Fehlende Xenongas im Erdkern gefunden
Aktualisiert Dienstag, 22 April um 1:34 Uhr ET.
Geheimnisvoll, das Gas Xenon, das Wissenschaftler in der Erdatmosphäre finden voraussichtlich ein Großteil fehlt. Nun, Forscher sagen, sie haben die Antwort auf dieses Rätsel: dieses Edelgases, die in der Regel nicht mit anderen Atomen verbinden, kann chemisch reagieren mit Eisen und nickel im Erdkern, wo es stattfindet.
Xenon ist ein Edelgas, so, wie andere Edelgase wie Helium und Neon, ist es meist chemisch inert. Wissenschaftler haben lange Xenon zur Untersuchung der Entwicklung der Erde und ihre Atmosphäre analysiert.
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"Das fehlende Xenon-Paradoxon ist eine langjährige Frage", sagte Studienautor Yanming Ma, eine rechnerische Physiker und Chemiker an der Jilin Universität in Changchun, China.
Obwohl einige Forscher vorgeschlagen haben, dass diese Xenon aus der Atmosphäre in den Weltraum entkommen kann, denke die Mehrheit der Wissenschaftler, es versteckt im Inneren der Erde. Ermittler haben jedoch lange keinen Weg finden, in der Erde könnte dieses Gas in chemisch stabile Verbindungen zu integrieren – zum Beispiel, es gibt keine bekannte Möglichkeit für Eis oder Sedimente realistisch erfassen Xenon auf der Erde, was bedeutet, es sollte einfach entweichen in die Atmosphäre.
Bisherigen Untersuchungen hatte vorgeschlagen, Erdkern Xenon halten könnte. Jedoch sagte "alle bisherigen Versuche, die Erfassung von Xenon in den Erdkern implizieren nicht gelungen", Ma.
Erdkern, die etwa ein Drittel der Masse des Planeten enthält, besteht aus Eisen und Nickel. Im Jahr 1997 berichteten Wissenschaftler Experimente, die vorgeschlagen, dass Xenon nicht mit Eisen reagieren würden.
"Durch eine sorgfältige Analyse ihrer Arbeit, aber wir fanden, dass das Experiment nur bis zu 150 Gigapascals, einem Druck weit von den inneren Kern Erddruck von 360 Gigapascals durchgeführt wurde", sagte Ma. (Im Vergleich dazu ist 1 Gigapascal mehr als neunmal größer als der Druck an der Unterseite des Mariana Trench, die tiefste Stelle des Ozeans).
Das frühere Forschung hochgerechnet theoretisch auch, was passieren könnte, wenn Xenon an gefangen waren die hohen Drücke im Inneren Erdkern gefunden, und kam zu dem Schluss, dass Xenon nicht mit Eisen binden würde. Jedoch die früheren Studien angenommen Xenon bilden würden, ein so genannte "hexagonales dicht an dicht Gitter" – im Wesentlichen ein Gitter von Atomen, die ähnlich einer solides deren unteren und oberen Gesichter sind Sechsecke und deren Seitenflächen sind Rechtecke. Diese Annahme wurde vorgenommen, da Eisen-Atome normalerweise diese Art von Struktur mit anderen Eisen-Atome bilden.
Allerdings begründete Ma und seine Kollegen, dass die Strukturen der Eisen-Xenon-Verbindungen sind unterschiedlich, sie eine Verbindung bilden könnten. Ihren Berechnungen zufolge nun an die extremen Temperaturen und Drücke im Erdkern gefunden, Xenon mit Eisen und Nickel verbunden. Das stabilste dieser Moleküle sind solche mit ein Xenon-Atom und drei Eisen-Atome — XeFe3 — oder ein Xenon-Atom und drei Nickel-Atome — XeNi3. XeFe3 bildet kubische Gitter, während XeNi3 Gittern, bildet deren obere und untere Fläche sind Sechsecke und deren Seitenflächen sind Dreiecke.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass Erdkern alle fehlenden Xenon halten kann. "Wir hoffen, dass zukünftige Hochdruck-Experimente durchgeführt werden können, um unsere Prognosen bestätigen", sagte Ma. Solche hohen Belastungen konnte erreicht werden, durch Zusammendrücken der Objekte zwischen Diamanten.
Allerdings muss "diesen Hochdruck Experimenten, eine hohe Temperatur von mehr als 6.000 Kelvin (10.340 Grad Fahrenheit oder 5.727 Grad Celsius) beantragt werden. Eine so hohe Temperatur, kann wenn nicht richtig kontrolliert, leicht zum Bruch der Diamanten zur Druckerzeugung führen. Dies möglicherweise das größte Hindernis für das Experiment."
Es bleibt ungewiss, welche Auswirkungen, wenn überhaupt, diese Xenon-Verbindungen über die Entwicklung der Erdkern hätte. "Dies muss tiefer analysiert werden", sagte Ma.
Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-April 20 in der Zeitschrift Nature Chemistry.
Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um einige seltsame Formulierungen zu beheben, die während der Bearbeitung aufgetreten sind.
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