Hvordan er "guldmassen" endt på jorden? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Geofysik > Hvordan er "guldmassen...

13. april 2014

Hvordan er "guldmassen" endt på jorden?

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

Fx det sagnomspundne guld: Forlader det supernovaen som atom støv, eller som guldklumper?

Vi har forstået det sådan, at udover de første lette grundstoffer, så skabes alle grundstofferne i stjernerne. Først ved tyngdekraften der presser atomerne sammen til tungere og tungere grundstoffer, op til dannelsen af grundstoffet jern, hvorefter de resterende og tungere grundstoffer skabes under supernovaernes eksplosion.

Alle ved, at guld kommer fra guldminer der anlægges hvor der er "guldårer", og at guld findes i forvitret form i flodaflejringer. Guldårene formoder vi er opstået ved at guldmasse er trukket ud under magmaens æltning af jordskorpen.

Men hvordan er "guldmassen" endt på Jorden? Nogle svarer at den er kommet med kometer/meteorer osv. og ja, det er jo sådan himmellegemer fødes og vokser, men...

Når fx grundstoffet "guld", AU skabes i supernovaen, forlader guldet så stjernen som støv, som atomer, eller kastes det ny skabte grundstof AU ud af stjernen i større eller mindre guldklumper?

Hvornår i processen samles tunge grundstoffer som fx guld, fra "stjernestøv" til "klump"?

Og afsluttende: Hvad sker der med en guldåre hvis den bliver trukket ned i magmaen: Smelter den bare som fedtpletter på en suppe eller forbrændes den og forgår?

Bedste hilsner
P H

Det er korrekt, at Fusion kun kan ske under normale ”driftsforhold” inde i en stjerne op til grundstof nr. 26 jern. Ved fusion opbygges kerner ved sammensmeltning til tungere kerner.

Indtil Jern er det en proces, som frigør energi, den energi som stjernen udsender som lys og varme. Over Jern er den fordelagtige proces at nedbryde kernerne til mindre kerner, f.eks. det man kalder fission (som sker i atomreaktorer). Det kræver derfor tilførsel af energi at opbygge kerner over nr. 26 jern.

Supernova eksplosion

Denne energi kan opnås, idet en stor stjerne (altid mindst nogen gange større end solen) styrter sammen og danner en supernova, hvor energien kommer fra den enorme kompression, idet stjernen falder sammen. Dannelsen af en supernova medfører altså, at stjernen efter den er fladet sammen, hvorved den opvarmes voldsomt og derefter eksploderer, og udsender en ikke uvæsentlig del af sin masse som gasser og atomer i rummet omkring sig (solens radius er ca. 700 000 km, store stjerner op til ca. 500 gange mere, sammenstyrtningstiden skal måles i sek.).

Planetdannelse som vi forestiller os det.

Der er tale om udkastnings hastigheder på en størrelsesorden på 1000 km/s, og de når langt, fordi, der stort set kun er tyngden fra den tilbageværende del af stjernen til at bremse stoffet (Krabbetågen har ekspanderet med den hastighed i ca. 1000 år).

Jordens indre idag

Da vores solsystem blev dannet, var det ud af en tåge bestående af hydrogen og Helium, samt såvel en masse af de lette grundstoffer, herunder silicium, kul, Jern, Ilt, nitrogen osv., som tunge  grundstoffer, som i beherskede mængder udslynget af supernovaerne. Vi skylder altså vores eksistens, at der før solsystemets opståen i vores del af galaksen har været et antal supernova eksplosioner. Det antages, at stofferne ikke er kommet som større klumper, men delvist som enkeltatomer, og delvist som små klumper af atomer efter kondens fra supernovaen.

Solsystemets dannelse

I støvskyen, som dannede vort solsystem, kommer der fluktuationer i gassen, og tyngden laver så klumper. Den langt største og centrale klump er solen. Den tændes som sol med fusionsprocesser når den er stor nok, så trykket i centrum er tilstrækkeligt højt. Det skyldes tyngdekraften.

Guld aflejring

Resten af skyen vil så efterhånden kondenseres. De stoffer, som har højst smeltepunkt, kondenseres nærmest solen. Det er de indre planeter, som er dannet på basis af sten og metaller, altså Merkur, Venus, Jorden og Mars. Så kommer der et bælte med småplaneter og sten, som kaldes astroidebæltet. Hvis de stenklumper var kommet nærmere til hinanden, kunne der have måske have været en planet af de mange ”sten”. Det er en af hovedkilderne til meteorer.

Fordeling af guldproduktion i verden

Derefter kommer de store gasplaneter Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, som indeholder faste og flydende gasser (og luftformige på overfladen). Og udenfor dette småplaneter. Længst væk er Kuiperbæltet, igen af sten og isklumper, og som sikkert også er årsag til meteorer og kometer endnu længere væk. Oortskyen, som 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 Ganymede, vores er nr. 4), et antal kometer og småplaneter.

Arret fra en åben guldmine

Stort set ses de lette stoffer med lavt smeltepunkt f.eks. gasser langt ude, hvor temperaturen fra solen har været moderat eller lav. De inderste planeter huser de tunge stoffer, herunder silicium, metaller og kul. Desuden er der en del is, som er endt som vand eller vanddamp.

Jordens dannelse

Som beskrevet i Hvordan opstod Jordens kerne? skete der det, at stenklumperne dannede Jorden og pressedes sammen, og smeltede nok helt eller delvist på grund af den gravitationelle sammentrykning. Da den klump, der senere skulle blive til Jorden var dannet, bevirkede de tilfældigt fordelte radioaktive stoffer inde i Jorden, at det hele blev opvarmet så meget igen, at den atter smeltede på grund af varmen fra de radioaktive henfald.

Udvinding af guld i Tanzania ved hjælp af kviksølv efterlader miljøkatastrofer

Efter anden smeltning størknede Jorden indefra med de højst smeltende stoffer stort set i midten, og de radioaktive stoffer i overfladen. Derefter kom den lagdeling med kerne og flydende mellemlag samt fast overflade, som vi kender det i dag. Under hele forløbet blev Jorden antageligt bombarderet af store meteorer, som fremkaldte lokal smeltning. Desuden i processen kom nikkel, svovl og jern til at danne den faste centrale kerne. Det Guld du søger, kom altså ud i det flydende og det faste lag.

Moderne gulkdsmykke

Dannelsen af årer

I det helt flydende område er temperaturen så høj, at stofferne er smeltet, og gulds smeltepunkt er ikke specielt højt 1064 °C. Grunden til, at der dannes metalårer, har man teorier om, men det er ikke endeligt afklaret. Når der sker afkøling og krystallisation, sker dannelsen af de faste stoffer normalt ved at atomerne hæfter sig til hinanden i deres krystalgitre, som er forskellige, og når det så afkøles langsomt er der en tendens til, at stoffer af samme type søger sammen i klumper. Og da det sker ved en bestemt temperatur under afkølingen, er det sandsynligt, at det sker forholdsvis samlet.

Guld (Au) er grundstof nr.79, kogepunktet er 2856 °C, smeltepunktet 1064,2 °C, densitet 19,28 t/m3, molvægt 196,97, meget ædelt - dvs. meget utilbøjelig til kemiske reaktioner og ret blødt (formbart). Det anvendes i elektronik, netop fordi det ikke let reagerer med gasser mm., som det kommer i kontakt med.

Printplade guldbelagt

Guld findes ofte findelt udfældet i kvartssand, omkring 2ppm. Forskningen viser, at revner tillader, at små mængder af guld opløst i vand i løbet millioner af år samles visse 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. Den proces kan hurtigt samle guld i årer ca. 1000 gange højere koncentration lokalt. Der er altså en række geologiske processer, der i millioner af år kan samle guld steder, hvor det er koncentreret, ud fra det baggrundsmateriale, det normalt ligger sammen med.

Krugerrand, 33,93 g 22 karat guld pris 7532 kr.

Geologiske processer samler guldet

Det er altså ikke klumper fra supernovaer vi skal lede efter, men en lang række geologiske processer, som samler guldet. Der er sket alt for meget siden til, at det oprindelige stofs klumpstørrelse mm. kan spores, 2 smeltninger bl.a., men det er altså hvad vores nuværende model siger.

Der produceres ca. 2000-2500 tons guld om året. Ca. 275 tons kommer fra Sydafrika, ca. 275 tons fra Kina. Andre væsentlige producenter er USA, Australien, Rusland og Peru. Der er høje guldkoncentrationer flere 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 mm.

Australsk guld nuggets største 1 kg 237 174 kr.

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

 

Med venlig hilsen
Klaus Mosegaard
Malte Olsen