Techniklexikon

Elementhäufigkeit

Umwelt- und GeophysikAstronomie und Astrophysik, die Häufigkeit der chemischen Elemente in kosmischer Verteilung. Sie ist durch zwei Vorgänge geprägt: die Elemententstehung im Urknall und die nachfolgende Umwandlung und Erzeugung neuer Elemente im Innern der Sterne und in Supernovae. Die Analyse von Sternspektren hat gezeigt, dass die Elementhäufigkeiten für die meisten Objekte, einschliesslich der Sonne, sehr ähnlich sind. Man spricht deshalb auch von einer mittleren kosmischen Häufigkeit. Demnach sind Wasserstoff und Helium mit Häufigkeiten von knapp 90 % und 10 % (in Teilchenzahlen) die weitaus häufigsten Elemente. Es folgen Sauerstoff (7 × 10^-4), Kohlenstoff (3,6 × 10^-4) und Stickstoff (9 × 10^-5), die bei Kernreaktionen im Innern der Sterne erzeugt werden. Generell nimmt die Häufigkeit mit steigender Atomzahl ab. Eine auffällig geringe Häufigkeit zeigen Lithium, Beryllium und Bor. Sie werden im Innern der Sterne zerstört und entstehen wahrscheinlich ausschliesslich durch Spallation, wenn schwere Kerne, wie die von C, N oder O, im interstellaren Gas (interstellare Materie) von energiereichen Teilchen der kosmischen Strahlung getroffen und gespalten werden.

In einigen Objekten können die Elementhäufigkeiten mehr oder weniger stark von der kosmischen abweichen. Bei sehr alten Sternen ist z.B. die Häufigkeit der schweren Elemente um bis zu einem Faktor 100 geringer, weil die interstellare Materie während ihrer Entstehungsphase noch nicht stark mit schweren Elementen angereichert war. Auch bei den Planeten treten grosse Abweichungen auf. Sie beruhen darauf, dass sich bei der Entstehung des Sonnensystems die flüchtigen Elemente vornehmlich in der kühlen Region der äusseren Planeten ansammelten.

Auf der Erde betragen die Häufigkeiten der verbreitetsten Elemente: Sauerstoff (49,2 %), Silicium (25,7 %), Aluminium (7,5 %), Eisen (4,7 %). (Erdkruste, Erdmantel, Erdkern)

Elementhäufigkeit: Schematische Darstellung der mittleren kosmischen Elementhäufigkeit.