大気中に希ガス元素が大量に存在しない理由

質問

希ガス元素は閉殻構造をもっているため，単原子分子で安定して存在すると習いました．
安定ならば長い時間たっても，希ガスは希ガスのまま存在できると考えています．実際に宇宙全体のほとんどが水素とヘリウムからなるという記述を目にしました．
しかし地球の大気中には1%程度の希ガスしか存在しません．安定なのだから多くの希ガスが大気中に存在しているはずと考えたのですが，なぜ大気中に希ガスはすくないのでしょうか．

回答No.5

ORUKA1951

No.3です。
＞しかしなぜNeなども大気中にないんですかね．
　太陽系は二世代目の太陽系です。
　宇宙で最初に出来た恒星は、核融合を終えて爆発し、そのときに出来た重元素を含めて、再び結集して出来た太陽系です。そのときは基本的に宇宙元素の組成比にしたがって太陽や惑星が出来ます。すべての元素が均一に存在するわけではなく、核融合、核分裂の過程でその存在比には大きなばらつきがあります。たとえば鉄は多いのに兄弟元素のニッケルやコバルトは二桁以上少ないです。
　こうしていったん惑星になったときに、化学反応性の高い元素は他の元素と結びついて固定化されますが、希ガスは固定化されないために気体のままです。
　また、気体は最初の存在だけでなく、他の元素の崩壊からも供給されます。アルゴンはカリウム40が電子補足によってアルゴン40になるなど・・。

＞希ガス元素は閉殻構造をもっているため，単原子分子で安定して存在する
　「安定して存在する」は、他の窒素分子、酸素分子についても言える事です。「単原子でも」を言いたいがためで、安定して存在すること自体を言いたいわけではありません。

＞安定ならば長い時間たっても，希ガスは希ガスのまま存在できる
　それと、地球上存在するという意味ではないです。化合物を作らず存在するのが希ガスです。気体のままだと逃げやすいという意味ですね。地球上に水素と言う気体はほとんど存在しませんが、化合物として存在していますね。

＞安定なのだから多くの希ガスが大気中に存在しているはずと考えた
　気体の状態で安定なために、気体であるために逃げ出しやすいと考えなければなりません。

★希ガスは、名前ほど稀有なわけじゃない
★重いものほど逃げにくい
★供給源がないと減る一方

お礼

なるほど．たしかに希ガスは安定であるがために大気中に残されずに吹き飛んでしまった可能性もありますね．ほかの物質と化合できれば，（地球上に長い間）存在できるという節もありそうです．

回答No.4

noname#195146

お礼、ありがとうございます。#2です。

　リンク先の記載以外の補足は、ずいぶん前に図書館で書籍で調べたのですが、手あたり次第探して、定性的な説明を読んだり、見つけた表をメモした程度なので（メモは用が済んだら捨てたorz）、どうも定量的には覚えていません。

　改めてネットで探すと、以下のPDFに宇宙での量などが記載されています（もう少しダイレクトな情報があるものが探せればよかったんですが、検索が下手でどうもうまく探せませんでした。すみません）。

https://www.google.co.jp/search?num=100&newwindow=1&safe=off&client=firefox-aurora&hs=mNQ&rls=org.mozilla%3Aja%3Aunofficial&hl=ja&q=%E5%B8%8C%E3%82%AC%E3%82%B9+%E5%AD%98%E5%9C%A8%E7%8E%87&oq=%E5%B8%8C%E3%82%AC%E3%82%B9+%E5%AD%98%E5%9C%A8%E7%8E%87&gs_l=serp.3..35i39.97395.102171.0.103046.11.11.0.0.0.0.129.1175.2j9.11.0....0...1c.1.32.serp..8.3.211.0IOTsbvmZJs

　太陽系は宇宙の物質がほぼランダムに集まって形成されてはいますが、宇宙での存在比率がそのまま恒星・惑星での比率とはなりません。

　上記PDFでは、太陽型、惑星型（地球はこれ）、地球大気のグラフもあるので、見比べながら求められるかと思います。

お礼

返信ありがとうございます．

検索けっこう難しいですよね．

勉強になりました！

回答No.3

ORUKA1951

希ガスが少ないわけではありません。!!これは何かの間違い。
　アルゴンは、大気中に3番目に多く含まれている気体で約1%もあります。N₂ O₂についで多くCO₂やH₂よりも多い!!（H₂Oは考えない）　また水素は希ガスではありません。
　金星の大気は、CO₂が多いですし、木星はH₂やアンモニアNH₃も多い。太陽は大部分がH₂ですね。
　肝心なのは、分子量・原子量の小さい気体は、軽いため重力で引き止める力が弱い!!のがりゆうです。重力が大きければ軽い気体も引き止められるし、重力が小さいと逃げ出してしまう。
　地球の大気組成が異質なのは、生物の存在が極めて大きいためです。植物が光合成で二酸化炭素を固定化して酸素を放出してきたからです。

お礼

ヘリウムは飛んでいってしまうような記述はＮｏ２さんのリンク先にも書いてありましたね！

しかしなぜNeなども大気中にないんですかね．下のほうはけっこう重いと思うんですが...

回答No.2

noname#195146

例えば、 http://home.hiroshima-u.ac.jp/er/ES_E_T2.html などで説明されています。

　宇宙に漂う物質は今の地球大気よりずっと大きな率の希ガスを含むため、最初にあった大気には今よりずっと多い希ガス成分があった。

　しかし、何らかの原因（未だ不明、最初は大気がなかったとする説もある）で失われ、地殻成分が熱などでガスを吹き出して、それが今の大気の原形になった。

　そのとき、化学反応が起こりにくい希ガスは、あまりガス化できなかったので、今の大気での存在比率は少ない（この辺りの地球の歴史は、地球科学でも、まだまだ研究途上の模様）。

　ただし大気や表面近くの地殻だけでない、地球中心までの全体の希ガスでみると、大気中よりずっと大きな存在比率で希ガスが含まれている。

　そういう説が、今のところは主流のようです。

お礼

まさに知りたかったことでした．ありがとうございます．

リンク先には「ただし大気や表面近くの地殻だけでない、地球中心までの全体の希ガスでみると、大気中よりずっと大きな存在比率で希ガスが含まれている。」という記述がないようですが、ソースありましたらぜひ教えてください．

回答No.1

Tacosan

He: 軽いから.
Ar以外: 宇宙全体でもともと少ないから.

お礼

ご意見ありがとうございます．