Распространенность элементов

    Распространенностью элементов называется число ядер данного элемента в веществе, приходящееся на определенное число ядер эталонного элемента. В качестве эталонного элемента обычно выбирают водород или кремний. Экспериментальные данные о распространенности различных элементов получают путем анализа элементного состава Земли, Луны и других планет, метеоритов, на основе спектрального анализа Солнца и других звезд межзвездной среды, а также из содержания различных ядер в составе космических лучей. Имеются сложности как в реализации различных методов определения распространенности химических элементов, так и в интерпретации результатов наблюдений. Все это приводит к погрешностям в определении распространенности элементов.

Рис. 1. Распространенность нуклидов относительно Si в зависимости от массового числа (выбраны такие единицы, в которых распространенность Si равна 106)

    Распространенность элементов как функция массового числа, построенная на основе анализа информации о распространенности элементов на Земле, в метеоритах, на Солнце и в звездах, схематически показана на рис. 1. Указаны процессы, ответственные за формирование различных участков кривой распространенности.
    Среди наиболее существенных особенностей распространенно-сти элементов можно выделить следующие:

1. Вещество во Вселенной в основном состоит из водорода - 90% всех атомов.
2. По распространенности гелий занимает второе место, составляя ~ 10% от числа атомов водорода.
3. Существует глубокий минимум, соответствующий литию, бериллию и бору.
4. Сразу за этим глубоким минимумом следует максимум, обусловленный повышенной распространенностью углерода и кислорода.
5. Вслед за кислородным максимумом идет скачкообразное падение вплоть до скандия (Z = 21, A = 45).
6. Наблюдается резкое повышение распространенности элементов в районе железа (“железный пик”).
7. После A ~ 60 уменьшение распространенности происходит более плавно.
8. Наблюдается заметное различие между элементами с четным и нечетным Z. Как правило, элементы с четным Z являются более распространенными.
9. Ряд ядер, так называемые обойденные ядра - ⁷⁴Se, ⁷⁸Kr, ⁹²Mo, ⁹⁶Ru и др., имеют распространенность на два порядка меньшую, чем соседние ядра. Эти особенности распространенности элементов и должны быть объяснены в теории образования элементов.

    Для объяснения образования химических элементов в 1948 году Г. Гамовым была выдвинута теория Большого взрыва. Согласно модели Гамова синтез всех элементов происходил во время Большого взрыва в результате неравновесного захвата атомными ядрами нейтронов с испусканием γ-квантов и последующим β^--распадом тяжелых ядер. Однако детальные расчеты показали, что в этой модели невозможно объяснить образование элементов тяжелее Li. На начальном этапе эволюции Вселенной, примерно через 100 с после Взрыва, при температуре ~ 10⁹ K в термоядерных реакциях образовались лишь самые легкие атомные ядра - изотопы водорода и гелия.

Согласно современным представлениям образование более тяжелых ядер на этом этапе оказывается невозможным. Более тяжелые ядра образовались лишь через миллиарды лет после Большого взрыва в процессе звездной эволюции.

05.05.12