Woher kommen die chemischen Elemente aus denen wir bestehen?

Wie sind die chemischen Elemente entstanden?

Die chemischen Elemente, aus denen unsere Welt und auch wir Menschen bestehen, sind zwar gewissermaßen vom Himmel gefallen, waren aber nicht von vornherein vorhanden.

Beim Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren entstanden zunächst nur Wasserstoff, Helium und eine kleine Menge Lithium. Man spricht von primordialer Nukleosynthese.

Alle übrigen Elemente wurden in den nach und nach entstandenen Sternen bei hoher Temperatur und unter hohem Druck aus den schon vorhandenen erbrütet, „zusammengebacken“. Man spricht deshalb von stellarer Nukleosynthese.

In dem hier gezeigten Periodensystem der Elemente ist farblich gekennzeichnet, welche Elemente unter welchen Bedingungen entstanden sind bzw. woher sie stammen. Dabei kann ein Element durch verschiedene Mechanismen entstanden sein und  aus Sternen verschiedener Masse stammen.

Einige Beispiele:

Blau eingefärbt: Wasserstoff (H) und Helium (He) sind beim Urknall entstanden (Big Bang fusion).

Gelb und grün eingefärbt: Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) entstehen sowohl im Innern der Sterne durch Kernfusion, bei der Energie gewonnen wird, als auch unter den extremen Druck- und Temperaturbedingungen bei der Explosion massereicher Sterne, also unter Zugabe von Energie (Dying low-mass stars und Exploding massive stars).

Grau und Gelb eingefärbt: Eisen (Fe) entsteht in Supernovaexplosionen, sowohl bei der thermonuklearen Explosion weißer Zwergsterne als auch beim Kernkollaps massereicher Sterne; die Explosion  erzeugt zunächst ⁵⁶Nickel (⁵⁶Ni), das dann radioaktiv  über ⁵⁶Cobalt (⁵⁶Co)zu ⁵⁶Eisen (⁵⁶Fe) zerfällt (Exploding white dwarfs und Exploding massive stars).

Lila eingefärbt: Schwere Elemente wie zum Beispiel Gold (Au), Silber (Ag), Osmium (Os), Iridium (Ir), Uran (U) und alle weiteren radioaktiven Elemente  entstehen bei der Verschmelzung von Neutronensternen, den kompakten Überresten massereicher Sterne mit einer Ausgangsmasse von  8 bis 20 Sonnenmassen (Merging neutron stars).

Rosa eingefärbt: Beryllium (Be), Bor (Bo) und eine kleine Menge Lithium entstehen aus der  Spaltung schwererer Elemente durch die kosmische Strahlung (Cosmic ray fission).

Außerdem existieren einige künstlich hergestellte, in der Natur nicht vorkommende, sehr schwere, instabile Elemente (Human synthesis).

Alle natürlich vorkommenden Elemente werden im Weltraum verstreut. Aus den durch sie angereicherten Staub- und Gaswolken  bilden sich wieder neue Sterne und Planeten. Alle Strukturen auf unserer Erde bestehen aus Atomen, die am Lebensende früherer Sterne in den Raum geblasen worden sind. Poetisch formuliert: wir bestehen aus Sternenstaub.

Die ersten Sterne enthielten nur Wasserstoff (H) und Helium (He). In den späteren Sterngenerationen reicherten sich die dort erbrüteten Elemente an. Man kann also aus der spektroskopisch ermittelten chemischen Zusammensetzung eines Sterns darauf schließen, welcher Sterngeneration er angehört und damit sein Alter abschätzen.

Das Bild zeigt den Stand der Forschung, basierend auf Daten von Jennifer Johnson at Ohio State University, Bildautor Cmglee (Wikipedia), CCBY-SA 3.0 .

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