Образование химических элементов в космических телах 1

1. Наибольшей распространенностью обладают изотопы с четным числом протонов и нейтронов. На их долю приходится около 60 % числа всех стабильных изотопов. Изотопы с нечетным числом протонов или нейтронов менее распространены — их сумма составляет около 36 %. На долю изотопов с нечетным числом протонов и нейтронов приходится всего 4 %.

2. Максимальной распространенностью обладают изотопы, атомный вес которых кратен четырем, например Не⁴, О¹⁶, Ne²⁰, Mg²⁴, Fe⁵⁶ и другие. На долю таких изотопов приходится 86,81 % веса земной коры.

3. В области элементов с Z<35 изотопы с большим избытком нейтронов менее распространены; в области элементов с Ζ>35, наоборот, преобладают изотопы с большим избытком нейтронов. Этот факт указывает на различный характер процессов, приведших к образованию этих двух групп элементов.

Рис. 29. Зависимость распространенностей изотопов химических элементов от массового числа.

Все существовавшие ранее гипотезы образования химических элементов исходили из средней космической распространенности изотопов природных элементов, к рассмотрению которой мы сейчас и переходим. На рис. 29 показана зависимость средней распространенности изотопов химических элементов от их массового числа. Она проведена по данным, полученным на основании анализа химического состава 50 звезд, Солнца, Земли и метеоритов. Средняя распространенность легких элементов берется из данных спектрального анализа атмосфер звезд в предположении, что для огромного их большинства происходит непрерывное перемешивание вещества между оболочкой звезды и ее центральными областями. Для относительно тяжелых элементов взяты данные анализов каменных метеоритов, которые многими учеными принимаются в качестве образцов среднего состава первичного вещества всех тел Солнечной системы. Следует при этом иметь в виду некоторую неоднозначность приведенных величин. Она обусловлена прежде всего различной погрешностью методов, применяемых отдельными исследователями. Например, данные по распространенности многих элементов (титана, ванадия, калия и других) в метеоритах, полученные в последнее время с помощью активационного анализа, оказались в 50—100 раз меньшими по сравнению с прежними определениями, при которых использовались обычные химические методы. Следовательно, по мере усовершенствования методов анализа вещества различных космических тел будет, безусловно, изменяться ход отдельных участков кривой средней космической распространенности химических элементов.

Из данных, которыми мы сейчас располагаем, видно, что самый распространенный элемент в космосе — водород, который составляет основную массу вещества звезд, космических лучей и некоторых планет. Второе место занимает гелий, которого в среднем в десять раз меньше, чем водорода. После гелия на кривой наблюдается резкий спад, соответствующий распространенности изотопов лития, бериллия и бора. Среднее суммарное содержание этих элементов в солнечной системе в 10⁸ раз меньше, чем водорода, и в 300 раз меньше, чем кальция. После этого провала кривая средней распространенности поднимается вверх: распространенность изотопов углерода, азота, кислорода и других элементов только в 10³—10⁴ раз меньше распространенности водорода. Наибольшей распространенностью обладают изотопы С¹², Ν¹⁴ и О¹⁶, затем распространенность изотопов медленно уменьшается по мере увеличения их массовых чисел вплоть до скандия, содержание которого очень мало и приближается к содержанию бериллия. После скандия кривая еще раз очень круто поднимается вверх и достигает максимума для железа и соседних с ним элементов.