地球为何银多金少?

2013-04-11 12:03
黑龙江科学 2013年1期
关键词:含银低质量超新星

最初,由于人们取得银的量很小,使得它的价值比金还贵。我国古代已知的琥珀金,就是一种天然的金、银合金,含银约20%。在大约公元前1780—1580年间埃及王朝的法典中规定,银的价值是金的2倍。甚至到17世纪,在日本银和金的价值还是相等的。马克思在《政治经济学批判》中讲道:“……而银的开采却以矿山劳动和一般比较高度的技术发展为前提。因此,虽然银不那么绝对稀少,但是它最初的价值却相对地大于金的价值。”而时至今日,金银的价格可是有着天壤之别,金价远远高于银价。

金少银多的缘由是什么?

长期以来地球上的金属如金、银被认为来自于宇宙中的超新星爆发,金属元素的起源被笼罩上了神秘的色彩,确切起源过程一直是一个未解之谜。目前一项研究发现为这一谜团的解开提供了线索。在恒星内部核聚变存在独特的机制形成了银。核坍缩型超新星在形成金和银元素的过程上受到一些元素的限制,使得银元素的量或比金元素来得多。在宇宙大爆炸之后的一段时期内,空间中充满了如氢和氦这样最常见的轻元素,而宇宙中的重元素来自于恒星内部的核聚变,比如碳和氧。

罕见的重元素如金和银,需要在大质量恒星生命的最后时刻发生的爆炸中存在,当这些恒星以超新星爆发的形式死亡后,将大量剩余物质抛射入太空中,其中就包含着多种重金属元素,因此恒星内部的核聚变就是它们的起源。

根据德国海德堡大学天文学家、本项研究论文的第一作者卡米拉·汉森(Camilla Hansen)介绍:通过使用计算机建模,模拟了观测中发现的超过70个大质量恒星的演化,目的是为了查明地球上银的源头。该研究团队分析了来自恒星化学物质组分的光谱,每个元素的含量直接关联到相对应的谱线,同时也显示了恒星的温度。

研究人员得出的结论认为银元素的出现源于一些低质量恒星,产生金和银元素的恒星内部核聚变则是通过两个完全不同的核反应类型,即弱r过程。宇宙中是否存在银元素含量富余的现象呢?研究小组还发现可以在确定类型的超新星形成的金属元素上设置一个限制条件,形成低质量的超新星爆发前身是质量为太阳8~9倍的恒星,更重要的是,弱r过程被认为与低质量超新星爆发有关,并且这比我们早前估计的值要低。

因此,当一颗单一恒星演化至生命结束时所抛射出的金属元素质量是相当低的,仅仅相当于原来恒星质量的数十亿分之一,而形成银元素的低质量超新星在数量以及空间分布上可能显得更加广泛一些,比起形成金元素的更大质量超新星爆发,前者数量较多的元素或者有助于解释为什么地球上银比金更加的丰富。

金矿

地球上99%以上的金进入地核,金的这种分布是地球长期演化过程中形成的。地球发展早期阶段形成的地壳其金的丰度较高,因此,大体上能代表早期残存地壳组成的太古宙绿岩带,尤其是镁铁质和超镁铁质火山岩组合,金丰度值高于地壳各类岩石,可能成为金矿床最早的“矿源层”。

金在地壳中丰度值本来就很低,又具有亲硫性、亲铜性、亲铁性,高熔点等性质。要形成工业矿床,金要富集上千倍;而要形成大矿、富矿,金则要富集几千、几万倍,甚至更高。一般认为,规模巨大的金矿一般要经历相当长的地质时期,通过多种来源、地质构造演化和多次成矿作用叠加才可能形成。

银矿

在内生作用中,银在热液阶段才趋于高度集中,富集成银(金)或各种含银的多金属硫化物矿床。在表生条件下,银的硫化物可形成具有一定溶解性、易溶于水的Ag2SO4,在氧化带下部形成次生富集体。在沉积作用中,银常与铜、金、铀、铅、锌或钒、磷等一起迁移,沉淀于砂岩、黏土页岩和碳酸盐岩类岩石中,当其达到一定程度的富集,可形成沉积型或层控型银矿床;在变质作用过程中,原岩中呈细分散状态的银,经变质热液的萃取与活化迁移,在适当的地质条件下可富集形成具有经济价值的新矿床,或者使原矿体叠加富化。

自然界银矿物或含银矿物种类繁多,它们又可在不同的地质作用阶段形成,因此这些银矿物常分布在不同的矿相中,甚至好几种银矿物赋存于同一矿石之中。它们除独立呈粗粒单晶存在,嵌布于脉石矿物中外,还有与方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿等呈细微的连晶出现,也有呈分散状态赋存于上述矿物之中。

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