Ved du hvor din xenon er? Måske hænger den ud med jern og nikkel i jordens kerne

Paradokset med den manglende xenon lyder måske som titlen på den seneste lufthavns-thriller, men det er faktisk et problem, der har ramt geofysikere i årtier. Nyt arbejde fra et internationalt team, herunder Carnegies Alexander Goncharov og Hanyu Liu, og Carnegie-alumner Elissaios Stavrou og Sergey Lobanov, jagter løsningen på dette mangeårige puslespil.

Mysteriet stammer fra meteoritter, som bevarer en optegnelse over vores solsystems tidligste dage. En type, kaldet kulstofholdige kondritter, indeholder nogle af de mest primitive kendte prøver af solsystemets materiale, inklusive meget mere xenon, end der findes i vores egen planets atmosfære.

"Xenon er en af ​​en familie på syv grundstoffer kaldet ædelgasser, hvoraf nogle, såsom helium og neon, er kendte navne, " sagde hovedforfatter Stavrou, nu på Lawrence Livermore National Laboratory, om holdets papir i Fysisk gennemgangsbreve . "Deres navn stammer fra en slags kemisk fjernhed; de kombinerer normalt ikke, eller reagere, med andre elementer."

Fordi xenon ikke spiller godt sammen med andre, det er mangel i Jordens atmosfære - selv i sammenligning med andre, lettere ædelgasser, ligesom krypton og argon, som teoretiske forudsigelser fortæller os burde være endnu mere udtømt end xenon - er svært at forklare.

Det betyder ikke, at mange ikke har prøvet.

Dette forskerhold - som også omfattede Yansun Yao fra University of Saskatchewan, Joseph Zaug også fra LLNL, og Eran Greenberg, og Vitali Prakapenka fra University of Chicago – fokuserede deres opmærksomhed på ideen om, at det manglende xenon kunne findes dybt inde i Jorden, specifikt skjult i forbindelser med nikkel og, især, jern, som udgør det meste af planetens kerne.

Det har været kendt i et stykke tid, at selvom xenon ikke danner forbindelser under omgivende forhold, under de ekstreme temperaturer og pres i planetarisk interiør er det ikke helt så afsides.

"Når xenon klemmes af ekstremt pres, dets kemiske egenskaber ændres, tillader det at danne forbindelser med andre grundstoffer, " forklarede Lobanov.

Ved hjælp af en laseropvarmet diamantamboltcelle, forskerne efterlignede forholdene i Jordens kerne og brugte avancerede spektroskopiske værktøjer til at observere, hvordan xenon interagerer med både nikkel og jern.

De fandt ud af, at xenon og nikkel dannede XeNi3 under næsten 1,5 millioner gange normalt atmosfærisk tryk (150 gigapascal) og ved temperaturer på over ca. 200 grader Celsius (1, 500 kelvin). Desuden, ved næsten 2 millioner gange normalt atmosfærisk tryk (200 gigapascal) og ved temperaturer over omkring 1 grader, 700 grader Celsius (2000 kelvin), de syntetiserede komplekse XeFe3-forbindelser.

"Vores undersøgelse giver det første eksperimentelle bevis på tidligere teoretiserede forbindelser af jern og xenon, der eksisterer under de forhold, der findes i Jordens kerne, "Sagde Goncharov." Men det er usandsynligt, at sådanne forbindelser kunne have været fremstillet tidligt i Jordens historie, mens kernen stadig dannedes, og trykket fra planetens indre var ikke så stort, som det er nu."

Forskerne undersøger, om en to-trins dannelsesproces kunne have fanget xenon i Jordens tidlige kappe og senere inkorporeret det i XeFe3, når kernen adskilte og trykket steg. Men mere arbejde mangler at blive gjort.