它是宇宙元素含量第二的物質,但在地球上極為稀缺,這是為何?

2020-11-23 三體使者

引言:從最新的元素周期表中我們可以看到人類目前已經發現了超過100種元素,其中排在前列的元素是大家比較熟悉的,但並不代表它們在地球上都有普遍的分布。其中氦是宇宙元素含量第二的物質,但在地球上極為稀缺,這是為何呢?

科學家通過對宇宙中的元素分布進行探索發現,氫和氦不僅是分布最廣的兩種元素,還是含量最高的兩種元素。其中氫元素佔到了宇宙總元素的75%左右,而氦元素也佔到了23%左右,剩下不到2%的元素都是其他元素。實際上宇宙在早期形成的過程中只產生了氫元素和氦元素,其他種類的元素都是隨著時間的推移由氫元素和氦元素逐漸結合而成,然後再由這兩者結合而成的元素再形成新的元素,以此類推,宇宙的元素種類越來越多,奠定了各種天體形成的基礎。

同時,對於宇宙元素分布情況的探究從一定程度上為宇宙大爆炸理論提供了有力的支撐。在大爆炸理論提出後,科學家們苦於尋找什麼樣的證據可以證明它的成立,後來有科學家計算出了宇宙中氫元素和氦元素的比例,發現和實際情況十分相似,因此該理論也被更多人接受了。從天文學家探索的情況來看,宇宙中大多數天體的主要元素都是氫和氦,但唯獨地球不遵循這個規律,這是為什麼呢?

實際上也並非只有地球是特例,凡是質量小的天體都無法反應宇宙元素的整體規律。大質量的天體中往往以氫元素和氦元素為主,但地球大氣中的氦元素含量微乎其微。對此行星專家的解釋是,在太陽系剛形成的幾億年後,各大行星相繼形成,但由於地球的質量太小,無法像木星、土星那樣將氦元素固定在地球上,因此導致現代地球上的氦元素十分稀缺。

雖然如此,地球內部還是不斷地在產生氦元素。科學研究發現,氦元素主要出現在地殼中,尤其是一些放射性元素經過衰變後產生的,比如鈾元素發生阿爾法衰變後會產生氦元素,但是含量少得可憐。科學家表示一千克鈾經過5000萬年的衰變僅僅產生1克氦氣,如此低效的生成效率是地球氦元素含量少的另一個原因。

還有一個原因導致地球上的氦元素含量少,那就是氦本身就是一種惰性氣體。氫和氦的化學性質截然相反,如果將兩者比喻成兩個不同性格的人,那麼氫就是活潑開朗、性格外向的人,而氦只能是那個內向的「宅男」。當氫在外面和其他元素玩得不亦樂乎的時候,氦往往只會自己躲在家裡面,因此導致了氫能夠以多種方式在地球上生存,而氦的蹤影寥寥無幾。

不僅如此,氦還因為質量輕的原因,常常飄到大氣層的邊緣。只要有一陣太陽風吹過,就會把氦給捲走。地球本身產氦的能力就不足,再加上太陽風無情的「掠奪」,導致地球上的氦更加緊缺。但是在人類社會的多個領域,氦具有許多重要作用,例如在大型強子對撞機中充當冷卻劑,這是其他氣體無法替代的。

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    在地球上很稀有,而在宇宙其他天體中卻很常見的元素中,排名第一的是氦(He)。氦在元素周期表中排名第二,在常溫下是一種無色無味的惰性氣體。氦氣的密度只有大氣層中空氣密度的七分之一,地球的引力不能有效的束縛住它,因此大氣層中的氦氣很容易逃逸到太空中去,這造成了地球的大氣層中氦的含量非常稀少,僅為百萬分之五點二。因為氦的化學性質很不活潑,一般不會和其他元素發生反應,所以在地球表面上找不到天然的氦氣礦。
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    在恆星中,氫原子融合產生氦,氦宇宙中第二常見的元素,它有兩個質子,兩個中子和兩個電子。氦氣與氫氣共同組成了宇宙中99.9%的已知物質。儘管如此,宇宙中的氫含量還是比氦高出10倍。第三種最常見的元素是氧,含量為氫1000分之一。一般而言,原子序數越高,元素含量越不豐富。但是,地球的構成與宇宙是不一樣的。舉例來說,氧在地殼中是最多的元素,其次為矽,鋁和鐵。
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    地球是人類賴以生存的星球,就算人類在宇宙當中尋找到了一個非常適合人類居住的星球,人類也同樣離不開我們的母星地球。這不僅僅是因為地球是我們的發源地,更是因為它是人類基因的製造地,外星星球只適合移居,但它會改變人類的基因協調方式,說明白了就是移居的人類如果不在地球人類的協調之下生活,那他們就會成為另外一個物種。
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    因此,在我們可以觀測到的範圍裡,應該具備宇宙中最普遍的環境,在其中我們應該產生宇宙中最常見的物質。  當然,宇宙中一定有一些特殊的環境和物質,但這種環境不一定是普遍的,一定是非常罕見的。因為如果這樣的環境並不罕見,在這種環境中產生的特殊物質可以在地球附近觀察到。  此外,在這些特殊環境中產生的特殊物質必須是不穩定的,存在時間很短或存在條件極其惡劣。
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  • 這種宇宙中最多的元素,地球上卻沒有多少
    118種之多,而在地球上存在的就有94種。 縱觀整個宇宙,最多的一種元素就是氫元素了,這可能會讓人覺得有些意外,因為我們並不常接觸到這種元素,因為它在地球上的數量並不算太多,如果以質量來計算,氫元素大約佔到地球總質量的百分之一左右,不過大多數情況氫元素並不是以氫原子的形式呈現的,而是以某種化合物的形式展現在我們的面前。
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    在恆星中,氫原子融合產生氦——宇宙中第二常見的元素,氦有兩個質子氦和氫一起構成了宇宙中已知物質的99.9%。 即便如此,宇宙中氫的含量仍然是氦的10倍左右。氧是第三種最常見的元素,其含量是氫的1000分之一。 一般來說,原子序數越高,元素就越不豐富。 然而,地球的組成不同於整個宇宙。例如,氧是地殼中最常見的重量元素,其次是矽、鋁和鐵。
  • 地球上的資源會不會「耗盡」世界上哪種資源最稀缺?
    但這未必是好消息,因為雖然資源不會枯竭,但在不久的將來出現的原材料供應情況令人深感憂慮。;第二,當某種資源接近「枯竭」的時候,剩餘資源的價格將迅速飆升,迫使人們轉向其他替代品。地球上最稀缺的元素有研究指出,從銠在地殼中的比例和對人類社會的重要性來看,銠是地球上最稀缺的元素,其次是金、鉑和碲。
  • 為什麼宇宙的氫元素含量如此高?
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  • 構成我們的物質從何而來,為何鐵元素是核聚變的終結者?
    這個話題還是非常值得討論一下的,世間萬物包括地球上的動植物、微生物等生命體,巖石礦物、大氣層、水等非生命體,以及仰望星空看到的繁星、星系,等等這一切都源頭都是138.2億年前的那個奇點,經過漫長時間的演化,最終形成了各種各樣的物種,或者說不同的元素構成不同的物質。那麼本質出來了,只要去尋找元素從哪裡來就可以了。
  • 宇宙中第二多的物質,地球上1公斤鈾1億年才能生產2克
    ,一個約佔整個宇宙的3/4,一個約佔1/4,剩下不足2%的部分才是其它元素。 宇宙中氫和氦形影不離,氫熔合成氦,氦和氫又熔合生成其它元素,鍛造出地球這樣的生命搖籃,它們的愛情在烈火中淬鍊,會一直持續到地老天荒,宇宙熱寂。 但在地球上,氫含量不少,氦卻很少見,甚至人類第一次認識氦,還是觀察太陽光譜時在太陽中發現的,所以取名為helium,即希臘語「太陽」的意思,中文裡最早也譯為「氜」,也是太陽的意思。
  • 宇宙中氫元素佔了75%,而地球1/3質量來自於鐵元素
    地殼中的元素含量排行是氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、鈦、氫……,然而我們知道,地殼只是整個地球表面很小的一部分,地球半徑大約6400公裡,而地殼最厚處也不過30公裡,地殼只佔整個地球質量的0.8%;地幔主要由各種氧化物組成,地核則主要由鐵和鎳組成,鐵元素佔了整個地球質量的34.6%,其次才是氧元素佔了大約30%。
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  • 有哪些地球上很稀有,在宇宙其他天體卻很常見的元素?
    宇宙中最常見的元素是輕元素。重元素基本構成了行星。如果大家了解宇宙的演化史,那肯定可以得知宇宙中氫、氦等輕元素的含量是最高的,基本佔據了宇宙的90%以上的明物質總質量。從宇宙大爆炸開始算起,宇宙一開始基本全是氫、氦這樣的元素,隨後在引力的作用下開始聚集。