做成一个地球,需要哪些元素?

更新于 2026年10月12日 版权声明
做成一个地球,需要哪些元素?

中国上古神话传说中有女娲造人的故事。假如有一天我们也拥有神力能够做出一个地球,我们要准备些什么材料呢?

首先,我们要了解地球的元素组成。元素是什么,又是如何产生的呢?这还得从宇宙大爆炸讲起。现在流行的大爆炸理论认为,宇宙是在距今约138亿年前的一次大爆炸后形成的,此后宇宙持续膨胀并冷却,直到演化成今天的状态。宇宙中丰富的化学元素就是在这个过程中形成的。

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在宇宙膨胀初期,仅仅存在能量和夸克,夸克是组成宇宙中所有物质的“原料”,三个夸克聚在一起形成了质子和中子。宇宙随着膨胀逐渐冷却下来,形成了宇宙中最轻的两种元素—氢和氦。随着温度的降低,大量物质聚集形成星云,进而进化成第一代恒星。作为大爆炸初期形成最早的元素,氢和氦自然就是首批恒星的主要成分。第一代恒星寿命较短,会很快爆炸消亡,这种爆炸会在太空中生成更多重要的元素,这些物质汇聚后就形成了后续各代的恒星,例如大约50亿年前形成的太阳,太阳系进一步演化形成了地球。伴随着恒星演化发生的热核反应,元素周期表上除了人工合成的元素以外的元素应运而生。可见,地球上的元素不是地球独有的,宇宙中充满了地球的组成元素。

元素有了,它们又是如何在地球上分布的呢?让我给大家讲一个小故事。

大约在46亿年前,地球刚刚形成,这个时候的地球不断遭受小型天体的撞击,其中一个叫“忒伊亚”的星体撞击地球后,飞溅出来的物质汇聚形成了月亮。碰撞过程中巨大的动能转化为热能,所以初生的地球的表面到处是不停翻滚的炙热岩浆,有的科学家称其为“岩浆洋”。再炙热的岩浆也有冷却的那天,只是想让初生的地球这个“超大块头”冷却下来,要经历漫长的时间。

夸克

夸克是构成物质的基本单元,夸克互相结合可形成质子和中子。质子和中子组成了原子核,原子核和电子构成了原子,原子构成分子,分子组成了物质。

在初生的地球冷却的过程中,受重力影响,密度大的元素(比如铁和镍等)流向地心,形成了一个金属核;密度小的元素形成硅酸盐,停留在浅部,形成了原始地幔。后来,地球进一步冷却,原始地幔浅部开始凝结形成地壳。(https://www.daowen.com)

我们的地球是由94种天然元素组成的,根据地质学家测算,地球中地幔、地核和地壳的质量大约分别占地球质量的67%、32.57%和0.43%,每个圈层组成的元素也都各不相同。

那我们先从最容易观察的地壳说起。地表发育有很多很多的石头(学名岩石),有些石头可以代表地壳上部;有些石头因为早期受“造山运动”作用,从地球深处被带到地表,所以它们可以反映地壳下部的元素组成情况。地质学家对这些石头进行了大量的样品采集,然后送到实验室进行岩石元素成分的测定;同时借助地球物理的方法辅助测定地壳元素组成。地质学家得出结论,大陆地壳主要由氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁8种元素组成,它们占地壳总量的99%以上;大洋地壳的组成相对简单,垂向组成相对单一,借助深海钻探,地质学家发现,大洋地壳主要由“玄武岩”组成,其元素主要为氧、硅、铝、铁、钙、镁、钛、钠、钾等。

为了搞清楚地幔的元素组成,地质学家着实下了一番功夫,试图通过多种方法去揭开地幔的神秘面纱。“八卦”地球的隐私,怎么能少了石头!地质学家第一个想到的也是“撬开石头的嘴巴”。他们发现,地幔物质会因板块运动或岩浆活动而露出地表,可以在阿尔卑斯山等山脉中找到一种形成于上地幔的岩石—橄榄岩。橄榄岩就是板块运动与岩浆活动共同造成的。地质学家还模拟了地幔的高温高压环境,去探究地幔中岩浆的起源。搞定了“自家”产的石头,地质学家又瞄准了“天外飞仙”—陨石和月球表面的岩石,通过对比地球之外的星球,了解地幔的演化与组成。地质学家估算,原始地幔中排名靠前的元素依次为氧、镁、硅、铁、铝、钙、钠。

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如果说从地壳到地心的旅途是一场接力赛,现在含量最多、跑在最前面的还是氧元素。氧元素会是地球含量最高的元素吗?剧透一下,地心赛程可是有“黑马”出现的哟。

终于来到地心世界了。通过地球物理方法、陨石元素分析方法等,地质学家得出了地核的元素组成,认为在占地球质量约32.57%的地核中,铁占85.5%,硅占6%,镍占5.2%,硫占1.9%,这4种元素占地核总质量的98.6%。

通过地质学家的进一步综合测算,组成地球的主要元素从多到少依次为铁、氧、硅、镁、钙、铝、钠。是的,这匹“黑马”就是铁元素。哇,原来地球是个铁球啊!

在日常生活中,我们经常可以见到元素之美。晶莹剔透的水晶的成分就是由硅和氧组成的二氧化硅。元素也和我们的健康密不可分,人体缺钙时会经常抽筋,缺碘时会得“大脖子病”。同样的,当我们经常吃富含硒的食物时,我们的身体会更加健康。人类离不开这些化学元素,因为作为地球重要的组成部分,人体和这个星球的组成元素相同,这是多么奇妙的一件事啊!

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