На вес золота. Почему самые распространенные во Вселенной элементы так редки на Земле

Анализ Вселенной показывает, что она в основном состоит из темной материи и темной энергии — которых мы не наблюдаем на Земле. Даже барионная материя, которую мы иногда называем "наблюдаемой Вселенной", состоит на три четверти из водорода и на 23% из гелия по массе, и даже меньше, если считать атомы. Но на Земле все происходит совсем иначе, пишет IFLScience.

Предыдущие исследования уже показали, что гелий на самом деле является одним из самых редких элементов на Земле, а водород составляет лишь долю 1% земной коры и намного меньше в разрезе планеты в целом.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Водород широко распространен в масштабах вселенной, это обусловлено тем, что его большая часть образовалась во время Большого взрыва. В первые мгновения после своего рождения Вселенная, по сути, представляла собой беспорядок из кварков и глюонов. Когда ситуация немного стабилизировалась, большая часть наблюдаемой материи состояла из электронов, протонов и нейтронов, а также других субатомных частиц.

По словам исследователей, электроны и протоны, как правило, находили друг друга, образуя водород. В то же время было произведено небольшое количество гелия и меньшее количество лития. Известно, что большая часть изначального лития была разрушена в звездах, которые сплавили водород, чтобы стать гелием, а позже расширить состав до всей периодической таблицы.

Если рассматривать Вселенную в качестве "станка" для переработки водорода в другие элементы, она все еще молода, а большая часть ее жизненного пути еще не пройдена. В то же время, если сосредоточиться лишь на нашей планете, этот процесс преобразования выглядит почти завершенным. Например, земные океаны состоят из двух частей водорода и одной части кислорода, с добавлением натрия, хлорида и других элементов, образующих соль. Часть других элементов также связана в породах или прикреплена к молекулам углерода, по принципу того, как метан удерживается в атмосфере Земли.

Тем не менее, если смотреть на картину в целом, доля атомов водорода чрезвычайно мала. При этом гелия на Земле еще меньше — его доля настолько мала, что ученые долгое время не обнаруживали его, пока случайно не наткнулись на его спектральные линии во время затмения.

Как появилась Земля

Как и множество других планет, Земля образовалась из протонного диска, а он, в свою очередь, состоял из гелия и водорода из Большого взрыва. Кроме того в нем присутствовали вкрапления более тяжелых элементов, объединенных в более ранних скоплениях звезд и распространенных по галактике.

Солнце и газовые гигантские планеты внешней Солнечной системы имеют составы, которые приблизительно отражают это, хотя большая часть изначального водорода Солнца теперь представляет собой гелий. Земля и другие внутренние планеты совершенно другие.

Куда делись изначальный гелий и водород

Гелий и водород невероятно распространены во Вселенной и оба они являются очень легкими газами. Простыми словами, они легко могут избежать гравитации Земли. Например, более крупный Юпитер удерживал большее количество гелия и водорода, имея большее гравитационное притяжение, но наша планета попросту не была достаточно большой.

Еще одной причиной является расстояние от Земли до Солнца в сравнении с газовыми гигантами, которым удалось удержать больше гелия и водорода. В результате на Земле газы нагреваются быстрее, что дает им энергию и увеличивает шансы на обход гравитационного притяжения.

По словам ученых, еще одной причиной столь малого количества гелия на Земле является то, что почти никогда не соединяется с другими атомами, которые могли бы его достаточно связать. Более того, большинство планетологов на самом деле сомневаются, что какой-либо исходный гелий из планетарного диска и вовсе сохранился на нашей планете. Считается, что гелий, присутствующий на Земле, является продуктом радиоактивного распада более тяжелых элементов.

Водород более распространен на Земле, чем гелий, потому что он легко связывается с такими элементами как кислород. Молекула водяного пара весит в девять раз больше молекулы H2, что делает ее гораздо менее способным к побегу. Что касается того, содержится ли на Земле все еще изначальный водород из планетарного диска, увы, ученые пока так и не смогли прийти к общему знаменателю.