Warum Argon statt eines anderen Edelgases?

Wenn ich ein wenig darüber nachlese, habe ich vielleicht eine Antwort, obwohl die Antwort, wo Ehre fällig ist, nicht wirklich meine ist:

https://www.reddit.com/r/askscience/comments/3wsy99/why_is_neon_so_rare_on_earth/

Als die Planeten verschmolzen, war es wahrscheinlich, dass es sehr wenig Eis/Gas um die inneren Planeten herum gab, als sie sich bildeten, sowie die Erdatmosphäre und das Wasser (CH4, NH3, CO2 und H20 sind die 4 häufigsten Eise außerhalb der Frostgrenze ). Diese stammen wahrscheinlich von Asteroiden und Meteoren, die sich außerhalb der Frostgrenze bildeten und später auf die Erde stürzten.

Neon ist das fünfthäufigste Element in der Milchstraße, aber da alle Edelgase sehr niedrige Gefrierpunkte haben, ist es wahrscheinlich selbst auf Kometen oder Meteoren nicht sehr häufig, aus dem gleichen Grund, aus dem Wasser oder CO2 innerhalb der Frostgrenze nicht üblich sind , Neon und andere Edelgase bleiben wahrscheinlich frei und sammeln sich nicht in großen Mengen auf Kometen oder Meteoren an. (Ich habe gesucht, konnte aber keinen Artikel finden, um das zu überprüfen).

Aber wenn Kometen einen geringen Edelgasgehalt haben, müssen wir nach einer alternativen Quelle suchen. Vor diesem Hintergrund und zurück zum ersten Link wird Argon durch radioaktiven Zerfall von Kalium 40 produziert, und das würde seine relative Häufigkeit im Vergleich zu dem häufigeren Edelgas Neon erklären. Helium (Alpha-Partikel) wird auch in der Erde produziert und Radon ist zu in geringen Mengen vorhanden, aber Radon zerfällt auch - das hat jedoch nichts mit Ihrer Frage zu tun.

Wenn Argon auf Planeten hauptsächlich aus Kalium 40 stammt, sollten Sie davon ausgehen, dass die Menge an Argon ungefähr in einem ähnlichen Verhältnis zur Menge an Kalium auf einem Planeten steht und nicht relativ zum Prozentsatz der Atmosphäre. Ein zweiter Faktor, wie viel über lange Zeiträume vom Planeten weggeblasen wird, ist ebenfalls ein Faktor. Die Venus sollte im Allgemeinen in der Lage sein, einen Großteil ihres Argons basierend auf dem Atomgewicht (40) ähnlich wie CO2 (44) zu behalten, aber wenn sie im Laufe der Zeit auch nur einen winzigen Prozentsatz ihres Argons verliert, wäre dies ebenfalls ein Faktor.

Nun, um zu sehen, ob dies möglich ist, sollte ich einige Zahlen berechnen, aber ich warne Sie, meine Mathematik kann ein wenig eingerostet sein.

Kalium ist mit etwa 0,26 % das siebthäufigste Element in der Lithosphäre der Erde, und etwa 0,0117 % dieses Kaliums ist Kalium 40. Unter Verwendung einer sehr groben Schätzung von$2.3 \times 10^{19}$Tonnen für die Erdkruste,$(2.3 \times 10^{19}) \times (2.5 \times 10^{-3}) \times (1.17 \times 10^{-4}) =$Über$6.7 \times 10^{12}$oder 6,7 Billionen Tonnen Kalium 40 derzeit in der Erdkruste. (Es gibt wahrscheinlich ein bisschen mehr im Mantel, also sind diese Zahlen grob)

Mit Halbwertszeitvon etwa 1,248 Milliarden Jahren, das ist ausreichend Zeit für über 3 Halbwertszeiten, wenn wir nach dem späten schweren Bombardement beginnen, das darauf hindeutet, dass etwas mehr als 7/8 des ursprünglichen Kalium 40 in der Erdkruste zu Argon 40 zerfallen ist, also sollte es vorhanden sein , angesichts des Alters der Erde und der Fülle von Kalium 40, etwas mehr als 7 mal 6,7 Billionen Tonnen oder, sagen wir, etwas mehr als 50 Billionen Tonnen Argon, die auf der Erde durch den Zerfall von Kalium entstanden sind. (Ich ignoriere alle, die vor dem späten schweren Bombardement produziert worden sein könnten, weil ich annehme, dass sie einen Teil der Atmosphäre von der Erde weggeblasen oder die Atmosphäre so weit erhitzt haben könnten, dass die Sonne einen Teil davon wegblasen könnte). Auch wenn ich ein wenig recherchiere, zerfallen nur 11 % des Kalium 40 in Argon 40, 89 % unterliegen einem Beta-Zerfall in Calcium 40, damit dies funktioniert,

Die Masse der Atmosphäre beträgt etwa 5.140 Billionen Tonnen, und 1,288 % davon (nach Masse, nicht nach Volumen) = etwa 66 Billionen Tonnen, also sind das Argon, das wir vom Kalium-40-Zerfall erwarten sollten, und die Menge an Argon in der Atmosphäre ziemlich nah beieinander . Etwas Argongas könnte entwichen sein und einige sollten immer noch in der Erde eingeschlossen sein, aber die Zahlen sind nahe genug, um zu funktionieren, und ich denke, das ist sehr wahrscheinlich die Antwort. Es deutet auch darauf hin, dass die Erde relativ wenig Argon an den Weltraum verloren hat, was auch zum Artikel Atmospheric Escape passt.

Eine zweite Möglichkeit, dies zu betrachten, ist, dass Argon 40 99,6% des Argons in der Atmosphäre ausmacht und Stellar Nucleosis wahrscheinlich kein annähernd annäherndes Verhältnis ausmachen würde (keine typische stellare Verbindung, aber Wikipedia sagt, dass Argon 36 am meisten ist gemeinsames Isotop). Der Zerfall von Kalium 40 erklärt das Verhältnis von 99,6 % Argon40.

Wenn wir eine ähnliche Schätzung auf die Venus anwenden, mit einer Venusatmosphäre, die etwa 94-mal so groß ist wie die der Erde, und wir davon ausgehen, dass eine ähnliche Menge Argon-40 in der Venuskruste produziert wird, könnten wir ungefähr 1,28 %/60 oder etwa 0,02 % Argon erwarten Masse in der Atmosphäre der Venus oder vielleicht, wenn die Erde einen ziemlich hohen Anteil ihrer leichteren Krustenelemente nach dem Rieseneinschlag verloren hat, könnten wir auf der Venus etwas mehr erwarten, vielleicht 0,03% oder 0,04% als grobe Schätzung. Wenn Sie Ihre Zahl von 0,007% verwenden, ist das niedriger, als ich berechnen sollte, aber die Venus könnte einen höheren Anteil ihres Argons verloren haben als die Erde, und sie könnte auch langsamer sein, eingeschlossenes Gas in ihrer Kruste freizusetzen als die Erde, weil sie dies nicht getan hat Plattentektonik, also sieht die Zahl für die Venus auch "ungefähr richtig" aus. Es ist das Kalium 40 in der Kruste. ICH'

Interessante Frage. Bei der Recherche habe ich etwas gelernt.

warum speziell Argon?

Sowohl Helium als auch Neon sind ziemlich leicht, neigen dazu, selbst bei niedrigen Temperaturen leicht zu verdampfen, und sind chemisch inert. Aus all diesen Gründen neigen sie dazu, nicht eingeschlossen zu werden, wenn Planeten gebildet werden – und wenn sie eingeschlossen werden, lecken sie leicht heraus.

Argon ist gerade schwer genug, um nicht leicht in den Weltraum zu entkommen, sodass ein Teil davon möglicherweise längere Zeit in einer Atmosphäre verbleibt.