Ist es plausibel, dass ein Planet, der sich im bewohnbaren Bereich eines Sonnensystems befindet, wenig extrahierbare Metalle hat?

Ich werde mich dieser Frage in zwei Schritten nähern: Von welchen Metallen sprechen Sie und könnten Sie einen Planeten haben, auf dem diese Metalle nicht leicht zu extrahieren sind?

Welche Metalle?

Ich habe den Eindruck, dass Sie sich speziell auf die nichtlithophilen Metalle beziehen, zu denen die D-Block- Übergangsmetalle Eisen, Nickel, Kupfer und Gold sowie die chalkophilen Metalle Zink, Zinn, Blei, Arsen, Quecksilber und Silber gehören .

Dies ist eine wichtige Unterscheidung, da das Aufkommen der Metallurgie ein entscheidender Schritt in der menschlichen Entwicklung war, um uns aus der Steinzeit herauszuführen, und es könnte vernünftig sein anzunehmen, dass jede fortgeschrittene Zivilisation einem ähnlichen Weg folgen würde.

Die letzte Phase der Steinzeit, als wir von der Jungsteinzeit zur Bronzezeit übergingen, wird Chalkolithikum genannt, weil sie durch die erste Verwendung von Kupfer gekennzeichnet ist (obwohl die Bleiverhüttung an einigen Stellen der Kupferverarbeitung etwas vorausgegangen sein könnte). In der Bronzezeit wurde Kupfer zunächst mit Arsen legiert , aber Bronze aus Kupfer und Zinn erwies sich als weniger giftig und haltbarer; Bronze wiederum wurde durch überlegene Stahlwerkzeuge ersetzt. Stahl erfordert eine ausgeklügelte Eisenmetallurgie mit Eisenlegierungen mit Kohlenstoffgehalt, und das Wissen, wie man ihn herstellt, ist das Zeichen für den Eintritt einer Kultur in die Eisenzeit.

[NB: Es gibt viele Eisenrelikte aus der Zeit vor der Eisenzeit, aber diese wurden aus meteorischem Eisen hergestellt, einer Eisen-Nickel-Legierung, die kein vorheriges Schmelzen von Erzen erfordert; Der hohe Schmelzpunkt von Erdeisen liegt weit über den Temperaturen, die in steinzeitlichen Töpferöfen erreicht werden konnten.]

Leicht entnehmbar?

Wikipedia beschreibt die frühe Phase der Erdentstehung:

Die Proto-Erde wuchs durch Akkretion, bis ihr Inneres heiß genug war, um die schweren, siderophilen Metalle zu schmelzen. Da diese Metalle eine höhere Dichte als die Silikate hatten, sanken sie ab. Diese sogenannte Eisenkatastrophe führte nur 10 Millionen Jahre nach Beginn der Erdbildung zur Trennung eines primitiven Mantels und eines (metallischen) Kerns, wodurch die Schichtstruktur der Erde entstand und die Bildung des Erdmagnetfelds begründet wurde.

Wenn wir davon ausgehen, dass felsige Exoplaneten einer ähnlichen Flugbahn folgen würden, können wir sicherlich postulieren, dass die nicht-lithophilen Metalle (siehe mein erster Abschnitt) im lithophilen Mantel aufgebraucht wären. Allerdings würde ich erwarten, dass es noch Erzkörper selbst der am stärksten abgereicherten Metalle (z. B. Eisen) aufgrund von Vulkanismus oder als Relikt der frühesten Kruste vor der "Eisenkatastrophe" geben würde.

Die Rieseneinschlagshypothese liefert einen Mechanismus für die Bildung eines Exoplaneten mit einer viel höheren Konzentration an lithophilen Elementen. Es wird vermutet, dass ein festes Objekt (Theia) in die frühe Erde einschlug und einen erheblichen Teil der beiden Mäntel (meist leichtere lithophile Elemente) in den Weltraum schleuderte. Ein Großteil dieser Auswürfe bildete schließlich den Mond. Ein ähnliches Szenario, aber mit einem oder beiden massereicheren Körpern, könnte sicherlich dazu führen, dass sich aus diesem leichteren Auswurf ein noch größerer Körper als der Mond bildet.

Es wird jedoch auch vermutet, dass der riesige Aufprall nicht nur den Erdmantel wieder verflüssigte, sondern auch eine erhebliche Wiedervermischung des Mantels mit dem äußeren Kern verursachte. Mir ist nicht klar, ob es ohne einen Rieseneinschlag eine noch stärkere Differenzierung der Elemente, also noch weniger Resteisen im Mantel gegeben hätte.

Dies ist natürlich alles eine Vermutung, und es gibt noch viele Fragen, die im Theia-Modell beantwortet werden müssen. Nichtsdestotrotz scheint es vernünftig zu sagen, dass es für einen Exoplaneten in der habitablen Zone tatsächlich plausibel ist , einen signifikanten Mangel an nicht-lithophilen Elementen in der Planetenkruste zu haben.

Interessante Frage, obwohl sie wahrscheinlich besser zum Weltenbau passt.

Erstens wird „Metalle“ oft von Astronomen verwendet, um sich auf andere Elemente als Wasserstoff oder Helium zu beziehen. Das ist hier eindeutig nicht der beabsichtigte Verwendungszweck. Terminus hat eine feste Oberfläche bei Temperaturen, die Menschen aushalten können, und eine atembare Atmosphäre (vielleicht nach Terraforming). Also, woraus kann es bestehen?

Die naheliegendste Option ist Silikatgestein (hauptsächlich Aluminium- und Magnesiumsilikate), ähnlich dem, aus dem die meisten äußeren Schichten der Erde bestehen. Es ist durchaus vorstellbar, dass ein Planet gründlicher differenziert sein könnte als die Erde, so dass alles Eisen etc. im Kern landete und es keine oder fast keine brauchbaren Erzkörper in der Kruste gab.

Dies scheitert einerseits eindeutig, da Magnesium und Aluminium Metalle sind. Andererseits ist es im Kontext durchaus möglich, dass damit „leicht extrahierbare Metalle“ und/oder „die für eine bestimmte Reihe von Technologien erforderlichen Metalle“ gemeint sind, die Eisen, Kupfer usw. umfassen könnten (da Asimov war das Schreiben in den 30er Jahren ist wahrscheinlich das, woran er dachte).

Tatsächlich können Sie mit genügend Energie Aluminium oder Magnesium aus diesen Gesteinen extrahieren. Wir tun dies nicht, weil es billiger ist, seltene Verbindungen dieser Elemente zu finden, aus denen das Metall leichter extrahiert werden kann, aber die Foundation hätte in diesem Szenario sicherlich Aluminium und Magnesium haben können, vorausgesetzt, sie hätten genug Kraft.

Eine seltsamere Möglichkeit wäre Kohlenstoff. Es wird angenommen, dass mehrere Gasriesen kohlenstoffreiche Kerne haben. Angenommen, einer dieser Planeten würde bei einer Katastrophe seine äußeren Schichten verlieren, dann könnte sich der resultierende kleinere Planet so differenzieren, dass er eine dicke diamantartige Kruste über einem felsigen Mantel und einem Eisenkern hat. Obwohl, wenn Diamanten buchstäblich so häufig wie Schmutz auf Terminus wären, ich nicht umhin zu glauben, dass jemand darauf hingewiesen hätte.

Eine ähnliche, aber etwas weniger exotische Option wäre Silica – also ein Planet mit einer hauptsächlich oder vollständig aus Quarz bestehenden Kruste. Ich kann mir kein Szenario vorstellen, in dem sich so etwas bilden könnte – eines, in dem Sie Silizium und Sauerstoff und nicht viel mehr in der Nähe hätten, als sich ein Planet bildete.

Jetzt sind wir definitiv im Worldbuilding-Territorium, aber ich frage mich, ob Eis ein Anwärter ist? Wenn Sie eine Welt mit einer mehrere hundert Kilometer dicken Eiskruste gefunden haben, gibt es eine Möglichkeit, sie ohne Terraformung zu gestalten?das ganze (oder sogar das meiste) Eis schmelzen? Sie können sich vorstellen, das Eis mit einer Schicht vakuumgefüllter Diamantwaben zu bedecken und dann ein paar Meter importierte oder hergestellte Erde darüber zu kippen, irgendwie eine Atmosphäre zu schaffen und dann eine schwere Treibhausschicht (CO2 und SF6 usw.) zum Erwärmen aufzubringen die Oberfläche. Könnten die Wissenschaftler des Ersten Imperiums so etwas getan haben? Um auf die ursprüngliche Frage zurückzukommen – eine Eiswelt könnte am äußeren Rand der bewohnbaren Zone (oder direkt darüber hinaus, wenn Sie möchten) existieren und dann bewohnbar gemacht werden, indem eine Treibhausschicht hinzugefügt und ihre Albedo geändert wird. Wenn Sie das Schmelzen des Eises vermeiden können, würde dies die Anforderungen erfüllen.

Das Fehlen eines Elements auf einem Exoplaneten zu bestätigen, liegt nicht in unseren derzeitigen Möglichkeiten. Angesichts des Fehlens eines Zusammenhangs für das Fehlen von Metallen (muss es in der Kruste vorhanden sein? elementare Form? Wie viel Angst zählt als abwesend?) Es ist schwer zu vermuten, welches Maß an Seltsamkeit erforderlich wäre, um "Abwesenheit von Metall" zu erreichen. Ich denke jedoch, dass es nicht sehr wahrscheinlich ist, dass der felsige Planet völlig frei von Metall war.

Es kommt ein bisschen darauf an, ob man von extrahierbaren Metallen oder von extrahierbaren Metallen spricht . Was ist zu sagen:

1. Eisen ist ziemlich universell, wenn Sie also an Eisen und seine Cousins ​​denken, dann wird Ihre Sorge sein, ob alles in den Kern gesunken ist, ob sich zwischen Ihnen und dem Boden eine dicke Eisschicht befindet – mit einem Wort, Extraktionsfähigkeit.
2. Wenn Sie mehr Edelmetalle wie Gold und Uran meinen, ist die Frage nicht die Gewinnbarkeit, sondern die Frage, ob die Dinge überhaupt vorhanden sind. Es wird nicht mehr angenommen, dass die meisten dieser r -Prozess-Elemente in einer explodierenden Supernova entstehen, weil eine Supernova-Explosion zu langsam und zu sanft ist. Der aktuelle Trend geht dahin, sie als aus "Splash Neutronium" zu sehen: entweder die Trümmer kollidierender Neutronensterne oder das Wrack eines Neutronensterns, der von einem Schwarzen Loch zerstört wurde. Der Grund, warum die Frage dann interessanter wird, ist, dass diese Dinge nicht sehr oft passieren.

Das wichtigste zu lesende Papier ist A near neutron-star merge erklärt die Aktinidenhäufigkeit im frühen Sonnensystem von Imre Bartos & Szabolcs Marka in der Ausgabe von Nature vom 1. Mai : Der Link hat eine Zusammenfassung. Die wichtigsten Punkte sind:

• Kollisionen von Neutronensternen sind selten. Sie erwähnen ungefähr Dutzende von Kollisionen pro 100 Millionen Jahre (so wie ich es verstehe, bezieht sich diese Rate auf unsere Galaxie als Ganzes).
• Ihr Papier identifiziert durch Isotopenanalyse ausdrücklich, dass sich unser Sonnensystem kurz vor seiner Entstehung in einem angemessenen Radius einer solchen Kollision befand, wobei "angemessener Radius" etwas ziemlich Kleines in der Größenordnung von 1.000 Lichtjahren ist. (Sehr klein, im Kontext der Größe der Galaxie).
• Daraus folgt, dass unsere Galaxie, wenn es um neu geschaffene r -Prozess-Materie geht, ziemlich fleckig ist. Wenn Ihr Sonnensystem geboren wird, befinden Sie sich entweder in der Nähe einer Neutronensternverschmelzung oder nicht; aber es ist viel wahrscheinlicher, dass Sie es nicht sind.

Die Frage, die weiter untersucht werden muss, ist, wie fleckig die Galaxie ist, wenn Sie bereit sind, sowohl abgestandene r -Prozess-Materie als auch frische zu akzeptieren . Die schwächere Materie wird an radioaktiven Elementen abgereichert (z. B. wird es weniger Uran und Thorium und mehr Blei geben), aber natürlich bleibt die Häufigkeit stabiler Elemente wie Gold unverändert. Wenn Sie die schwächere Materie mit einbeziehen, ist die Galaxie dann wenigstens noch fleckig? Wenn dies der Fall ist, können Sie leicht Exoplaneten haben, die außerhalb eines Flecks geboren wurden und daher keine schweren Elemente haben.

Übrigens, da etwas weniger als die Hälfte der inneren Wärme der Erde (kein Hinweis, also bitte überprüfen!) von Uran und Thorium stammt, würde ein Planet, der weit entfernt von einer Neutronensternverschmelzung geboren wurde, nicht nur keine Uranminen haben, sondern auch haben einen viel kälteren Kern und ein anderes tektonisches System, um mit dem geringeren Wärmestrom fertig zu werden.