Hvor stammer grundstoffet guld fra

april

Hej Spørg om Fysik
Hvor bogstaveligt skal vi opfatte "stjernestøv"? Man siger populært, at vi stammer fra stjernestøv, men hvor præcist skal vi forstå "støv"?

Eksempelvis det legendariske guld: Forlader det en supernova som atomstøv, eller som guldklumper?

Vi har forstået det sådan, at grundstoffer ud over de første lette, dannes i stjerner. Først ved tyngdekraftens tryk, der presser atomerne sammen til tungere og tungere grundstoffer, op til dannelsen af jernet, hvorefter de øvrige, tungere grundstoffer skabes under supernovaeksplosioner.

Alle ved, at guld stammer fra guldminer, hvor der er "guldårer", og at guld findes i nedbrudt form i flodaflejringer. Vi formoder, at guldårene er opstået, da guldmasser blev trukket op under magmakamre under jordskorpens æltning.

Men hvordan havnede "guldmassen" på Jorden? Nogle svarer, at den kom med kometer/meteorer osv., og ja, det er jo, hvordan himmellegemer dannes og vokser, men

Når fx grundstoffet guld (Au) dannes i en supernova, forlader guldet så stjernen som støv, som atomer, eller kastes det ny-dannede grundstof ud i rummet i større eller mindre guldklumper?

Hvornår i processen forvandles tunge grundstoffer som guld, fra "stjernestøv" til "klumper"?

Til sidst: Hvad sker der med en guldåre, hvis den trækkes ned i magmaen: Smelter den blot som fedtpletter i en suppe, eller forbrændes den og forsvinder?

Bedste hilsner
P H

Det er rigtigt, at fusion kun kan forekomme under normale "driftsforhold" inde i en stjerne op til grundstof nr. 26, jern. Ved fusion opbygges kerner ved sammensmeltning til tungere kerner.

Indtil jernet frigøres der energi - den energi, som stjernen udsender som lys og varme. Over jernet er den fordelagtige proces at nedbryde kerner til mindre kerner; det kaldes fission (som sker i atomreaktorer). Det kræver derfor tilførsel af energi at opbygge kerner over nr. 26 jern.

Denne energi kan opnås, når en stor stjerne (altid mindst lidt større end Solen) kollapser og danner en supernova, hvor energien stammer fra den enorme sammenpresning, da stjernen kollapser. Dannelsen af en supernova medfører, at stjernen eksploderer efter sammenstyrtningen, opvarmes voldsomt og derefter eksploderer og udsender en betydelig del af sin masse i form af gasser og atomer i det omgivende rum (Solens radius er ca. km, store stjerner op til ca. gange mere, sammenstyrtningstiden skal måles i sekunder).

Udstøtningshastighederne er på størrelsesordenen km/s, og de når langt, fordi tyngdekraften fra den tilbageværende del af stjernen stort set kun bremser stoffet (Krabbetågen har ekspanderet med den hastighed i ca. år).

Da vores solsystem blev dannet, var det ud af en tåge, der bestod af hydrogen og helium, samt en mængde lette grundstoffer, herunder silicium, kulstof, jern, ilt, kvælstof osv. og tunge grundstoffer, der i begrænsede mængder blev udslynget fra supernovaer. Vores eksistens skyldes derfor, at der før solsystemets dannelse i vores del af galaksen var et antal supernovaeksplosioner. Man antager, at stofferne ikke kom som større klumper, men delvist som enkelte atomer og delvist som små klumper af atomer efter kondensering fra supernovaen.

Solsystemets dannelse

I støvskyen, der dannede vores solsystem, opstår der variationer i gassen, og tyngdekraften skaber derefter klumper. Den langt største og centrale klump er Solen. Den antændes som en stjerne med fusionsprocesser, når den er stor nok, så trykket i centrum er tilstrækkeligt højt. Dette skyldes tyngdekraften.

Resten af skyen vil gradvist kondensere. De stoffer, der har det højeste smeltepunkt, kondenserer nærmest Solen. Det er de indre planeter, som er dannet af sten og metaller - Merkur, Venus, Jorden og Mars. Derefter kommer et bælte med småplaneter og sten, som kaldes asteroidbæltet. Hvis disse stenklumper var kommet tættere sammen, kunne der måske have været en planet af dem - en vigtig kilde til meteorer.

Herefter kommer de store gasplaneter Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, som indeholder faste og flydende gasser (og gasformigt på overfladen). Og udenfor dette småplaneter. Længst væk er Kuiperbæltet, igen bestående af sten og isklumper, og som sandsynligvis også er kilden til meteorer og kometer endnu længere væk. Oortskyen, der anses som kilde til islegemer, som kommer ind i solsystemet. Desuden er der over 65 større kendte måner (og vores er ikke den største, det er Ganymedes, vores er nr. 4), et antal kometer og småplaneter.

De lette stoffer med lave smeltepunkter, gasser, ses stort set kun langt ude, hvor temperaturen fra Solen har været moderat eller lav. De inderste planeter rummer de tunge stoffer, herunder silicium, metaller og kulstof. Desuden er der en del is, der er blevet til vand eller vanddamp.

Jordens dannelse

Som beskrevet i "Hvordan opstod Jordens kerne?", skete det, at stenklumperne dannede Jorden og blev presset sammen, og smeltede helt eller delvist på grund af gravitationel kompression. Da den klump, der senere skulle blive til Jorden, var dannet, førte tilfældigt fordelte radioaktive stoffer inde i Jorden til, at hele den blev opvarmet så meget, at den atter smeltede på grund af den radioaktive nedbrydning.

Efter den anden smeltning størknede Jorden indefra med de mest ildfaste stoffer stort set i midten, og radioaktive stoffer i overfladen. Derefter opstod lagdelingen med kerne, flydende mellemlag og fast overflade, som vi kender i dag. Under hele forløbet blev Jorden antageligt bombarderet af store meteorer, hvilket forårsagede lokal smeltning. Desuden kom nikkel, svovl og jern til at danne den faste centrale kerne i processen. Det guld, du søger, blev derfor til stede i det flydende og faste lag.

Dannelsen af guldårer

I det helt flydende område er temperaturen så høj, at stofferne er smeltede, og gulds smeltepunkt er ikke specielt højt (°C). Man har teorier om, hvorfor der dannes metalårer, men det er ikke endeligt afklaret. Når der sker afkøling og krystallisation, sker dannelsen af faste stoffer normalt ved, at atomerne klæber sig sammen i deres forskellige krystalstrukturer. Når det køles langsomt ned, er der en tendens til, at stoffer af samme type aggregeres i klumper. Og da det sker ved en bestemt temperatur under afkølingen, er det sandsynligt, at dette sker relativt samlet.

Guld (Au) er grundstof nr. 79, kogepunktet er °C, smeltepunktet °C, massefylde 19,28 t/m³, molvægt 196,97, meget ædelt - dvs. meget utilbøjelig til kemiske reaktioner, og ret blødt (formbar). Det anvendes i elektronik netop, fordi det ikke let reagerer med gasser osv., som det kommer i kontakt med.

Guld findes ofte findelt udfældet i kvartssand, omkring 2 ppm. Forskning viser, at revner tillader, at små mængder guld opløst i vand over millioner af år kan samles på bestemte steder. Små jordskælv synes også at samle guldet i klumper på grund af ekstrem hurtig fordampning af vandet, idet trykket ændres, og gnidning kan bevirke opvarmning. Denne proces kan hurtigt samle guld i årer ca. gange højere koncentration lokalt. Der er altså en række geologiske processer, der over millioner af år kan samle guld på steder, hvor det er koncentreret, ud fra det baggrundsmateriale, det normalt forekommer sammen med.

Geologiske processer samler guldet

Det er altså ikke klumper fra supernovaer, vi skal søge efter, men en lang række geologiske processer, der samler guldet. Der er sket alt for meget siden for at oprindelig klumpstørrelse osv. kan spores, 2 smeltninger f.eks., men det er vores nuværende model.

Der produceres ca. 2500 tons guld om året. Ca. 1500 tons kommer fra Sydafrika, ca. 600 tons fra Kina. Andre væsentlige producenter er USA, Australien, Rusland og Peru. Der er høje guldkoncentrationer mange steder i Sydamerika, men det er ofte svært tilgængelige steder, men ofte med produktion. De udvindingsprocesser, der oftest anvendes af mindre entreprenører, efterlader ofte miljøkatastrofer i form af åbne miner, cyanider og kviksølv osv.

I verdenshavene er der i gennemsnit 0,1 til 0,2 g guld pr. tons vand. Der findes dog en lang række metaller i området på µg pr. kubikmeter, og flere af dem er interessante. Så guld kan muligvis blive et biprodukt af udvinding af en række andre produkter, når der findes passende processer, så omkostningerne bliver overkommelige. Det gælder bl.a. cadmium, kobber, nikkel, zink, aluminium, kobolt, jern, mangan, bly og uran. Desuden koncentrerer visse havdyr og planter nogle af disse metaller i deres blade, frugter osv.

Med venlig hilsen
Klaus Mosegaard
Malte Olsen