ทำไมต้องอาร์กอนแทนที่จะเป็นก๊าซมีตระกูลอื่น?

ฉันสังเกตเห็นว่าบรรยากาศของโลกและดาวอังคารมีอาร์กอนเล็กน้อย (1% ถึง 2%) ฉันตรวจสอบดาวศุกร์ด้วยซึ่งมีอาร์กอน 0.007% แต่นั่นก็ยังมากกว่าก๊าซมีตระกูลอื่น ๆ ในบรรยากาศของดาวศุกร์

ฉันตรวจสอบดาวเคราะห์ก๊าซชั้นนอก 4 ดวงรวมถึงไททันดวงจันทร์และส่วนใหญ่ไม่สามารถหาอาร์กอนที่อยู่ในรายการองค์ประกอบบรรยากาศ ดาวพฤหัสบดีแสดงว่ามีจำนวนอาร์กน้อยมากซึ่งยากต่อการตีความเพราะมันระบุว่าเป็นฮีเลียมแล้วเทียบกับจูปิเตอร์ / ซันไม่ว่ามันจะมีความหมายอะไรก็ตาม ไททันดวงจันทร์ถูกระบุว่ามีร่องรอยของอาร์กอนโดยไม่ระบุหมายเลขใด ๆ คนอื่นไม่ได้พูดถึงอาร์กอน

แล้วทำไมดาวเคราะห์หินมักจะมีอาร์กอน แต่ดาวเคราะห์ก๊าซไม่?

ทำไมต้องอาร์กอนโดยเฉพาะ สันนิษฐานว่าฮีเลียมเบาเกินไปและจะลอยขึ้นไปด้านบนและโดนลมสุริยะออกไป อย่างไรก็ตามมีก๊าซมีตระกูลหนึ่งเดียวระหว่างฮีเลียมกับอาร์กอนคือนีออน แล้วทำไมเราไม่มีนีออนในชั้นบรรยากาศแทนที่จะเป็นอาร์กอนล่ะ?

แก้ไข:บางทีดาวเคราะห์ชั้นนอกจะมีอาร์กอน แต่ทั้งหมดจมลงไปด้านล่างและทำให้เราไม่ได้ตรวจสอบหรือไม่ ฉันยังอยากรู้ว่า Argon อยู่ที่ไหนใน "ห่วงโซ่อาหาร" ของการหลอมนิวเคลียร์สำหรับดาวเฉลี่ยเหมือนดวงอาทิตย์ของเรา ฉันมีเวลายากที่จะเห็นว่า Argon-40 จะมีประชากรมากกว่า Neon-20 ได้อย่างไร

เมื่ออ่านข้อมูลนี้ฉันอาจมีคำตอบถึงแม้ว่าเครดิตจะครบกำหนดเครดิต แต่คำตอบนั้นไม่ใช่ของฉัน:

https://www.reddit.com/r/askscience/comments/3wsy99/why_is_neon_so_rare_on_earth/

เมื่อดาวเคราะห์รวมตัวกันอาจเป็นไปได้ว่ามีน้ำแข็ง / ก๊าซน้อยมากรอบ ๆ ดาวเคราะห์ชั้นในเมื่อก่อตัวขึ้นและชั้นบรรยากาศและน้ำของโลก (CH4, NH3, CO2 และ H20 เป็น 4 ที่พบได้บ่อยที่สุดนอกสายน้ำแข็ง) สิ่งเหล่านี้น่าจะมาจากดาวเคราะห์น้อยและอุกกาบาตที่ก่อตัวนอกแนวน้ำค้างแข็งและต่อมาก็ชนเข้ากับโลก

Neon เป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดอันดับที่ 5ในทางช้างเผือก แต่เนื่องจากก๊าซมีตระกูลทั้งหมดมีจุดเยือกแข็งที่ต่ำมากจึงไม่น่าจะพบได้บ่อยนักแม้แต่ในดาวหางหรืออุกกาบาตด้วยเหตุผลเดียวกันกับที่น้ำหรือ CO2 ไม่ได้อยู่ในกลุ่มน้ำค้างแข็ง นีออนและก๊าซมีตระกูลอื่น ๆ คงอยู่อย่างอิสระและไม่สะสมบนดาวหางหรืออุกกาบาตในปริมาณที่สูง (ฉันดูแล้ว แต่ไม่พบบทความเพื่อยืนยันว่า)

แต่ถ้าดาวหางมีปริมาณก๊าซมีค่าต่ำเราก็ต้องหาแหล่งอื่น ด้วยความคิดนั้นและกลับไปที่ลิงค์แรกอาร์กอนผลิตโดยการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีของโพแทสเซียม 40 และนั่นจะอธิบายได้ว่ามันมีความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์เมื่อเทียบกับก๊าซนีออนทั่วไป ฮีเลียม (อนุภาคอัลฟ่า) ก็เกิดขึ้นในโลกและเรดอนก็มีปริมาณน้อยเกินไป แต่เรดอนก็สลายตัวไป - ที่ไม่เกี่ยวข้องกับคำถามของคุณ

ถ้าอาร์กอนบนดาวเคราะห์ส่วนใหญ่มาจากโพแทสเซียม 40 คุณควรคาดหวังว่าปริมาณอาร์กอนจะมีอัตราส่วนใกล้เคียงกับปริมาณโพแทสเซียมบนดาวเคราะห์และไม่สัมพันธ์กับเปอร์เซ็นต์ของบรรยากาศ ปัจจัยประการที่สองการระเบิดของดาวเคราะห์ในระยะเวลานานเท่าใดก็เป็นปัจจัยเช่นกัน โดยทั่วไปแล้ววีนัสควรจะสามารถเก็บรักษาอาร์กอนได้มากตามน้ำหนักอะตอม (40) คล้ายกับคาร์บอนไดออกไซด์ (44) แต่ถ้ามันสูญเสียอาร์กอนไปเพียงเล็กน้อยก็จะเป็นปัจจัยเช่นกัน

ทีนี้เพื่อดูว่าเป็นไปได้หรือไม่ฉันควรใช้ตัวเลขบางตัว แต่ฉันเตือนคุณคณิตศาสตร์ของฉันอาจมีสนิมเล็กน้อย

$2.3 \times 10^{19}$$(2.3 \times 10^{19}) \times (2.5 \times 10^{-3}) \times (1.17 \times 10^{-4}) =$$6.7 \times 10^{12}$หรือโพแทสเซียม 40 6.7 ล้านล้านตันในเปลือกโลก (อาจจะมีความยุติธรรมมากกว่าในเสื้อคลุมดังนั้นตัวเลขเหล่านี้จึงหยาบ)

ด้วยครึ่งชีวิตประมาณ 1.248 พันล้านปีนั่นคือเวลาที่เพียงพอสำหรับครึ่งชีวิตมากกว่า 3 ถ้าเราเริ่มต้นหลังจากการโจมตีอย่างหนักครั้งล่าสุดซึ่งแสดงให้เห็นว่าโพแทสเซียม 40 ดั้งเดิมในเปลือกโลกสลายตัวเป็น Argon 40 ดังนั้นจึงควรมี ตามอายุของโลกและความอุดมสมบูรณ์ของโพแทสเซียม 40 บิตมากกว่า 7 เท่า 6.7 ล้านล้านตันหรือให้สนามเบสบอลและพูดอาร์กอนมากกว่า 50 ล้านล้านตันที่เกิดขึ้นบนโลกด้วยการสลายตัวของโพแทสเซียม (ฉันไม่สนใจสิ่งที่อาจเกิดขึ้นก่อนที่จะมีการทิ้งระเบิดหนักในช่วงปลายทำให้ฉันคิดว่ามันอาจจะทำให้บรรยากาศบางส่วนหลุดออกจากโลกหรือทำให้บรรยากาศอุ่นพอที่ดวงอาทิตย์จะพัดออกมา) นอกจากนี้ยังทำการวิจัยเพียงเล็กน้อย 11% ของโพแทสเซียม 40 สลายตัวใน Argon 40, 89% ผ่านการสลายตัวเบต้าลงในแคลเซียม 40 ดังนั้นเพื่อให้ทำงานได้

มวลของบรรยากาศประมาณ 5,140 ล้านล้านตันและ 1.288% ของมัน (โดยมวลไม่ใช่ปริมาตร) = ประมาณ 66 ล้านล้านตันดังนั้นอาร์กอนเราควรคาดหวังจากโพแทสเซียม 40 การสลายตัวและปริมาณของอาร์กอนในบรรยากาศค่อนข้างใกล้เคียง . แก๊สอาร์กอนบางตัวอาจหนีออกมาได้และบางส่วนยังคงติดอยู่ในโลก แต่ตัวเลขนั้นอยู่ใกล้พอที่จะทำงานได้และฉันคิดว่านั่นน่าจะเป็นคำตอบ นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าโลกได้สูญเสียอาร์กอนไปสู่อวกาศน้อยมากซึ่งยังสอดคล้องกับบทความ Atmospheric Escape

วิธีที่ 2 ไปดูที่นี้ก็คือว่าอาร์กอน 40 ทำให้ขึ้น 99.6% ของอาร์กอนในชั้นบรรยากาศและดาวฤกษ์ Nucleosis มีแนวโน้มว่าจะได้บัญชีสำหรับอัตราส่วนได้ทุกที่ใกล้เคียงกับที่ (ไม่เชื่อมโยงตัวเอกทั่วไป แต่วิกิพีเดียกล่าวว่าอาร์กอน 36 เป็นส่วนใหญ่ ไอโซโทปสามัญ) การสลายตัวของโพแทสเซียม 40 นั้นจะอธิบายอัตราส่วน Argon40 99.6%

ถ้าเราใช้การประมาณที่คล้ายกันกับดาวศุกร์โดยมีชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ประมาณ 94 เท่ามวลของโลกและเราสมมติว่ามีอาร์กอน -40 จำนวนเท่ากันที่ผลิตในเปลือกโลกของดาวศุกร์เราคาดว่าประมาณ 1.28% / 60 หรือประมาณ 0.02% อาร์กอน มวลในชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์หรือบางทีถ้าโลกสูญเสียส่วนแบ่งที่ค่อนข้างสูงของมันเป็นองค์ประกอบเปลือกโลกที่เบาลงหลังจากการปะทะครั้งใหญ่เราอาจคาดหวังมากกว่านั้นบนดาวศุกร์เล็กน้อยอาจจะ 0.03% หรือ 0.04% ตามการประมาณการคร่าวๆ ใช้จำนวน 0.007% ของคุณซึ่งต่ำกว่าที่ฉันคำนวณ แต่ Venus อาจสูญเสียส่วนแบ่งของ Argon มากกว่า Earth และมันอาจช้ากว่าที่จะปล่อยก๊าซที่ติดอยู่ภายในเปลือกโลกเพราะมันไม่มี การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกดังนั้นจำนวนของวีนัสก็ดู "ถูกต้อง" เช่นกัน มันคือโพแทสเซียม 40 ในเปลือกโลก ผม'

คำถามที่น่าสนใจ ฉันเรียนรู้สิ่งที่ค้นคว้า

ทำไมต้องอาร์กอนโดยเฉพาะ

ทั้งฮีเลียมและนีออนมีน้ำหนักเบาสวยมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นไอได้ง่ายแม้ที่อุณหภูมิต่ำและเฉื่อยทางเคมี ด้วยเหตุผลทั้งหมดเหล่านี้เมื่อรวมเข้าด้วยกันพวกมันก็มักจะไม่ติดกับดักเมื่อมีการก่อตัวดาวเคราะห์ - และเมื่อพวกมันถูกดักจับมันจะหลุดออกมาได้ง่าย

อาร์กอนนั้นหนักพอที่จะหลบหนีไปในอวกาศได้ง่ายดังนั้นเศษส่วนบางส่วนอาจติดอยู่ในบรรยากาศเป็นเวลานาน