审核专家:孙亚飞

清华大学化学博士

黄金,在年轻人眼中常常是理财产品的代表,在老一辈看来,也象征着财富。全世界每年的黄金产量只有3000吨,到现在人们依然会选择黄金作为抵御金融危机的有效储蓄。

实际上,地球上的黄金总储藏量有65万亿吨,按照人头进行计算,每个人可以分到9000吨黄金

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《黄金矿工》游戏,在地层深入挖矿 来源丨网络

在地球黄金如此庞大的储备量下,为什么黄金依然是贵重金属呢?

这就不得不提绝大多数黄金所在的位置。实际上,目前能开采的都是地表金矿,大量的黄金深埋于地壳深处,目前的技术根本无法接触到。

所以,现在讨论的这个终极问题就变成——黄金为什么都在那么深的地方?

元素的起源

要解决这个问题,首先我们要了解金的原子微观结构:

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金的原子排布示意图,周围环绕的是电子 来源丨网络

金原子核外电子受到中心原子核的吸引,因此核外电子数等于质子数,根据元素周期表规律,金的原子序数等于质子数,等于79。这个数据在整体元素周期表中并不小,属于排位比较靠后的元素了。

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元素周期表 来源丨网络超新星爆炸

另外,按照现有的理论、实验和天文探测来看,所有的元素都有对应的起源天体或天体活动

在宇宙大爆炸发生后没多久,氢和氦就充斥在整个宇宙中,占比超过99%,但这只不过是元素周期表最开始的两个元素。到目前为止,元素周期表已扩充到118号。

其他元素又是哪来的呢?

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这件事,要从恒星开始说起来。以太阳为例,太阳之所以发光发热,主要依靠恒星内核的核聚变反应,简单来说就是原子核聚在一起,融合成一个更大的原子核,在这个过程中质子数增大,所以就得到了原子序数更大的元素。

至此,宇宙的看似无限的叠加活动就开始了。

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恒星先发生氢原子核的核聚变反应,质子数为1 的氢原子结合,1个质子 1个质子=2个质子,生成了原子序数为2的氦原子。

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2种氢原子(质子数[红球]相同,中子数[蓝球]不同)核聚变为一个氦原子和一个中子 来源丨见水印

核聚变反应继续持续下去,在生成氦原子后,就可以进行多种随意复杂的加法,比如两个氦原子2 2=4,生成铍原子(原子序数为4),然后一个铍原子和一个氦原子2 4=6,生成了碳原子(原子序数为6)……就这样“滚雪球”一样的,元素在不断加和中诞生。

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不同原子组合发生核聚变,生成原子序数更大的元素 来源丨网络

是不是意味着整个元素周期表就造出来了?

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当然没有这么简单。

目前已知的恒星反应可以持续到生成铁原子,但是此时恒星几乎没有剩余的核能来支撑自身的重量。

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恒星开始向内收缩,随后引发大爆炸 来源丨网络

所以在重力作用下,恒星强烈的收缩,甚至压缩了原子。

围绕着核心的数万亿吨物质,以每小时数万公里的速度向内冲击,与坚硬的核心发生碰撞,产生了巨大的冲击波,最后超新星爆炸。它的爆炸亮度能够比拟一个星系,同时也会诞生原子序数比铁大的元素。

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超新星爆炸 来源丨网络

然而,这就完了吗?

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超新星的爆炸虽然能产生一定数量的元素,但是铁的原子序数才26,这距离整个元素周期表118号(有部分人工合成元素,但是数量并不多)还相差甚远,所以庞大的元素大军还另有来源。

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中子星合并 来源丨网络

在超新星爆炸后,恒星或者变成中子星,或者变成黑洞。中子星的密度非常大,一个汤匙的质量就能达到上亿吨,因此两个中子星相遇后,它们彼此之间的万有引力会非常大,并最后合并在一起。

这股能量导致原子相互之间疯狂碰撞,从而产生像金、铂等原子序数比较大的元素。

地球上的金子

说回地球,那么地球上的黄金就是由早期爆炸产生的吗?也并不一定。

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吸积作用 来源丨网络

太阳系是从前几代恒星爆炸之后的物质中形成的,地球则是在45亿年前,通过一个持续了数百万年的吸积过程形成。

源源不断地吸积物质释放出的能量产生大量的热,使年轻的地球变成了一团熔化的岩石,而这种流动状态导致较重的元素慢慢下沉到地核,于是就构成了地球的金属地核形态。

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早期地球 来源丨网络

但是如今依然有大量的金元素在地表中被发现,这又是为什么呢?

其实,在地壳冷却、凝固之后的那一段时间里,也就是从42亿年前到38亿年前,陨石重新猛烈的撞击地球,大量的小行星与太阳系内部早期的类地行星发生碰撞,这种“晚期重轰击”,把地球早期失去的大部分矿物质元素重新带回了地球表面。

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小行星坠落 来源丨网络

所以简单的说,世界上现有流通的所有黄金,其实都是来自于40亿年前差点摧毁地球的小行星和恒星。

现在还觉得黄金俗气吗?那可是恒星爆炸后才出现的微尘啊。

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