Fehlendes Xenon-Gas Im Erdkern Gefunden

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Möglicherweise wurde das aus der erdatmosphäre fehlende xenongas gefunden. Wissenschaftler sagen, dass es im erdkern steckt, wo das edelgas mit anderen atomen verbunden ist.

Aktualisiert Dienstag, 22. April, 13:34 Uhr ET.

Geheimnisvoll ist, dass das meiste Gas-Xenon, das Wissenschaftler in der Erdatmosphäre erwarten würden, fehlt. Nun sagen die Forscher, sie könnten die Antwort auf dieses Rätsel haben: Dieses Edelgas, das sich normalerweise nicht mit anderen Atomen verbindet, reagiert möglicherweise chemisch mit Eisen und Nickel im Erdkern, wo es sich befindet.

Xenon ist ein Edelgas. Daher ist es wie andere Edelgase wie Helium und Neon meistens chemisch inert. Wissenschaftler haben Xenon lange analysiert, um die Entwicklung der Erde und ihrer Atmosphäre zu untersuchen.

Seltsamerweise sind die Konzentrationen von Xenon in der Atmosphäre um mehr als 90 Prozent niedriger, als die Wissenschaftler aufgrund anderer Edelgase wie Argon und Krypton vorhergesagt hätten. [8 chemische Elemente, von denen Sie noch nie gehört haben]

"Das fehlende Xenon-Paradoxon ist eine langjährige Frage", sagte Studienautor Yanming Ma, ein Computerphysiker und -chemiker an der Jilin-Universität in Changchun, China.

Obwohl einige Forscher vermutet haben, dass dieses Xenon möglicherweise aus der Atmosphäre in den Weltraum entkommen ist, glauben die meisten Wissenschaftler, dass es im Erdinneren versteckt ist. Die Forscher haben jedoch längst keinen Weg gefunden, wie die Erde dieses Gas in chemisch stabile Verbindungen einbauen könnte. So ist es beispielsweise nicht bekannt, dass Eis oder Sedimente Xenon auf der Erde realistisch einfangen, was bedeutet, dass es einfach in die Atmosphäre entweichen sollte.

Frühere Forschungen hatten vorgeschlagen, dass der Kern der Erde Xenon enthalten könnte. "Alle vorherigen Versuche, die Einnahme von Xenon im Erdkern zu implizieren, sind jedoch gescheitert", sagte Ma.

Der Kern der Erde, der etwa ein Drittel der Masse des Planeten enthält, besteht aus Eisen und Nickel. Im Jahr 1997 berichteten Wissenschaftler über Experimente, denen zufolge Xenon nicht mit Eisen reagieren würde.

"Durch eine sorgfältige Analyse ihrer Arbeit haben wir jedoch herausgefunden, dass das Experiment nur bis zu 150 Gigapascal durchgeführt wurde, ein Druck, der weit vom Innendruck der Erde von 360 Gigapascal entfernt ist", sagte Ma. (Im Vergleich dazu ist 1 Gigapascal mehr als neunmal so groß wie der Druck am Boden des Marianengrabens, dem tiefsten Teil des Ozeans.)

Diese früheren Forschungen haben auch theoretisch extrapoliert, was passieren könnte, wenn Xenon bei den hohen Drücken im inneren Kern der Erde eingeschlossen würde, und schlussfolgerte, dass Xenon sich nicht mit Eisen verbindet. Diese früheren Studien nahmen jedoch an, dass Xenon ein sogenanntes "hexagonales dicht gepacktes Gitter" bilden würde - im Wesentlichen ein Gitter aus Atomen, die einem Festkörper ähneln, dessen untere und obere Fläche Sechsecke sind und dessen Seitenflächen Rechtecke sind. Diese Annahme wurde gemacht, weil Eisenatome normalerweise diese Art von Struktur mit anderen Eisenatomen bilden.

Ma und seine Kollegen argumentierten jedoch, dass, wenn die Strukturen der Eisen-Xenon-Verbindungen unterschiedlich sind, sie eine Verbindung bilden könnten. Ihre Berechnungen legen nun nahe, dass sich Xenon bei extremen Temperaturen und Drücken im Erdkern sowohl mit Eisen als auch mit Nickel verbinden kann. Die stabilsten dieser Moleküle sind solche mit einem Xenonatom und drei Eisenatomen - XeFe3 - oder einem Xenonatom und drei Nickelatomen - XeNi3. XeFe3 bildet kubische Gitter, während XeNi3 Gitter bildet, deren obere und untere Fläche Sechsecke und deren Seitenflächen Dreiecke sind.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Kern der Erde das gesamte fehlende Xenon enthalten kann. "Wir hoffen, dass zukünftige Hochdruckexperimente durchgeführt werden können, um unsere Vorhersagen zu bestätigen", sagte Ma. Solche hohen Drücke könnten durch Quetschen von Objekten zwischen Diamanten erreicht werden.

Für diese Hochdruckexperimente muss jedoch "eine hohe Temperatur von mehr als 6.000 Kelvin (10.340 Grad Fahrenheit oder 5.727 Grad Celsius) angewendet werden. Eine solche hohe Temperatur kann, wenn sie nicht richtig gesteuert wird, leicht zum Brechen der Diamanten führen zur Druckerzeugung verwendet. Dies könnte das größte Hindernis für das Experiment sein. "

Es bleibt ungewiss, welche Auswirkungen diese Xenonverbindungen auf die Entwicklung des Erdkerns haben könnten. "Dies muss tiefer analysiert werden", sagte Ma.

Die Wissenschaftler detaillierten ihre Ergebnisse am 20. April online in der Fachzeitschrift Nature Chemistry.

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um einige ungerade Formulierungen zu korrigieren, die während des Bearbeitungsvorgangs auftraten.

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