РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ

Распространенность элементов - относительное ср. содержание (иногда говорят обилие) данного хим. элемента (нуклида) в космич. веществе. Под Р.э. часто понимают не только содержание к.-л. хим. элемента, но также и его отдельных устойчивых изотопов. Р.э. определяется на основании совокупности всех данных космохимии: изучения спектров Солнца и звезд, состава первичных космических лучей, хим. анализов метеоритов, лунного грунта, а также данных геохимии. Распространенность водорода и гелия оценивается с привлечением косвенных данных: расчетов внутр. строения звезд и выводов космологии. На рис. показана Р.э. в зависимости от атомной массы, нормированная т.о., чтобы распространенность кремния равнялась 106. Указаны также различные процессы образования элементов, рассматриваемые в ядерной астрофизике. Наибольшую распространенность имеет водород, за ним следует гелий (в земных и лунных породах, а также в метеоритах этих элементов мало, оттуда они улетучились). Относительная распространенность нуклидов lg N (N - число атомов, lg NSi=6) в зависимости от атомной массы (по А. Камерону). Изотопы одного и того же элемента (вплоть до Ge) соединены прямыми линиями. Различные символы указывают на основные процессы синтеза нуклидов: - взрывное горение C, O и Si, - медленный захват нейтронов (s-процесс), + - быстрый захват нейтронов (r-процесс), - сравнимый вклад s и r-процессов, - ядерное статистическое равновесие (e-процесс). Нуклиды, образующиеся в других процессах, отмечены точками. Штриховой линией соединены обойденные ядра. Мало распространены в природе элементы Li, Be, B. В среднем Р.э. быстро падает с возрастанием атомной массы. На фоне этого падения выделяются очень высокий максимум для Fe и близко расположенные двойные максимумы, соответствующие элементам Kr и Sr, Xe и Ba, Pt и Pb, у к-рых есть изотопы либо с магич. числами нейтронов, либо получающиеся при радиоактивном распаде ядер с такими числами (см. Магические ядра). У обойденных ядер распространенность примерно на порядок ниже, чем у остальных. Ядра с четным массовым числом имеют обычно более высокую распространенность. Исключением служит изотопный состав Li и B в Земле и метеоритах, где преобладают изотопы с нечетным массовым числом (7Li и 11B). Значения распространенностей наиболее обильных элементов приведены на рисунке и в таблице, в к-рой дополнительно указаны их концентрации по массе, т.е. массы элементов (в г) в 1 г космич. вещества. Для практич. целей кончентрации по массе водорода, гелия и всех остальных более тяжелых элементов, обозначаемые обычно как X, Y и Z, можно принять раными соответственно 0,77, 0,21 и 0,12. Космическая распространенность наиболее обильных элементов (по А. Камерону, 1982) Элемент Порядковыйномер Ср. масса,а.е.м.* Распространенностьпо числу атомов([Si]=106) Концентрацияпо массе H11,00870,774 He24,00240,208 C*612,01 N714,01 O816,00 Ne1020,21 Na1122,99 Mg1224,31 Al1326,98 Si1428,09 S1632,06 Ar1836,28 Ca2040,08 Cr2451,97 Mn2554,94 Fe2655,85 Ni2858,73 Теоретич. истолкование Р.э. - одна из важнейших задач ядерной астрофизики. Преобладание в масштабах Вселенной водорода свидетельствует о том, что он - исходный элемент для ядерных процессов синтеза более тяжелых элементов. Р.э. от C до Ca, ядра к-рых могут быть составлены из целого числа ядер гелия (-частиц), весьма высока. Эти элементы образовались в результате термоядерных реакций (см. Ядерные реакции) в недрах звезд-гигантов, а также при термоядерных взрывах звезд. Максимум для железа - результат т.н. e-процесса, предшествующего вспышкам сверхновых звезд (см. также Гравитационный коллапс). Р.э., более тяжелых, чем железо, объясняется процессами захвата атмоными ядрами нейтронов (см. Нейтронный захват). Эти процессы захвата, протекающие в звездах, могут быть медленными (s-процессы) и быстрыми (r-процессы). Двойные максимумы вблизи магич. чисел служат убедительным доказательством существования в природе двух указанных процессов нейтронного захвата. Резкое уменьшение Р.э. с ростом атомной массы объясняется ограниченной мощностью источников нейтронов. Ядра дейтерия D (тяжелого водорода H), Li, Be, B, а также обойденные ядра, вероятнее всего, представляют собой продукт как холодных ядерных реакций в неравновесной космич. плазме, так и взаимодействия нейтрино со звездным веществом. Особенно низкая Р.э. Li, Be и B связана с легким разрушением их при термоядерных реакциях. Как с точки зрения наблюдений, так и и с точки зрения теории не вполне ясны вопросы Р.э. гелия и дейтерияю Проблема гелия связана с общей космологией, т.к. согласно модели горячей Вселенной 20-30% первичного водорода (по массе) должно было превратиться в гелий еще в начальной стадии космологич. расширения Вселенной. Лит.: Тейлер Р.Дж., Происхождение химических элементов, пер. с англ., М., 1975; Новиков И.Д., эволюция Вселенной, М., 1979; Ядерная астрофизика, пер. с англ., М., 1985. (Д.А. Франк-Каменецкий, Д.К. Надежин)