"الأوريجين النووية لغاز الأرض النبيل"

الغلاف الجوي للأرض يحتوي على مجموعة من العناصر المعروفة بالغاز النبيل هيليوم، نيوون، أرجون، كريبتون، سونون، رادون، هذه الغازات تعرفها على أساس خامتها الكيميائية، وكمية شمسية، ونادرا ما تترابط مع ذرات أخرى، وتظل بعيدة عن ردود الفعل الكيميائية التي تشكل معظم عالمنا، ولعد عقود، كان وجودها ذاته غير فعال.

والجواب ليس في الكيمياء السطحية ولكن في النبض البطيء والمطّرد للديعة النووية الذي يحدث في أعماق الأرض (سيركو) والقشرة والمشروبات، وتظهر ألفا كآلية مركزية لتوليد عدة غازات أرضية نبيلة، وأكبرها هيليوم وزرغونغمداش، والوقت الجيولوجي، فهم هذه العملية اللاهوتة ليس فقط سبب وجود هذه الغازات بل أيضاً.

ما هو ألفا ديكي؟

(أ) إن التحلل ألفا هو نوع من التفكك الإشعاعي الذي يقذف فيه نواة ذرية غير مستقرة جزيئات تتكون من بروتونين واثنين من النيوترونات المزودة بمقياس للجرع؛ وهي في الأساس نواة هيليوم - 4، ويخفض هذا الانبعاث العنصر - 23 - Squo الأصلي؛ ورقم الذرّة باثنين ورقم الكتلة 4، وينقله إلى عنصر مختلف.

وتحتوي الجسيمات ألفا المبعثرة على طاقة حركية كبيرة، عادة في نطاق 4ndash؛ 9 ميغيلكترون فولت، حيث تسافر عبر الصخور أو السوائل المحيطة، فإنها تفقد الطاقة تدريجيا من خلال التفاعلات مع الإلكترونيات، ثم ترتاح في نهاية المطاف، وتلتقط جزيئات ألفا إلكتروناتين مائية وتصبح ذرة محايدة من الهيليوم - 4.

إنّ "اليورانيوم" والثوريوم موجودان في قشرة الأرض بمتوسط تركيزات تبلغ حوالي 2.7 جزء من المليون و9.6 جزء من المليون على التوالي، وعلى مدى مليارات السنين، كان العدد التراكمي من الأكسيدات ألفا مذهلاً، وما نتج عن ذلك من إنتاج الهيليوم كبيراً بما يكفي ليُستأثر بجزء كبير من الهيليوم الذي وجد في رواسب الغاز الطبيعي والغلاف الجوي.

The Noble Gas Inventory of Earthrsquo;s Atmosphere

وقبل دراسة الدور المحدد للألفا، من المفيد فهم ما يحتويه الغلاف الجوي الحديث، وتظهر الغازات النبيلة في الأجزاء التالية من الحجم التقريبي:

  • Argon] 'ndash; 0.934% (9,340 ppm), making it the third most abundant gas in dry air after nitrogen and oxygen
  • Neon] "ndash; 18.2 ppm
  • Helium] "ndash; 5.24 ppm
  • Krypton] "ndash; 1.14 ppm
  • Xenon] "ndash; 0.087 ppm
  • Radon] ' sash; trace concentrations (variable, typically parts per quintillion)

هذه الوفرة ليست بقايا أساسية من الأرض المزروعة؛ تشكيلة، وقد فقد المخزون الأصلي من الغاز النبيل الموروث من النيبول الشمسي إلى حد كبير خلال المراحل المبكرة والعنيفة من التلقيم والأثر المثبِّث للقمر، وما نلاحظه اليوم هو صخرة ثانوية من الطراز، وقطعة من خلال التفوق على الأرض الصلبة والنشاط البركاني، وعناصر حاسمة من القشر المشع.

ألفا ديكي كعملية غاز نوبل

إن الأيل ألفا يسهم بشكل مباشر في إنتاج الهيليوم الرابع، ولكنه يشارك أيضا في سلاسل الأزياء الأوسع التي تولد النظائر النبيلة الأخرى، وللاطلاع على كيفية تتبع مسارات الديساي للسلسلة المشعة الثلاث التي طال أمدها.

سلسلة الأيرانيوم

(أ) تلف اليورانيوم - 238 من خلال سلسلة من 14 خطوة تشمل ثمانية من الديكتا ألفا وستة من الديكتا، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى استقرار في المرحلة التجريبية، وينتج كل انبعاث ألفا على طول هذه السلسلة ذرة من الهيليوم - 4، وينطبق الأمر نفسه على اليورانيوم - 235، التي تستهلك من خلال سلسلة من 7 إلى ألفا، والثوريوم - 232، التي تستهلك في الفترة من 6 إلى 208.

وإذا استوعبنا طول عمر الأرض، فإن إجمالي الهيليوم الذي تولده هذه السلاسل الديكيية الثلاثة هائل، وتشير النماذج الحالية إلى أن القشرة القارية وحدها تنتج ما يقرب من 2 راندش؛ 3 " وقت؛ 106] كيلوغرامات من الهيليوم الجيني الإشعاعي كل سنة.

Potassium-40 and Argon-40

أما أرجون - 40، وهو النظير المهيمن للعربات الجوية، فهو يأتي من عملية نووية مختلفة هي: " كهرباء " ، وتحمل الأيلكترون دينا البوتاسيوم - 40، ولئن كان هذا ليس من الناحية التقنية، فهو ينتمي إلى نفس أسرة آليات الإنتاج الإشعاعي، ولا يمكن فصله عن أي مناقشة للغازات النبيلة في الأرض المتجمدة؛ والغلاف الجوي.

بوتوسيوم 40 لديه نصف عمر 1.25 مليار سنة وحوالي 11% من ألوانها تمضي عبر التقاط الإلكترونية إلى 40

This radiogenic production explains the most striking feature of atmospheric noble gases: argon is far more abundant than any other noble gas, despite being heavier than neon. without the potassium-40 decay, Earthrsquo;s atmosphere would contain less than 10 ppm of argon instead of nearly 1%.

التلفزة و الغازات الثقيلة

وينشأ عن النيو وكريبتون وزينون أصول أكثر تعقيدا، وفي حين أن الديكايين ألفا لا ينتج هذه العناصر مباشرة، فإن الانشطار التلقائي لليورانيوم - 238، وإلى حد أقل، ينتج الفستق - 232 طائفة أوسع من منتجات الألياف تشمل النظائر المكونة من كريبتون وزينون.

وبالنسبة للكريبتون وزينون، فإن الإنتاج الأرضي عن طريق الأنشطار لا يمثل سوى جزء صغير من مخزوناته الحالية في الغلاف الجوي، ويبدو أن معظمها قد سلم بواسطة الكويكبات والمذنبات أثناء القصف الثقيل المتأخر قبل أربعة بلايين سنة، مع مساهمات إذاعية وبشرية إضافة توقيع واضح على التاريخ الجيوكيميائي المستخدم لتعقب الأرض المتجمدة.

رادون، وهو الغاز الأكثر نبلا، يفكك وينتج باستمرار عن طريق التحلل الألفاوي في سلسلة التحلل باليورانيوم؛ وعلى وجه التحديد من الإشعاع - 226، ويعيش رادون - 22 نصف عمر لمدة 3.8 أيام فقط، بحيث لا يتراكم أبدا؛ ويقع من الأرض إلى قبو أرضي وإلى المياه الجوفية، مما يشكل خطرا صحيا في المناطق التي يوجد فيها صخور خصبة اليورانيوم.

From Rock to Atmosphere: The Migration Story

إن إنتاج الغازات النبيلة من خلال الأيلجة هو نصف القصة فحسب، ويجب على هذه الذرات أن تفلت من مضيفيها المعدنيين وأن تسافر إلى السطح، وتتوقف هذه الهجرة على مزيج من العمليات المادية التي تعمل على نطاق زمني مختلف إلى حد كبير.

Recoil and Diffusion

وعندما يتم قذف جزيئات ألفا، تُعادل نواة البنت بما يكفي من الطاقة لكي تُشرَّد من موقعها الأصلي للبطاقة، وفي الصخور المحمَّلة، فإن نطاق إعادة التربيل هو عادة 20 ميغاغرام؛ 40 ميكروتر، ويمكن لهذا التشريد الأولي أن يضع ذرة الغاز النبيلة المنشأة حديثاً في حدود حبة أو حيز للزراعة، حيث يصبح متنقلاً.

وعلى مدى فترات زمنية أطول، تنتشر عبر التكتل المعدني، وهي أصغر الغازات النبيلة وأكثرها نقالا، وتنشر بسرعة في درجات الحرارة المرتفعة، وفي القشرة العليا، حيث تقل درجات الحرارة عن 100 درجة مئوية؛ جيم، يمكن أن تهاجر ذرات الهيلوميوم عدة أمتار على مدى ملايين السنين على طول الحدود والحدود الدقيقة.

البراكين

والنشاط البركاني هو الآلية الرئيسية لنقل الغازات النبيلة من القشرة المكتومة والعميقة إلى الغلاف الجوي، وعندما ترتفع الماما وتنزع الغازات المذوفة إلى الفقاعات وتطلق أثناء الانفجارات، وتوفر قياسات نسب الغاز النبيلة في الأعمدة البركانية أدلة مباشرة على ما زال المانترليسوم من حيث النسيج، والتكوينات الثلاثة المحاصرة، والكشف عن أن الأرض لا تزال محاصرة.

وتظهر نسب الهيليوم - ٣/هيليوم - ٤ أعلى بثماني مرات تقريبا من نسبة الغلاف الجوي، مما يشير إلى خليط من الهيليوم - ٣ والهيلوم - ٤ الذي ينتجه الديكي ألفا، وفولط هوتسبوت من قبيل تلك التي توجد في هاواي وآيسلندا أعلى من ذلك.

Diffuse Degassing

وفيما عدا الأحداث البركانية، فإن تياراً أكثر هدوءاً وإن كان ثابتاً من الغازات النبيلة يهرب من القشرة القارية من خلال تطهير التربة، وتظهر قياسات الهيليوم وتدفقات الرادون في المناطق غير الساحلية أن انبعاثات هذه الخلفية تمثل نحو 30 في المائة من مجموع تدفق الهيليوم إلى الغلاف الجوي، وهذه العملية نشطة بشكل خاص في المناطق التي تشدد عليها بإحكام والتي توفر فيها المناطق المتخلفة مسارات قابلة للتلف.

Atmospheric Retention and Loss

وعندما تصل الغازات النبيلة إلى الغلاف الجوي، تنقسم مصائرها بشكل حاد على الكتلة الذرية وتوازن الطاقة في الغلاف الجوي العلوي.

Helium Escape

Helium is light enough to overcome the Earth[g] perquo;s gravitational withdrawal in the exosphere, where temperatures can exceed 1,000 K due to absorption of extreme ultraviolet radiation. At these temperatures, a small fraction of helium atoms in the high-velocity of the Maxwell roughgenash; Boltzmann distribution attains escape velocity (11.2 km/2]

وتفسر هذه الدولة القريبة من الأرض سبب عدم تراكم الهيلومات في الغلاف الجوي إلى أجل غير مسمى، ويعكس محتوى الهيليوم توازنا ديناميا بين الإنتاج المستمر من ألفا - ديكاي واستمرار جينز في الهروب من أمداش؛ وتوازن استمر في معظم الأرض التي تسكنها الأرض؛ وتاريخ التاريخ.

Argon Retention

إن أرجون، التي يبلغ عدد ذريتها 40، ثقيلة جداً جداً على الفرار من الأرض المزروعة؛ والجاذبية في ظل الظروف الراهنة، وكل ذرة من نوع أرجون - 40 تنتج عن فراغ البوتاسيوم - 40 على مدى 4.5 بليون سنة الماضية، إما أن تكون قد أُطلقت إلى الغلاف الجوي أو ما زالت مخزنة في القشرة والمرج، وبالتالي فإن المخزون الجوي من مادة الأرغون - 40 يمثل سجلا متكاملا من حيث الكفاءة في البوتاسيوم - 40.

This property allows geochemists to estimater Earthgrsquo;s outgassing history. If all the potassium-40 that ever existed in the Earth had decayed and released its argon-40 into the atmosphere, the total would be roughly 4.5 'times; 1019 grams.

Xenon Missing

والغموض الذي طال أمده في مجال الكيمياء الجيولوجية هو " اللدوكو؛ والفوضى التي تُرتكب في إطارها " و " المشكلة " ، والهيكل الأرضي " الذي يحتوي على أقل من المتوقع في الغلاف الجوي، استنادا إلى مقارنات مع العناصر الأخرى المتقلبة، والنيازك الدهني، ويُقترح أن يكون الزينون محصورا في مراحل الحافظة العالية أو التي يشمل فيها الضغط.

ما يخبرنا به (نوبل غاسيس) عن الأرض المُتحوّلة

وتمتد دراسة الغازات النبيلة في الأرض المتجمدة؛ وتمتد الغلاف الجوي إلى أبعد من الفضول البسيط بشأن مصدر هذه الغازات، وتستخدم وفرة هذه الغازات في الظواهر الأرضية كعناصر لفهم العمليات الأرضية الأساسية.

Helium-3 as a Mantle Tracer

و هيليوم 3 مُصنّع بشكل كبير في مُجمّع الديموداش، و تمّ دمجه أثناء تسارع الأرض، و لم يُنتج بشكل كبير بواسطة الأكسيد الإشعاعي. (هناك إنتاج صغير من رد فعل التقاط النيوترونات على الليثيوم-6، ولكنّه لا يُذكر على نطاق عالمي)

Argon-40 as a Degassing Chronometer

ونظراً لأن إنتاج الأرغون - 40 يتم بمعدل معروف من البوتاسيوم - 40 ويُحتفظ به في الغلاف الجوي بمجرد إطلاقه، فإن تراكم أرجون - 40 في الغلاف الجوي يوفر ساعة للتفكيك الكواكبي، وتشير النماذج التي تتطابق مع قائمة جرد أرغون الغلاف الجوي الملاحظة مع ميزانية البوتاسيوم للأرض المُنبَح عنها إلى أن حوالي 40 رانداش؛ 50 في المائة من الغلاف الجوي المُنْحَثِّرِثِّي الأرضي لا يزال مُوصَب بالكامل.

Neon Isotopes and Atmospheric Loss

(نيون) لديه ثلاثة نظائر ثابتة: نيوون-20 ونيون-21 ونيون-22، ونسبة النيو-20/neon-22 في الغلاف الجوي أقل بكثير من نسبة الرياح الشمسية، مما يعني أن الأرض هي التياركو؛ وجو مبكر تم تجريده من الشمس المتجمدة؛ وأشعة الأشعة فوق البنفسجية الشديدة خلال خط الهادي، مع الاحتفاظ بالظواهر الجوية الأكثر نبلاً قبل وقوعها.

ألفا ديكاى في السياق الأوسع للعلوم الكوكبية

إن دور الأحرف ألفا في توليد الغازات النبيلة ليس فريداً على الأرض، ففي المريخ، اكتشف الرعفان - 40 في الغلاف الجوي من قبل ممر الفضائح، وتشير نسبة الأرغون - 40/الراجون - 36 إلى أن العلماء قد تعرضوا لضبوط أكبر من سطح البحر، وأن انخفاض حجم الرعاة - 40 مقارنة بالأرض يشير إلى أن ماريس قد شهدت قدراً أقل من الرواسب البركانية.

على القمر، النضوب المتطرف للعناصر المتقلبة يعني أن الديكتاي ألفا هو المصدر المهيمن لأي هيليوم - 4 وأرغون - 40 موجود في الغلاف الجوي المائي المائي المائي المائي، وتظهر القياسات التي يقوم بها مُفتش القمر وبعثات أبولو تغيراً في الديوان في أرجون - 40، مع ارتفاع التركيزات عند شروق الشمس عند اليابسة الغازية من السطح البارد.

وحتى في حالة الزئبق، رصدت المركبة الفضائية للسارق كميات من الهيليوم والعربون في الغلاف الجوي للكوكب، مستمدة تقريبا من التحلل الإشعاعي في القشرة، وبهذا المعنى، يوفر الأزياء ألفا خط أساس عالمي: أي جسم صخري يحتوي على اليورانيوم الكافي والثوريوم سينتج جو غازي نبيل، مهما كان رقيقا.

الآثار العملية والمسائل المفتوحة

The production of helium by alpha decay has direct economic relevance. Helium is a critical resource for MRI magnets, semiconductor manufacturing, and cryogenic research. The vast majority of commercially produced helium comes from natural gas fields where radiogenic helium has accumulated in structural pies over tens to hundreds of millions of years. [FtalT:0]Underology, link between clFL

Radon, the alpha-decay product of radium-226, is a health concern because inhaled radon daughters can irradiate lung curriculum and increase cancer risk. Geological mapping of radon potential ] relies on the same fundamental nuclear physics that governs alpha decay in the uranium series. Homes built on granitic or shale

وهناك عدة أسئلة مفتوحة، تتمثل إحدى هذه الأسئلة في الكفاءة الدقيقة التي يُحتفظ بها في مضيفين معادن مختلفين في إنتاج الألفا، وذلك قبل نشرها، والسؤال الآخر هو ما إذا كانت هناك مستودعات كبيرة من الغازات النبيلة البدائية لا تزال عالقة في المنصات أو النواة الدنيا، والثالث هو دور دورات المياه الأرضية العميقة في إغراق الغازات النبيلة من الخيط وإعادتها إلى الغلاف الجوي.

(أ) البحث عن العينات من التلال في وسط المحيط، والينابيع الساخنة القارية، والثقوب العميقة، لا يزال يصقل فهمنا لهذه العمليات، ويسمح الآن لشق الأصيلات الحديثة بالتنويم بين الهيليوم المستخرج من المانتيل والهيلوم الرئوي المحتوي على ثقب، ويسمح العلماء الآن بالتمييز بين خليط الخوذ المحتوي على الخوذات البقعية في الأشعة السيكية،

Geophysical surveys combined with noble gas geochemistry] are providing a more integrated picture of how heat-generating radioactive elements in the crust influence not only noble gas production but also geothermal gradients and the distribution of thermal springs.

خاتمة

ويشكل التحلل ألفا عملية أساسية في بناء الأرض المتجمدة؛ وجو ثانوي، والفعل البسيط لنواة ثقيلة تقذف جزيئات هيليوم - ٤، وقد وفر الغلاف الجوي بمكونه الكامل من الهيليوم، ومن خلال التقاط الكبريتونات البوتاسيوم - ٤٠، فإن النظائر المهيمنة من الأرغون، بالإضافة إلى هذه المساهمات المباشرة، فإن آثار الديوكسين من اليورانيوم والتوتون.

إن توزيع هذه الغازات بين القشرة والماندل والغلاف الجوي يعكس التفاعل بين الفيزياء النووية، وعلماء الانتشار، والنقل البركاني، والهروب الجاذبية، وقياس التوقيعات الأيسوتوبيكية للغازات النبيلة، يقرأ علماء الجيولوجيون سجلاً للتفريق الكوكبي، والتاريخ الحراري، والتطور في الغلاف الجوي الذي يعود إلى التكوينات الأولى.

فالغازات النبيلة، بعيدا عن كونها فضول غير مقصود، هي رسل من أعماق الأرض، وهي تحمل بصمات الأصابع التي حدثت في البلورات منذ فترة طويلة من إعادة التركيب، وفي الصخور التي دفنت الآن على بعد كيلومتر تحت البركان النشط، وفي المعادن التي شهدت كامل نطاق نشاطنا في مجال التنفّس، وفي التاريخ، تتحول كل ذرة من الهويات النووية.