为什么铀只存在于地壳中?

Question

据我所知，铀目前被认为主要存在于地壳中，而不在地核或地幔中。原因是它是一种亲铁元素，这意味着它不会在铁水中溶解。最近的地中微子实验似乎也支持这一观点。

但是，根据这答案是，铀在地核中的溶解度在2ppm到6ppm之间。这不是一个很高的值，但它仍然比铀在整个地球上的平均比例高得多。

首先，我认为铀的一般亲铁性是不一个理由不有一个很多外核中溶解的U的立方千米。

第二，我想的是，尝试混合不可混合的液体，我们会有不同相的溶液，按照密度的顺序。同时，试着混合铀和铁的液体，我们会有

1. 铀在铁中的溶液相(较高)
2. 再往下，是铁在铀中的溶液。

至少有一个是饱和溶液。

所以，我看不出任何理由，为什么铀不在地壳外集中。或者这里面也有某种机制?

Answer 1

(tl;低于博士)

首先是修正。亲铁元素是“亲铁”元素，它们与铁镍液体一起进入核心。铀是亲石元素或者“热爱摇滚”。相对于地核，它划分为硅酸盐岩石物质(即地幔和地壳)。

其次,

但是，根据这答案是，铀在地核中的溶解度在2ppm到6ppm之间。

你必须明白这是从哪里来的。那个答案是基于这该论文通过实验测量了铁相中有多少U，与橄榄岩成分的硅酸盐相共存(这是地幔成分的近似值)。如果您查看他们的表3(第14页)和图8(第17页)，您可以看到$D_\rm{U}$值的范围从几乎0到0.03左右。这个值是指金属相中U相对于硅酸盐相的比率。所以即使在最极端的情况下，地幔中的U也比地核多30倍。在他们的实验设置中，他们在起始材料中使用了wt %的U，比地球中存在的多得多，所以最终你得到了相当数量的铁金属相。这并不意味着这就是现在地球内部的量。

事实是，我们不知道核中有多少U。这些研究论文表明，无论有多少，地幔中都会有更多。地壳中会有更多，因为U是地幔部分熔融过程中不相容的元素。有关这方面的更多信息，请参阅以下问答:

什么是高场强和大离子亲石元素(HFS或HFSE & LIL或LILE) ?

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铀占地核的百分比是多少?

第二，我的想法是:尝试混合不可混合的液体，我们会按照密度的顺序有不同的溶液相。

你必须区分溶解度和分划。溶解度是在饱和另一相之前，你能把多少x(比如U)放到y(比如Fe)里。划分是指当你有两个相x和y(比如铁液和硅酸盐)时，第三种成分z(比如U)会在每一种相中溶解多少。之前链接到的论文讨论的是分区。在溶解度方面，当温度足够高时(比如在地核)，液态U和Fe会完全溶解。即使不存在，液态铁中U的ppm量也存在不足以使单独的液体U相饱和，所以密度无关紧要。如果都是一个相，密度起不到任何作用。如果你有NaCl和KCl在水中的溶液，它们都是均匀的。K不会下沉，因为它的密度更大。

博士tl;

我们不知道核中有多少U。我们确实知道，无论核中有多少铀，硅酸盐地幔中都会有更多的铀。当你融化地幔以产生形成地壳的岩浆时，它会更加集中铀，并耗尽地幔中的铀。