Дело о пропавшем благородном газе

Как известно, ксенон, второй по массе химически инертный благородный газ, пропал без вести. Наша атмосфера содержит гораздо меньше ксенона относительно лёгких благородных газов, чем метеориты, похожие на материал, из которого образована Земля.

Ксеноновый парадокс — один из величайших научных детективов. Выдвинуты гипотезы о том, что элемент скрывается в ледниках, минералах, ядре Земли и др.

На этот раз в роли холмсов выступили Ханс Кепплер и Святослав Щека из Байройтского университета (ФРГ). В поисках разгадки они снова обратились к минералам, а именно к силикату магния перовскиту. Это основной компонент нижней мантии Земли — слоя расплавленной породы между земной корой и ядром, на долю которого приходится половина массы планеты. Быть может, ксенон следует искать именно там?

Исследователи попытались растворить ксенон и аргон в перовските при температурах, превышающих 1 600 ˚С, и давлении, примерно в 250 раз превосходящем показатель на уровне моря. В этих экстремальных условиях, напоминающих нижнюю мантию, минерал втянул в себя аргон, но практически не нашёл места для ксенона.

Вместо того чтобы посыпать голову пеплом, экспериментаторы задумались: а что если ксенон не скрывается вообще?

Более 4 млрд лет назад Земля ещё оставалась расплавленной. В результате метеоритной бомбардировки планета утратила основную часть своей первичной атмосферы. Возможно, при этом аргон и другие инертные газы спрятались в перовските, а ксенон в большинстве своём улетел в космос.

По мере остывания Земли аргон и другие инертные газы начали просачиваться в атмосферу, а ксенон сохранялся в минералах в крайне малых количествах, поэтому и сейчас на него приходится очень незначительная доля атмосферы. Кроме того, учёные указывают на то, что относительное соотношение трёх благородных газов (ксенона, криптона и аргона) в атмосфере примерно соответствует их растворимости в перовските.

Гипотеза могла бы также объяснить, почему лёгкие изотопы ксенона встречаются в атмосфере реже тяжёлых. Дело в том, что они первыми покинули планету при метеоритной бомбардировке.

То же можно сказать и о недостатке благородных газов в атмосфере Марса. Очень слабое гравитационное поле планеты помешало ей удержать газы — за исключением тех, что «застряли» в перовските.

Правда, Кристель Санлу из Университета Пьера и Марии Кюри (Франция) отмечает, что гипотеза не полностью объясняет ни избыток тяжёлого ксенона в атмосфере, ни дополнительные его объёмы, образующиеся в результате радиоактивного распада урана и плутония в породе. Кроме того, г-жа Санлу выражает сомнение в том, что Марс имеет достаточно перовскита (если вообще имеет), чтобы можно было объяснить степень присутствия ксенона в его атмосфере.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Nature News.

Текст: Дмитрий Целиков

Послушать эту новость