Warum sinken schwere Elemente nicht bis zum Kern?

Der Schlüssel zur Beantwortung dieser Frage ist die Goldschmidt-Klassifikation der Elemente. Dreizehn der langlebigen Elemente sind siderophil; sie binden bevorzugt an Eisen. Diese dreizehn Elemente sind in der Erdkruste im Vergleich zu ihrer Prävalenz auf Meteoren, Asteroiden und der Sonne erheblich erschöpft.

Diese Liste von dreizehn beinhaltet Rhenium bis Gold, aber sie hört bei Gold auf. Achtzehn der langlebigen Elemente sind Chalkophile; sie binden leicht an ein anderes Chalkogen als Sauerstoff (z. B. Schwefel). Kupfer und Silber sowie Quecksilber bis Polonium fallen in diese Kategorie. Diese chalkophilen Elemente haben aufgrund ihrer größeren Affinität, sich mit leichteren Elementen zu verbinden, eine verringerte Tendenz, zum Erdmittelpunkt zu wandern.

Diese Liste der dreizehn siderophilen Elemente enthält auch nicht die Lanthaniden oder Aktiniden. Diese Elemente sind zusammen mit einer Reihe leichterer Elemente Lithophile. Die Lithophilen haben eine sehr ausgeprägte Tendenz, sich mit Sauerstoff und mit anderen Lithophilen zu verbinden. Diese lithophilen Elemente haben eine noch stärker reduzierte Tendenz, in Richtung Erdmittelpunkt zu wandern als die Chalkophile.

Eigentlich versinken sie derzeit noch im Kern. Die innere Wärme der Erde stammt aus einer Reihe von Quellen, und eine davon ist die Freisetzung von Gravitationsenergie von den schweren Elementen, die weiter zum Zentrum wandern. Eine ähnliche Aussage gilt für andere Planeten. Dies ist nicht der Großteil der Wärmequelle. Weitere Quellen sind das ursprüngliche thermische Inventar sowie der radioaktive Zerfall. Die verstärkte Schichtung von schweren Elementen zum Kern und leichteren Elementen zur Oberfläche stellt eine nicht zu vernachlässigende Wärmequelle dar, die jedoch immer noch viel kleiner ist als diese anderen Quellen.

Diese Bewegung findet jedoch im Allgemeinen in den beweglichen Teilen des Erdmittelpunkts statt. Der Mantel unseres Planeten hat Zirkulationsströme, und ich denke, wir sollten dies als Voraussetzung für den Ablösungsprozess bezeichnen. Natürlich sind die Elemente signifikant miteinander vermischt. Der Prozess findet nur über sehr lange Zeiträume statt.

Betrachten Sie ein Atomgitter. Bei fast jeder Materialauswahl, die Sie treffen, wird die Stärke der chemischen Bindungen den Auftriebsunterschied zwischen verschiedenen Atomen von Molekülen bei weitem in den Schatten stellen. Wir fragen uns vielleicht, warum die Materialien jemals geschichtet werden, aber das liegt daran, dass die Dinge durcheinander geraten. Stellen Sie sich einen Sandhaufen vor, wo einige Körner schwerer sind. Ein ungestörter Stapel sollte keine Neigung zur Schichtung haben. Wenn Sie es jedoch lange schütteln, bewegen sich die schweren Partikel nach unten. Der Wärmefluss aus der inneren Wärme der Erde ist die Kraft, die ihre Elemente „aufrüttelt“.

Interessanterweise haben der Erdkern und die Erdkruste ihre eigenen einzigartigen Gründe dafür, dass sie relativ stabil sind ... wenn auch nicht vollständig stabil. Der Kern hat wenig thermische Antriebskraft hinter sich, da der größte Teil des Wärmeerzeugungsterms von Schichten mit größeren Radien stammt. Dies fördert einen sehr statischen Zustand in der Mitte. Die Kruste wird auf Temperaturen abgekühlt, die viel niedriger sind als das Innere, und im Allgemeinen ist das Gestein hier stabil und fest. Jetzt sollten beide mit einer Menge Qualifikanten einhergehen. Offensichtlich erschüttern Vulkane die Kruste, und die Tatsache, dass ich dies verbinde, veranschaulicht die Tatsache, dass sich gelegentlich Dinge auf der Erdoberfläche bewegen.

Aber wie geschichtet ist die Erde jetzt genau? Dichte und Schwerefeldstärke folgen direkt aufeinander. Es ist nicht schwer, einige Daten dazu zu bekommen.

Hier sehen Sie die Dichte aufgetragen über den Erdradien. Es ist sehr stark geneigt und der Kern ist sehr dicht, wie Blei, aber schwerer. Ich finde das beeindruckend, aber es könnte noch weiter geschichtet werden.

Lassen Sie mich also eine alternative Frage stellen: Da die Dichte von Uran etwa 19 g/cm3 beträgt, warum bekommen wir dann keine Tasche aus reinem Uran im Zentrum? Nun, es gibt einfach keinen Mechanismus, um das zu tun, weil nichts die Kruste aufrüttelt und die treibende Kraft ins Nichts zur Mitte hin ausbricht.