На вагу золота. Чому найпоширеніші у Всесвіті елементи такі рідкісні на Землі

Аналіз Всесвіту показує, що він здебільшого складається з темної матерії й темної енергії — яких ми не спостерігаємо на Землі. Навіть баріонна матерія, яку ми іноді називаємо "спостережуваним Всесвітом", складається на три чверті з водню і на 23% з гелію за масою, і навіть менше, якщо рахувати атоми. Але на Землі все відбувається зовсім інакше, пише IFLScience.

Попередні дослідження вже показали, що гелій насправді є одним із найрідкісніших елементів на Землі, а водень становить лише частку 1% земної кори й набагато менше в розрізі планети загалом.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Водень широко поширений у масштабах всесвіту, це зумовлено тим, що його більша частина утворилася під час Великого вибуху. У перші миті після свого народження Всесвіт, по суті, являв собою безлад із кварків і глюонів. Коли ситуація трохи стабілізувалася, більша частина спостережуваної матерії складалася з електронів, протонів і нейтронів, а також інших субатомних частинок.

За словами дослідників, електрони та протони, як правило, знаходили один одного, утворюючи водень. Водночас було вироблено невелику кількість гелію і меншу кількість літію. Відомо, що більша частина початкового літію була зруйнована в зірках, які сплавили водень, щоб стати гелієм, а пізніше розширити склад до всієї періодичної таблиці.

Якщо розглядати Всесвіт як "верстат" для перероблення водню на інші елементи, він усе ще молодий, а більша частина його життєвого шляху ще не пройдена. Водночас якщо зосередитися лише на нашій планеті, цей процес перетворення виглядає майже завершеним. Наприклад, земні океани складаються з двох частин водню й однієї частини кисню, з додаванням натрію, хлориду та інших елементів, що утворюють сіль. Частина інших елементів також пов'язана в породах або прикріплена до молекул вуглецю, за принципом того, як метан утримується в атмосфері Землі.

Проте, якщо дивитися на картину в цілому, частка атомів водню надзвичайно мала. При цьому гелію на Землі ще менше — його частка настільки мала, що вчені довгий час не виявляли його, поки випадково не натрапили на його спектральні лінії під час затемнення.

Як з'явилася Земля

Як і безліч інших планет, Земля утворилася з протонного диска, а він, своєю чергою, складався з гелію і водню з Великого вибуху. Крім того, в ньому були присутні вкраплення важчих елементів, об'єднаних у більш ранніх скупченнях зірок і поширених по галактиці.

Сонце і газові гігантські планети зовнішньої Сонячної системи мають склади, які приблизно відображають це, хоча більша частина початкового водню Сонця тепер являє собою гелій. Земля та інші внутрішні планети зовсім інші.

Куди поділися початковий гелій і водень

Гелій і водень неймовірно поширені у Всесвіті й обидва вони є дуже легкими газами. Простими словами, вони легко можуть уникнути гравітації Землі. Наприклад, більший Юпітер утримував більшу кількість гелію і водню, маючи більше гравітаційне тяжіння, але наша планета просто не була достатньо великою.

Ще однією причиною є відстань від Землі до Сонця порівняно з газовими гігантами, яким вдалося утримати більше гелію та водню. У результаті на Землі гази нагріваються швидше, що дає їм енергію і збільшує шанси на обхід гравітаційного тяжіння.

За словами вчених, ще однією причиною такої малої кількості гелію на Землі є те, що він майже ніколи не з'єднується з іншими атомами, які могли б його достатньо зв'язати. Ба більше, більшість планетологів насправді сумніваються, що будь-який вихідний гелій із планетарного диска і зовсім зберігся на нашій планеті. Вважається, що гелій, присутній на Землі, є продуктом радіоактивного розпаду важчих елементів.

Водень більш поширений на Землі, ніж гелій, тому що він легко зв'язується з такими елементами, як кисень. Молекула водяної пари важить у дев'ять разів більше за молекулу H2, що робить її набагато менш здатною до втечі. Що стосується того, чи міститься на Землі все ще початковий водень із планетарного диска, на жаль, вчені поки так і не змогли дійти до спільного знаменника.

Раніше Фокус писав про те, що Всесвіт насправді не повинен існувати: фізики зробили нове відкриття про бозон Хіггса.