Geochemie

1. gleicher Ablauf wie bei kleinem Stern bis zu Roten Riesen
2. Superriese: Da Stern im Innern so heiss, dass auch Coulombabstossung von schwereren (höher geladenen) Atomkernen überwunden werden können, werden in Schichten immer schwerere Elemente produziert (C-, O-, Ne-, Si-Brennen bis Fe + s-Prozesse)
3. Fe-kern kühlt aus, neue Kernfusion bildet negatives Energieprodukt, Stern kollabiert
4. Teilchen d. Aussenhülle werden von Schockwelle reflektiert, Supernovaexplosion inkl r-Prozesse

4.57Mrd Jahre
->durch Erhaltung des Drehimpuls

-Gestein: 3.9Mrd. J.
-Mineral: 4.3Mrd. J. (Zirkon)

=Lichterscheinung, verglühen eines Meteorits in der Atmosphäre

-grösste Klasse d. Meteoriten
-haben Chondren (eingeschlossene SIlikatkügelchen) in feinkörniger Grundmasse
-Chondren z.B. aus Entstatit
-aus Olivin, Plagioklas, Pyroxen, z.T. Ni, Fe ->undiff.!

-aus 1. Phase d. Planetenbild. (4.5Mrd.J.)
-Ansammlung von Mat. aus solarem Nebel

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

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

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

=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

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

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

=Kleinplanet, Planetoid

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

kleine Objekte (mm-m) mit Umlaufbahn um Sonne

-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)

-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

-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
 

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

-Verarmung dur. Kondensation + Evaporationsprozesse

-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

-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
 

-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

A= Massenzahl
Z= Ordnungszahl

Z= Anzahl Protonen = Anzahl Elektronen

A-Z= Anzahl Neutronen

-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

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

-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

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+

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

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

-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)

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

z.B. Adler-/ Orionnebel

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)

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

= 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

= 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

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

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

-s/r-Prozess: mit Masse >56

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.

-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

-häufigsten Elemente i.d. stellarern Nukleosynthese entstanden, wobei Fe besonders häufig, da sehr stabil und ist der Endpunkt der möglichen Kernfusion
-Elemente schwerer als Fe nur in Supernova gebildet (seltener)
-Elemente mit ungerader Ordnungszahl (ausser H) sind seltener, da Kernfusion v.a. via He abläuft
-v.a. Zaheln wie 2(He), 8 (O), 14 (Si), 20 (Ca), Ni (28), 50 (Zinn), 82 (Pb) aus Stabilitätsgründen häufiger

-Tiefpunkte in Häufigkeitskurve bei: Be, F,...

Sternerntwicklung
-Blau mit Pfeil: Entwicklungspfad von Protostern, je nach Sonnenmasse (M) versch.
  ->kl./gr. Masse -> langsame / schnelle Kontraktion
-Birthlinie: Stern wird sichtbar, Gas/ Staubhülle weg
-Main sequence: Beginn des H-Brennens

-Achsen: Temperatur (K), Luminosität

-Sterne, die im Kern H bilden (Mehrheit d. Sterne)
-bilden im Hertzsprung-Russell-Diagramm eine dicht bevölkerte Linie (je nach Masse heisser/ heller, kälter/ dunkler)
-Sterne mit niedriger Masse leben sher viel länger als grosse Sterne

-Am Anfang des H-brennens ist Stern auf der Nullalter-Hauptreihe, wandert im Laufe des H-brennens zur Endalter-Hauptreihe

-bei gebundenen Atomkernen ist Teil ihrer Masse in Bindungsergie umgewandelt (Massendefekt: ist leichter als einzelen Pro-/ Neutronen)

-Kernfusion = Kombi v. Nukleon + Elementarteilchen/ Nukleon (a+b->c+d)
-Energie (Q) d. Kernfusion: Q=[Ma+Mb-(Mc+md)]*c^2 =x M*c^2
Q>0 exotherm
Q< 0 endotherm
 

-Bis 56Fe exotherm, danach exotherme Fusion (56Fe hat die höchste Bindungsenergie)
-es muss jedoch jeweils zuerst die Coulombabstossung überwunden werden, was nur mit sehr hohen Temp. möglich ist