LE1 Het ontstaan van de aarde

Question 1

Wat zijn lithofiele elementen?

Answer 1

Dit is een element dat de voorkeur heeft om zich aan zuurstof of silicum te binden.

Question 2

Wat zijn siderofiele elementen?

Answer 2

Dit element is meer genieg om een metaal verbinding aan te gaan.

Question 3

Wat is een zonnenevel?

Answer 3

Dit is een roterende schijf van hete stof en gassvormig materiaal dat langzaam afkoelt.

Question 4

Wanneer is de aarde ontstaan?

Answer 4

Grofweg 4,57 miljard jaar geleden.

Question 5

Wat is een planeetsimaal?

Answer 5

Dit zijn miniplaneten van minder dan 10km diameter.

Question 6

Wat is het verschil tussen eerste generatie en tweede generatie stofwolken?

Answer 6

Eerste generatiue stofwolken bestaan uit voornamelijk waterstof, wanneer na de explosie van een supernova nieuwe elementen zich mengen met deze stofwolk onstaat de 2de generatie. Ook wel een nevel.

Question 7

Wat houdt de term accretie in?

Answer 7

Het proces waarbij materie samentrket zodat er uit veel kleine deeltjes een aantal grote ontstaan.

Question 8

Tot wat heeft het differentatie proces in de aarde geleidt?

Answer 8

De differentatie heeft geleid tot het scheiden van aardmantel en aardkern. Waarna zich ook de aardkorst heeft gevormd.

Question 9

Wanneer is ons zonnestelsel ontstaan?

Answer 9

Ongeveer 5 miljard jaar geleden.

Question 10

Waarom kan men door analyse van zonlicht het grootste gedeelte van de aanwezige elementen in ons zonnestelsel bepalen?

Answer 10

Omdat de zon 99,9% van alle massa in ons zonnstelsel bevat.

Question 11

Wat houdt de term solaire abudantie in? En hoe kunnen we dit meten?

Answer 11

Solaire abudantie is de relatieve concentratie van de aanwezige elementen ten opzichte van waterstof. Bekeken vanuit lichtintensiteit.

Question 12

Wat is kosmische abudantie?

Answer 12

Kosmische abudantie is de relatieve concentratie van een element in de gecondenseerde hemellichamen.

Question 13

Hoeveel atomen waterstof (H) komen er voor per atoom ijzer (Fe)?

Answer 13

Het verschil is bijna 6 schaldelen van de logaritmische schaal, dit wil zeggen 10^6. Waterstofatomen komen dus ongeveer een miljoen keer meer voor.

Question 14

In welke twee klasses kunnen we meteortieten onderscheiden?

Answer 14

Steen meteorieten (silicaatfase) en ijzermeteorieten (metaalfase).

Question 15

Wat gebeurt er als een gas condenseert?

Answer 15

Bij condensatie gaat een gas over in een vloeistof. In de zonnenevel komt dit door afkoeling.

Question 16

Wat gebeurt er als een gas gaat rijpen?

Answer 16

Dan gaat deze van de gas fase naar de vaste fase.

Question 17

Wat is sublimatie?

Answer 17

Als een stof van vast naar gas gaat.

Question 18

Wat is de gemiddelde atmosferische druk?

Answer 18

1 atmosfeer of 1,01325x105 Pa

Question 19

Wat houdt de term vluchtigheid in?

Answer 19

Dit is een fysisch-chemische term die gebruikt wordt voor stoffen die snel, rond kamertemperatuur verdampen. Van vloeibaar naar gas.

Question 20

De aarde had niet altijd de zelfde massa als dat ze nu heeft. Waarom niet en hoe is dit veranderd?

Answer 20

In eerste instantie bestond de aarde uit een relatief kleine samenklonetring van vaste stoffen. De samenvoeging van grotere en kleinere klonten vaste stof leidde uiteindelijk tot vorming van de planeten.

Question 21

Wat is de theorie van het homogene accretie model?

Answer 21

Door een toevallig onstane concentratie van materie met de zelfde samenstelling vormd zich een planeet doormiddel van samenklonetering. Vervolgens differentieert deze matierie zich tot een kern van ijzer-nikkel en een silicaat mantel.

Question 22

Wat stelt het heterogene accretie model?

Answer 22

Dat de aarde in meerdere stadia is opgebouwd en dat de in verschillende stadia toegevoegde stoffen een andere samenstelling hadden. Eerst vormde zich de kern door samenklontering van ijzer-nikkel en hierna vormde zich hier een stenen silicaat mantel omheen door accretie van steenklonters.

Question 23

Waarom kunnen waterstofmoleculen moeilijk aanwezig blijven in de het eerste 2/3de deel van de aardgeschiedenis?

Answer 23

Omdat waterstof moleculen zeer licht zijn kan de aarde deze niet vasthouden met haar zwaartekracht. Het vrijgekomen zuurstof zal hierna binden met andere elementen en oxideren.

Question 24

Wat is het verschil tussen een hoogtemperatuur condensaat en een laagtemperatuur condensaat?

Answer 24

Hoogtemperatuur condensaten zijn bij een temperatuur van 1000-1200 K deel uit gaan maken van de aarde (85%). Laagtemperatuur condensaten pas bij 350K.

Question 25

Wat is een chalcofiel element?

Answer 25

Een element dat de voorkuer heeft zich met zwavel te binden.

Question 26

Wat houdt de term ultramafisch in? En waar heeft dit betrekking op?

Answer 26

Deze gesteente bevatten minder dan 45% SiO₂ (kwarts) en komen voor in de bovenste mantel van de aarde.

Foto: peridodiet

Question 27

Wat is de totale hoeveelheid Si in de aardmantel met de volgende gegevens?

Massa: aardmantel: 403 × 10²⁵ gram,

Massapercentage SiO2: aardmantel 45%

Atoomgewicht Si: 28

Moleculair gewicht SiO2: 60

Answer 27

De aardmantel bevat: 45% × 403 × 10²⁵ gram SiO2 = 181,35 × 10²⁵ gram SiO2

Omgerekend naar Si is dit: 28/60 × 181,35 × 10²⁵ gram SiO2 = 84,63 × 10²⁵ gram Si

Question 28

Wat is radiogene warmte?

Answer 28

Radiogene warmte is de warmte die vrijkomt bij radioactiviteit. In het vroegste stadia van de aarde was deze warmte zeer groot door de korte halfwaardetijd van veel elementen.

Question 29

Waardoor warmde de ‘‘jonge’’ aarde snel op?

Answer 29

Door radiogene warmte, kinetische energie door meteoriet inslagen, potentiele energie door de opbouw van zwaartekracht en potentiele energie door de differentatie van aardkern en mantel.

Question 30

Welke twee verschillende smelten onstonden er tijdens de snelle opwarming vand e ‘‘jonge’’ aarde?

Answer 30

Een metallische smelt bestaande uit ijzer-nikkel en een silicatische smelt. Deze twee kunnen niet met elkaar mengen en de zwaarde metaliscche smelt zakte naar beneden en vormd de aardkern.

Question 31

Wanneer treden convectiestromen op?

Answer 31

Wanneer een vloeistof ongelijkmatig wordt verwarmd, de hetere delen zetten uit en krijgen een lagere massa dan de koudere gedeelte. De hete (lichte) massa zal naar boven stijgen en de plaats in nemen van de koudere boven laag.

Question 32

Wat zijn radionucliden? (radio-isotopen)

Answer 32

Radionucliden zijn nucliden met een onstabiele atoomkern die door radioactief verval overgaan in andere elementen, of andere isotopen van hetzelfde element, die al dan niet stabiel zijn.

Question 33

Bestonden er in het begin van het zonnestelsel veel of weinig kort-levende radio-isotopen?

Answer 33

Veel maar door kun korte halveringstijd zijn deze al ontbonden.

Question 34

Wat is de huidge staat van de langlevende radio-isotopen in de aardkern?

Answer 34

Deze nemen langzaam af door hun lange halveringstijd. door deze afname koelt de aarde langzaam maar zeker af.

Question 35

Bereken de schijnbare depletie van yttrium met behulp van de volgende gegevens:

Atoomgewicht Y: 88,9

Kosmische abundantieY: 4,4

Concentratie van Y in de aardkorst: 35 ppm

Concentratie van Y in de aardmantel: 3 ppm

Geochemisch karakter van Y: lithofiel

Totale hoeveelheid silicium op aarde: 3,3 × 1025 gramatoom

Massa van de aardkorst: 2,5 × 1025 gram

Massa van de aardmantel: 403 × 1025 gram

Answer 35

De hoeveelheid yttrium op aarde is:

in de korst (35 × 10–6) x (2,5 × 1025) = 87,5 × 1019 gram

in de mantel ( 3 × 10–6) x(403 × 1025) = 1209 × 1019 gram

totaal 1296,5 × 1019 gram

Op grond van de kosmische abundantie van yttrium zou dit moeten zijn:

(3,3 × 1025) × (4,4 × 10–6) × 88,9 = 1290 × 1019 gram.

De schijnbare depletie van yttrium is: (1296,5 × 1019)/(1290 × 1019) ≈ 1,0

Question 36

Bepaal met behulp van figuur 1.1 hoeveel atomen waterstof (H) voorkomen per atoom ijzer (Fe).

Answer 36

In figuur 1.1 bedraagt het verschil in concentratie tussen H en Fe (bijna) 6 schaaldelen van de logaritmische schaal, dit wil zeggen: (bijna) 106. Waterstofatomen komen dus ongeveer een miljoen maal meer voor.

Question 37

Op het ijs van Antarctica worden veel steenmeteorieten gevonden en weinig ijzermeteorieten. Op andere delen van de aarde worden ongeveer evenveel ijzermeteorieten gevonden als steenmeteorieten.

Welke verklaring kunt u hiervoor geven?

Zou de verhouding op Antarctica een goede afspiegeling zijn van de werkelijk verhouding van de verschillende soorten meteorieten?

Answer 37

Op een ‘normale’ bodem met stenen vallen steenmeteorieten veel minder op dan ijzermeteorieten. Steenmeteorieten en ‘gewone’ stenen bestaan immers beide uit silicaten. Bovendien verweren steenmeteorieten sneller dan ijzermeteorieten, zodat in de loop der tijd de hoeveelheid ijzermeteorieten relatief is toegenomen. Om beide redenen worden ijzermeteorieten relatief veel meer gevonden dan steenmeteorieten, terwijl de laatstgenoemden veel meer op aarde vallen. Op de ijsondergrond van Antarctica valt iedere steen – of ijzerklomp op en bovendien is de verwering daar veel langzamer (het ‘ijskasteffect’). De vondsten op Antarctica weerspiegelen dus veel beter de werkelijke verhouding waarmee meteorieten op aarde neerkomen.

Question 38

Waarom wordt de solaire abundantie van een element uitgedrukt ten opzichte van waterstof, en de kosmische abundantie ten opzichte van silicium?

Zijn er elementen waarvoor deze abundanties wezenlijk verschillen, en zo ja, hoe komt dat?

Answer 38

In een gasvormig lichaam als de zon, of andere sterren, is waterstof verreweg het meest voorkomende element is.

Vaste, gecondenseerde lichamen als de planeten en meteorieten hebben daarentegen een zeer groot deel van de oorspronkelijk aanwezig waterstof verloren. Hun zwaartekracht is immers meestal onvoldoende om het lichte waterstof vast te houden. Voor deze lichamen moet men dus een ander element gebruiken dat in voldoende mate gecondenseerd is en dat daardoor nog in min of meer dezelfde concentratie als in de oorspronkelijke gas- en stofwolk, aanwezig is.

Behalve voor waterstof, helium en andere gasvormige elementen, waarvoor de abundantie in de zon (solaire abundantie) veel groter is dan de kosmische abundantie, zijn er drie elementen (lithium, beryllium en borium) waarvoor de solaire abundantie veel kleiner is dat de kosmische. Dit komt omdat deze drie elementen sinds het ontstaan van de zon zijn ‘opgebruikt’ door de kernfusieprocessen die zich in de zon afspelen.

Question 39

Noem enkele eenmalige processen die tijdens en kort na het ontstaan van de aarde een grote bijdrage hebben geleverd aan de energiehuishouding van de aarde.

Answer 39

Eenmalige bijdragen aan de warmtehuishouding van de aarde werden geleverd door – het verval van de kortlevende radioactieve isotopen – de zelfcompressie van de aarde – het meteorietenbombardement op aarde – het uitzakken, na de differentiatie van de aarde, van de zware metallische (Fe/Ni-)smelt naar het centrum van de aarde.

Question 40

Goud (Au) is een siderofiel, niet-vluchtig element. Yttrium (Y) is een lithofiel, niet-vluchtig element.

Wat wordt er met deze termen bedoeld?

In welke delen van de aarde zullen ze vooral geconcentreerd zijn?

En wat kunt u zeggen over de schijnbare depletie van goud en yttrium?

Answer 40

Als een element siderofiel is, betekent dit dat het graag in de elementaire toestand blijft (als metaal) en zich minder graag verbindt met zuurstof en/of zwavel.

Een lithofiel element verbindt zich wel graag met zuurstof tot een oxide. Dergelijke oxiden vormen meestal onderdeel van de diverse silicaatstructuren.

Niet-vluchtig houdt in dat het betreffende element reeds bij vrij hoge temperaturen uit de gasfase neerslaat in de vast fase. Niet-vluchtige elementen zullen dus vrijwel geheel in de gecondenseerde lichamen terechtkomen en niet achterblijven in de gasfase, die zal bestaan uit de vluchtige elementen.

De siderofiele elementen zullen bij voorkeur in de (metallische) kern van de aarde voorkomen, terwijl de lithofiele elementen vooral in de silicatische korst en mantel van de aarde zijn geconcentreerd.

Omdat we bij de berekening van de schijnbare depletie de samenstelling van de aardkern niet meerekenen (vandaar het schijnbare), zal de schijnbare depletie van Au veel minder dan 1 zijn. Het goud dat in de korst en mantel wordt ‘vermist’, zit immers in de kern.