丰度几乎保持固定不变,即丰度曲线近于水平。

(2)原子序数为偶数的元素,其丰度明显高于原子序数为奇数的相邻元素。同时具有偶数质量数(A)或偶数中子数(N)的同位素的丰度也总是高于奇数质量数(A)或中子数(N)的同位素。这一规律称之为奥多-哈根斯法则。

(3)H和He是丰度最高的两种元素。

(4)与He相邻近的元素,Li、Be和B具有很低的丰度,为亏损元素。

(5)O和Fe具有高丰度值,它们属过剩元素。

(6)质量数为4的倍数的同位素具有较高丰度。

通过对上述规律的分析可以发现,元素丰度与原子结构之间存在不可分割的关系。原子核由质子和中子构成,当中子数和质子数比例适当时,核较稳定。具有稳定原子核的元素一般分布较广。在原子序数<20的轻核中,当中子数等于质子数时,核最稳定。这正是的丰度都较大的原因。随着原子序数增大,核子的结合能降低,原子核趋于不稳定。

为了更深入地阐明有关太阳系元素丰度的规律,我们不能仅仅从原子核结构及其稳定性方面找原因,还应考虑元素起源和形成过程以及元素的化学分异等因素。根据恒星合成元素的假说,恒星在高温(n×106K)条件下,可以发生有质子参加的热核反应,这使 Li、Be和 B迅速转变为He的同位素4He。因此,Li、Be和 B丰度明显偏低。另外,在内行星和陨石物质中气态元素(H2、He 等)的丰度明显低于其在太阳系中的丰度。一般认为,造成这种差别的原因,是这类元素在行星和陨石形成过程中部分逃逸到宇宙空间所致。

人类对自然的认识总是处于不断深化的过程中,随着科学和技术的发展,人类对宇宙的奥秘将会有更多的新知,并将从中获得助益。世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵,一件是我们心中崇高的道德准则,另一件是我们头顶上灿烂的星空(伊曼努尔·康德,1788)。

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