Откуда уран на Земле?

[Ruslan_Sharipov]

Уран - это 92-ой элемент в периодической таблице Менделеева. Есть сайт про уран: Уран: факты и фактики. Там содержатся следующие слова.

Для нуклеосинтеза элементов тяжелее железа должен существовать мощный поток нейтронов, который возникает как раз при взрыве сверхновой. Казалось бы, потом, при конденсации из образованного ею облака новых звездных систем, уран, собравшись в протопланетном облаке и будучи очень тяжелым, должен тонуть в глубинах планет. Но это не так. Уран — радиоактивный элемент, и при распаде он выделяет тепло. Расчет показывает, что если бы уран был равномерно распределен по всей толще планеты хотя бы с той же концентрацией, что и на поверхности, то он выделял бы слишком много тепла. Более того, его поток по мере расходования урана должен ослабевать. Поскольку ничего подобного не наблюдается, геологи считают, что не менее трети урана, а может быть, и весь он сосредоточен в земной коре, где его содержание составляет 2,5∙10^–4 %. Почему так получилось, не обсуждается.

Получается, что уран попал на Землю уже после формирования планеты. Когда и как это случилось?

[СТРОБОСКОП]

Получается, что уран попал на Землю уже после формирования планеты.

Неправильный логический вывод.

Когда и как это случилось?

Поэтому вопрос бессмысленный.

[LV46]

Для нуклеосинтеза элементов тяжелее железа должен существовать мощный поток нейтронов, который возникает как раз при взрыве сверхновой.

Слияние нейтронных звёзд даёт такие элементы тоже. Даже статейка есть по теме вопроса ТС: https://naked-science.ru/article/astronomy/sliyanie-neytronnyh-zvezd

[petrovich1964]

Расчет показывает, что если бы уран был равномерно распределен по всей толще планеты хотя бы с той же концентрацией, что и на поверхности, то он выделял бы слишком много тепла.

Странный расчёт. В ядерном реакторе увеличение потока нейтронов (и выделяющегося тепла) происходит когда уменьшается поглощение нейтронов. При равномерном распределении нейтронов, то есть при маленькой концентрации урана поток нейтронов должен быть меньше, чем при неравномерном распределении.

[Ruslan_Sharipov]

Странный расчёт.

Не странный. Они допускают, что уран распределён по всему объёму Земли причём его концентрация в глубине такая же или выше, чем его наблюдаемая концентрация у поверхности. Из этого допущения они получают, что Земля должна была бы разогреваться за счёт распада урана в её глубинах сильнее, чем она разогрета сейчас. Полученное противоречие доказыввает, что урана в глубине Земли меньше, чем на поверхности. В математике такое рассуждение называется доказательством от противного.

В ядерном реакторе увеличение потока нейтронов (и выделяющегося тепла) происходит когда уменьшается поглощение нейтронов.

Тут разные процессы. В реакторе - это вынужденное деление ядер урана (цепная реакция). Они в своём расчёте исходят из спонтанного деления (естественной радиоактивности урана). Для спонтанного деления внешний поток нейтронов не нужен вовсе.

Неправильный логический вывод.

Нет. Всё правильно. Если бы весь уран, имеющийся на Земле, был в момент её формирования из газопылевого облака, уран, как тяжелый элемент, ушёл бы в глубину и на поверхности его бы было гораздо меньше, чем мы сейчас наблюдаем. Поэтому вопрос о том, когда и как уран попал на Землю после её формирования остаётся.

[СТРОБОСКОП]

Нет. Всё правильно.

Это было бы правильно, если бы уран находился в чистом виде (металл). А соли и окислы имеют другую плотность, и  могут связываться с другими, менее плотными веществами.
Шлаки, содержащие железо, плавают на поверхности расплава чистого железа.

[Oleg_P]

Доброе утро!

Для нуклеосинтеза элементов тяжелее железа должен существовать мощный поток нейтронов, который возникает как раз при взрыве сверхновой.

Нуклеосинтез тяжелых элементов это r-процесс возможный при большой плотности свободных нейтронов (примерно от 1 грамма в кубическом сантиметре). Сейчас рассматривают 2 основных источника для такого процесса - сверхновые и  слияния нейтронных звезд.
Какой процесс превалирует во вселенной пока является объектом широкого изучения. Но ряд исследований по моделированию обоих вариантов, показал, что распределение элементов в солнце и окрестностях, очень хорошо коррелирует с моделями нуклеосинтеза при столкновении двух нейтронных звезд. (было несколько статей в The Astrophysical Journal).
То есть можно с большой вероятностью утверждать что все золото и другие тяжелые элементы уран включительно, имеющееся в нашей солнечной системе, возникли в результате r-процесса при столкновении нейтронных звезд. Увы я не помню оценки давности этого события.

Всех благ!

[Set O. Lopata]

Если бы весь уран, имеющийся на Земле, был в момент её формирования из газопылевого облака, уран, как тяжелый элемент, ушёл бы в глубину и на поверхности его бы было гораздо меньше, чем мы сейчас наблюдаем.

Что за ерунда? Ещё со времен Гольдшмита есть геохимическая классификация элементов. Уран относится к литофильным, т. е. концентрируется в силикатах. В железном ядре урана заведомо меньше, чем в коре. Там много сидерофильных элементов, например золота или платиноидов.

[kryptonik]

Это приятно слышать. Как представишь, что весь уран дрейфует в центр Земли, накапливается и взрывается, прямо жуть берет.

[archetip-z]

что весь уран дрейфует в центр Земли,

Да уж давно отдрейфовал, ещё на этапе формирования планеты.
Нам жалкие крохи в коре остались. Как и золота, как и ртути, как и свинца
Ну, со свинцом всё в порядке

[archetip-z]

Народ, вопрос и в самом деле интересный. Ну да, в процессе взрыва сверхновой, а он весьма быстрый произошли все тяжёлые элементы ниже железа. Но, когда и при каких обстоятельствах они сумели химически прореагировать? Это вопрос к космическим химикам, есть тут такие?
Одно дело Уран238  или 235 чистенький, другое дело, его соединение с Кислородом. 1-е утонет в ядре, 2-е будет плавать на поверхности жидкой планеты. А планета наша жидкая пока, слава Аллаху.
Боюсь - спор неразрешим.

[kryptonik]

Да уж давно отдрейфовал, ещё на этапе формирования планеты.

Так в центре Земли притяжения почти нет, поэтому процесс дрейфа может растянуться до бесконечности. Вот-вот масса урана превысит критическую и как жахнет!

[petrovich1964]

Вот-вот масса урана превысит критическую и как жахнет!

Поэтому Илон на Марс летит? 

[archetip-z]

от-вот масса урана превысит критическую и как жахнет!

Всё, что могло жахнуть, уже жахнуло. Не сумлеваюсь, что на этапе формирования планеты. Центр ядра аморфно-твёрдый. Т.е. кристаллчности там нет, но и движения вещества тоже нет из за чудовищного давления. Кстати, тоже интересная тема, как это жидкость можно так сгробить, что она станет твёрдостью. А Уран там по чуть чуть греет, еслиб не он, давно бы планета превратилась в твёрдую мумию.

[Ruslan_Sharipov]

Ещё со времен Гольдшмита есть геохимическая классификация элементов. Уран относится к литофильным, т. е. концентрируется в силикатах.

Это объяснение заслуживает уважения. Однако и к нему есть некоторые вопросы. Температура ядра Земли около 6000°C. Могут ли при таких температурах существовать силикаты и другие химические соединения? На поверхности Солнца при таких же температурах химических соединений нет. Все распадается на составляющие элементы. Вероятно температуры в недрах протопланетного облака при формировании Земли были такими же или даже выше. Поэтому рассуждения с силикатами надо воспринимать с осторожностью и оставить предположение о том, что уран и другие тяжелые элементы попали на Землю уже после её формирования, в силе.

[kryptonik]

История Земли не ведется непосредственно от протопланетного облака. Могло быть много протопланет. А при слиянии таких протопланет вещество причудливо перемешивается. Поэтому тяжелы элементы из ядра одной протопланеты могли оказываться в относительно верхних слоях другой.

[archetip-z]

около 6000°C

А мы и не спорим. Но, одно дело температура в твёрдом теле, другое в Космосе. А Космосе такой пинтературы вагон и маленькая тележка. Какое ударное давление испытывало вещество при взрыве Сверхновой и какова была плотность этого вещества? Да, при температуре 6000 хим реакции невозможны, но отдельные частицы с такой температурой и являются катализаторами хим. реакций.

[Ruslan_Sharipov]

Могло быть много протопланет. А при слиянии таких протопланет вещество причудливо перемешивается.

При столкновении небесных тел вся кинетическая энергия относительного движения и вся потенциальная энергия гравитационного притяжения переходит в тепло. Эта энергия столь велика, что современные болиды испаряются при входе в атмосферу. Разгрев вещества при столкновении протопланет может быть сравним с температурой ядра Земли или даже выше. Википедия сообщает, что температура в центре ударного кратера может достигать 15000°C.

Поэтому тяжелы элементы из ядра одной протопланеты могли оказываться в относительно верхних слоях другой.

Это может объяснить почему поверхностные слои Земли богаты ураном. Но это никак не объясняет почему недра Земли обеднены ураном. А вот если в Землю уже гораздо позже её формирования врезалось относительно небольшое небесное тело, очень богатое ураном, то получается картина, совпадающая с наблюдаемой.

[petrovich1964]

Это может объяснить почему поверхностные слои Земли богаты ураном. Но это никак не объясняет почему недра Земли обеднены ураном.

Разве? Из чего исходит предположение что чем глубже, тем больше должно быть урана?

Кто нибудь проводил эксперимент по распаду урана под давлением?

[Бобр-99]

Совсем недавно заметили гравитационные волны от слияния нейтронных звезд и одновременно вспышку. Во вспышке было видно золото. Похоже вот это и есть основной источник тяжелых элементов.