ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ

ในฟิสิกส์ ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ (NA) หมายถึงความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปของธาตุเคมีตามที่พบตามธรรมชาติบนดาวเคราะห์ โดยมวลอะตอมสัมพัทธ์ (ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักโดยใช้อัตราส่วนโมลของความอุดมสมบูรณ์) ของไอโซโทปเหล่านี้ คือ น้ำหนักอะตอมที่ระบุสำหรับธาตุในตารางธาตุ ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปแต่ละชนิดอาจแตกต่างกันไปตามดาวเคราะห์ และแม้กระทั่งจากสถานที่ต่าง ๆ บนโลก แต่ค่อนข้างคงที่ตามกาลเวลา (ในช่วงระยะสั้น)

ตัวอย่างเช่น ยูเรเนียมมีไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติสามชนิด ได้แก่ 238U, 235U และ 234U โดยมีอัตราส่วนตามธรรมชาติตามลำดับดังนี้ 99.2739–99.2752%, 0.7198–0.7202% และ 0.0050–0.0059% ยกตัวอย่างเช่น หากวิเคราะห์อะตอมของยูเรเนียม 100,000 อะตอม จะพบว่าอะตอมส่วนใหญ่ ประมาณ 99,274 อะตอมจะเป็น 238U และจะมี 235U ประมาณ 720 อะตอม ส่วน 234U จะมีเพียงไม่กี่อะตอม (อาจจะ 5 หรือ 6 อะตอม) นี่เป็นเพราะ 238U มีความเสถียรมากกว่า 235U หรือ 234U ตามที่ระบุจากค่าครึ่งชีวิตของแต่ละไอโซโทป: 238U มีครึ่งชีวิต 4.468 × 109 ปี เทียบกับ 7.038 × 108 ปี สำหรับ 235U และ 245,500 ปี สำหรับ 234U

เนื่องจากไอโซโทปของยูเรเนียมแต่ละชนิดมีครึ่งชีวิตที่แตกต่างกัน เมื่อโลกมีอายุน้อยกว่า องค์ประกอบไอโซโทปของยูเรเนียมจึงแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อ 1.7 × 109 ปีที่แล้ว NA ของ 235U อยู่ที่ 3.1% เมื่อเทียบกับค่าในปัจจุบันที่ 0.7% ซึ่งทำให้เกิดปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามธรรมชาติขึ้นได้ ซึ่งไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติของไอโซโทปหนึ่ง ๆ ยังได้รับผลกระทบจากความน่าจะเป็นของการเกิดขึ้นในนิวคลีโอสังเคราะห์ (เช่นในกรณีของแซมาเรียม; 147Sm และ 148Sm ซึ่งเป็นกัมมันตภาพรังสีมีความอุดมสมบูรณ์มากกว่า 144Sm ที่มีเสถียรภาพ) และจากการผลิตไอโซโทปเป็นธิดาของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ (เช่นในกรณีของไอโซโทปรังสีของตะกั่ว)

 การเบี่ยงเบนจากความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ 
จากการศึกษาดวงอาทิตย์และอุกกาบาตยุคแรกพบว่าระบบสุริยะมีองค์ประกอบของไอโซโทปที่เกือบจะเป็นเนื้อเดียวกันในตอนแรก การเบี่ยงเบนจากค่าเฉลี่ยในดาราจักร (ซึ่งพัฒนาเรื่อยมา) ที่ถูกรวบรวมในพื้นที่ใกล้เคียงช่วงเวลาที่การเผาไหม้นิวเคลียร์ของดวงอาทิตย์เริ่มขึ้น สามารถอธิบายได้โดยการแยกส่วนมวล (ดูบทความเกี่ยวกับการแยกส่วนมวลอย่างอิสระ) รวมทั้งกระบวนการสลายตัวทางนิวเคลียร์และการแปลงนิวเคลียร์ในจำนวนจำกัด มีหลักฐานที่บ่งชี้ถึงการฉีดไอโซโทปที่มีอายุสั้น (ซึ่งปัจจุบันสูญสิ้นแล้ว) จากการระเบิดซูเปอร์โนวาใกล้เคียง ซึ่งอาจเป็นสิ่งที่กระตุ้นให้เกิดการยุบตัวของเนบิวลาดาวเคราะห์ดวงอาทิตย์ ดังนั้น การเบี่ยงเบนจากความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติบนโลกมักจะถูกวัดในหน่วยพันส่วน (เปอร์มิลล์ หรือ ‰) เนื่องจากมีค่าน้อยกว่าร้อยละหนึ่ง (%)

ข้อยกเว้นในเรื่องนี้อยู่ที่เม็ดเกรนยุคก่อนระบบสุริยะที่พบในอุกกาบาตดั้งเดิม เม็ดเกรนเล็ก ๆ เหล่านี้ควบแน่นในกระแสไหลออกของดาวฤกษ์ที่แก่ตัว ("ใกล้ตาย") และรอดพ้นจากกระบวนการผสมและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในสสารระหว่างดาวและจานพอกพูนมวลของระบบสุริยะ (หรือที่เรียกว่าเนบิวลาดาวเคราะห์ดวงอาทิตย์หรือจานต้นกำเนิดดาวเคราะห์)  ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบควบแน่นของดาวฤกษ์ ("ฝุ่นดาว") เม็ดเกรนเหล่านี้จึงแสดงลักษณะไอโซโทปของกระบวนการสร้างธาตุที่เฉพาะเจาะจงซึ่งเป็นกระบวนการที่สร้างธาตุเหล่านั้น ในวัสดุเหล่านี้ การเบี่ยงเบนจาก "ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ" บางครั้งถูกวัดเป็นร้อยเท่า

 ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปตามธรรมชาติของธาตุบางชนิด 
ตารางต่อไปนี้แสดงการกระจายของไอโซโทปของธาตุต่าง ๆ บนโลก ธาตุบางชนิด เช่น ฟอสฟอรัสและฟลูออรีน มีเพียงไอโซโทปเดียวในธรรมชาติ โดยมีความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติอยู่ที่ 100%

+ ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปตามธรรมชาติของธาตุบางชนิดบนโลก ไอโซโทป  % ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ  มวลอะตอม H  99.985  1.007825 H  0.015  2.0140 C  98.89  12 (เดิมถูกกำหนดไว้) C  1.11  13.00335 N  99.64  14.00307 N  0.36  15.00011 O  99.76  15.99491 O  0.04  16.99913 O  0.2  17.99916 Si  92.23  27.97693 Si  4.67  28.97649 Si  3.10  29.97376 S  95.0  31.97207 S  0.76  32.97146 S  4.22  33.96786 Cl  75.77  34.96885 Cl  24.23  36.96590 Br  50.69  78.9183 Br  49.31  80.9163

 ดูเพิ่ม 

 ความอุดมสมบูรณ์ของธาตุ

 ผลผลิตจากการสลายตัว

 ไอโซโทป

 เม็ดแร่ก่อนยุคสุริยะ

 เรดิโอนิวไคลด์

 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 
 Berkeley Isotopes Project Interactive Table (archived 2015)
 Exact Masses of the Elements and Isotopic Abundances, Scientific Instrument Services
 Tools to compute low- and high-precision isotopic distribution (archived 2011)

หมวดหมู่:คุณสมบัติทางเคมี
หมวดหมู่:ไอโซโทป