首先,得从宇宙中的元素形成说起,黄金属于重元素,所以不能像氢、氦那样在宇宙大爆炸中产生。那黄金应该是在恒星内部形成的吧?不过普通恒星的核聚变可能只能到铁,因为铁之后的元素需要吸收能量,无法通过聚变产生。这时候可能需要超新星爆发或者中子星合并这样的高能事件。
之前有研究说中子星碰撞会产生大量重元素,比如金、铂这些。这个过程涉及到快中子捕获,也就是r-process。超新星爆发虽然也有,但可能不如中子星合并效率高。
然后,地球上的黄金形成后,随着地球的冷却,由于密度大,可能会沉入地核。但后来小行星撞击带来了黄金,所以现在地壳中的黄金大多来自陨石。这部分解释清楚地球黄金的来源,以及为什么地壳中有这么多。
黄金的形成是一个涉及宇宙演化和极端天体物理过程的奇妙故事,以下是其形成过程的分步解释:
1. 宇宙中的元素起源大爆炸初期:宇宙诞生时(约138亿年前),只产生了最轻的元素——氢、氦和少量锂,黄金这类重元素并未形成。
恒星核合成:在恒星内部,较轻元素通过核聚变逐渐生成更重的元素(如碳、氧、铁等),但**黄金(原子序数79)**无法通过普通恒星的聚变形成,因为聚变到铁(原子序数26)时已需要吸收能量,无法继续。
2. 黄金诞生的极端条件黄金等重元素的形成需要中子俘获过程(快中子捕获,即r-process),发生在极高能量和密度的环境中:
(1)超新星爆发濒死恒星的爆炸:大质量恒星(超新星)在生命末期剧烈爆炸,产生极端高温高压,中子流轰击较轻的原子核,形成金、铀等重元素。
局限性:近年研究发现,普通超新星可能不足以产生足够的重元素。
(2)中子星合并双中子星碰撞:两颗中子星(密度极高的恒星残骸)碰撞时,释放巨大能量并抛射物质,形成富含中子的环境,触发高效的r-process。
关键证据:2017年观测到中子星合并事件(GW170817),光谱分析证实产生了大量黄金、铂等元素,一次碰撞可生成数百倍地球质量的黄金。
3. 黄金如何来到地球星际扩散:超新星和中子星合并产生的黄金以尘埃和气体形式扩散到星际空间。
太阳系形成:约46亿年前,含黄金的星际物质参与形成太阳系,但早期地球处于熔融状态,大部分黄金因密度大沉降到地核。
后期增生物质:现存地壳中的黄金主要来自约40亿年前的小行星撞击(后期重轰炸期),这些陨石携带的黄金补充到地表。
4. 地球上的黄金分布原生金矿:岩浆活动将少量金元素带到地壳,形成岩脉中的金矿。
次生金矿:风化作用使金颗粒富集于河流砂矿(如金沙)。
储量稀少:地壳中黄金含量仅约0.0011 ppm,开采难度大,需处理数吨矿石才能提取几克黄金。
总结:黄金的宇宙印记宇宙级制造:黄金诞生于恒星死亡或中子星碰撞的瞬间,是宇宙暴力事件的“遗迹”。