Jos maan painopiste on nolla, miksi raskaat alkuaineet ovat siellä?

Unohda voima. Voimalla on tässä vähän merkitystä. Vastaus tähän kysymys on energiassa, termodynamiikassa, paineessa, lämpötilassa, kemiassa ja tähtien fysiikassa.

Potentiaalinen energia ja voima kulkevat käsi kädessä. Gravitaatiovoima jossain vaiheessa maan sisällä on nopeus, jolla gravitaatiopotentiaalien energia muuttuu etäisyyden suhteen. Voima on energian kaltevuus. Gravitaatiopotentiaalienergia on alimmillaan maapallon keskellä.

Tässä tulee esiin termodynamiikka. minimipotentiaalienergian periaate on seurausta toisesta termodynamiikan laista . Jos järjestelmä ei ole minimipotentiaalitilassaan ja siellä on polku tähän tilaan, järjestelmä yrittää seurata tätä reittiä. Planeetta, jossa rauta ja nikkeli (ja muut tiheät alkuaineet) ovat yhtä sekoitettuina kevyempiin elementteihin, ei ole vähimmäispotentiaali. Kokonaispotentiaalien minimoimiseksi raudan, nikkelin ja muiden tiheiden alkuaineiden tulisi olla planeetan keskellä, kevyempien elementtien kanssa ytimen ulkopuolella.

Tähän vähimmäispotentiaaliseen energiatilaan on oltava reitti, ja tässä paine, lämpötila ja kemia tulevat esiin. Nämä luovat olosuhteet, jotka mahdollistavat toisen termodynamiikan lain erottaa planeetan. Vastaesimerkkinä uraani on melko tiheää, mutta silti uraani on köyhdytetty maapallon ytimessä, hieman köyhdytetty maapallon vaipassa ja voimakkaasti maapallon kuoressa. Kemia on tärkeää!

Uraani on kemiallisesti melko reaktiivinen. Sillä on vahva affiniteetti yhdistää muiden alkuaineiden kanssa. Uraani on litofiili (” kalliota rakastava ” ) -elementti elementtien Goldschmidt-luokituksen mukaan. Itse asiassa uraani on ” yhteensopimaton elementti ” , joka selittää uraanin suhteellisen määrän maapallon kuoressa.

Nikkeli, koboltti, mangaani ja molybdeeni sekä erittäin harvinaiset ja jalometallit kuten kulta, iridium, osmium, palladium, platina, renium, rodium ja rutenium ovat kemiallisesti melko inerttejä, mutta ne liukenevat helposti sulaan rautaan. Nämä (yhdessä raudan kanssa) ovat siderofiiliset (rautaa rakastavat) elementit. Itse asiassa rauta ei ole niin lähellä siderofiilistä kuin jalometallit. Se ruostuu (raudan valmistus on vähän litofiilistä) ja se yhdistyy helposti rikkiin (jolloin rauta on hieman kalkofiilinen).

Tässä paine ja lämpötila tulevat esiin. Maan sisällä paine ja lämpötila ovat erittäin korkeat. Korkea paine ja korkea lämpötila pakottavat raudan luopumaan sidoksistaan muihin yhdisteisiin. Joten nyt meillä on puhdasta rautaa ja nikkeliä, lisäksi pieniä määriä jalometalleja, ja termodynamiikka haluaa kovasti, että nämä tiheät alkuaineet asettuvat kohti keskustaa. Edellytykset ovat nyt oikeat, jotta se tapahtuisi, ja juuri se tapahtui pian maan muodostumisen jälkeen.

Lopuksi on tähtien fysiikka. Maapallolla olisi pieni pieni harvinaisen mutta tiheän elementin ydin, jos rauta ja nikkeli olisivat yhtä harvinaisia kuin kulta ja platina. Näin ei ole. Rauta ja nikkeli ovat yllättävän runsaasti alkuaineita maailmankaikkeudessa. Raskaampien alkuaineiden yleisenä taipumuksena on olla vähemmän. Rauta (ja vähemmässä määrin nikkeli) ovat kaksi poikkeusta tähän sääntöön; katso alla oleva kaavio. Rauta ja nikkeli pysähtyvät tähtien fysiikan alfa-prosessissa . Kaikki rautaa raskaampi edellyttää eksoottisia prosesseja, kuten s-prosessia tai niitä, joita esiintyy supernovassa niiden luomiseksi. Lisäksi supernova, erityisesti tyypin Ia supernova, on tuottelias raudan tuottaja.Suhteellisen raskaasta massastaan huolimatta rauta ja nikkeli ovat ikääntyvässä maailmankaikkeudessamme melko runsaasti elementtejä.

_{(lähde: virginia.edu )}

kommentit

• Kuvassa, ainakin alkaen $ \ mathrm {Sn} $, on sekoitettu atomilukuja (tai elementtien nimiä).
• Isn ’ t vain, että Sn-nimisen pitäisi olla Cd? Luulen, että muut ovat kunnossa.
• Se ’ on wikipedia-kuva. Sain mitä maksoin. Tina (Sn) on yksinkertaisesti siirrettävä, jotta se ’ s indiumin (In) jälkeen eikä ennen sitä.
• Missä tämä luku on Wikipediassa?
• @PeterMortensen – fi.wikipedia.org/wiki/File:SolarSystemAbundances.png . ’ aion korvata kyseisen wikikuvan luotettavammalla.

Tässä on mielenkiintoinen ajatuskokeilu.

Kuvittele, että sinulla on hissikuilu maapallon keskelle, joka jostain outosta syystä ei vaikuta maan painovoimakenttään eikä ”Älä tulvi magmaa.

OK, nyt maan pinnalla saat pullon, puoliksi öljyllä ja puoliksi vedellä.Vesi on öljyä tiheämpää, joten veteen kohdistuva painovoima on suurempi kuin öljyn painovoima … joten vesi uppoaa pohjaan ja öljy kelluu päällä.

Pään hissikuilua alaspäin. Onko painovoima heikompi vai vahvempi täällä? No, öljypullollemme sillä ei ole väliä. Mikä tahansa painovoima on, se tuottaa silti suuremman voiman veteen kuin öljy, joten vesi uppoaa aina.

materiaalien kelluva tai uppoava suhteessa muihin materiaaleihin, sillä ei ole väliä missä painovoima on voimakas tai heikko, sillä on merkitystä vain painovoiman suunnalla.

Miksi maapallo ei ole iso pallo No … suurimmaksi osaksi se on. Rauta (7870 kg / m ^ 3) on tiheämpää kuin magma (~ 2500 kg / m ^ 3) on tiheämpää kuin vesi (1000 kg / m ^ 3) kuin typpi (~ 1 kg / m ^ 3) … ja siinä järjestyksessä, josta yleensä löydät ne.

Entä poikkeukset? Miksi maapallon kuoressa on kultaa (19 300 kg / m ^ 3) ja rautaa … Ehdotan David Hammenin viestiä.

Ota lasillinen vettä ja kaksi pientä palloa, samankokoisia, yksi rautaa ja toinen alumiinia. Molemmat saavuttavat lopulta pohjan, mutta kelluvuuden vuoksi rauta laskeutuu ensin.

Maa havaittiin olevan kiinteä sisäydin, joka erottui nestemäisestä ulkosydämestään vuonna 1936,

…..

Sen uskotaan koostuvan pääasiassa rauta-nikkeliseoksesta ja olevan suunnilleen saman lämpötilan kuin auringon pinta: noin 5700 K (5400 ° C).

….

Maan sisäisen sydämen uskotaan kasvaa nestemäinen ulkosydän hitaasti rajalla sisemmän ytimen kanssa, jäähtyy ja kiinteytyy maapallon sisäosan asteittaisen jäähtymisen vuoksi (noin 100 astetta / miljardi vuotta). Monet tiedemiehet olivat alun perin olettaneet, että koska kiinteä sisempi ydin muodostui alun perin sulan materiaalin asteittaisesta jäähdytyksestä ja kasvaa edelleen saman prosessin seurauksena, sisäisen ytimen havaittaisiin olevan homogeeninen. Ehdotettiin jopa, että maapallon sisempi ydin voi olla yksittäinen rautakide. Tämä ennuste kuitenkin hylättiin havainnoilla, jotka osoittivat, että sisemmässä ytimessä on itse asiassa jonkin verran häiriöitä. Seismologit ovat havainneet, että sisempi ydin ei ole täysin yhtenäinen, mutta sen sijaan sisältää suuria rakenteita siten, että seismiset aallot kulkevat nopeammin sisäosan ytimen joidenkin osien läpi kuin toisten läpi. Lisäksi sisemmän ytimen pinnan ominaisuudet vaihtelevat paikasta toiseen niin pieninä etäisyyksinä kuin 1 km. Tämä vaihtelu on yllättävää, koska sivusuuntaiset lämpötilavaihtelut ytimen sisemmän rajan pituudelta tiedetään olevan erittäin pieniä (tätä johtopäätöstä rajoittaa magneettikenttähavainnot itsevarmasti). Viimeaikaiset löydöt viittaavat siihen, että kiinteä sisempi ydin itsessään koostuu kerroksista, jotka on erotettu noin 250–400 km paksuisella siirtymäalueella. Jos sisempi ydin kasvaa pienillä jäätyneillä sedimenteillä, jotka putoavat sen pinnalle, niin myös nestettä voi jäädä loukkuun huokosetiloihin ja osa tästä jäännösnesteestä saattaa silti säilyä jonkin verran suuressa määrin sen sisätiloissa.

….

Maa ”sisempi ydin on kiinteän raudan pallo, joka on suunnilleen kuun kokoinen. Tätä palloa ympäröi erittäin dynaaminen ulkosydän nestemäisestä rauta-nikkeliseoksesta (ja joistakin muista kevyemmistä elementeistä), erittäin viskoosi vaippa ja kiinteä kuori, joka muodostaa pinnan, jolla elämme.

Miljardien vuosien ajan maapallo on jäähtynyt sisältä ulospäin, mikä on saanut sulan rautasydämen osittain jäätymään ja kiinteytymään. kasvaa noin 1 mm vuodessa, kun rautakiteet jäätyvät ja muodostavat kiinteän massan.

Ytimen jäähtyessä annettu lämpö virtaa ytimestä vaippaan maan kuoreen prosessin kautta. tunnetaan konvektina ioni. Kuten uunissa kiehuva vesipannu, konvektiovirrat siirtävät lämpimän vaipan pintaan ja lähettävät viileän vaipan takaisin ytimeen. Tämä pakeneva lämpö antaa voiman geodynamolle ja yhdistettynä Maan pyörimiseen tuottaa magneettikentän.

Joten tästä näemme, että kiinteä sisempi ydin rakennettiin hitaasti ylöspäin neste ulommasta ytimestä. Se on ulkosydämessä, jolloin koostumukset erottavat painovoimakentässä olevasta nesteestä saostuvat raskaammat elementit, jotka syntyvät sisemmästä ytimestä.

Ekstrapolointi sisäisen ytimen jäähdytyksen havaintojen perusteella arvioidaan, että nykyinen kiinteä sisäydin muodostui noin 2–4 miljardia vuotta sitten siitä, mikä oli alun perin täysin sula ydin. Jos totta, se tarkoittaisi, että maapallon kiinteä sisempi ydin ei ole planeetan muodostumisen aikana esiintynyt alkutekijä, vaan maata nuorempi piirre (maapallo on noin 4,5 miljardia vuotta vanha).

Tarkastellaan sitten jaksoa, jolloin sisempi ja uloin ydin olivat nestemäisiä. Lähempänä painovoimakentän keskustaa on vähemmän painovoimaa, mutta silti tilavuudella massaan * olisi sama tehtävä nesteessä, keskittyen raskaampaan keskustaan, muodostaen ensimmäiset siemenet ytimelle, kun järjestelmä jäähtyy. / p>

miksi ydintä eivät hallitse raskaimmat elementit (rautaa raskaammat elementit)?

Nyt syy siihen, että ydin on rauta / nikkeli, johtuu elementtien sitovasta energiakäyrästä .

Sitova energia tavallisten isotooppien nukleonia kohti

Raskaampien alkuaineiden kertyminen tähtien ydinfuusioprosesseissa rajoittuu raudan alapuolisiin elementteihin, koska raudan fuusio vähentäisi energiaa sen sijaan, että tuottaisi sitä. Rauta-56: ta on runsaasti tähtiprosesseissa, ja sitoutumisenergian ollessa 8,8 MeV nukleonia kohden se on kolmanneksi tiukimmin sitoutunut nuklideista. Sen keskimääräinen sitoutumisenergia nukleonia kohden ylittää vain 58Fe ja 62Ni, nikkeli-isotooppi on nukleideista tiukimmin sitoutunut.

Siinä fuusio pysähtyy on energisesti suotuisa. Big Bang -mallissa, jossa alkukeitto päätyy luomuksiin sulautumalla ytimet, malli pysähtyy käyrän yläosassa.

Ydinsynteesi raskaiden alkuaineiden kohdalla etenee supernovaräjähdyksissä:

Jaksollisen järjestelmän raudan yläpuolella olevia elementtejä ei voida muodostaa tähtien normaaleissa ydinfuusioprosesseissa. Rautaan asti fuusio tuottaa energiaa ja voi siten edetä. Mutta koska ” rautaryhmä ” on sitoutumisenergiakäyrän huipulla, raudan yläpuolella olevien elementtien fuusio absorboi dramaattisesti energiaa. (Nuklidi 62Ni on tiukimmin sitoutunut nuklidi, mutta sitä ei ole läheskään niin runsaasti kuin 56Fe tähtiytimissä, joten astrofyysinen keskustelu keskittyy yleensä rautaan.) Itse asiassa 52Fe voi siepata 4He: n tuottamaan 56Ni, mutta se on viimeinen vaihe heliumin sieppausketjussa.

Kun otetaan huomioon neutronivirta massiivisessa tähdessä, raskaampia isotooppeja voidaan tuottaa neutronien sieppauksella. …

Lopuksi:

Raskaat elementit sisältävät kerrokset supernova-räjähdys voi puhaltaa ja antaa raaka-aineen raskaille alkuaineille kaukaisissa vetypilvissä, jotka tiivistyvät muodostaen uusia tähtiä.

Koska raskaammat elementit ovat paljon harvinaisempia ja tulevat toissijaisesta vaiheesta tähtiräjähdyksenä tähtemme, auringon ja sen ympärillä olevien planeettojen luomisen erityiset olosuhteet osoittavat, että maalla on raskaampia kuin rautaa sisältäviä elementtejä toinen taso alkuperäiseen aineeseen, joka sulautui ytimeen. Runsaat määrät ovat hyvin pieniä

raskaimmat luonnollisesti radioaktiiviset alkuaineet , torium ja uraani, muodostavat vastaavasti 8,5 miljoonasosaa ja 1,7 miljoonasosaa. Jotkut harvinaisimmista elementeistä ovat myös tiheimpiä; nämä ovat platinaryhmän metalleja, mukaan lukien osmium 50 osalla biljoonaa, platina 400 osalla biljoonaa ja iridium 50 osalla biljoonaa kohti.

ei voida havaita seismografisilla menetelmillä, jotka tutkivat sisäistä ja ulkoista ydintä.

 ----- 

• kaikkien elementtien tilavuus massaan voidaan nähdä täällä

Newtonin laissa todetaan, että pallomaisen kuoren keskipiste tuntee nollapainovoiman. Joten maan pieni (itse asiassa piste) keskusta tuntuu nollapainovoimalta (itse maasta). Ajattele sitä tällä tavalla, jokainen suunta, johon katsot, on sama massa, joka vetää säteen suuntaisesti poispäin – painovoima tasapainottuu nollaan. Siirrä nyt 100 mailia mihin tahansa suuntaan keskustasta. Sinulla on nyt sata mailia ainetta, joka ei enää ole kuoressa ja joka harjoittaa epätasapainoista vetovoimaa – painovoima vaikuttaa ja tavaroiden erottaminen alkaa paikka wi th tiheämpi materiaali putoaa sisäänpäin ja kevyempi materiaali kelluu ylöspäin. Mitä kauempana siirryt keskustasta, sitä korkeammaksi epätasapainoinen painovoima tulee ja sitä nopeammin erottaminen tapahtuu. Huomaa, että jos painovoima ei ole keskellä, ei tarkoita nollapainetta. Kaikkien epätasapainoisten voimien paine lisääntyy painovoiman vetovoimasta huolimatta. Joten maan keskellä ei ole painovoimaa, mutta se tuntee suurimman paineen, joka johtuu pallomaisesta symmetriasta.

Mielestäni yksinkertainen vastaus on, että poikamies on enimmäkseen vastuussa siitä, että raskaat elementit uppoavat maan keskelle. Esimerkiksi lentotukialus kelluu vedessä, koska aluksen sisällä on paljon tilaa. Jos siis täytät tämän tilan vedellä ja punnitset sen, huomaat, että aluksen paino ilman vettä on pienempi kuin sen syrjäyttämän veden määrä tai veden paino. Tämä tekee siitä kevyemmän kuin vesi ja se kelluu. Raskailla elementeillä on enemmän atomeja tietyssä tilassa kuin kevyemmissä elementeissä, joten raskaat elementit uppoavat, kun kevyemmät kelluvat päällä ja niin edelleen.Helppo tapa ajatella maan keskustaa on, että jos löytäisit itsesi sinne, jokainen suunta keskipisteestä on ylöspäin ja voima olisi sama kaikista suunnista, jotta ne peruuttaisivat jättämättä sinut painottomaksi.

Olen vain 14, ja yritän vastata kysymykseen ymmärrykseni perusteella.

Ensimmäinen kaikki, painovoima, joka on voima ja siten vektori, peruuntuisi ytimessä, koska se ei riipu pelkästään suhteellisen voiman suuruudesta, vaan myös sen suunnasta, eli ylöspäin suuntautuva vektori kumoaisi alaspäin kulkevan vektorin Ja niin edelleen. Mutta …..

Jos veistämme itsellemme kuoren maan keskelle (katso kuorilause), koemme kuoren sisällä painottomuutta, kunnes olemme Se kokisi nollapainovoiman. Kysymyksesi mukaan, jos ydin olisi valmistettu raskaammista elementeistä, se vaikuttaisi vain painovoimaan, jonka koemme Kuori.

Eli sillä ei ole väliä, jos ydin koostuu raudasta tai volframista. Ydin koostuu siitä, mikä se on ja tuon luonteen. Sinun on tunnettava maan historia, miten se muodostui. Painovoimalla ei ole mitään vaikutusta siihen, mistä ydin koostui.

Mutta todellinen ongelma olisi magneettikentässä. Rauta on loistava magneetti (kun se magnetoidaan tai löytyy magneettina). Se oli ja on magneettikenttämme ainoa kannattaja. En tiedä monista muista alkuaineista, mutta painavampi elementti ei todellakaan pystyisi ylläpitämään magneettikentäämme. Jos se voisi, se olisi joko liian voimakas tai liian heikko pitämään kiinni ”kosmisesta säteilystä”. Jos liian heikko, säteilyt ratkaisevat meidät. Jos se on liian voimakas, tapahtuisi sama.

Newtonin sanottu fysiikan peruslaki on, että kaikki partikkelit houkuttelevat toisiaan, vaikka se onkin niin pieni (The Gravitational Constant) että voimme nähdä vain taivaankappaleiden (planeettojen ja tähtien jne.) painovoiman. Joten ytimessä kokemme painovoiman, mutta emme luomassamme kuoressa, jossa kuorilause olisi voimassa.

Lyhyesti sanottuna luonto on tehnyt ytimestämme, emmekä voi muuttaa sitä. Emme ole koskaan kokeneet (ja toivon, ettemme koskaan) muutosta ytimen koostumuksessa. Uskon kysymyksen ei olisi mitään vaikutusta ytimen painovoimaan, jos sen muodostavat elementit olisivat erilaiset. Mutta se voi varmasti tehdä kokemamme painovoiman erilaiseksi. Se voi jopa tehdä planeettamme asutettavaksi.

Toivottavasti tämä auttaa.

Kommentit

• Vastauksesi näyttää kiehuvan lause ” Joten, ei ole väliä ’, jos ydin koostuu raudasta tai volframista. Ydin koostuu siitä, mikä se on ja että ’ luonne. ”, joka on täydellinen kopiointi ja ei ’ t käsittele varsinaista kysymystä ollenkaan.
• @BrandonEnright Ei, tämä vastaus ei ole niin matala. Perustelut ovat kuin ” ei rautaa ytimessä = > ei magneettikenttää = > ei elämää = > ristiriita; siksi ytimessä on oltava rautaa ”. Dynamoteorian mukaan rautaa ei kuitenkaan tarvita; mikä tahansa sähköä johtava neste tekisi. Tämä sisältää volframia, vettä ja metallivetyä .