原创 未来可能会耗尽的元素资源有哪些?

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摘要:出品:科普中国 出品:科普中国 制作:荆博 制作:荆博 监制:中国科学院计算机网络信息中心 监制:中国科学院计算机网络信息中心 看到有回答元素不会耗尽的,感觉应该是受质量

出品:科普中国

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制作:荆博

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监制:中国科学院计算机网络信息中心

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看到有回答元素不会耗尽的,感觉应该是受质量守恒的影响,觉得元素不生不灭,在化学反应前后物质的量保持不变。实际上这个问题是比较难以回答的,因为从不同的角度出发就会得出不同答案。

看到有回答元素不会耗尽的,感觉应该是受质量守恒的影响,觉得元素不生不灭,在化学反应前后物质的量保持不变。实际上这个问题是比较难以回答的,因为从不同的角度出发就会得出不同答案。

重元素逐渐减少

重元素逐渐减少

虽然在1905年爱因斯坦就发表了著名的质能方程,但直到1938年12月17日,德国人奥托·哈恩和他的助手弗里茨·斯特拉斯曼才发现了重元素的核裂变,并在1939年1月弗里施等人对其原理进行解释,并将这一过程通过类比生物细胞的生物裂变进行命名。在裂变过程中,除了会释放α粒子、β粒子、γ射线等,还会释放巨大的能量,这是因为基于质能方程,裂变前后物质的质量发生变化,元素的总结合能小于裂变前的重核素。像致使人类活在巨大阴影下的原子弹,就是利用高浓度的重元素裂变,并通过释放的超过系数为1的α粒子进而促进反应急剧进行的链式反应。单从元素的角度来讲,由于同位素的存在,稳定存在的核素大概为90种,而不稳定的核素种类则接近3000种(由于人工合成新的核素,未来的种类会更多)。

虽然在1905年爱因斯坦就发表了著名的质能方程,但直到1938年12月17日,德国人奥托·哈恩和他的助手弗里茨·斯特拉斯曼才发现了重元素的核裂变,并在1939年1月弗里施等人对其原理进行解释,并将这一过程通过类比生物细胞的生物裂变进行命名。在裂变过程中,除了会释放α粒子、β粒子、γ射线等,还会释放巨大的能量,这是因为基于质能方程,裂变前后物质的质量发生变化,元素的总结合能小于裂变前的重核素。像致使人类活在巨大阴影下的原子弹,就是利用高浓度的重元素裂变,并通过释放的超过系数为1的α粒子进而促进反应急剧进行的链式反应。单从元素的角度来讲,由于同位素的存在,稳定存在的核素大概为90种,而不稳定的核素种类则接近3000种(由于人工合成新的核素,未来的种类会更多)。

出品:科普中国

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制作:荆博

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监制:中国科学院计算机网络信息中心

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看到有回答元素不会耗尽的,感觉应该是受质量守恒的影响,觉得元素不生不灭,在化学反应前后物质的量保持不变。实际上这个问题是比较难以回答的,因为从不同的角度出发就会得出不同答案。

看到有回答元素不会耗尽的,感觉应该是受质量守恒的影响,觉得元素不生不灭,在化学反应前后物质的量保持不变。实际上这个问题是比较难以回答的,因为从不同的角度出发就会得出不同答案。

重元素逐渐减少

重元素逐渐减少

虽然在1905年爱因斯坦就发表了著名的质能方程,但直到1938年12月17日,德国人奥托·哈恩和他的助手弗里茨·斯特拉斯曼才发现了重元素的核裂变,并在1939年1月弗里施等人对其原理进行解释,并将这一过程通过类比生物细胞的生物裂变进行命名。在裂变过程中,除了会释放α粒子、β粒子、γ射线等,还会释放巨大的能量,这是因为基于质能方程,裂变前后物质的质量发生变化,元素的总结合能小于裂变前的重核素。像致使人类活在巨大阴影下的原子弹,就是利用高浓度的重元素裂变,并通过释放的超过系数为1的α粒子进而促进反应急剧进行的链式反应。单从元素的角度来讲,由于同位素的存在,稳定存在的核素大概为90种,而不稳定的核素种类则接近3000种(由于人工合成新的核素,未来的种类会更多)。

虽然在1905年爱因斯坦就发表了著名的质能方程,但直到1938年12月17日,德国人奥托·哈恩和他的助手弗里茨·斯特拉斯曼才发现了重元素的核裂变,并在1939年1月弗里施等人对其原理进行解释,并将这一过程通过类比生物细胞的生物裂变进行命名。在裂变过程中,除了会释放α粒子、β粒子、γ射线等,还会释放巨大的能量,这是因为基于质能方程,裂变前后物质的质量发生变化,元素的总结合能小于裂变前的重核素。像致使人类活在巨大阴影下的原子弹,就是利用高浓度的重元素裂变,并通过释放的超过系数为1的α粒子进而促进反应急剧进行的链式反应。单从元素的角度来讲,由于同位素的存在,稳定存在的核素大概为90种,而不稳定的核素种类则接近3000种(由于人工合成新的核素,未来的种类会更多)。

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图1/11

数据来源:公共统计信息领域

数据来源:公共统计信息领域,图像作者翻译编制

值得庆幸的是,在自然条件下,没有那么多种类的核素,更重要的是重核元素的含量不高,其富集程度也无法支持发生链式反应,而是以自然衰变的形式进行。

值得庆幸的是,在自然条件下,没有那么多种类的核素,更重要的是重核元素的含量不高,其富集程度也无法支持发生链式反应,而是以自然衰变的形式进行。

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澳门太阳娱乐集团官网,地球相对丰度

图2/11

同时,由于元素的形成,主要是大爆炸和恒星爆炸等条件下形成,对于地球而言,重核素的形成难以为继,在总量上是一个有减无增的过程,按照这种情况,地球上越是重的核素越先会被耗尽,特别是原子序数大于100的元素,含量极小,半衰期短,照此理论会以一个较快的时间耗尽,这其中就有我们较为熟知的铀,而核电和制造核武器又消耗了大量的铀元素,如果不是因为还存在较为稳定的铀同位素,其含量一定要比现在还要低得多。所以在理论上,最先消失的自然元素就应该是自然界中存在的原子序数93和94号元素,≈作为超铀元素,镎其痕量的伴生在铀矿中。

地球相对丰度

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同时,由于元素的形成,主要是大爆炸和恒星爆炸等条件下形成,对于地球而言,重核素的形成难以为继,在总量上是一个有减无增的过程,按照这种情况,地球上越是重的核素越先会被耗尽,特别是原子序数大于100的元素,含量极小,半衰期短,照此理论会以一个较快的时间耗尽,这其中就有我们较为熟知的铀,而核电和制造核武器又消耗了大量的铀元素,如果不是因为还存在较为稳定的铀同位素,其含量一定要比现在还要低得多。所以在理论上,最先消失的自然元素就应该是自然界中存在的原子序数93和94号元素,≈作为超铀元素,镎其痕量的伴生在铀矿中。

数据来源:公共统计信息领域

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不要小看这些核素裂变反应,虽然其丰度已经属于超低范畴,但作用巨大。地球的内部热量来自行星吸积的残余热量和放射性衰变产生的热量。这些热量主要是由丰度相对较高的钾-40,铀-238和钍-232在放射性衰变过程中提供的,这些足够的热量才导致地球中出现多处熔融的现象,是构造运动的重要动力。

图3/11

历史上,布丰曾经使用烧红的铁球完全冷却的时间尝试推断地球的年龄,得出75000年,远比圣经中记载的从公元前4000年创世纪开始要早,其答案依然有较大问题的原因除了因为当时对地球大小测定不准和将地球简化为更容易散热的铁球外,没有考虑地球内部放射热的持续供给也是一个的重要的原因。在地球历史早期,在半衰期短的同位素耗尽之前,地球的热量产生要高得多,地幔对流和板块构造运动也比今天的速率大得多,并形成了一些罕见的火成岩。所以,整体上地球火山地震运动会以一个逐渐变缓变弱的趋势变化,最终成为一颗“死星”。

数据来源:公共统计信息领域,图像作者翻译编制

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不要小看这些核素裂变反应,虽然其丰度已经属于超低范畴,但作用巨大。地球的内部热量来自行星吸积的残余热量和放射性衰变产生的热量。这些热量主要是由丰度相对较高的钾-40,铀-238和钍-232在放射性衰变过程中提供的,这些足够的热量才导致地球中出现多处熔融的现象,是构造运动的重要动力。

布丰阐述地球诞生年龄的《地球理论证据》一书

历史上,布丰曾经使用烧红的铁球完全冷却的时间尝试推断地球的年龄,得出75000年,远比圣经中记载的从公元前4000年创世纪开始要早,其答案依然有较大问题的原因除了因为当时对地球大小测定不准和将地球简化为更容易散热的铁球外,没有考虑地球内部放射热的持续供给也是一个的重要的原因。在地球历史早期,在半衰期短的同位素耗尽之前,地球的热量产生要高得多,地幔对流和板块构造运动也比今天的速率大得多,并形成了一些罕见的火成岩。所以,整体上地球火山地震运动会以一个逐渐变缓变弱的趋势变化,最终成为一颗“死星”。

轻元素难以利用

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但在实际生活中,我们要遇到的问题要远超于此,因为我们要利用的元素,必须要以富集的形式才能利用,换而言之就是需要成矿。对于元素如何富集成矿找矿,有着非常多的理论和实践经验,基本理论涵盖了地质学,地球物理和地球化学三大地球科学学科。如果单纯从元素角度:

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