地球上的元素丰度为何差距这么大?

先从太阳系以及地球的形成说起。

1、太阳系的形成和演化:

目前广泛接受的是星云假说。最早是由18世纪的伊曼纽·斯威登堡、伊曼努尔·康德和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯提出。其随后的发展与天文学、物理学、地质学和行星学等多种科学领域相互交织。

地球上的元素丰度为何差距这么大?

该假说认为,始于46亿年前一片巨大分子云中一小块的引力坍缩。大多坍缩的质量集中在中心,形成了太阳,其余部分摊平并形成了一个原行星盘,继而形成了行星、卫星、陨星和其他小型的太阳系天体系统。

强调一点,太阳是二代恒星,是在第一代恒星超新星爆发后的残骸-太阳星云上形成的。

第一代恒星是指宇宙大爆炸发生、物质产生后,由最初的星际物质构成的恒星。缺乏重元素(天文学中,把除氢和氦两种元素以外的所有元素都叫重元素),演化到末期,形成洋葱结构,产生很多比铁小的元素。

地球上的元素丰度为何差距这么大?

其中的大质量恒星(质量大于太阳质量8倍以上)通过超新星爆发的形式灭亡后,比铁重的元素也大量形成。大量的重元素散布在宇宙空间,与原有的星际气体云混合起来,再从中诞生出新的恒星,就是第二代恒星。

第二代恒星的组成元素复杂,其中不但有大量的氢和氦,还有来自于第一代恒星的大量重元素。主序星阶段的光谱中存在金属元素谱线。太阳光谱中就有许许多多重元素,所以太阳至少是第二代恒星。

地球上的元素丰度为何差距这么大?

这样,太阳系内各种元素都不缺了,重点是元素的分布。

2、地球的来源:

与太阳形成的星云假说不同,200多年来,地球起源的假说曾提出过几十种。依据形成地球的物质来源分为2派:

A、共同形成说、分出说(灾变说 ) 。核心一点是地球的物质来源于太阳星云。目前虽然细分模型争吵不休,但占主流。

B、俘获说。地球不是来自于太阳星云,属于引力俘获的外来星体。考虑到八大行星的偏心率,此类假说支持并不高。

地球上的元素丰度为何差距这么大?

以此来看,地球上的物质来源于太阳星云。

前面说到,太阳是二代恒星,前恒星超新星爆发产生了大量的重元素,这也就是地球上各种元素的来源。

3、元素丰度差距:

虽然八大行星都是太阳星云的一部分,但可能是超新星爆发时,氢元素更易获得速度,距离更远,重元素靠近中央,类地星球多以岩石等物质为主。由于中央物质(氢含量很高,星云主要物质)依旧很多,引力较大,远离中心的重元素在引力作用下比氢元素更逐渐靠近内环。

当太阳形成后,辐射的光压、太阳风横扫周边,轻元素难以靠近内环,内环的重元素聚集,形成岩石等固体,受影响小。随后星体壮大,形成行星。

地球上的元素丰度为何差距这么大?

这导致内部轨道是岩石类的行星,远处的是气态巨行星。

至于奥尔特星云,比较特殊,有说法是内部的物质,也有说法是其他恒星系的。

地球上的元素丰度为何差距这么大?

奥尔特云是46亿年前太阳系形成早期的原行星盘残余物质。最为广泛接受的假说是,奥尔特云天体最初在更接近太阳的地方凝聚形成,过程与行星和小行星相同,但当时形成不久的木星和土星经引力作用把这些天体甩出了太阳系内部,并使它们进入离心率极高的椭圆轨道或抛物线轨道。另一项研究却认为,不少甚至是大部分的奥尔特云天体都是从太阳及其邻近恒星形成时交换的物质产生的,而不是在靠近太阳的地方形成。

地球属于岩石行星,类地星球的元素丰都都很类似,有细微差别,但主要仍以岩石为主,重元素较多,属于第一代超新星爆发的“惠泽”。

地球上的元素丰度为何差距这么大?

所以,为什么地球上各类元素丰度差别这么大,那是因为地球形成的时候就已经确定的,太阳星云的演化所致。