Tuesday, January 18, 2011

Na poczatku byl uran?

   Klasyczna geologia czy geofizyka uczy nas, ze przynajmniej czesc ciepla generowanego we wnetrzu Ziemi pochodzi z hamowania w jej wnetrzu produktow rozpadu pierwiastkow promieniotworczych. Wedlug klasykow (patrz np Takeuchi H, Uyeda S., Kanamori H, "Debate about the Earth" Freeman et al 1970) , glownymi producentami radioaktywnego ciepla sa uran, tor i potas. Wedlug szkoly klasycznej pierwiastki te sa rozmieszczone glownie w skorupie ziemskiej. Plaszcz i jadro sa natomiast praktycznie wolne od pierwiastkow radiaktywnych. Nie znalazlem nigdzie przekonywujacego uzasadnienia tego pogladu z wyjatkiem danych o skladzie skal granitowych , bazaltowych i perodytytu (oliwinu). Nie ma tez wyraznego uzasadnienia tezy o zelazno-niklowym skladzie wnetrza jadra. Wiemy, ze oszacowanie szybkosci straty ciepla przez Ziemie wykonane przez lorda Kelvina (W. Thomson) wskazywalo na to, ze Nasza Droga Planeta powinna byc juz kompletnie zimna jesli istotnie liczy sobie az 5 mld lat. Dlaczego zatem mamy jeszcze plynne jadro zewnetrzne i skad pochodzi cieplo, ktore zapewnia wysoka temperature tego jadra ( okolo 3000-5000K)  tego nikt nie komentuje. Nie jest tez jasne w jaki sposob Ziemia uzyskala taka obfitosc roznych pierwiastkow naturalnych (o ile dobrze pamietam  az dziewiecdziesiat dwa). Jesli Nasza Planeta powstala z materii slonecznej wybitej ze Slonca przejsciem jakiegos kosmicznego pocisku to skad pojawily sie tutaj pierwiastki, ktorych obecnosc na Sloncu jest nieudowodniona?  Slonce sklada sie w wiekszosci z wodoru i helu a z tych pierwiastkow trudno jest utworzyc pierwiastki ciezsze od zelaza. Energia wiazania na nukleon osiaga maksimum dla zelaza i niklu. Sa to najtrwalsze pierwiastki ukladu okresowego. Utworzenie pierwiastkow ciezszych od zelaza (A=56, Z =26) jest juz energetycznie niekorzystne. Jesli zas Ziemia i pozostale planety sa efektem kondensacji pylu kosmicznego i meteorytow , takze zreszta nieznanego pochodzenia, to jak to sie stalo, ze mamy na Ziemi pierwiastki, ktorych obecnosci w materii kosmicznej dotad nie stwierdzono?  Jak wykazuja pomiary, strumien ciepla dochodzacy do powierzchni Ziemi z wewnatrz wynosi okolo 1.5x 10^(-6) cal/(cm^2 sec) = 6.28x10^(-2) W/m^2 = 1.99x10^6 J/m^2/rok  i jest praktycznie identyczny zarowno na ladzie jak i na dnie oceanow. To zas przeczy hipotezie o dominujacej generacji ciepla pochodzenia radioaktywnego w skorupie ziemskiej. Ta ostatnia jest bowiem ciensza na dnie oceanow od skorupy ladowej i wobec tego tam strumien ciepla powinien byc mniejszy. Wyjasnic to mozna przyjmujac hipoteze, podana uprzednio,  ze glowne zrodlo wewnatrz-ziemskiego ogrzewania lezy w jadrze Ziemi a pierwiastki promieniotworcze rozproszone w skorupie stanowia tylko niewielki dodatek do ogolnej energetyki cieplnej planety. Ja sklonny jestem przypuszczac, ze glownymi zrodlami ciepla sa uran i tor umieszczone w jadrze Ziemi , ktore to pierwiastki ulegaja dwu procesom o znaczeniu energiodawczym. Pierwszy to naturalny rozpad promieniotworczy, prowadzacy do produkcji He-4  i dalszych elementow rodziny radiopierwiastkow oraz spontaniczne rozszczepienie na lzejsze pierwiastki. Drugi to katalizowane neutronami rozszepienie  plutonu-239, ktory to pierwiastek jest generowany w jadrze w wyniku reakcji neutronow z uranem-238. Ten ostatni proces stanowi ow dodatkowy impuls energetyczny decydujacy o wzroscie temperatury powierzchni Ziemi w stosunku do energetycznego "tla". Dziala on  przez okolo 15-20 tysiecy lat, a nastepnie ustaje na jakies 100-120 tysiecy lat. Ostatnie takie "wylaczenie nastapilo jakies 6000 lat temu i obecnie znajdujemy sie okresie postepujacego schladzania naszej planety, ktore bedzie trwalo jeszcze ponad 100 tysiecy lat.  Sklonny jestem przypuszczac, ze obfitosc roznych pierwiastkow jaka obserwujemy na Ziemi zawdzieczamy wlasnie produktom rozszczepienia pierwiastkow ciezkich, takich jak uran czy tor. Obfitosc wodoru we wnetrzu Ziemi  moze byc zas skutkiem ubocznym naturalnego rozpadu beta neutronow generowanych w czasie aktu rozszczepienia i nie zuzytych w pore na produkcje plutonu badz innego materialu rozszczepialnego z obecnych w jadrze izotopow uranu. Uran posiada takze rozne od U-238 izotopy, ktore ulegaja rozpadowi oraz rozszczepieniu. Podobnie tor. Dla uproszczenia jednak pomine je jako potencjalne paliwo atomowe. Pomine takze cieplo wytwarzane przez inne pierwiastki radioaktywne, ktore oczywiscie daja tez pewien wklad do calkowitego efektu energetycznego. Jak wiemy izotop U-238 ulega rozpadowi alfa wedlug reakcji:
 U-238 = Th-234 + He-4 + kwant promieniowania gamma
z okresem polrozpadu wynoszacym 4.46x10^9 roku. To odpowiada stalej rozpadu wynoszacej , L=1.554x10^(-10)  1/rok = 4.925x10^(-18) 1/sec .  Energia rozpadu  jadra U-238 wynosi 4.27 MeV = 6.84x10^(-13) J i tyle tez powstanie (na atom) energii cieplnej pod warunkiem ze energia kinetyczna helionu oraz kwantu gamma zostanie calkowicie przetworzona na cieplo we wnetrzu Ziemi.  Znacznie wiecej energii, bo okolo 200 MeV = 320x10^(-13) J  powstaje w wyniku naturalnego i spontanicznego rozszczepienia jadra U-238. Powstaja wtedy neutrony oraz rozne jadra fragmentaryczne o masie atomowei powyzej 70 (czyli ciezsze od zelaza czy niklu). Jednakze czas polrozszczepienia jest znacznie dluzszy i wynosi 8x10^15 lat co oznacza, ze procesy rozpadu alfa sa znacznie czestsze niz procesy rozszczepienia. Dlatego ten element procesu energetycznego bedzie takze dalej  pominiety dla uproszczenia rachunkow chociaz sam proces rozszczepienia  moze byc glownym zrodlem generacji ciezkich pierwiastkow w jadrze Ziemi. Znajac calkowita ilosc energii cieplnej jaka opuszcza powierzchnie Ziemi w ciagu sekundy, Q, oraz ilosc energii generowanej w wyniku rozpadu alfa jadra uranu-238, q,  mozemy oszacowac (z nadmiarem) ilosc atomow uranu-238 , ktora znajduje sie obecnie we wnetrzu Ziemi , ze wzoru Q=q N L . Latwo obliczyc, ze wydatek energetyczny Ziemi wynosi okolo 3.2023x10^13 W . Liczba aktualnie istniejacych atomow U-238 wynosi wiec 9.5x 10^42 = 1.6 x10^19 moli = 3.8x 10^18 kg = 3.8x10^15 ton metrycznych. Dla porownania: calkowita masa jadra wewnetrznego wynosi okolo  1.5x10^23 kg = 1.5x10^20 ton. Tak wiec nawet gdyby calkowity uran zostal umieszczony w jadrze wewnetrznym to stanowilby on  tam tylko 0.0025% wagowego. Wiemy, ze wiek najstarszych skal na Ziemi w formie obecnej oceniany jest na 4.5 -5 mld lat. Mozemy wiec tez obliczyc ile mielismy uranu we wstepnej fazie istnienia Ziemi. Ilosc ta wynosi 3.8x10^15 ton x Exp[ 1.554x10^(-10) x 4.5 x10^9]= 7.65x10^15 ton. Jest to z grubsza dwa razy wiecej niz obecnie ale nawet wtedy uran stanowil tylko nieznaczny procent (0.005%) masy jadra Ziemi. Tak wiec mozemy z dobrym uzasadnieniem twierdzic, ze rozpad radioaktywny alfa uranu w jadrze moze tlumaczyc generacje podstawowej ilosci ciepla geotermicznego Ziemi i ze zapewne jego naturalne rozszczepienie dostarczylo Ziemi jej pierwiastki ciezkie (ciezsze od zelaza i niklu) obecne w jadrze a pewnie takze i w wyzszych warstwach Ziemi. Jednakze trudno powiedziec ile lat liczy sobie faktycznie  Nasza Planeta jesli wliczyc w to faze plynna i goraca zakladana, jako wstepne stadium, przez geologow. Gdybysmy chcieli zalozyc, ze w poczatkowej fazie formowania Ziemi  stanowila ona kule uranu  (obecnie jadro wewnetrzne) o masie rownej masie obecnego jadra wewnetrznego, na ktorej kondensowaly sie lzejsze pierwiastki pochodzace z pylu kosmicznego badz wytracone z korony Slonca przez nieznanego sprawce to otrzymamy, ze od chwili kreacji Ziemi jako zalazka planety do chwili obecnej uplynelo okolo 113 mld lat. Czyzby tyle wiec czasu uplynelo od momentu stworzenia swiata lub raczej naszego systemu planetarnego? Astrofizycy oceniaja rzad wielkosci czasu, ktory uplynal od momentu Wielkiego Wybuchu ( o ile ten istotnie mial miejsce) jako odwrotnosc parametru Hubble'a . Wspomniane 113 mld lat odpowiada wartosci tego parametru wynoszacej okolo 9 km/(sec Mpc). Jest to znacznie nizej niz ogolnie przyjety zakres tej wielkosci (od 40 do 100 km/s/Mpc) ale zwazywszy na liczne przyblizenia poczynione uprzednio oraz na to, ze "stala" Hubble'a nie jest dokladnie znana nie jest to tez wielkosc calkowicie niemozliwa.


44 comments:

panika2008 said...

Skąd bierze się wartość 113 mld lat? Proszę przytoczyć szczegóły wyliczeń.

Hipoteza pańska, w miarę jej krystalizowania, staje się coraz bardziej, no nie bójmy się użyć tego słowa, wariacka. Ma Pan jakiś pomysł, skąd się wzięła miliardy lat temu "in the middle of nowhere" ogromna kula uranu?

HansKlos said...

@panika2008
skąd się wzięła miliardy lat temu "in the middle of nowhere" ogromna kula uranu

Istnieja dwie hipotezy na powstanie planet - kondensacja z materii okołosłonecznej i jako pozostałość po eksplozji gwiazdy. Obecność uranu i toru we wnętrzu planety oznacza, że powstała ona jako "kropla" z materii jądra gwiazdy, w której wnętrzu bezpośrednio przed wybuchem zachodzi proces gwałtownej sytezy pierwiastków cięższych niż żelazo http://www.scienceinschool.org/print/337

34 said...

Tytuł i teza z gruntu heretycka i tak absurdalna że najwyższy czas zaapelować o elementarny zdrowy rozsądek.
Blogowe czy naukowe prowokacje też muszą mieć swoje granice.
Gospodarz raczy pewnie sprawdzać naszą wytrzymałość a być może testuje nasz analfabetyzm funkcjonalny.

Uran i jemu podobne pierwiastki, zgodnie z obecnym stanem wiedzy, powstają w czasie wybuchu supernowej.
I jest to produkt procentowo bardzo niewielki.
Jaki trzeba mieć stosunek do czytelników by raz sugerować pierwotną kulę litego uranu a innym razem wyliczać koncentrację uranu w jądrze Ziemi na 0,0004% !!!!!!!!!!

Wiadomo wszem i wobec przecież że wszechświat zaludniają wielkie kule najczystszego uranu i tylko czekają na boskie tchnienie by zebrać troszkę kosmicznego pyłu i stać się 0,000004 częścią całości :(


Na początku był Uran,
a Uran był u Boga,
i Bogiem było Uran.
On był na początku u Boga.
Wszystko przez Niego się stało,
a bez Niego nic się nie stało,
co się stało.
W Nim było życie,
a życie było światłością ludzi,
a światłość w ciemności świeci
i ciemność jej nie ogarnęła.

panika2008 said...

HansKlos, ale Słońce nasze kochane nigdy nie było supernową. Samo z siebie w aktualnym stanie, wg aktualnego stanu wiedzy, nie jest w stanie wytworzyć takich skoncentrowanych ilości uranu. Musiałoby toto przylecieć do nas z baaaaardzo daleka...

Bobola said...

Szanowni Dyskutanci nie zauwazyli widocznie znaku zapytania w tytule.
Oznacza to, ze to co pisze jest hipoteza, z ktorej wynikaja dalsze wnioski podane w felietonie. A czy istotnie jest to wariacka hipoteza?
Rozwazajac budowe i energetyke wnetrza Ziemi musimy wziasc pod uwage nastepujace fakty: 1) Jadro Ziemi jest cieplejsze od skorupy (w ktorej wg "klasykow"zgromadzone sa pierwiastki radioaktywne). 2) Jadro ma gestosc wyraznie wieksza od gestosci skorupy i plaszcza. 3) Z wnetrza Ziemi wydobywa sie hel wzbogacony w izotop He-3 (patrz Hollenbach i Herndon , Proc. Ntl. Acad . Sci. 98, (2005)11085-11090) takze Rao, Current Science 82, (2002)126-127). Jest to produkt rozpadu trytu H-3, ktory to izotop jest wzglednie krotkozyciowy i wobec tego musi powstawac w glebi Ziemi zapewne z wodoru. Ten ostatni zas jest produktem rozpadu neutronu. To wskazuje na obecnosc srodowiska dla reakcji jadrowych.3) Na Ziemi wystepuja pierwiastki ciezsze od zelaza czy niklu w ilosciach nieznanych (mamy dane tylko ze skorupy ziemskiej). W tym uran, tor, platyna, zloto i inne. Skad sie tam wziely jesli jak dotad nie widac ich w znaczacej ilosci w meteorytach czy pyle kosmicznym na Ksiezycu czy Marsie?
Wiemy tez, ze obliczenia wykonane przez Kelvina sugeruja, ze Ziemia powinna byc juz dawno zimna gdyby po prostu stygla przez 5 mld lat. Musi wiec w niej istniec aktywne zrodlo ciepla. Odkrycie radiopierwiastkow podsunelo geologom mysl, ze to ich rozpady sa zrodlem ciepla. To jednak nie tlumaczy dlaczego jadro ma wyzsza temperature niz skorupa. Na ogol "elektryczny pled" ma temperature wyzsza niz cialo nim przykryte. Inna kwestia to periodycznosc wzrostow i spadkow temperatury powierzchni Ziemi. Sam rozpad radiopierwiastkow tego nie wytlumaczy. Zanik ich jest monotoniczny w czasie a wiec moze okreslic co najwyzej trend spadkowy w ciagu milionow lat ale nie ma nic wspolnego z oscylacjami w czasie rzedu 100 tysiecy lat.
Tak juz to jest od czasow mojzeszowych a moze i wczesniej, ze mechanizm genesis powoduje kontrowersje

34 said...

panika2008

Nic nie musiało przylatywać.
Słońce jest gwiazdą drugiej generacji powstałą tak jak pewnie większość Układu Słonecznego z pyłów pozostałych po wybuchu Supernowej - wcześniej masywnej gwiazdy pierwszej generacji - powstałej z pyłów po BB.

Żelazne meteoryty bez śladu uranu mogą być wiekowymi pozostałościami jąder pierwotnych planet z czasów wszechświata gwiazd pierwszej generacji - wszechświata wolnego od materiałów rozszczepialnych.

Dekady temu stworzono nawet pojęcie progu nuklearnego który napotykają potencjalne cywilizacje zamieszkujące układy gwiezdne drugiej generacji.
Tego nuklearnego problemu przetrwania bowiem nie miały hipotetyczne cywilizacje układów pierwszej generacji.

Bobola said...

@panika2008
Skad sie bierze 113 mld lat? Z pomylki w obliczeniach. Tyle, ze nieistotnej.
Obliczamy w nastepujacy sposob. Rozpad alfa U-238 jest opisany wzorem M(t)= M(0)x Exp[-Lt] gdzie M(t) to masa uranu w chwili t. Masa jadra wewnetrznego obecnie (tj w chwili t) wynosi 1.5x10^20 ton. W tym uranu, jesli wziasc oszacowanie dokonane z wielkosci mocy cieplnej generowanej w Ziemi, M(t)= 3.8x10^15 ton. Jesli przyjmiemy (z zasady zachowania masy), ze masa jadra wewnetrznego nie ulegla zmianie podczas przemian jadrowych tylko wygenerowaly sie produkty rozpadu to w przyblizeniu M(0)= 1.5x10^20ton. Czas potrzebny do rozpadu uranu tak aby uzyskac obecna mase M(t) =3.8x10^15 ton obliczymy z zaleznosci:
Ln[M(0)/M(t)] x L^(-1) = t
czyli 68 mld lat. To zas odpowiada stalej Hubble'a wynoszacej troche wiecej niz napisalem H= 14.4 km/(Mpc sec). Ciagle nizej niz oszacowania ale zmiana na lepsze.
Wszystkie te obliczenia mozna uscislic biorac pod uwage rozne od U-238 zrodla ciepla "radioaktywnego" (K-40, inne izotopy U i Th) ale to by wymagalo obszernego i naukowego artykulu. Tutaj jest tylko zarys ideii mowiacy, ze poczatkiem Ziemi byla kula uranowa niewiadomego pochodzenia, na ktorej gromadzily sie produkty rozpadu oraz depozyty pylu i meteorytow (takze niewiadomego pochodzenia). Poczatkowa kula byla goraca wiec wytworzyla sie na niej "szlaka" czyli zuzel zlozony z pierwiastkow lzejszych.

panika2008 said...

Tryt równie dobrze może powstawać na kilka innych sposobów, np. z litu tak jak się go produkuje komercyjnie (n+Li-6->He-4+T lub n+Li-7->He-4+T+n). Fakt, też potrzebne są neutrony...

panika2008 said...

Jest jeszcze taka możliwość, że Kelvin się pomylił w obliczeniach bo np. przez b. długi okres czasu do niedawna efekt cieplarniany (inny skład atmosfery lub nawet analogiczne różnice w przewodności ciepła związane z innym składem skorupy?) zatrzymywał znacznie więcej ciepła, niż mu się wydawało. Czy on to w ogóle brał pod uwagę?

Bobola said...

@panika2008
Dla celow szkoleniowych powtorze kiedys obliczenia Kelvina, moze w ulepszonej wersji, gdyz Wielki Czlowiek oparl sie na rownaniu Fouriera dla temperatury (w jednym wymiarze) i znanym wtedy gradiencie ciepla przy powierzchni Ziemi. Pytanie jakie sobie postawil to po jakim czasie temperatura z rownomiernej opada do poziomu o zadanym gradiencie. (O ile dobrze pamietam). Wymagalo to wtedy (i nadal) zalozen o cieple wlasciwym Ziemi, ktore mogly byc nieprawidlowe.

panika2008 said...

Ubytku masy przy naturalnym rozpadzie U-238 nie można pominąć. Izotopy w głównym łańcuchu tego rozpadu (Th-234, Pa-234, ..., Po-210, Pb-206) wszystkie (za wyjatkiem oczywiście ostatniego) istnieją nie dłużej, niż kilkaset tysięcy lat (cały łańcuch ma jakoś mniej niż 400 tys lat), a różnica masy między U-238 i Pb-206 to ca 14%; powstające przy okazji cząsteczki alfa za długo sobie w jądrze nie pobędą - jako że jest ciekłe to szybciutko wyparują do dalszych warstw. Oczywiście przy Pana szacowaniach masy uranu w jądrze i masy całego jądra te 14% to i tak niedużo, pewnie zauważalnie nie zmienia wyniku.

panika2008 said...

grr, cząstki alfa. Ech to skażenie chemią.

Bobola said...

@panika2008
Nie mysle tutaj o roznicy masy pomiedzy poczatkowym a koncowym elementem szeregu. Czesc energii idzie na zewnatrz jadra i odpowiada jej takze jakas masa (pewnie nieduza). Z wyjatkiem lekkich produktow rozszepienia U-238 i przemian radioaktywnych inne moga pozostac w jadrze zmieniajac jego sklad procentowy jesli chodzi o zawartosc skladnikow ale utrzymujac z grubsza mase calkowita.

Bobola said...

@34
Wszystkie prawdy pojawiaja sie w spolecznej swiadomosci jako herezje a koncza jako trywializmy. A astrofizyka pelna jest wariackich pogladow w rodzaju Wielkiego Wybuchu (skad poczatek?) czy rownoleglych kosmosow. Nie twierdze, ze pisze tu prawdy objawione a tylko sie zastanawiam nad mechanizmem pewnych zjawisk, ktore wiekszosc przyjmuje na wiare. Na przyklad jak to sie stalo, ze wogole mamy planety na orbitach okolo-slonecznych zamiast tylko pierscieni kosmicznego kurzu ( w rodzaju istniejacego pasa asteroidow). Aby nastapila kondensacja musi tez pojawic sie zarodek, w tym wypadku pierwotna ciezka planetoida. Wynika to z symetrii oddzialywan newtonowskich.

panika2008 said...

@Bobola, no właśnie starałem się zwrócić uwagę, że jądro uranowe będzie coraz lżejsze - nie ze względu bezpośrednio na ubytek masy (bo ten wielki nie jest bez spontanicznego rozpadu, tylko na drodze przemian alfa i beta), ale parowania z ciekłego jądra helu powstałego na skutek rozpadów alfa.

panika2008 said...

W związku z tym - różnica masy będzie właśnie odpowiadać różnicy pierwszego i ostatniego elementu szeregu; większość brakującej masy odparuje jako hel do dalszych warstw i zapewne aż do atmosfery i jeszcze dalej.

panika2008 said...

Proszę rozwinąć komentarz na temat genezy planet z pyłu - bardzo mnie zaciekawił.

coondelboory said...

Na wstępie chciałbym podziękować gospodarzowi za podjęcie i twórcze rozwijanie idei wpływu radioaktywnych pierwiastków na ewolucjęZiemii. Chciałbym równocześnie zwrócić uwagę, że nie można wziąć do obliczeń generacji energii z rozpadów radioaktywnych jedynie energii rozpadu U-238 do Th-234 (4,27MeV). Nie można, bo ten rozpad zaczyna cały szereg kolejnych rozpadów, które są dosyć szybkie (w sensie geologicznym i w porównaniu z trwałością U-238) więc trzeba liczyć energię całego szeregu od U-238 do Pb-207. W sumie w ciągu tej transmutacji wydziela się około 58,3 MeV - 13,6 raza więcej niż z jedynego uwzględnionego w rachunkach rozpadu. To odpowiednio redukuje oszacowaną (spodziewaną) ilość uranu w ziemskim globie.
Inne kwestie musze sobie jeszcze przemyśleć...

C.

coondelboory said...

@panika2008
Hel powstały w rozpadach promieniotwórczych nie ucieknie do atmosfety, bo jest uwięziony w skałach na głębokości setek i tysięcy kilometrów. Nawet jeśli "wyparuje" z jądra, to i tak pozostanie uwięziony pod płaszczem i wydostanie się dopiero z jakąś erupcją (np. w pióropuszu płaszcza).

C.

panika2008 said...

@coondelbury: na końcu szeregu uranowego (radowego) jest Pb-206, a nie Pb-207. Uwaga co do ilości energii bardzo trafna! Po podzieleniu wyniku profesora (68 mld) przez log(13.6) dostajemy 26 mld lat; pewnie po uwzględnieniu innych poprawek dojdzie się w końcu do 5 mld :)

A z tym helem to pewny jesteś? Bo gazy szlachetne mają ułatwioną dyfuzję przez różne różności (słabsza ab/adsorpcja dzięki obojętności chemicznej).

panika2008 said...

Ach, z tą dyfuzją helu przez skorupę Ziemską to jakaś głębsza sprawa jest, zahaczająca o kreacjonizm ;)

http://orgs.usd.edu/esci/age/content/creationist_clocks/helium.html

coondelboory said...

@panika
faktycznie pomyłka, Pb-206. Ołów 207 jest na końcu szeregu od U-235. Szczęśliwie to nie ma większego znaczenia dla istoty sprawy.
Nie bardzo rozumiem dlaczego chcesz dzielić 68 przez log(13,6), podziel przez 13,6 i dostaniesz od razu 5 bez poprawek.
A co do helu - jakbyś miał tysiąc kilometrów litej skały nad głową, to nieważne jak bierny chemicznie byś był, raczej byś nie wydyfundował...

C.

panika2008 said...

log() bo to proces wykładniczy, popatrz na równania powyżej. No właśnie z tą dyfuzją to bym nie był taki pewien. Z tego co teraz czytałem na wikipedii to w skorupie helu jest raczej skąpo (8 ppb), a istotne jego zasoby są wyłącznie w specyficznych kieszeniach, razem z gazem ziemnym (nawet do 7%! zszokowało mnie to!). No mniejsza już o ten hel, istotnego znaczenia dla teorii profesora to nie ma.

panika2008 said...

Skąd w ogóle, wracając do samego początku, wzięła się hipoteza, że gęstość jądra jest tak duża (16.8-17.2)? Trafiłem np. na pomiary super dokładnymi grawimetrami (http://www.sciencemag.org/content/255/5052/1678.abstract) i dopasowany do nich model daje znacznie bardziej "przyziemną" (nomen omen) gęstość 12.96.

Bobola said...

@panika2008
Wielkosc gestosci roznych warstw Ziemi jest podawana roznie w podrecznikach. Ja wzialem dane podane wczesniej na rysunku z ksiazki"Earth, Sea and Air- A survey of the Geophysical Sciences", J.Spar, 1965. Podobne ale nie identyczne gestosci podaje polski podrecznik Kreinera "Astronomia z Astrofizyka", 1992.Natomiast Artymowicz P, w "Astrofizyce Ukladow Planetarnych"z 1995 roku podaje nizsze gestosci. Dla jadra zewnetrznego 10.8 Mg/m^3,
a dla jadra wewnetrznego 13.8 Mg/m^3. Jak mi sie wydaje sa to wszystko dane z drugiej reki gdyz pomiary bezposrednie nie byly mozliwe. Stad rozbieznosci.
Problem formowania planet z mniejszych elementow grawitacyjnych (pyl kosmiczny, meteoryty itp) jest zbyt zlozony aby go opisac w komentarzu. W zasadzie jest to zagadnienie zblizone do problemu nukleacji w roztworach nasyconych z tym, ze w przypadku ukladu slonecznego mamy czastki oddzialywujace potencjalem newtonowskim ( z twardym jadrem)i to w obecnosci zewnetrznego pola grawitacyjnego Slonca. Artymowicz w dziele, o ktorym wspomnialem poswieca troche uwagi problemowi tworzenia planetozymali czyli zarodkow planetarnych. Moze kiedys wroce do tego problemu.

panika2008 said...

Pomiary gęstości jądra bazują wszystkie na pomiarze prędkości fal sejsmicznych i ich ugięcia na granicy ciecz-ciało stałe (jądro zewn.-wewn.), z nowszej literatury którą wczoraj przeglądałem na ten temat wyłania się raczej powszechny konsensus co do gęstości: 12-14 g/cm3.

HansKlos said...

@Bobola
astrofizyka pelna jest wariackich pogladow w rodzaju Wielkiego Wybuchu

Jest kilka ciekawych hipotez zakładających brak wielkiego wybuchu oraz fraktalny rozkład masy. Doświadczalnie daje to potwierdzenie nawet w większym stopniu niż Wielki Wybuch, a na dodatek zakłada czas trwania Wszechświata dłuższy, co bardziej uprawdopodabnia tworzenie się metali ciężkich w procesach wewnątrz gwiazd.

Co do planetozymali, to nie da się wykoncepować idei ciężkich jąder planetarnych bez założenia, że sa one pozostałościami po jądrze gwiazdy

@panika2008
gęstości jądra bazują wszystkie na pomiarze prędkości fal sejsmicznych

Wystarczy zmienić nieco model i ilość warstw, a wychodzą zupełnie inne wartości;-)

panika2008 said...

HansKlos, no nie, te pomiary są z tego co rozumiem absolutne, przynajmniej te podstawowe, bazujące na czasie przejścia.

Bobola said...

@Hans Kloss
Szanowny Oberlejtnant slusznie zauwaza, ze synteza jader ciezkich z jader sredniej masy jest mozliwa tylko wtedy gdy jadra-substarty beda w dostatecznie malej odleglosci od siebie aby mogly zadzialac sily jadrowe. Przy duzych ladunkach elektrycznych oznacza to materie o wysokiej gestosci i/badz wysokiej temperaturze. Wnetrze gwiazdy to dobry kandydat na miejsce takiej syntezy. Nie mniej, tak jak to bylo w przypadku zimnej fuzji deuteronow (problem dotad nierozwiazany calkowicie) nie jest wykluczone, ze podobny mechanizm moze miec miejsce i w przypadku syntezy jader sredniej ciezkosci.

Bobola said...

Szanowni Komentatorzy sklonni sa rozwazac problem nukleosyntezy zaczynajac od pierwiastkow najlzejszych i idac w gore jesli chodzi o ciezar atomowy. Druga jednak droga dla produkcji jader pierwiastkow ciezszych (niz zelazo) a takze jader lekkich (jak wodor czy hel) jest degradacja jader bardzo ciezkich w drodze naturalnego (nie indukowanego neutronami) rozszczepienia. Taka droga nie wymaga niezwyklych gestosci dostepnych tylko w centrum gwiazd II ciagu. Problemem jest tylko skad wzial sie na poczatku duzy zapas uranu czy innego ciezkiego pierwiastka, z ktorego "wszystko sie stalo". No ale juz postulowano kiedys istnienie pierwotnej substancji "ylem" czyli polineutronu, ktora byla pramateria dla wszystkiego co jest obecnie w Kosmosie.

panika2008 said...

Niemożliwe, żeby mechanizm przez pana profesora opisywany działał na większą skalę we wscheświecie - byłyby zupełnie inne proporcje pierwiastków i izotopów. Aktualny model nukleosyntezy wydaje się niepodważalny, bo b. dobrze pasują do niego pomiary.

Bobola said...

@panika2008
Sporo czasu minelo od okresu kiedy bylem chemikiem jadrowym wiec kwestie nukleosyntezy nie tkwia mi juz tak dobrze w pamieci. Nie mniej, o ile dobrze pamietam, synteza ciezkich pierwiastkow (A>60) byla przypisywana procesowi rozpadu gwiazdy neutronowej a wiec wlasnie "ylemowi". Jesli zreszta spojrzymy na wykres logarytmu wzglednej wydajnosci pierwiastkow w zaleznosci od liczby atomowej podany na przyklad w ksiazce Silka "The Big Bang" , 1989 to wydaje sie, ze krzywa ta, a raczej zbior punktow, w zasadzie moze byc nalozeniem sie dwoch lub nawet trzech niezaleznych funkcji odpowiadajcych roznym ciagom syntezy pierwiastkow.

34 said...

@ Bobola

Gospodarzu czy może odnieść się Pan do ostatnich zadziwiających wydarzeń - w Grenlandii słońce pojawiło się dwa dni przed czasem, w Norwegii jeden dzień, podobnie ponoć w Kanadzie.
Zjawisko więc nabiera charakteru globalnego, wszelkie tłumaczenia stopionym lodem i obniżonym horyzontem czy złudzeniem optycznym wywołanym przez kryształki lodu w górnych warstwach atmosfery stają się chyba nieaktualne.

Że się tak zapytam: co z tą Ziemią ?

Czy to odkształcenie skorupy ziemskiej w pionie a może kwestia Słońca ?

Bobola said...

@34
Niestety nie jestem na biezaco ze zjawiskami atmosferyczno-planetarnymi, o ktorych Pan wspomina. Prosze podac odnosnik to chetnie przeczytam cos na ten temat. Ogolnie biorac odksztalcenie skorupy ziemskiej nie wydaje mi sie prawdopodobne. Musielibysmy to zauwazyc w postaci wstrzasow. Zmiana, na szybsza, szybkosci obrotu Ziemi oznaczalaby kurczenie sie jej jadra wokol osi obrotu czyli w plaszczyznach poziomych. Gdzies czytalem, ze geofizycy podejrzewaja, iz jadro Ziemi obraca sie predkoscia nieco rozna od predkosci obrotu skorupy. Oznaczaloby to, ze jadro zewnetrzne jest czyms w rodzaju "mokrego sprzegla" pomiedzy plaszczem i skorupa a stalym jadrem wewnetrznym. Gdyby spadla temperatura jadra wewnetrznego to powinno sie tez to odbic na zmniejszeniu jego objetosci. To zas spowodowaloby wzrost szybkosci obrotu (dla zachowania momentu pedu- efekt piruetu lyzwiarskiego). Takie zwiekszenie szybkosci obrotu jadra wewnetrznego przeniosloby sie przez "sprzeglo" jadra zewnetrznego na skorupe. Z opoznieniem oraz poslizgiem ale jakas zmiane powinnismy odczuc jako te organiczne smieci mieszkajace na powierzchni.

34 said...

@Bobola

Zajrzałem dziś do

http://www.nautilus.org.pl/?p=artykul&id=2287

tam można znaleźć linki do:

http://newsfeed.time.com/2011/01/21/the-great-arctic-solar-mystery-why-did-sunlight-return-to-greenland-two-days-early/


oraz inne:


http://www.itromso.no/nyheter/article423177.ece

a tu północna Norwegia

http://www.itromso.no/nyheter/article423177.ece

34 said...

@Bobola

Korekta

Szybko wrzuciłem ostatnie dwa linki z Nautilusa i nie zauważyłem że w dwóch różnych miejscach jest podany ten sam link.
Jest tam jeszcze jeden link (który miał dotyczyć kanady i USA) ale na chwilę obecną nie widać tam aktualnego info.
Albo błąd albo cenzura.

34 said...

@Bobola

Wydaje mi się że gdyby pewne odkształcenia skorupy ziemskiej zachodziły w skali globalnej, bez związku z ruchami płyt kontynentalnych, w zakresie odkształceń sprężystych, to niekoniecznie musielibyśmy mieć do czynienia z wstrząsami tektonicznymi.

Załóżmy że ciśnienie w płynnym jądrze Ziemi z jakiejś przyczyny znacząco wzrosło, czy nie mogło by to mieć wpływu na zmniejszenie, choćby o kilka metrów, spłaszczenia kuli ziemskiej w okolicach podbiegunowych ?

Bobola said...

@34
Nie jestem pewnien czy skorupa ziemska i plaszcz sa wystarczajaco plastyczne aby pozwolic "nadmuchac kule ziemska w sposob wystarczajacy. Zobacze jakie mamy dane na temat elastycznosci tych opok i jak duze cisnienie byloby potrzebne aby podniesc poziom Ziemi w okolicach polnocnych.Oliwin jest jest jednym z twardszych mineralow i daleko mu do gumy. Nie mniej plaszcz moze byc spekany do pewnego stopnia gdyz uderzenie asteroidow, chociazby tego, ktory 65 mld lat temu skonczyl wiek dinozaurow, mogly naruszyc calsc tej warstwy. Wtedy powstalaby mozliwosc rozsuniecia skorup plaszcza i wypelnienia powstalych szczelin metalicznym plynem z jadra zewnetrznego a takze przyblizenia sie ksztaltu Ziemi do ksztaltu kuli.

34 said...

Zapraszam na film:

Jądro ziemi (The Core)

http://www.youtube.com/watch?v=gBCHWdF7fy0


Proszę spojrzeć na to co dzieje się z gołębiami od 7-mej minuty, czyż nie przypomina to ostatnich historii z ginącymi z nieznanych powodów całymi stadami ptaków ?

34 said...

@Bobola

Załóżmy że ta warstwa oliwinu faktycznie istnieje.
Jakikolwiek byłby to minerał, mieszanka minerałów, itp, jakiejkolwiek byłby twardości, jednego nie zmieni - praw fizyki.

Dlaczego w związanej z naszym codziennym życiem mikroskali uwzględniamy współczynnik rozszerzalności cieplnej a w makroskali pomijamy go milczeniem czy wręcz zapomnieniem ?

Więc gwoli przypomnienia.

Tak bliskie nam środowisko jak własny dach nad głową.
Czy mamy do czynienia z murem z cegły, pustaków, konstrukcją drewnianą, murem z granitu, oknem z PCV, itp itd, każdy z tych elementów materialnych budynku ma sporą rozszerzalność termiczną.
Rozszerzalność ta w przedziale temperatur stosowanych do celów projektowych (-20 do +20 stopni Celsjusza) wynosi mniej więcej od 1 mm/mb do 3 mm/mb (milimetrów na metr bieżący).

Dlaczego tej elementarnej wiedzy nie uwzględniamy w makroskali ?

Znamy przecież przypadki znacznych odkształceń choćby szyn kolejowych w czasie upałów.
W sytuacji gdy mocowanie szyn "puszcza" długie stalowe elementy potrafią się na tyle mocno odkształcić że po przejściu przez fazę odkształceń sprężystych dochodzi do silnych odkształceń trwałych.
Mamy więc powyższy przykład odkształceń termicznych zachodzących w większej skali.
To właśnie by zapobiec takim niszczącym odkształceniom wykonuje się dylatacje w konstrukcji budynków, dylatacje na powierzchni dachów a nawet dylatuje się posadzki wewnątrz pomieszczeń.
Dla budowlańców jest to tak oczywiste jak amen w pacierzu.

Dlaczego więc nie uwzględniamy zjawiska rozszerzalności cieplnej w makroskali ?

Pewnie nie dostrzegamy bo rozdzielczość naszego postrzegania jest najwyraźniej za słaba.
Sytuację utrudnia struktura zewnętrznej powierzchni Ziemi którą stanowi mniej lub bardziej luźny i plastyczny grunt, a dzięki temu efektu rozszerzalności termicznej gołym okiem po prostu nie widać.

Wróćmy teraz do hipotetycznej warstwy oliwinu.

Warstwa ta będąc sztywną i twardą skorupą nie ma cechy luźnego gruntu, ma też minimalną ściśliwość.
Można więc założyć że wszelkie różnice temperatur jakim będzie poddawana ta warstwa będą przenosiły się na zmianę jej wymiarów.
Tak w pionie jak i w poziomie.

Płynne jądro Ziemi też jest poddane prawom fizyki i również ma swoją rozszerzalność termiczną.

Dla bardzo ostrożnego, minimalistycznego oszacowania, przyjmijmy że mamy do czynienia z bardzo niską zmianą temperatury i minimalnym, w stosunku do tego co znamy z powierzchni, odkształceniem.

Niech to będzie nie 1mm/mb a 0,001mm/mb (1 promil odkształceń znanych nam z życia codziennego !!!!!) a da nam to w skali globalnej olbrzymie odkształcenia "fundamentu" skorupy ziemskiej -

1 metr bieżący odkształceń na każde 1000 kilometrów sztywnego podłoża.

34 said...

@Bobola

Wnioski

Jeśli przyjmiemy że epoki lodowcowe rozpoczynały się w sposób dość gwałtowny, wiedząc też o olbrzymiej bezwładności termicznej skorupy ziemskiej, to z całą pewnością należy wykluczyć czynnik takich zmian klimatycznych w postaci mniej grzejącego "serca Ziemi" i jego bezpośredniego wpływu na klimat.

Możemy założyć że wzrost aktywności wulkanicznej jest konsekwencją wzrostu temperatury ziemskiego kotła lub takich fluktuacji w płynnym jądrze Ziemi które ten wzrost temperatury dla górnych warstw skorupy ziemskiej oznaczają.

Wzrost aktywności sejsmicznej i wulkanicznej znacznie szybciej informuje nas o zjawiskach zachodzących w jądrze Ziemi w stosunku do zakładanego przez Gospodarza zmniejszenia napływu ciepła z jadra Ziemi na jej powierzchnię.

Najszybciej, prawie natychmiast, informację o zjawiskach zachodzących w jądrze Ziemi uzyskujemy mierząc odkształcenia.
Badania akustyczne skorupy ziemskiej nie są niczym innym jak właśnie pomiarem odkształceń.

Jeśli założymy że ostatnie informacje o wcześniejszym o kilka dni pojawieniu się Słońca w rejonach podbiegunowych są prawdziwe, jeśli założymy że jest to efekt sprężystego odkształcenia głębokich warstw skorupy ziemskiej, wiedząc że w ciągu ostatniej dekady mieliśmy do czynienia ze stałym i nienotowanym w historii wzrostem silnych trzęsień Ziemi, wiedząc o regularnych cyklach epok lodowcowych, wiedząc że stoimy na krawędzi kolejnego ochłodzenia, pamiętając o niezliczonych i spójnych w swym obrazie wizjach "proroków", to z dużym prawdopodobieństwem możemy powiedzieć że:

- ziemski kocioł rozgrzał się a nie wychłodził,
- czeka nas, być może na skalę nienotowaną w historii cywilizacji człowieka, wzrost aktywności wulkanicznej,
- czeka nas wulkaniczna zima, która może być na tyle silna że zainicjuje kolejną epokę lodowcową.

Bobola said...

@34
Zgadzam sie z Panem, ze powinnismy brac pod uwage wspolczynnik rozszerzalnosci objetowsciowej plaszcza Ziemi. Musze sie rozejrzec w litaturze bo byc moze te wielkosci sa znane. Chwilowo nie moge sobie poradzic z problemem geometrycznym czyli z wyprowadzeniem wzoru wiazacego pierwszy dzien pojawienia sie swiatla slonecznego w miejscowosci, o ktora chodzi z promieniem Ziemi w tej lokalizcji. Jakos nie potrafie sobie wyobrazic tej sytuacji dla geometri 3 wymiarowej a bez tego wzoru nie mozemy powiedziec czy skrocenie okresu mroku tam jast wynikiem powiekszenia czy zmniejszenia krzywizny powierzchni.
Co do problemu energetycznego, to bez wzgledu na bezwladnosc termiczna Ziemi wszelkie periodyczne zmiany temperatury jej powierzchni sa zwiazane ze zmianami ilosci energii produkowanej w jej wnetrzu badz dostarczonej ze Slonca. W tej chwili wykres podany w uprzednim wpisie pokazuje nam, ze jestesmy (od 6000 lat) w okresie spadku temperatury a wiec w okresie w ktorym ilosc energi wytwarzanej badz dostarczanej spada. Dzieki bezwladnosci cieplnej odpowiedz Ziemi na bodzce termiczne jest opozniona ale nie mniej w swoim czasie wszystko stanie sie jasne.
Jesli zas ilosc ciepla wytwarzanego w jadrze spada to powinnismy raczej oczekiwac kurczenia sie Ziemi a nie wzrostu jej objetosci. Kurczenie to moze spowodowac trzesienia i aktywnosc wulkaniczna oraz gorotworcza oraz wzrost szybkosci obrotu Ziemi wokol jej osi czyli skrocenie dnia.

34 said...

@Bobola

Pewnie ma Pan rację.
Znacznie bardziej prawdopodobne jest kurczenie się wiekowej Ziemi.

To info o słońcu które pojawiło się 2 dni wcześniej nad południowym horyzontem to pewnie kaczka dziennikarska albo jednak efekt zjawisk atmosferycznych - powstało pozorne słońce jako efekt odbicia promieni słonecznych w kryształkach lodu tworzących specyficzny rodzaj chmury a w konsekwencji atmosferyczną soczewkę.

Gdyby za zjawiskiem tym stał koncept o którym wcześniej pisałem to z pewnością czekał by nas w bliskiej perspektywie prawdziwy Armageddon.

Zjawisko rozszerzalności (i kurczliwości) cieplnej obiektów materialnych (materii) oczywiście działa w dwie strony.

Co by nie miało zajść, każda forma zachwiania stabilności układu termicznego Ziemi, czy konsekwencją tego będzie pęcznienie Ziemi czy jej kurczenie, jedno jest pewne - będzie to miało silny wpływ na warunki życia na powierzchni Ziemi.

panika2008 said...

34, nie sądzisz, że takie zmiany, które postulujesz, zostałyby bardzo łatwo i dawno temu dostrzeżone? Raczej trudno przegapić taki "szczegół" jak pęcznienie Ziemi albo zmiany prędkości obrotowej, jest dużo ośrodków z b. czułą aparaturą (chociażby grawimetry) która by to od razu wychwyciła...