最近，伊朗提高濃縮鈾豐度的新聞再次成為焦點(diǎn)，不管是提高了濃縮鈾產(chǎn)量還是增加了庫(kù)存，鈾一直都是全世界的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，那么關(guān)于鈾，你了解多少呢？

（豐度即為該元素在自然體中的豐度abundance of elements，是指一種化學(xué)元素在某個(gè)自然體中的重量占這個(gè)自然體總重量的相對(duì)份額（如百分?jǐn)?shù)），豐度表示方法主要分為重量豐度、原子豐度和相對(duì)豐度）

伊朗核問(wèn)題一直是世界關(guān)注的焦點(diǎn)

自居里夫人發(fā)現(xiàn)并分離出鐳元素后激發(fā)了人們對(duì)鈾礦進(jìn)行開(kāi)采，將提取出的鐳制成螢光油漆，用于鐘表和飛機(jī)儀表盤(pán)上，由于要處理3噸鈾礦才能提取出1克鐳，這產(chǎn)生了大量的含鈾副產(chǎn)品

這些副產(chǎn)品都被用在瓷器上色上，使得瓷器的價(jià)格大大降低，除了這些用途以外，鈾還被用在瓦片中，可制成紅、藍(lán)、綠、黃、紫紅、黑等多種顏色

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，地質(zhì)學(xué)家和地球化學(xué)家一直在研究鈾同位素的豐度、分布，他們的工作起源于Klaproth在1789年發(fā)現(xiàn)的元素—鈾

Becquerel在1896年證明了鈾鹽具有放射性，Boltwood在1905年得出結(jié)論：鉛和氦都是鈾的衰變產(chǎn)物，以及Rutherford在1906年提出的放射性地質(zhì)計(jì)時(shí)潛力的概念，從地球化學(xué)的角度來(lái)看，一些主要問(wèn)題是：現(xiàn)在地球上的鈾是從哪里來(lái)的？地球上相對(duì)微不足道的鈾含量對(duì)地球的演化有什么影響？

宇宙中的元素豐度

自20世紀(jì)30年代以來(lái)的許多年里，科學(xué)家們一直致力于確定組成太陽(yáng)系的物體中元素及其同位素的豐度，并解釋觀測(cè)到的豐度模式

地球的地殼元素豐度列表

事實(shí)上，光譜測(cè)量表明，恒星中元素的豐度各不相同，也沒(méi)有單一適用的“宇宙豐度”模式，在太陽(yáng)系中圍繞元素以氫氦為主的太陽(yáng)運(yùn)行的各種行星中元素的豐度存在很大差異

包括地球在內(nèi)的類地行星地殼中主要以氧、硅、鋁和鐵元素為主，相較于這些元素，鈾（在太陽(yáng)中的鈾豐度只有氫的10^(-12)）是一種極其罕見(jiàn)的元素

地殼元素含量前8

此外，對(duì)隕石中氧同位素的測(cè)量表明，整個(gè)太陽(yáng)系的同位素比例并不均勻，所有這些變化都指向一個(gè)結(jié)論，即原太陽(yáng)系物質(zhì)的產(chǎn)生涉及多個(gè)來(lái)源

地球上的鈾是怎么來(lái)的

宇宙化學(xué)家不僅關(guān)注星系元素豐度的分布模式和長(zhǎng)期演變趨勢(shì)，還關(guān)注特定恒星豐度異常的起源以及不同原子核合成的理論來(lái)解釋這些觀測(cè)結(jié)果

根據(jù)這些理論，地球的鈾是在一顆或多顆超新星爆炸中產(chǎn)生的（有關(guān)的主要過(guò)程是以高于通過(guò)放射性分解的速率快速捕獲籽核上的中子）

超新星爆炸

所需的中子通量被認(rèn)為發(fā)生在超新星爆炸期間，鐵的引力壓縮(核穩(wěn)定性島，不能進(jìn)行進(jìn)一步的放熱聚變反應(yīng))和一顆大質(zhì)量恒星中心的突然坍塌，觸發(fā)了這顆恒星的大部分爆炸，其產(chǎn)生了大量中子噴射到太空中

最近，第二個(gè)理論提出鈾是在兩顆中子星合并時(shí)產(chǎn)生的，中子星的密度非常高，一勺中子星材料的質(zhì)量約為50億噸，當(dāng)兩個(gè)這樣的物體靠近時(shí)，強(qiáng)大的引力會(huì)使它們劇烈地融合，釋放出引力波并產(chǎn)生大量的重元素，如金、鉑和鈾

中子星是除黑洞外密度最大的星體

因此，我們知道地球的鈾是通過(guò)一個(gè)或多個(gè)這樣的過(guò)程產(chǎn)生的，而這種物質(zhì)是由地球所屬的太陽(yáng)系產(chǎn)生的，我們可能會(huì)進(jìn)一步問(wèn)，鈾的合成發(fā)生在多久以前

鑒于今天在組成我們星球的不同球?qū)又蠻-235和U-238的豐度、了解這些同位素的半衰期，以及地球的年齡（約45.5億年）——從各種放射性“時(shí)鐘”中測(cè)定，包括鈾到鉛衰變鏈的時(shí)間來(lái)看

鈾的衰變過(guò)程

我們可以計(jì)算地球形成時(shí)U-235和U-238的豐度，進(jìn)一步了解到超新星中U-235和U-238的生產(chǎn)比約為1.65，從而可以得出，如果太陽(yáng)系中所有的鈾都是在一個(gè)超新星中生產(chǎn)的，那么這一事件就是發(fā)生在65億年前

然而，這種“單一階段”過(guò)于簡(jiǎn)單化了，實(shí)際情況是60多億年前到2億年前的多個(gè)超新星都參與了鈾的合成

此外，對(duì)隕石中的硅和碳等元素同位素豐度的研究表明，太陽(yáng)系物質(zhì)的形成涉及到十多個(gè)不同的恒星源，因此，太陽(yáng)系形成時(shí)U-235和U-238的相對(duì)豐度計(jì)算不能簡(jiǎn)單假設(shè)為“單一階段”模型，而且這樣還無(wú)法反映許多前體恒星爆炸碎片的影響

在地殼中富集

科學(xué)家對(duì)大陸和海洋地殼的巖石中的鈾以及地球地幔樣品進(jìn)行了許多分析，其中對(duì)于這些地球的地殼和上地幔的測(cè)量是可靠的，但對(duì)下地幔、外核和內(nèi)核中鈾的豐度的測(cè)量則是心有余而力不足

雖然隕石中鈾的平均豐度約為0.008ppm，但地球“原始地?！敝械拟欂S度——在提取大陸地殼之前——為0.021 ppm

考慮到在不含鈾的情況下提取形成核心的鐵鎳合金（由于鈾的特性，使其更容易與地殼巖石中的礦物結(jié)合，而不是與富含鐵的巖石結(jié)合），這仍然代表著與一般的隕石物質(zhì)相比在形成原始地球的物質(zhì)的時(shí)候有大約兩倍的濃縮

稀土氧化鈾

現(xiàn)今暴露在海底的“貧化”地幔中鈾的豐度約為0.004ppm，另一方面，大陸地殼的鈾含量相對(duì)較高，約為1.4ppm，與原始地幔相比，這代表著成倍成倍的的富集，實(shí)際情況也是從“貧化”的大洋地幔中損失的鈾大部分被封閉在大陸地殼中

鈾從地幔轉(zhuǎn)移到大陸地殼的過(guò)程很可能是復(fù)雜且步驟繁多，洋殼和巖石圈的形成是通過(guò)洋中脊的地幔的熔融而形成的，該大洋巖石圈橫向遷移到板塊消耗點(diǎn)（其表面由深海海溝標(biāo)記）

從這些俯沖帶的下行（俯沖）巖石圈板塊和覆蓋地?！靶ā敝挟a(chǎn)生的流體和巖漿，將這些液體熔化物轉(zhuǎn)移到“島弧”區(qū)域（如太平洋火圈）的表面，通過(guò)重熔、花崗巖形成和地殼內(nèi)部循環(huán)，從這些島弧原巖中生產(chǎn)大陸地殼

在整個(gè)地殼形成過(guò)程中，鈾的親巖性表現(xiàn)為鉀鈾比在橄欖巖和花崗巖等巖石中穩(wěn)定在10000左右，因?yàn)槲覀兿胱粉欌櫾诘厍蛏系姆植迹U的豐度和同位素特征——鈾235和鈾238的放射性子元素就成為了有用的參數(shù)

鉛的揮發(fā)性和與鐵結(jié)合的趨勢(shì)很可能解釋了其豐度的差異，在陸地吸積和巖心分離過(guò)程中，鉛會(huì)丟失，當(dāng)然，這些高比率的結(jié)果之一是，與隕石或地核相比，地殼和地幔中的pb-207/pb-204和pb-206/pb-204的放射性/非放射性含量相對(duì)較高

對(duì)于大陸地殼給出的數(shù)字是整個(gè)地殼的平均值，當(dāng)然，鈾的局部濃度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這些值，在某些花崗巖中，高達(dá)50 ppm，在礦床中則又會(huì)高出許多

鈾隨時(shí)間的分布

光合作用可以追溯到大約38億年前，有一段時(shí)間，釋放的氧氣是通過(guò)地球表面還原鐵化合物而消耗掉的，最終，大約25億年前，氧以游離氧的形式開(kāi)始在大氣中積累

除了許多其他影響外，外逸層氧化還原特性的變化導(dǎo)致鈾在風(fēng)化侵蝕沉積循環(huán)中的轉(zhuǎn)移方式發(fā)生了根本性變化，而在還原條件下，鈾是相對(duì)不溶的和穩(wěn)定的鈾鐵礦（UO2），在氧化條件下，鈾變成可溶的（U6+）并易于轉(zhuǎn)移，自25億年前以來(lái)，鈾礦床主要形成于含鈾流體減少的地方，例如通過(guò)細(xì)菌或與石墨頁(yè)巖接觸

氧化的大氣也導(dǎo)致了鈾在海洋中的濃度增加，然后通過(guò)循環(huán)熱液中的運(yùn)輸?shù)胶Ｑ蟮貧ぶ械南鄬?duì)富集，通過(guò)大洋巖石圈的俯沖和隨后巖石圈的再同化作用，從外逸層到地球內(nèi)部的鈾輸送增強(qiáng)，對(duì)目前地球上鈾的分布產(chǎn)生了重大影響，并可能解釋了一些奇怪的地幔同位素特征的不一致

最后

水能載舟亦能覆舟，鈾能作為核燃料也能作為殺人的武器，就看使用者如何使用