
地球上重金属元素的产生过程可以这样阐述:
1. 宇宙中的恒星根据元素组成可以分为三类。第一类是星族Ⅲ星,也称作“欠金属星”,主要由氢和氦组成,这类恒星的存在仅限于理论推测,因为它们形成于大爆炸之后不久,迄今为止尚未有实际观测到。理论上,这些恒星非常巨大,质量是太阳的数百倍,但寿命极短,迅速坍缩成为黑洞。它们在宇宙中如同绚丽的烟火一样短暂出现。
2. 第二类是星族Ⅱ星,即“贫金属星”,这类恒星中的“金属”元素含量较低。它们起源于宇宙大爆炸后的第一批恒星,相对年龄较大。在银河系中,它们主要分布在球状星团和银晕中。由于“金属”元素相对较少,围绕它们旋转的行星数量也较少。
3. 第三类是星族Ⅰ星,也就是“富金属星”。我们的太阳就是这样一个星族Ⅰ星,它由上一代恒星超新星爆炸后形成的行星状星云中的星际尘埃形成,相对年轻。在银河系中,这类恒星主要分布在旋臂上。因为含有较多的“金属”元素,围绕它们旋转的行星也较多。
2. 铁以上的重元素主要是通过两种过程产生的:s-过程和r-过程。在恒星内部,通过核反应能聚变出的最重元素是铁。铁元素之后的元素因为聚变反应不再是放热反应,而是吸热反应,所以不能在恒星内部形成。重元素主要来自恒星死亡时的超新星爆炸或双中子星合并事件。在这些极端事件中,中子流非常密集,能够使得轻原子核捕获中子并迅速形成更重的元素,这些元素随后经过β衰变转变为更稳定的原子核。
3. 地球上重元素的比例之所以很高,是因为在太阳系形成过程中,较轻的元素如氢和氦被太阳风吹离了地球。太阳风是由太阳释放的带电粒子流,不断冲击靠近的行星,导致它们的大气层受到破坏,尤其是那些没有磁场的行星,如金星和火星。地球虽然有磁场保护,但太阳风仍然能够“击穿”它,导致部分较轻元素损失。因此,地球和其他靠近太阳的类地行星表面很少找到大量的氢和氦,而这些元素在更远的类木行星中则相对丰富。
总结来说,地球上的重金属元素来自早期恒星的核合成过程,而这些元素的形成过程和太阳风的作用共同塑造了地球现有的元素组成。