钙在宇宙中的经历

时间:2024-06-26 03:53:06

我记得有一次我出去旅行,来到了新罗西斯克,这个城市附近有一个大型水泥工厂,因为制造水泥的主要原料是石灰岩和泥灰岩,所以工厂的技术人员希望我能给他们做一次关于石灰岩和泥灰岩的讲座。虽然我知道石灰和水泥的基础是各种各样的石灰岩,我也知道石灰一般是从距离新罗西斯克有1500千米远的瓦尔代高地订购,做成水泥后,则要走一个从新罗西斯克到黑海、爱琴海、地中海、大西洋、北冰洋的环状路线运送到需要它的地方。我真的很明白石灰对日常生活和工业建筑的重要意义,但我从没研究过石灰岩,所以对其一无所知。

“那么请为我们讲一讲钙吧,”一位工程师说,他特别强调了所有石灰岩的基础就是金属钙,“请谈一谈,从地球化学的角度是如何看元素钙的,钙有什么样的性质,它在地球上的分布是怎样的,为什么钙会形成大理石的美丽花纹,并使石灰岩和泥灰岩显示出适用于工业的性质。”

于是,我为他们讲了一下钙原子在宇宙中的经历:

●化学家告诉我们,钙在门捷列夫元素周期表中占有特别的地位,它的原子序数是20。也就是说,钙原子的中心有一个原子核,核中有非常小的粒子——质子与中子,核外则有20个游离的电子。钙的原子量是40,属于门捷列夫表从左向右的第二列。

●钙要与其他元素形成化合物需要失去两个电子,也就是说,钙的化合价是+2。钙原子的性质非常稳定,想要破坏一个由一个原子核和20个电子构成的稳固结构是很难的。随着天体物理学对宇宙构造的进一步研究发现,钙原子在宇宙中扮演的角色也渐渐显示出来。

日全食时太阳周围镶着一个红色的环圈,上面跳动着鲜红的火舌,这种火舌状物体就叫作日珥。大的日珥可以高于日面几十万千米,而日珥中有无数飞快移动的金属小颗粒,其中就有钙粒子。而且,在分散的星云中,贯穿着飞驰的轻元素原子,这其中也有钙。宇宙中存在一些小颗粒,它们在走过复杂的路途后,会在引力作用下朝地球飞去,它们就是陨石,陨石中也有钙。

我们再把目光转向地球:

钙在宇宙中的经历

当熔融物质还在地球表面沸腾时,在重的蒸气逐渐分离形成大气层的时候,在水滴刚刚凝聚形成巨大海洋的时候,钙和镁早已是地球上非常重要的金属。那时候的岩石,不管是在地面上的,还是凝结在地底深处的,都有钙和镁的存在。大洋的底部,特别是太平洋的海底,到现在还铺着玄武岩层,我们都知道玄武岩的主要成分是钙,而我们的大陆便是浮在这样的玄武岩上的,这个岩层就像是薄薄的皮壳,盖在地下的熔融物上面。

根据地球化学家的计算,在地壳的成分重量表中,钙占3.45%,镁占2%。地球化学家认为,钙在地球上的分布规律与钙原子的稳定性是分不开的。地壳刚一成形,钙原子就开始了它们的曲折旅程。远古时代,火山爆发喷出大量二氧化碳。那时的大气充满了水蒸气和二氧化碳,形成厚重的云层,包围在地球四周,破坏着地球表层,并且当时地面上的炽热物质也被卷入呼啸狂恶的风暴中,从这时起,钙原子的旅行史便翻开了最有趣的一章。