自然の豊かさ

物理学において、天然存在比(NA) とは、惑星上で自然に存在する化学元素の同位体の豊富さを指します。これらの同位体の相対原子質量 (モル分率存在比で重み付けされた加重平均) は、周期表でその元素に対して記載されている原子量です。同位体の豊富さは惑星ごとに異なり、地球上の場所によっても異なりますが、時間的には比較的一定です (短期的スケール)。

例えば、ウランには天然に存在する3つの同位体、²³⁸ U、²³⁵ U、²³⁴ Uがあります。それぞれの天然モル分率は、99.2739～99.2752%、0.7198～0.7202%、0.0050～0.0059%です。^{[1]例えば、100,000個のウラン原子を分析すると、約99,274個の238} U原子、約720個の²³⁵ U原子、そしてごく少数（おそらく5個か6個）の²³⁴ U原子が見つかると予想されます。これは、各同位体の半減期が示すように、 ^{238 U が235} U や²³⁴ Uよりもはるかに安定しているためです。238 U の半減期は 4.468 × 10 ⁹年であるのに対し、 ^{235 U は7.038} × 10 ⁸年、 ²³⁴ U は 245,500 年です。

異なるウラン同位体は半減期が異なるため、地球が若かった頃はウランの同位体組成も異なっていました。たとえば、1.7×10 ^{9年前は235} Uの NA が3.1% でしたが、現在は 0.7% です。そのため、今日では起こり得ない 自然の核分裂炉が形成されました。

しかし、特定の同位体の自然存在比は、元素合成における生成確率（サマリウムの場合、放射性の¹⁴⁷ Smと^{148 Sm は安定な144} Smよりもはるかに豊富である）や、特定の同位体が天然放射性同位体の娘核種として生成されること（鉛の放射性同位体の場合）によっても影響を受ける。

太陽と原始的隕石の研究から、太陽系は当初同位体組成がほぼ均一であったことがわかっています。太陽の核燃焼が始まった頃に局所的にサンプリングされた（進化する）銀河平均からの偏差は、一般的に質量分別（質量非依存分別に関する記事を参照）と、限られた数の核崩壊および核変換プロセスによって説明できます。^[2]また、太陽系星雲の崩壊を引き起こした可能性のある近くの超新星爆発から、寿命の短い（現在は消滅した）同位体が注入されたという証拠もあります。^[3]したがって、地球上の自然存在比からの偏差は1パーセント（%）未満であるため、 千分率（パーミルまたは‰）で測定されることがよくあります。

例外は、原始隕石に見られるプレソーラー粒子である。これらの小さな粒子は、進化した（「死にゆく」）星の流出物で凝縮し、星間物質と太陽降着円盤（太陽系星雲または原始惑星系円盤としても知られる）での混合および均質化プロセスを逃れた。^{[4] [説明が必要]}恒星凝縮物（「スターダスト」）として、これらの粒子は、その元素が作られた特定の元素合成プロセスの同位体シグネチャを持っている。^[5]これらの物質では、「自然存在比」からの偏差が100倍で測定されることがある。^{[引用が必要] [4]}

次の表は、いくつかの元素の地球上の同位体分布を示しています。リンやフッ素などの一部の元素は、単一の同位体としてのみ存在し、自然存在比は 100% です。

• 化学元素の豊富さ
• 崩壊生成物
• アイソトープ
• プレソーラー粒子
• 放射性核種

• バークレー同位体プロジェクトインタラクティブテーブル（2015年アーカイブ）
• 元素の正確な質量と同位体存在比、科学機器サービス
• 低精度および高精度の同位体分布を計算するツール (2011 年アーカイブ)