Откуда уран на Земле?

[xd]

Комментарий модератора

Кхе-кхе-кхе!

[Ый]

А чем оно греется?

Ничем. У него остаточное тепло. Постепенно остывает.

[Amadeus]

А чем оно греется?

Ничем. У него остаточное тепло. Постепенно остывает.

Радиоактивный распад так же вносит вклад. Но значительно меньше, чем накопленное тепло от первоначального гравитационного сжатия. Где то в науч поп статьях читал версию, что в центре ядра присутствует малое ядрышко из плутония и других трансурановых элементов диаметром около 10 км. Выделяемое им тепло существенно влияет на динамику всего ядра. Всего лишь одна из многих гипотез.

[Андрей Астрофизический]

Просто мысль вслух.

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.

Я думаю, вы делаете две ошибки.
1) Рассматриваете геологическую структуру Земли, как статичную.
Но она ведь полна динамики. Если смотреть на масштабах миллиардов лет - в ней все подвержено конвекции.
2) Рассматриваете уран, как металл в чистом виде. В этом виде он действительно обладает высокой плотностью. Однако, в этом виде он в природе практически никогда не встречается. Встречается он, как было сказано, в составе силикатов и других легких соединений, в которые охотно вступает при любой возможности. Потому что уран - литофильный элемент.
В ядре, может быть и есть, какие-то сложности с существованием химических соединений... не берусь об этом судить) Но. Это и не важно вовсе, т.к. ядро конвектирует. Забудьте понятия "твердое, жидкое" - на масштабах миллиардов лет, всё жидкое. Итак, ядро конвектирует, и его материал, какого бы он ни был состава, регулярно соприкасается с окружающей менее нагретой мантией. В которой уже вполне могут быть кислород и кремний в достаточном количестве, чтобы уран радостно за них ухватившись, вступил в силикатное соединение. А дальше закон Архимеда выносит его на поверхность... вот и всё, собственно.
Уран вынесенный на поверхность - есть результат конвекции недр планеты. Тектоника, вулканизм, и вот это вот всё. Если у планеты с этим глухо, то и с ураном будут проблемы - просто не найдется эффективных механизмов его выноса из ядра.

[Novosedoff]

Помнится, я присоединился к этому форуму в январе этого года с очень похожим вопросом про алюминий-магний (алюминий почему-то преобладает над магнием по содержанию в земной коре, хотя в целом в Земле, т.е. под корой магния куда больше, согласно оценкам) 
Как определили внутренний состав Земли под корой?

Мне кажется, вопрос про уран имеет смысл продублировать на форумы химии и минералогии
https://forum.xumuk.ru/forum/2-%D0%BE%D0%B1%D1%89%D0%B8%D0%B9/
https://www.mineralforum.ru/index.php/board,15.0.html
- хотя мой личный опыт получить там внятные ответы удачным назвать нельзя.

В целом, учитывая что средняя плотность Солнца в 4 раза ниже плотности Земли (каждый грамм Земли куда тяжелее), едва ли можно заподозрить высокую концентрацию тяжёлых элементов в звезде.

Не менее интересен вопрос о сроках формирования атомов урана, потому что типовые примеры ядерных реакций с образованием не самых тяжёлых элементов из самых лёгких, типа водорода и гелия, предполагают довольно специфические температурные режимы и чуть ли не десятки миллиардов лет для протекания реакций, если верить некоторым книгам (см. например главу 2 из Сурдин "Астрономия 21 век).

Вопрос кстати заставляет задуматься о том, что было на месте Солнечной системы до ее образования 4 млрд.лет назад.

[kryptonik]

Не менее интересен вопрос о сроках формирования атомов урана, потому что типовые примеры ядерных реакций с образованием не самых тяжёлых элементов из самых лёгких, типа водорода и гелия, предполагают довольно специфические температурные режимы и чуть ли не десятки миллиардов лет для протекания реакций, если верить некоторым книгам (см. например главу 2 из Сурдин "Астрономия 21 век).

Вопрос кстати заставляет задуматься о том, что было на месте Солнечной системы до ее образования 4 млрд.лет назад.

На этот вопрос нам уже ответили в отв 6:
«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.»
Солнце уран вырабатывать не может. Поскольку Солнце звезда последних поколений, уран в нем присутствует первоначально из газопылевого облако. Сколько досталось конкретно Солнцу, а сколько планетам не очень и важно. На Солнце он точно погоды не делает, там другие процессы.

[Amadeus]

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.

Судя по изотопному составу первичного вещества в форме астероидов и комет, в формировании сгустка газопылевого облака - зародыша СС участвовало как минимум несколько событий. А взрывы сверхновых из короткоживущих сверхмассивных звёзд первого поколения происходили гораздо чаще, чем довольно редкие и экзотические слияния НЗ или даже ЧД.

[kryptonik]

Это естественно. За чуть меньше десяти миллиардов лет до появления Солнца в Галактике произошла масса событий. Было чем засорить наш рукав. Но частота событий и их производительность в плане урана разные вещи. Тут нужны конкретные цифры.

[Oleg_P]

А взрывы сверхновых из короткоживущих сверхмассивных звёзд первого поколения происходили гораздо чаще, чем довольно редкие и экзотические слияния НЗ или даже ЧД.

Вполне возможно, но уже в течении многих лет проводят разные моделирования.
Сейчас более вероятно, что наши локальные тяжелые элементы возникли в результате столкновения нейтронных звёзд, в большей степени чем в результате взрыва сверхновой.
Как уже было сказано раньше, она варианта имеют место быть, и какой превалирует и насколько, в целом по вселенной пока точно не известно. Тем более что интенсивность этих процессов меняется по мере эволюции вселенной.

Всех благ.

[Скеп-тик]

А чем оно греется? Радием? Полонием? Друзья, давайте не будем нести ахинею

Гравитационная диференциация. Когда триллионы тонн тяжёлого материала опускаются, а другие триллионы тонн выжимаются на поверхность (вплоть до вулканизма), да ещё добавить приливные деформации - вот вам и тепло.Если думаете, что этого не хватит, посчитайте сами - поток геотепла через кору 70 мВт на кв. метр, но этот квадратный метр - вершина столба высотой 6 тыс км. Энерговыделение, потребное для такого потока - 11 мкВт на 1 км глубины. Это примерно энергия саморозряда пальчиковой батарейки.

[николай теллалов]

малое ядрышко из плутония и других трансурановых элементов диаметром около 10 км

невероятно выглядит

[Amadeus]

малое ядрышко из плутония и других трансурановых элементов диаметром около 10 км

невероятно выглядит

Почему?  Если при дифференциации в протоземле имелось какое то количество стабильных трансурановых элементов, то они как самые плотные и должны были уйти в самый центр.

[николай теллалов]

Почему?

потому что атомная бомба получается

да и напомнило "теорию" о периодически раскаляющейся Земле под воздействием ее радиоактивного ядра
пересказана Толстым в Гиперболоиде инженера Гарина

[Oleg_P]

потому что атомная бомба получается

Не обязательно, если собрался такой большой объект без критической конфигурации, значит там уже нет/мало изотопов поддерживающих цепную реакцию, они могли "выгореть" раньше.
Но судить не возьмусь - не знаком с вопросом.

Всех благ!

[kryptonik]

Если тепла выделяется больше чем может отводиться, может произойти взрыв. Как именно это могло бы произойти в центре Земли сказать трудно. Но по такому принципу взрывались контейнеры для ядерных отходов и Чернобыль.

[Скеп-тик]

то они как самые плотные и должны были уйти в самый центр.

По этой логике, соль из океанов должна уйти в Марианскую впадину.
Диференцируются минералы, а не атомы. Атомы урана надёжно связаны с кристаллами/расплавами силикатов, из расчёта один атом на миллион. И актиноиды последуют за силикатом. А у поверхности им повышают подвижность растворы сульфатов, повышая концентрацию. Все урановые месторождения - бывшие геотермальные поля.

[Amadeus]

то они как самые плотные и должны были уйти в самый центр.

По этой логике, соль из океанов должна уйти в Марианскую впадину.
Диференцируются минералы, а не атомы. Атомы урана надёжно связаны с кристаллами/расплавами силикатов, из расчёта один атом на миллион. И актиноиды последуют за силикатом. А у поверхности им повышают подвижность растворы сульфатов, повышая концентрацию. Все урановые месторождения - бывшие геотермальные поля.

Если вы читали правильно, то я имел ввиду миграцию к центру ядра плутония и более тяжелых элементов. С какими силикатами они могут вступать в реакцию и выноситься конвективными потоками?

[Novosedoff]

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).

Интересно, что, если верить той же Википедии, только 5% наблюдаемых в наше время нейтронных звёзд являются членами бинарных звёздных систем  

[Скеп-тик]

Если вы читали правильно, то я имел ввиду миграцию к центру ядра плутония и более тяжелых элементов.

Они у вас там кирпичами сложены, что ли?
Сродство актиноидов и силикатов такое же, как у АшдваО и НаХл. Если соединятся - ничем не разделишь. И речь идёт не о слитках урана, а об отдельных атомах, которых на тонну очень мало. Делу может помочь только раскалённая до 600 градусов вода, которая под давлением растворяет оксид кремния, и уран, который более подвижен, уходит наверх, как только вода охлаждается, и силикат выпадает кристаллами хрусталя, уже без урана, тория и прочих протактиниев. Но это уже - в коре.
Вот золото, серебро, ртуть - действительно уходят вглубь, и общее содержание золота в коре оказывается меньше, чем сейчас лежит обеднённого урана на складах уранодобывающих предприятий.

[Novosedoff]

Кроме упомянутого факта из Википедии о редкой встречаемости нейтронных звёзд в бинарных звездных системах
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Neutron_star#Binary_neutron_star_systems

есть ещё вот такая картинка, которую легко нагуглить и на которой показано распределение масс известных нейтронных звёзд (см.аттач).

К чему это? Обратите внимание, что большинство нейтронных звёзд имеют массу больше 1.15 масс Солнца. Если Солнечная система образовалась из двойной системы путем аккреции вещества одной из звёзд, то возникает вопрос: а каков мог быть возможный диапазон масс у изначальных 2 звёзд? Масса нашей Солнечной системы вместе с планетами составляет 1.0014 массы Солнца. Известно, что при аккреции, как минимум, около 20% массы вещества теряется на излучение (см. например лекции Попова). Также имеются верхние ограничения на компоненты звездных масс  (например, предел Оппенгеймера) и нижние ограничения (масса нейтронной звезды оценивается как не меньше 0.1 массы Солнца). Ну и, к слову, временные ограничения тоже: окно от 14 млрд лет назад до 4.5 млрд.
Насколько же необычными должны были быть исходные 2 звезды, что в результате получилась Солнечная система?