Вселенная в основном состоит из двух элементов: водорода и гелия. Эти элементы, образовавшиеся в большом количестве во время Большого взрыва, составляют большую часть наблюдаемой материи во Вселенной.
🌌Однако на Земле водорода и гелия на удивление мало. Водород в изобилии содержится в воде, но его доля в массе Земли ничтожно мала. Гелий был открыт только в XIX веке благодаря спектральным линиям, наблюдаемым во время затмений. Почему же этих элементов так много в космосе, но мало на нашей планете?
✅ Космическое происхождение🔮 водорода и гелия Широкое распространение водорода и гелия относится к первым моментам после Большого взрыва, который произошел около 13,8 миллиарда лет назад. В этот ранний период Вселенная была очень плотной и горячей и состояла в основном из супа кварков и глюонов. Когда эти кварки остыли, они соединились и образовали протоны и нейтроны - основные строительные блоки атомов.
✅В первые три минуты после Большого взрыва, когда температура и давление были идеальными для синтеза, самые легкие ядра находились в процессе формирования. Водород, простейший элемент, производился в больших количествах. В то же время небольшая часть протонов и нейтронов сливалась с образованием гелия. Таким образом, большинство тяжелых элементов не образовалось на ранних стадиях Большого взрыва. Тяжелые элементы появились позже в ядрах звезд. Это связано с тем, что звезды служат реакторами ядерного синтеза, где водород превращается в гелий в результате ядерного синтеза. По мере старения звезды образовывались еще более тяжелые элементы, такие как углерод и кислород, и превращались в железо. Эти элементы затем разлетаются по Вселенной при взрывах сверхновых, обогащая межзвездное вещество и формируя следующее поколение звезд и планет.
✅Несмотря на эти превращения, большая часть (видимой) барионной материи во Вселенной остается в виде водорода и гелия (около 74 и 24 процентов соответственно). Такой дисбаланс объясняется тем, что ядра водорода и гелия остаются простыми и стабильными на протяжении всей космической эволюции. Парадокс нехватки на Земле Несмотря на свое универсальное присутствие, водород и гелий являются относительно дефицитными элементами на Земле (0,14 % и 0,00052 % земной коры, соответственно). Это может показаться парадоксальным, учитывая изобилие водорода и гелия в космосе, но это можно объяснить уникальными условиями, в которых формировалась и развивалась Земля. Водород - важный компонент воды, но на Земле он редко встречается в свободном виде. Основная причина этого заключается в том, что молекулярный водород (H₂) - очень легкий газ и может легко улетучиться из земной атмосферы. Гравитация Земли недостаточно сильна, чтобы долго удерживать этот легкий газ. С другой стороны, водород легко соединяется с другими элементами, образуя воду (H₂O) и различные органические соединения, что выгодно для его присутствия в земной среде.
✅В случае с гелием его нехватка еще более очевидна. Будучи редким газом, гелий не вступает в химическое взаимодействие с другими элементами и поэтому не сохраняется в соединениях на Земле. Кроме того, как и у водорода, его малый атомный вес позволяет ему легко улетучиваться из земной атмосферы. Большая часть гелия, обнаруженного на Земле, происходит не из межпланетных дисков, а в результате радиоактивного распада тяжелых элементов в недрах планет. Другими словами, газовые планеты, такие как Юпитер, сохранили большую часть водорода и гелия из протопланетных дисков из-за своих размеров и сильной гравитации, в то время как Земля, которая меньше и ближе к Солнцу, потеряла большую часть этих легких элементов.
Научный взгляд. Подпишись.
