Атмосфера Землі втрачає величезну кількість ксенону

Метеорити, які падали на нашу планету протягом багатьох років, принесли з собою загадку: В атмосфері Землі, схоже, не вистачає великої кількості ксенону.

Метеорити – деякі з них старші за Землю – дають нам уявлення про ранню Сонячну систему і нашу планету. Кам’янисті планети утворилися з цих менших тіл, що зібралися разом, тому вони повинні дати нам підказки про хімічний склад нашої ранньої планети.

Тому було дуже дивно виявити, що у вуглистих хондритах – старих, багатих на вуглець метеоритах – вчені виявили рівень ксенону набагато вищий, ніж ми очікували, у пропорції до інших газів. Оскільки гірські породи розповідають нам про пропорції газів у ранній Сонячній системі, це свідчить про те, що кількість ксенону в нашій сучасній атмосфері становить близько 10 відсотків від того, що ми могли б очікувати. Це особливо дивно, оскільки ксенон мало реагує з іншими елементами.

“Ксенон є одним із семи елементів, які називаються інертними газами, деякі з яких, такі як гелій і неон, є загальновідомими”, – пояснив Еліссаіос Ставру, провідний автор статті 2018 року, присвяченій дослідженню зникнення ксенону, у своїй тодішній заяві. “Їх назва походить від певної хімічної відчуженості; вони зазвичай не поєднуються і не реагують з іншими елементами”.

Інертні гази аргон і криптон присутні в нашій атмосфері, причому в тих пропорціях, яких ми очікуємо. Тож, куди ж подівся зниклий ксенон? Існують припущення, що ксенон може ховатися в мінералах, ядрі Землі або навіть у льодовиках.

Команда статті 2018 року виявила, що під екстремальним тиском ксенон може утворювати сполуки з іншими елементами.

“Наше дослідження надає перші експериментальні докази того, що раніше теоретично передбачувані сполуки заліза та ксенону існують в умовах, які існують в ядрі Землі, – пояснив співавтор статті Олександр Гончаров. “Однак малоймовірно, що такі сполуки могли утворитися на початку історії Землі, коли ядро ще формувалося, а тиск у надрах планети не був таким великим, як зараз”.

Можливо, кілька процесів об’єдналися, щоб затримати ксенон у мантії до того, як він потрапив до ядра, але це ще належить з’ясувати.

Інша ідея полягає в тому, що зниклий ксенон давно покинув атмосферу Землі через дегазацію і був віднесений у космос, коли метеорити бомбардували Землю і відправили в політ нашу первісну атмосферу. Оскільки інші важкі гази, аргон і криптон, не зникли з нашої атмосфери, якщо це так, то потрібно пояснити, чому тільки ксенон був винесений у космос, тоді як атмосфера Землі була розрідженою.

Одна команда, в тому числі Ставру, знайшла докази на підтримку цієї ідеї. У своєму дослідженні команда спробувала розчинити ксенон і аргон у перовскіті при температурах і тисках, подібних до тих, що існують у мантії Землі. Ідея полягала в тому, що, можливо, ксенон може бути захований у силікатному перовскіті магнію, з якого складається більша частина мантії.

“Я був абсолютно впевнений, що в перовськіт можна запхати інертні гази, – розповів співавтор дослідження Ганс Кепплер в інтерв’ю журналу Nature. “Я підозрював, що там може бути ксенон”.

Однак дослідники виявили, що в той час як аргон зміг розчинитися в перовскіті, ксенон розчинився лише в незначних кількостях. Це наштовхнуло дослідників на думку, що багато ксенону було віднесено в космос, тоді як інші інертні гази залишилися на Землі, надійно заховані в перовскіті.

“Це абсолютно відрізняється від того, що говорять всі інші. Вони кажуть, що ксенон є, але він десь ховається, – пояснив Кепплер. “Ми ж стверджуємо, що його тут немає, тому що на дуже ранньому етапі історії Землі йому нікуди було ховатися”.

Команда додала, що відносна кількість ксенону, криптону та аргону в нашій атмосфері приблизно відповідає тому, наскільки ці елементи розчиняються в перовскіті. Однак і до цієї ідеї є питання.

Якщо це той самий механізм, який призвів до виснаження ксенону на Землі, то він мав би діяти і на Марсі. Марс дійсно має невелику кількість ксенону в своїй розрідженій атмосфері. Однак залишається питання, чи має Марс достатньо перовскіту, щоб утримувати достатню кількість ксенону для пояснення цього явища. Якщо ні, то, можливо, нам доведеться знову шукати відсутній ксенон.