В нашей атмосфере содержится около 10 процентов ксенона, который должен там быть. Где всё остальное?
Метеориты, падавшие на нашу планету на протяжении многих лет, принесли с собой загадку: оказывается, в атмосфере Земли не хватает большого количества ксенона.
Метеориты – некоторые из них даже старше Земли – дают нам представление о ранней Солнечной системе и нашей собственной планете. Скалистые планеты образовались из таких вот небольших тел, собравшихся вместе, так что они должны давать нам подсказки о химическом составе нашей собственной планеты в ранней молодости.
Поэтому ученые с удивлением обнаружили, что в углеродистых хондритах – старых, богатых углеродом метеоритах – содержание ксенона в соотношении с другими газами было гораздо выше, чем мы ожидали. Поскольку космические камни рассказывают нам о пропорциях газов в ранней Солнечной системе, получается, что количество ксенона в нашей нынешней атмосфере составляет всего около 10 процентов от ожидаемого. Это особенно озадачивает, поскольку ксенон практически не вступает в реакцию с другими элементами.
“Ксенон – один из семи элементов, называемых благородными газами, некоторые из которых, такие как гелий и неон, являются общеизвестными”, – пояснил Элиссаиос Ставру, ведущий автор работы 2018 года, посвященной исследованию пропавшего ксенона. “Их название происходит от своего рода химической отстраненности; обычно они не соединяются и не реагируют с другими элементами”.
Благородные газы аргон и криптон присутствуют в нашей атмосфере, причем в тех пропорциях, в которых ученые и предполагали. Так куда же делся ксенон? Высказывались теории, что ксенон может скрываться в минералах, ядре Земли или в ледниках.
Авторы статьи обнаружили, что при экстремальном давлении ксенон все-таки может образовывать соединения с другими элементами.
“Наше исследование представляет собой первое экспериментальное доказательство того, что ранее предполагаемые соединения железа и ксенона существуют в условиях, характерных для земного ядра”, – пояснил соавтор работы Александр Гончаров. “Однако маловероятно, что такие соединения могли быть созданы в начале истории Земли, когда ядро еще формировалось, а давление в недрах планеты было не таким большим, как сейчас”.
Возможно, в результате нескольких процессов ксенон оказался в ловушке в мантии, а затем попал в ядро, но это еще предстоит доказать.
Другая идея заключается в том, что недостающий ксенон давно покинул атмосферу Земли в результате дегазации, будучи унесенным в космос метеоритами, которые бомбардировали Землю и отправили нашу первобытную атмосферу в свободный полет. Поскольку тяжелые газы аргон и криптон не исчезли из нашей атмосферы, то, если это правда, необходимо будет объяснить, почему в космос улетел только ксенон, во времена, когда атмосфера Земли была тонкой.
Команда нашла доказательства в пользу этой идеи. В своем исследовании они попытались растворить ксенон и аргон в силикатном перовските при температурах и давлении, аналогичных тем, что наблюдаются в мантии Земли. Идея заключалась в том, что, возможно, ксенон может быть спрятан в этом перовските – силикате магния, из которого состоит большая часть мантии на глубине примерно от 670 до 2700 км.
“Я был совершенно уверен, что в перовскит можно поместить благородные газы”, – рассказал соавтор работы Ханс Кепплер. “Я подозревал, что там может быть ксенон”.
Но исследователи обнаружили, что в то время как аргон смог раствориться в перовските, ксенон растворился лишь в ничтожных количествах. Это склонило исследователей к мысли, что большое количество ксенона все-таки было унесено в космос, в то время как другие благородные газы остались на Земле, надежно спрятавшись в силикатном перовските.
“Это совершенно не похоже на то, что говорят все остальные. Они говорят, что ксенон здесь, на Земле, но где-то прячется”, – пояснил Кепплер. “Мы же утверждаем, что его здесь нет, потому что в самом начале истории Земли ему негде было спрятаться”.
Команда утверждает, что относительное содержание ксенона, криптона и аргона в нашей атмосфере примерно зависит от того, насколько эти элементы растворимы в перовските. Однако и к такой идее есть вопросы.
Если это тот самый механизм, который привел к истощению ксенона на Земле, то он должен быть применим и к Марсу. На Марсе в его разреженной атмосфере действительно есть небольшое количество ксенона. Однако неизвестно, достаточно ли на Марсе перовскита, чтобы уловить достаточно ксенона. Если нет, то, возможно, нам придется снова искать недостающий ксенон.
Читайте также: Запретные планеты? Теория вступает в противоречие с наблюдениями