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为什么地壳中氧元素最多? 精选

已有 25972 次阅读 2011-8-13 10:18 |个人分类:地球物理及仪器|系统分类:科普集锦| 地球, 地壳, 氧元素, 丰度

    这是一个很有意思的问题。是什么原因导致地壳中氧元素的重量几乎是地壳总重量的一半? 是不是超新星爆炸的时候产生的氧元素最多? 还是其它原因导致地壳中氧元素含量最高?
 
    太阳系的产生过程大致是这样的。一颗比太阳系质量大得多的超新星爆炸后,产生了自然界中存在的全部元素。也有可能产生了更多元素,但由于这些元素不稳定而衰变成了其它元素。 这些元素在刚形成的时候以高温气体存在,在高速扩散中逐渐冷却。在冷却过程中不同元素之间发生化学反应,形成了各种矿物。 也许是超新星爆炸产生的星云冷却之后局部因矿物的存在而收缩,也许是另外一颗超新星爆炸产生的扰动导致星云局部收缩,星云中的物质重新聚集在一起。在聚集过程中也形成了原始行星,这些行星围绕太阳运转。 这个时候太阳还没有发光,全部行星都拥有厚厚的大气层。或许那个时候的水星比现在的木星还大。当太阳的质量增加到一定程度后,核聚变产生,太阳发出强光和太阳风。 太阳的光和太阳风会加热原始行星的大气层,离太阳最近的行星的大气层逐渐被太阳风剥离,最后只剩下矿石组成的内核。木星和土星因为离太阳比较远,其大气层得以幸存。
 
    有意思的是地球形成过程。刚开始的时候,一些岩石聚集在一起。随着重力的作用,地球也像原始太阳一样捕获了越来越多的岩石。在重力的作用下,这些岩石最后会收缩成一个球体。 其内部会变成熔融状态,质量大的元素因重力作用集中于地核,质量轻的元素集中于地壳。最轻的元素成为地球的原始大气。
 
    随着太阳开始发光,地球的原始大气(主要由氢气和氦气组成)被赶跑了。 然而,由于地球内部的放射性元素不断产生热量,导致地球表面火山四处喷发,火山喷发产生的气体更重,得以在地球上幸存。 再经过数十亿年的演化,地球上的大气才变成主要以氧气和氮气组成。
 
    在这里我们可以回答本文提出的问题了。地壳中氧元素含量最高,首先是地球熔融后自动分层的结果。 含氧元素的矿物质量比较轻,分层后主要存在于地壳。其次是氧的化学性质。在组成地壳的8大元素中,只有氧元素可以与其它7种元素形成化合物。更有意思的是,地壳中氧元素的体积更是大得惊人,占地壳总体积的93.8%!由此我们可以看出,氧元素质量小,体积大,由氧元素组成的矿物自然就轻啊。
 
    因此,地壳中氧元素的含量最高,主要原因有两点:一是地球形成之初的熔融分层作用,将质量小的含氧矿物自动分到表层。 二是氧元素的化学性质,它可以与各种元素形成化合物。
 
   


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