Новости химической науки > Перовскит предлагает ответ на «ксеноновую загадку»

Минералы, сформировавшиеся 4,5 миллиарда лет в расплавленной Земле, могут дать ответ на вопрос, который вот уже 35 лет является загадкой для ученых.

Один из вопросов, интересующий геологов, заключается в том, что сравнение содержания благородных газов в метеоритах и земной коре говорит о том, что Земля бедна ксеноном, и, если метеориты и Земля формировались из одного материала и в одно и то же время, то куда же делся ксенон?

Ряд исследователей предполагает, что ответ на этот на этот вопрос может бать ксенон, инкапсулированный в железное ядро Земли или в лед, а также скальные породы около поверхности Земли.

Однако, Святослав Щека (Svyatoslav Shcheka) и Ганс Кеплер (Hans Keppler) уверяют, что разгадка ксеноновой тайны содержатся в перовскитных минералах (MgSiO₃), которые, как предполагается, являются основными компонентами нижней мантии Земли. Исследовател обнаружили, что перовскит может абсорбировать криптон и аргон, но не ксенон.

Рентгенограмма аргона, растворенного в перовските. Концентрация благородного газа варьируется от 0 (синий) до 0.8% (зеленый) (Рисунок из Nature, 2012, DOI:10.1038/nature11506)

На первоначальном этапе эволюции Земли, непосредственно после процесса аккреции, Земля была полностью расплавлена. Перовскит кристаллизовался из океана магния параллельно с потерей Землей первичной атмосферы. Щека говорит, что перовскит мог поглощать криптон и аргон, растворенные в океане магмы, и высвобождать его в атмосферу несколько позже, однако ксенон в ходе этого процесса был полностью утерян, и мы никогда не сможем обнаружить тот, первичный ксенон на Земле.

Щека добавляет, что, все предложенные ранее попытки объяснить ксеноновый дефицит на Земле имеют свои изъяны, причем ни в одной из попыток объяснить судьбу ксенона практически не учитывалась роль силикатных минералов, подобных перовскиту. Он поясняет, что большинство геологов уверены в том, что состоящая из плотных силикатов нижняя мантия Земли просто не может быть хранилищем для инертных газов. Кепплер заметил разногласия в результатах измерений, которые другие исследователи ранее приводили в своих исследованиях, посвященных перовскитам, и предложил Щеке выяснить причину этих разночтений. Оказалось, что определение растворимости благородных газов в силикатных минералах представляло собой непростую задачу – воспроизвести температуру и давление, характерные для нижней мантии Земли – 1800°C и 25 ГПа не являлось тривиальной задачей.

Щека поясняет, что самым сложным в проведении экспериментов подобного рода было удержание благородных газов в капсуле при увеличении температуры и нагнетании давления – в таких условиях потерять образцы инертного газа было очень просто. Исследователи заявляют, что у них успешно завершились лишь 10% от общего числа экспериментов, происходило большое количество взрывов – в результате повышения давления и температуры капсулы просто разрушались. Тем не менее, те 10% экспериментов, в результате которых необходимый параметр удавалось определить, однозначно показали, что по сравнению с аргоном и криптоном ксенон практически не растворяется в перовските.

Ричард Гринвуд (Richard Greenwood) из Открытого Университета Великобритании, ранее обнаруживший свидетельства в пользу существования больших океанов магмы на заре существования Солнечной системы высоко оценивает высокий уровень экспериментальной работы, выполненный Щекой и Кепплером. Он подчеркивает, что обнаруженное различие растворимости аргона и ксенона в силикатных минералах уже представляет собой важное наблюдение. Гринвуд считает, что исследование Щеки и Кепплера может открыть новый этап дискуссии среди геологов, а также стимулирует и других исследователей проводить подобные эксперименты.

Источник: Nature, 2012, DOI:10.1038/nature11506

метки статьи: #аналитическая химия, #геохимия, #неорганическая химия