Если бы в ядре Земли были ВСЕ тяжелые металлы

Как эта разница повлияет на общий химический состав Земли?

Немного (но см. ниже). Вот почему:

Начнем с предыстории

Событием дифференциации ядра и мантии было событие плавления, которое вызвало разделение каменистой мантии и металлического ядра. Он разделил землю на две фазы (в химическом смысле):

1. Металл, который настолько плотный, что просел на дно. Это ядро.

2. Камень, который менее плотный, чем металл, поэтому остался наверху. Это мантия, которая потом дифференцировалась на кору и мантию, но это пока не важно.

Из чего сделаны «металл» и «камень»?

Металл в основном представляет собой металлическое железо и никель, возможно, там есть и другие более легкие элементы, но они, вероятно, незначительны и не влияют на химию. Горная порода представляет собой силикаты: в основном магний, кальций, алюминий, железо, связанные цепочками оксида кремния. Вы можете понять, почему «камень» менее плотный, чем «металл»: в нем много кремния и кислорода, которые являются очень легкими элементами.

Обратите внимание на кое-что интересное: в «камне» тоже есть железо. Почему это железо в "камне", а не в "металле"? Ответ - кислород. Земля имеет объемный химический состав — в ней есть фиксированное количество элементов: железа, магния, кремния и т. д., а главное — кислорода. Кислород, ну, окислитель. Он захочет соединиться с другими элементами. Когда элементы связаны с кислородом, они начинают вести себя как «камень», а не как «металл». Однако некоторые элементы будут связываться с кислородом больше, быстрее и легче, чем другие элементы. Из основных элементов, существующих на Земле, Si, Mg, Al и Ca действительно любят кислород. Fe и Ni в меньшей степени, но они привязываются к нему, если он рядом.

Оказывается, количества кислорода в Земле было достаточно, чтобы связать все Si, Mg, Al и Ca и превратить их в «камни». Немного осталось, чтобы соединиться с Fe и превратить его в «камень». Металлическое Fe (и Ni) в основном является остатком этого окисления. Поскольку у них не было кислорода для связи, они оставались «металлическими», образуя ядро.

Хорошо, а что это значит для второстепенных и микроэлементов?

Обратите внимание, что я не использую здесь термин «тяжелые металлы», потому что это довольно расплывчатый термин. Например, список в вашей ссылке включает титан, в то время как большинство людей в индустрии сплавов сочтут его очень легким. Вместо этого я использую термин «незначительные и следовые» для обозначения всего, что не является кальцием, кремнием, магнием, железом, кислородом, алюминием и т. д.

Эти второстепенные и микроэлементы контролируются наличием «металла» и «камня». Они разделятся либо на «металл» (т.е. ядро), либо на «горную породу» (т.е. мантию и, в конечном счете, на кору), не в зависимости от того, насколько они тяжелые, или их атомный номер, или плотность. Они будут делать это в соответствии с их химическим сродством к металлической фазе или оксидно-силикатной фазе. Это известно как классификация Гольдшмидта — краеугольный камень современной геохимии. Он делит элементы на несколько групп:

1. Литофилы (элементы, любящие камни)
2. Сидерофилы (железолюбивые элементы)
3. Халькофил (элементы, любящие серу, хотя «халько» означает медь)
4. Атмофил (в основном газовый, сейчас не актуален).

Вот как это выглядит:

С соответствующей страницы Википедии.

Таким образом, хотя торий и уран, например, очень тяжелые, они разделятся на мантию, а в ядре их будет немного. Кобальт относительно легкий, но он пойдет в плотное ядро. Это одна из причин, почему в земной коре так мало золота и платины — все они заперты в ядре, далеко от нашей досягаемости. Они в ядре не потому, что они плотные и тонут. Золота и платины слишком мало, чтобы они существенно повлияли на плотность металлического «сгустка», который мы называем ядром. Они находятся в ядре, потому что им очень нравится находиться в расплавленном металле, богатом железом (который тонет, потому что он плотный). Точно так же торий очень любит находиться рядом с кремнием и кислородом, а кислород находится в мантийной «камне». Вот почему это'

Вот в чем дело — Земля уже дифференцирована. Повторное плавление всего этого на самом деле ничего не даст. Золото уже в ядре, а торий уже в мантии.

Вот пример: возьмите немного льда и твердого растительного масла, растолките их в мелкие хлопья и смешайте вместе. Теперь поместите их на солнце на некоторое время. Теперь жидкий лед и нефть разделятся, нефть поверх воды. Если вы добавите немного растворимых в масле и растворимых в воде материалов (например, соли), они разделятся на соответствующие фазы (например, воду или масло). Теперь снова положите в морозилку. И снова вынуть. Мало что изменится. Вот такой будет Земля.

Но есть одно очень важное исключение!!

На самом деле у нас больше драгоценных металлов, чем должно. Драгоценные металлы (Pt, Au, Pd и др.) являются наиболее известными сидерофильными элементами. Все они должны быть в ядре. Но тем не менее, у нас есть некоторые. Не много, но немного. Ваше обручальное кольцо сделано из золота. В каталитических нейтрализаторах вашего автомобиля есть платина или палладий. Откуда это? Одна из теорий - теория позднего шпона :

После того, как Земля дифференцировалась на ядро ​​и мантию, и пока мантия была еще расплавленной, удары астероидов доставили на Землю дополнительный материал в составе, предшествующем дифференциации. Таким образом, несмотря на то, что все первоначальные драгоценные металлы были заперты в ядре, мы получили больше материала. И поскольку весь металл теперь находится на глубине в тысячи километров, он не может получить доступ к новым приобретенным драгоценным металлам. Повторное переплавление может привести к тому, что часть материала поздней облицовки, драгоценных металлов, снова потеряется в сердцевине. Но только в том случае, если он может вступить в контакт, или в мантии есть конвективные силы, которые смешивают его, или это происходит достаточно долго, чтобы элементы могли его рассеять. Но поскольку вы предлагаете воздействующие события, я не вижу причин, по которым этого не может произойти.

Итак, чтобы снова ответить на ваш вопрос:

Как эта разница повлияет на общий химический состав Земли?

Мы потеряем часть или все наши драгоценные металлы.

Для дальнейшего чтения по некоторым темам, обсуждаемым в этом ответе:

Christy (2018) Количественная оценка литофильности, халькофильности и сидерофильности https://doi.org/10.1127/ejm/2017/0029-2674

Righter (2013) Металлосиликатное разделение сидерофильных элементов и формирование ядра на ранней Земле https://doi.org/10.1146/annurev.earth.31.100901.145451

Brenan et al (2016) Экспериментальные результаты по фракционированию высокосидерофильных элементов (HSE) при переменных давлениях и температурах во время планетарной и магматической дифференциации https://doi.org/10.2138/rmg.2016.81.1