鉑與金是元素周期表中高度親鐵八元素中的兩種。親鐵元素這一名字可以追溯到19世紀(jì)20年代,當(dāng)時挪威奧斯陸大學(xué)的礦物學(xué)家維克多·戈爾德施米特按照元素自然結(jié)合的傾向性進(jìn)行了分類分組,今天仍在沿用的其中四種分類是:親石(或親巖)元素、親銅(或親硫)元素、親氣元素和親鐵元素。
親鐵元素似乎與構(gòu)成地殼大部分的氧和硅基化合物并不相為伍,相反卻往往與鐵結(jié)合緊密,例如鎢(元素周期表中以W代表)也是一種親鐵元素,在對地球地質(zhì)史的研究中一直有著非常重要的意義。除了鎢之外,其他親鐵元素還有釕、銠、鈀、錸、鋨、銥、鉑和金,它們甚至是鐵的更親密的“粉絲”,被稱為八大高度親鐵元素。
由于高度親鐵元素在地核中的豐度值較高,而在地幔和地殼中則比較稀缺,通過對這些元素的探測,可以幫助科學(xué)家跟蹤地球內(nèi)部的演化歷史。從某個礦井深處挖出的一塊石頭,或者從新爆發(fā)火山獲得的一塊巖石,都可以通過對其中含有的親鐵元素的測量來探究地球以往的歷史。例如,某種親鐵元素的放射性元素是否發(fā)生了衰變,巖石中是否有較高含量的某種親鐵元素等。通過這些信息,可以進(jìn)一步揭示親鐵元素在地球內(nèi)部的移動軌跡,以及這些元素在地球深處發(fā)生的化學(xué)過程。
美國斯克里普斯海洋研究所的地球化學(xué)家詹姆斯·達(dá)伊說:“通過對親鐵元素的研究,我們可以跟蹤某顆行星形成的整個演化過程?!崩?,對地球上最古老巖石中的親鐵元素進(jìn)行研究分析后發(fā)現(xiàn),在地殼板塊構(gòu)造互相摩擦擠壓和偶爾急劇下沉(俯沖)的活動過程中,最古老的巖石被拖曳到地球深處融化成了熔巖。但在格陵蘭島西南部一個名叫伊蘇華的地方,研究人員發(fā)現(xiàn)了一塊未被地球板塊構(gòu)造活動拖入地心中的古老地殼,距今已有33億年至38億年的歷史了。
科學(xué)家對格陵蘭島巖石中含有的大量高度親鐵元素進(jìn)行了檢測,發(fā)現(xiàn)巖石中含有大量鎢-182,而這種發(fā)生衰變的放射性同位素只存在于地球歷史最早的5000萬年里,因此在格陵蘭島發(fā)現(xiàn)的古老巖石作為一種時間膠囊,可有助于揭示早期太陽系的歷史。
對地球上殘留下的遠(yuǎn)古遺跡的研究表明,地球地幔在化學(xué)構(gòu)成上的分布上是參差不齊的,一塊塊含有大量鎢-182的原始材料,就像混合在面團(tuán)里的餅干片一樣,或一塊塊補丁一樣,鑲嵌在一大片混合得更均勻的脈石中。令研究人員驚訝的是,他們原本以為,經(jīng)過幾十億年的攪拌,地球內(nèi)部所有的物質(zhì)都均勻混合在一起了,但出乎研究人員意料的是,保留了原始巖石風(fēng)貌的那部分地幔不知因何原因,卻頑強地抵制了地球地心熾熱熔巖的巨大攪拌力幸存了下來。
通過研究這些補丁塊所在的位置以及它們的構(gòu)成成分,研究人員可以尋找到關(guān)于地球早期歷史一些問題的答案。例如,早期地球內(nèi)部熔巖如何對流,今天的火山中是否含有這些原始物質(zhì)等。而且科學(xué)家在2016年5月的報告中稱,他們利用地球化學(xué)的方法,通過對親鐵元素的鑒定,確認(rèn)了在加拿大巴芬灣和南太平洋發(fā)現(xiàn)的原始熔巖。
就像古老的格陵蘭地殼一樣,這些巖石中也含有大量的鎢-182。顯然,加拿大和太平洋地區(qū)的火山底下深處儲藏了許多這樣的原始物質(zhì),其中一些通過火山活動的力量穿過火山口抵達(dá)了地球表面。研究人員對這些巖石中的親鐵元素進(jìn)行探索,就像乘坐時間機器回到了過去,看看45億年前的地球是什么樣子的。
英國達(dá)勒姆大學(xué)的地球化學(xué)家艾米·里奇斯說:“這些巖石講述了遠(yuǎn)古地球的故事,給我們帶來了一個又一個的驚喜?!?/p>
八種高度親鐵元素
(注:原子數(shù)也叫原子序數(shù),指的是元素在周期表中按次序排列的序號;原子量是指原子的質(zhì)量,也叫相對原子質(zhì)量)
釕(Ru)
原子數(shù):44
原子量:101.07
白色金屬,用于強化鉑和鈀
鈀(Pd)
原子數(shù):46
原子量:106.42
鋼藍(lán)色金屬,用于催化轉(zhuǎn)換器
鋨(Os)
原子數(shù):76
原子量:190.23
有光澤帶青白色的金屬,用于某些合金中,以及作為催化劑使用
鉑(Pt)
原子數(shù):78
原子量:195.08
銀白色金屬,用于珠寶業(yè)、催化轉(zhuǎn)換器和高溫工業(yè)工藝中
銠(Rh)
原子數(shù):45
原子量:102.91
銀白色金屬,用作工業(yè)催化劑
錸(Re)
原子數(shù):75
原子量:186.21
銀白色金屬,用于生產(chǎn)高辛烷值汽油
銥(Ir)
原子數(shù):77
原子量:192.22
易碎的白色金屬,用于制造高溫實驗用的設(shè)備
金(Au)
原子數(shù):79
原子量:196.97
黃色金屬,用于珠寶業(yè),以及作為工業(yè)催化劑
隕石撞擊為地球貴金屬補充“新鮮血液”
大約45億年前,新生行星地球的地核漸漸凝固(1);高度親鐵元素被吸引進(jìn)入富含鐵的地核中(2);在此之后的隕石撞擊可能給地球帶來一波新的稀有金屬(3)