有哪些地球上很稀有,在宇宙其他天体却很常见的元素?

在1869年,俄罗斯化学家门捷列夫把当时发现的66种元素排列成现在著名的元素周期表,到目前为止,人类已经发现了118种元素,其中92种为天然元素,26种为人工合成的。

地球上的一切可以说都是由元素所构成的,然而对于整个宇宙来说,地球应该只能连一粒尘埃都算不上,十分都渺小,因此地球上的元素资源自然是非常稀缺的。

就拿氦来说,从整个宇宙的角度来说,宇宙丰富中最多的一种元素应该为氢元素,其次为氦元素,而氢和氦不仅是分布最广的两种元素,还是宇宙中含量最高的两种元素。

其中氢元素占到了宇宙总元素的75%左右,而氦元素也占到了23%左右,剩下不到2%的元素都是由其他元素共同组成的,但是氦元素在地球上却十分稀缺。

为什么地球上的氦元素那么少呢?

氦作为宇宙元素中含量第二的物质,在宇宙星际中其主要来源是恒星以及星际能源的热核反应,按理说氦元素应该十分广泛。

然而,在地球上氦元素却是非常少。之所以氦元素在地球上非常稀缺,主要有以下几个方面,其一是氦的原子序数是2,相对原子质量为4.0026,所以氦太轻了。地球上的重力并不能把氦维持住,一阵太阳风过来,就可以把氦给“吹跑了”。

其二就是氦本身是一种惰性气体;其三,一千克铀经过5000万年的衰变才产生了1克氦气,所以氦元素的生成效率非常低。

目前地球上的氦元素主要都存在于地壳中,主要是由一些放射性元素经过衰变后产生的,比如铀元素发生阿尔法衰变后会产生氦元素,因此氦元素在地球上是非常稀有的。而且如今氦在多个领域都具有非常重要的作用,如充当冷却剂。

元素的生成机制

原子是由原子核(质子、中子)以及围绕在原子核周围的电子构成,决定某个原子元素种类的,是这个原子核内的质子数量,比如说氢的原子核只有一个质子,它就是元素周期表上的1号元素,而氦的原子核内有两个质子,它就是元素周期表上的2号元素,然后以此类推。

从理论上来说,只要把质子一直进行组合,就可以创造出越来越重的元素,但在原子核内部,一直存在着两种基本力——强相互作用力(是将原子核内的核子束缚在一起)以及电磁力(是将原子核内的质子分开)。

由于质子带正电,因此这两种力相互排斥。强相互作用力虽然大,但作用范围太短,相反电磁是个长程力,并可以无限叠加,不过就是比强相互作用力小。

因此当原子核内的质子达到一定数量,两种力之间的排斥力就会发生叠加,而在这种情况下的原子核就会变得很不稳定,从而发生衰变。

比如说α衰变就是原子核内释放出由两个质子和两个中子构成的α粒子,α衰变发生后,原子核的质量数会减少4个单位,其原子序数也会减少了2个单位。

总而言之,当原子的原子核内的质子数量越多,这个原子就越不稳定,一旦原子核内的质子数量超过临界点时,这个原子就会发生衰变。

虽然宇宙浩瀚无垠,但在宇宙中的规则几乎都是一样的,也就是说任何元素都具有一定的特征,遵循一定的形成规律,因此宇宙中的元素也存在于地球上。

目前,我们对新元素的探索主要是从人工合成和自然探索这两个方面进行的,其中人工合成主要是通过高能中子的长期辐照、核爆炸和重离子加速器等现代实验手段来实现的。

除此之外,我们还可以从宇宙射线、卫星石以及天然矿物等等发现新元素。如今人类已经可以在实验室里通过核碰撞来创造出新元素。

2014年,日本曾使用rilac直接加速器加速锌粒子并撞击一片铋箔,创造出了第113号元素“Unt”,但人工元素的寿命极短,而这个113号元素只存在万分之三秒,就发生了衰变,变成了其他元素。

再来说2016年,科学家们用人工元素锎去撞击钙,制造出一个原子核中含有118个质子的新原子,然而这种元素仅仅存在了1毫秒,不过这却是人类制造出最重的元素。

地球是一颗岩石星球,几十亿年前大量的氢元素依靠万有引力聚集在一起形成了太阳,太阳释放的粒子流将太阳附近较轻的元素吹到远处,较重的元素依靠万有引力聚集在一起形成了地球这样的以硅酸盐为主的类地行星。吹到远处的轻元素聚集在一起可以形成以氢气、氦气为主的体积较大的类木行星。

从星球的形成过程中可以看得出,不同类型的星球,元素含量也是不同的。宇宙中含量最多的元素是氢,其次是氦。木星上氢所占的比例几乎是90%,其余的主要是氦。而在地球上几乎难以找到游离态的氢,即使是化合态的氢也大约只占地球总质量的1%。至于氦,在地球上更是属于稀有气体。

恒星是一座巨大的元素加工厂,可以将氢和氦等轻元素聚变成重一些的元素。恒星的质量越大,就能够生产更多种类的元素。像太阳这样质量的恒星,核聚变能够聚变到碳、氧,质量更大的恒星可以制造出更重的元素,最重到铁元素。元素周期表上铁之后的元素可以通过超新星爆发或者白矮星、中子星等大质量天体的剧烈碰撞产生。比如,在人类首次观测到的双中子星合并释放引力波事件中,制造出的高达300个地球质量的黄金。地球上的黄金就是来自于恒星的遗骸,地球上沉积的黄金比较少,所以黄金显得比较稀有贵重,或许在其他星系的一些行星上,黄金含量远远超过地球。

说到这里,我想起了宇宙中的“钻石星球”。有一些恒星能够聚变到碳,这种恒星寿命结束后会变成白矮星。白矮星的温度逐渐降低的过程中会使得其中的碳结晶化,这样碳就变成了地球上价值连城的钻石。这样一颗质量庞大的钻石星球,对地球人来说欣喜的同时也只能干瞪眼。人类还没有能力到遥远且拥有强引力的白矮星上开采物质,如果真的有能力开采白矮星上的钻石,恐怕那时候人类就已经能够在地球上大规模的生产制造大质量的钻石了。即使把白矮星上的钻石运了回来,也早就没什么价值了。

直接给出答案,那就是铱元素和钻石。

宇宙中最常见的元素是轻元素。重元素基本构成了行星。

如果大家了解宇宙的演化史,那肯定可以得知宇宙中氢、氦等轻元素的含量是最高的,基本占据了宇宙的90%以上的明物质总质量。

从宇宙大爆炸开始算起,宇宙一开始基本全是氢、氦这样的元素,随后在引力的作用下开始聚集。氢同位素聚变成氦,氦再聚变成硼等。恒星就是重元素的炼丹炉。

而宇宙中大部分轻元素还没有被聚变过。虽然宇宙中数量最多的是卫星和行星这样的天体,但是质量占比最大的是恒星这样蕴含轻元素的天体。

地球上的重元素基本都在地核,比如铱元素,基本全在地核处,地壳上的铱含量只是千万分之一。

地球整体上铱元素的含量甚至还不如一颗直径100公里的彗星。

宇宙中的钻石行星很多

其实宇宙中有很多钻石行星,其本质就是碳的同位素。常见的钻石是以碳原子构成的正八面体。每个碳原子都是sp3杂化,并于其他碳原子形成共价键。

虽然地壳也富含碳元素,但是大部分都是和氢、氧元素结合,也就是我们常用的煤。

所以天然的钻石在地球上并不常见。

但是宇宙中碳化行星很多。这些行星一般富含碳元素,但是缺少氢、氧元素。所以碳─碳结合的化合物就会超过碳─氧组合,并形成大量的钻石和石墨。

比如距离地球600光年远的WASP─12b行星,其表面富含着高精度钻石。

除了小行星,还有富含钻石的大行星,比如距地球41光年外的巨蟹座55e就是一个质量比地球大至少7.8倍的行星。

其中三分之一的质量都是碳元素,而该行星极度缺乏氧。科学家预计该行星至少有10分之一的质量合成了钻石和石墨。

其钻石含量至少为100亿亿吨。

在地球上很稀有,而在宇宙中却很常见的元素中,排名第一的当属氦(He)。氦在元素周期表中排名第二,在常温下是一种无色无味的惰性气体。氦气的密度只有大气层中空气密度的七分之一,地球的引力不能有效的束缚住它,因此大气层中的氦气很容易逃逸到太空中去,这造成了地球的大气层中氦的含量非常稀少,仅为百万分之五点二。因为氦的化学性质很不活泼,一般不会和其他元素发生反应,所以在地球表面上找不到天然的氦气矿。

目前地球上氦主要是由地表下的放射性元素如铀、钍等衰变产生的,这些放射性元素在衰变过程中会发射出含有氦的粒子,通常情况下,这些氦会慢慢散逸大气层中,并最终逃逸到太空。但如果在它的附近有恰好天然气存在的话,这些氦就会被天然气捕获,根据研究天然气对氦的捕获能力很高,氦在天然气中的浓度最高可以达到7%。我们现在所用的氦气,大多数都来自于这种伴生于铀矿的天然气,这种高氦的天然气在地球上并不常见,根据目前探明的情况,其主要分布于美国,而我国的氦气80%都是依赖进口。

氦气因为比空气轻又不容易产生化学反应,在以前主要用做填充飞艇和气球、制作霓虹灯、防腐等用途。随着科技的发展,在原子反应堆、激光器、超流体、氩氦刀等等高科技领域以及传统工业上,人们发现氦气都有着重要的用途,因此氦资源越来越受到各国的重视。近年来有传闻说做为一种地球上不可再生的资源,地球上的氦将在30年内耗尽,美国已经在考虑将氦列为战略资源并限制其出口。这也导致最近的氦气价格节节攀升,可以预见的是在不远的将来,氦气会越来越稀缺,其价值也会水涨船高。

虽然氦在地球上非常稀缺,但它却在宇宙空间中广泛存在,根据科学家的研究,在整个可观测宇宙中,氦占了宇宙总质量的23%,其主要存在于恒星和大型气态行星中,一些老年恒星中的氦含量甚至高达40%。在我们太阳系,木星的大气层18%都是氦,而太阳的氦含量则为24.85%,由此可见氦在宇宙中的广泛存在。

排名第二的是氖(Ne),氖在元素周期表中排名第十,在常温下氖也是无色无味的惰性气体。氖气的密度比氦气要大,大约是空气密度的三分之二,因此在大气层中氖的含量要多一些,为百万分之十八。氖气主要用来制作霓虹灯、荧光屏等设备,近年来也用被用于高能物理的研究,总的来说应用前景没有氦气好。但是因为目前氖气的主要来源是从液化空气中分馏,其成本比较高而产量较少,所以在现阶段氖气的价格比氦气还要贵。氖元素是从恒星的核聚变作用中产生,因此在宇宙空间中氖是很常见的,它在宇宙总质量的占比中仅次于氢、氦、氧和碳,是宇宙第五多的元素。

虽然以上两种元素地球上很稀少,但是地球上其它重元素,如金、银、铜、铂、铱、铅等,在相对于宇宙的大尺度上讲其含量是很多的,因为宇宙空间中的恒星和气态行星基本上都是由氢、氦之类的轻元素组成,而重元素大多都集中在岩质行星。因此我们也不必抱怨宇宙厚此薄彼,好好珍惜当下的地球吧!

地球物质在元素周期表中体现出了丰富多样,而铂族元素以痕量或超痕量存在于地壳之中,它在地球上很稀有,但地外天体上却很常见。

铂族元素由Os、Ir、Pt、Ru、Rh、Pd六种组成,它是高度亲铁元素。在地质作用过程中,子体岩石中的铂族元素特征对母体有明显的继承性,上述六种元素的地球化学指示行为既有差异又有共性。

在地学研究中,常根据铂族元素在岩石圈层中的分布,探索地质年代历史和地外撞击事件。

美国学者Alvarez等根据白垩系——古近系(K/T)界限粘土层中发现的依元素Ir异常提出了撞击理论。也有研究指出,在墨西哥湾和加勒比海的深水沉积中,存在冲击矿物颗粒和依元素Ir富集现象。同时,德国波茨坦地理研究中心认为有可能6500万年前有一颗小行星撞击到了墨西哥尤卡坦半岛。

1974年7月人类通过观测,目睹了苏梅克列维9号彗星撞击木星的情景,铂族元素可作为研究地外天体撞击地球的指示元素,打开一扇窗口。

我们只知地球或陨石带来的宇宙元素,其实浩瀚宇宙元素有多少我们不知,如果每一个星球都有一种不同元素,那么宇宙元素种类就可以兆亿甚至无法统计之多,所以,宇宙物质有多少?客观的说不知!甚至永远不知!

地球物质元素很多种类,但是有的元素物质储量很少,其实地球表面物质并非产生于地球,是在太阳系形成初期的同期物质,分布于太阳系的各个星球,宇宙空间星球物质含量也是于此,这是宇宙自然演变规律。

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