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Sprache Deutsch
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 10.08.2017 / 10.08.2017
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Def. Meteorit
-Bedeutung?

=Festkörper kosm. Urpsrungs, d. Erdatmosphäre dur.quert + Erdboden erreicht
-diff. oder undiff.

->widerspiegeln chem. Zusamsetzung
->Zeugen d. Prozesse im solaren Nebel (Planetenbild.), und danach

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Meteorit, Tscheljabinsk, Russland
2013

-Chondrit, besonders gross
-extreme Energie, 40x Hiroshima Atombombe (ca. 500kt TNT)

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Chondrite

-V1
-V2

=Chondrite mit keinen( nur sehr wenigen Chindren

V1:primitive= unterscheiden sich nur in Textur v. Chondriten

V2: Achondrite = diff. Steinmeteorite, an Fe, Fe-löslichen Elementen verarmt
-wurden aus Kruste/ Mantel eines grösseren Mutterkörpers herausgeschlagen
->Typen: HED, PAL, Fe, Mond, Mars

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Pallasit (PAL)

=Stein-Fe-Meteorit (=Olivinkristalle in Ni-Fe eingebettet)

-in diff. Asteroiden an Grenze zw. Ni-Fe-Kern und Mantel gebildet

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Asteroid

=Kleinplanet, Planetoid

-haben keplersche Umlaufbahn um Sonne
-Grösse Meter - 1000km

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Meteoroid

kleine Objekte (mm-m) mit Umlaufbahn um Sonne

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Präsolare Körner

-Grösse
-Körnertypen

-Grösse: meist <1000nm (Staub)
-Körnertypen: SiC, Graphit, Diamant, Silikate

-wurden in Vorläufersternen gebildet
-haben die Sonnensystembild. überlebt (wäre ni. möglich, wenn Nebel zu heiss wird)
-direkte Zeugen der Nukleosynthese in Sternen (Bewiesen dur. Isotopenzusammensetzung)

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Solarer Nebel

-Facts

-war nie vollst. gasförmig (sonst gäbs keine präsolaren Körner)
-aber Chondren, CAI's wurden bei hohen Temp. im solaren Nebel gebildet
  ->war zumindest stellenweise heiss

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CAI's (CAlcium-ALuminium-rich inclusion)

-Annahme Bildung
-Eigenschaften

-Im Sonnensyst. alle Elemente im Nebel in Gasphase, kühlten langsam ab, Kristalle bildeten sich
  ->1. Spinell, später Korund, Melilith, Perovskit (=CAI's)
  ->Zusamsetz. d. CAI's entsprechen den ersten 5% kondensierter Materie
  -> sind aber ni. automatisch primäre Kondensate: viele CAI's dur. magmat. Prozesse (Krist. aus Schmelze) entstanden
-CAI's sind Kondensate (meist nicht primär) aus dem solaren Nebel mit komplexer Geschichte
 

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Häufigkeit volatiler Elemente in Chondriten

-Warum

-meisten Chondrite an volatilen Elementen verarmt
-nur Cl-CHondrite haben (fast) "solare" Elementhäufigkeit

-Verarmung dur. Kondensation + Evaporationsprozesse

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Radioaktive Nuklide

-Wofür
-Langlebige Zerfallssysteme (Bsp.)
-Kurzlebige Zerfallssysteme (Bsp.)

-als Zeitmesser (absolut oder rel.)

-Langlebig, z.B. U-Pb
  -t1/2 = 1-100Mrd.J.
  -absolut Messungen

-Kurzlebige
  -z.B. Pd-Ag (Planetare Akkretion, Kernbildung), Al-Mg (Frühes Sonnsyst.)
  -t1/2 = 01-100Mio.J.
  -heute ausgestorben
  -rel. Alter

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alpha-Zerfall

-Auswurf eines 4He Kern von gösserem Kern (=2Protonen, 2 Neutronen)
-Hauptzerfallsart für schwere Nuklide

-^A/_Z [X] -> ^A-4 / _Z-2 [Y] + ^4/_2He

-Bsp: 238U ->234Th + 4He
-Massenbilanz:
 238.0508amu   238U
-234.0436amu  234Th
-    4.0026amu  4He
----------------------------
0.0046amu Massendefekt
=6.86*10^-10 J/Zerfall
=1.74*10^12 J/g 238U
 

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beta minus - Zerfall

-Umwandlung eines Neutrons in Proton und Emission eines e- (und Antineutrino)
-n->p+e- + v
-bevorzugte Zerfallsart für Kerne mit Exzess an Neutronen im Vgl zu Protonen

^A/_Z [X] -> ^A/_Z+1 [Y] + e- +v
z.B. 87Rb ->87Sr + e- + v

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^A/_Z [X]

A= Massenzahl
Z= Ordnungszahl

Z= Anzahl Protonen = Anzahl Elektronen

A-Z= Anzahl Neutronen

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beta plus-Zerfall

-Proton wird in Neutron umgewandel und ein Positron plus Neutrino emittiert
-(oder e- von innerer Schale eingefangen und mit Proton zu einem Neutron = Elektroneneinfang)
-p->n+ e+ +v
-bevorzugt für Kerne mit Exzess an Protonen im Vgl. zu Neutronen

^A/_Z [X] -> ^A/_Z-1 [Y] + e+ + v

Bsp: ^40/_19 [K] ->^40/_18 [Ar] + e+ +v

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Radioaktive Isotope

-entweder seit d. Frühzeit des Sonnensystems vorhanden (langlebig) oder ständig neu produziert (z.B. dur. kosmische Strahlung)

-wichtiges Werkzeug der Geochemie. Altersbestimmung, Tracer,...

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Primordiale Nukleosynthese

-Ablauf?

1.Am Anfang war materie sehr konzentriert, bestand v.a. aus Strahlung  (keine Pro- oder Neutronen)
Temperaturen waren sehr hoch, Elementarteilchen dominierten (Photon [y], Positron [e+], Elektron [e-])
Mögliche Reaktion: y+y -> e+ + e- (bei T> 10^9K)
2. Universum dehnt sich aus, Temperatur fällt [T=1.5*10^18/ sqrt(t)]
Elementarteilchen nehmen dadurch ab, es bleiben: y, e-, Protonen [p]
3. Leichte Kerne bilden sich: H, D, 3He, 4He, 6Li
4. Temperatur fällt weiter durch Expansion, sodass keine Kerne mehr entstehen können

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Alter Big Bang?

Was fand kurz danach statt?

-Big Bang (Urknall) vor 13.7 +/- 0.2Mrd. J.: H,D, 4He entstanden
(fast alle anderen Elemente später in den Sternen erzeugt)

-Phase der primordialen Nukleosynthese= Bildung der ersten zusammengesetzten Atomkerne kurz nach dem Urknall

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2 Reaktionen der primordialen Nukleosynthese

Annhilation
-ein Elementarteilchen und ein Antiteilchen verwandeln sich in andere Teilchen, auch = Paarvernichtung
-z.B. e+ + e- = y+y

Paarerzeugung
-Bildung eines Teilchen-Antiteilchen-Paares aus anderer Energie als derjenigen einer Paarvernichtung
-z..B.: y-> e- + e+

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Beweise Big Bang

-konstante kosmische Hintergrundstrahlung im Universum messbar. Diese entstand durch hohe Temperaturen zu Beginn
 

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Was war nach der primordialen Nukleosynthese?

1.die Gravitation wurde dominant, Material aggregierte, bildete Gaswolken, ersten Sterne entstanden

2. in den Sternen finden nukleare Reaktionen statt, durch welche weitere Elemente gebildet werden
= stellare Nukleosynthese

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Stellare Nukleosynthese

-Grundidee?

-nur bei sehr hohen T (innern d. Sterns) sind v von Atomen gross genug, um elektrostat. Ablenkung d. pos. gelad. Kerne zu überwunden, sodass diese verschmelzen (=Kernfusion)

-Je schwerer (höher pos. gelad) ein Atomkern, desto höher die Coulombabstossung + desto höher nötige T zur Überwindung

-schweren Sterne im Innern so heiss, dass Abstossung überwunden. In Schichten sukzessiv immer schwerere Elemente produziert (bis Fe) = C-/ O-/ Ne-/ Si-Brennen + s-Prozesse

-Elemente schwerer als Fe entst. nur dur. Anlagerung elektrisch neutraler Neutronen = Neutronenfang
(Fusionsprozesse: endotherm)

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Molekulare Wolken

1-300 Lichtjahre gross
t: 10-50K
Gas: H2, Co, H2CO, CN
Staubanteil: ca. 1% (inkl. Eis!)

z.B. Adler-/ Orionnebel

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Sternentstehung

1.Teil der Wolke wird instabil
2. Gravitaionskraft nimmt überhand, Wolke kollabiert + Masse fällt uns Zentrum
Genauer: Wolke rotiert bereits zu Beginn etwas, durch Kollaps wird Ausdehnung kleiner
->rotiert schneller, flacht ab, im Zentrum hohe Dichte führt zu Kernfusion + Sternbildung
3. Protoplanetare Scheibe (=Rest d. Nebels) sichtbar, in Mitte leuchtet neuer Stern.
4. Scheibe wird abgeworfen = häufig heftige Auswürfe v. Materie

-Je nach Masse hat Stern versch. Temperatur, Helligkeit (Angabe in Sonnenmassen)

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Def. Nukleosynthese allgem.

ist die Entstehung von Atmokernen. Man unterscheidet zwischen der primordiale Nukleosynthese kurz nach dem Urknall und der stellaren Nukleosynthese durch Kernfusion.

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r-Prozesse

= schneller (r=rapid) Neutroneneinfang: Zeitspanne zw. 2 Neutroneneinfängen kurz, wodurch instabile Isotope weiter Neutronen einfangen können (sehr neutronenreiche radiokative Zwischenkerne)
->zerfallen danach via beta- Zerfall

-nur bei Explosion v. Supernova, da hohe T, Neutronendichte erforderlich
-bildet Fe bis Pb / instabile langlebige Isotope von Bismut, Th, U, Plutonium
-produziert Kerne mit Masse >56

 

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s- Prozess

= langsamer (slow=s) Neutroneneinfach: Zeitspanne zw. 2 Neutroneneinfängen lange im Vgl. zu radiokativen Zerfall v. Isotopen
-s-Prozess folgt Pfad, d. v.a. stabile Isotope beinhaltet

-findet hauptsächlich in Sternen ab, die sich im asymptotischen Riesenast des Hertzsprung-Russell-Diagramms befindenstatt, da rel. niedrige T ausreichen
-produziert Kerne mit Masse > 56

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Welche Nukleosynthese produziert welche Elemente?

-Big Bang (primordiale Nukleos.): Kerne bis Masse 7Li

-Kernfusion in Sternen (stellare Nukleos.): bis Masse </gleich 56

-s/r-Prozess: mit Masse >56

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Bestimmung von Element-/ Isotopenhäufigkeit in Sonne /Sonnensystem

Sonne: mit Spektroskopie (begrenzte Genauigkeit)
   =Bestimmen d. Häufigkeit aus Stärke v. Absorptionslinien, da Atome in Sonne ionisiert werden, dabei werden elementspez. Wellenlängen absorbiert

-Ansonsten Klassifizierung durchführen, ob Mat. undiff. ist, sich also seit 4.5Mrd. J. ni. verändert hat.

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Isotopenhäufigkeit bei Meteoriten

->übrig gebliebenes Mat. repräsentativ für durschnittliche Sonnensyst.zusamsetzung?

-meisten Meteorite aus Aseroidengürtel, haben sich seit 4.5Mrd. J. zwar nicht verändert, aber nur Cl-Chondrite (selten) sind undiff., also sonnenähnlich
  ->Cl-Chondrite haben etwas mehr Li (&be), weniger leichtflüchtige Stoffe (H, Edelgase) wie Sonne