De paradox van het ontbrekende xenon klinkt misschien als de titel van de nieuwste luchthaventhriller, maar het is eigenlijk een probleem dat geofysici al tientallen jaren met stomheid geslagen heeft. Nieuw werk van een internationaal team, waaronder Carnegie's Alexander Goncharov en Hanyu Liu, en Carnegie-alumni Elissaios Stavrou en Sergey Lobanov, zoekt de oplossing voor deze al lang bestaande puzzel.

Het mysterie komt voort uit meteorieten, die een record bewaren van de vroegste dagen van ons zonnestelsel. Een type, koolstofhoudende chondrieten genoemd, enkele van de meest primitieve bekende monsters van zonnestelselmateriaal bevatten, inclusief veel meer xenon dan er in de atmosfeer van onze eigen planeet wordt aangetroffen.

"Xenon is een van een familie van zeven elementen die de edelgassen worden genoemd, sommige daarvan, zoals helium en neon, zijn bekende namen, " zei hoofdauteur Stavrou, nu in het Lawrence Livermore National Laboratory, over de krant van het team in Fysieke beoordelingsbrieven . "Hun naam komt van een soort chemische afstandelijkheid; ze combineren normaal gesproken niet, of reageren, met andere elementen."

Omdat xenon niet goed samenwerkt met anderen, het is een tekort aan de atmosfeer van de aarde - zelfs in vergelijking met andere, lichtere edelgassen, zoals krypton en argon, waarvan theoretische voorspellingen ons vertellen dat het nog meer uitgeput zou moeten zijn dan xenon - is moeilijk uit te leggen.

Dat betekent niet dat velen het niet hebben geprobeerd.

Dit onderzoeksteam, waaronder ook Yansun Yao van de Universiteit van Saskatchewan, Joseph Zaug ook van LLNL, en Eran Greenberg, en Vitali Prakapenka van de Universiteit van Chicago – richtten hun aandacht op het idee dat het ontbrekende xenon diep in de aarde zou kunnen worden gevonden, specifiek verborgen in verbindingen met nikkel en, vooral, ijzer, die het grootste deel van de kern van de planeet vormt.

Het is al een tijdje bekend dat, hoewel xenon onder omgevingsomstandigheden geen verbindingen vormt, onder de extreme temperaturen en drukken van planetaire interieurs is het niet zo afstandelijk.

"Als xenon wordt verpletterd door extreme druk, de chemische eigenschappen zijn veranderd, waardoor het verbindingen vormt met andere elementen, ' legde Lobanov uit.

Met behulp van een laserverwarmde diamanten aambeeldcel, de onderzoekers bootsten de omstandigheden in de kern van de aarde na en gebruikten geavanceerde spectroscopische hulpmiddelen om te observeren hoe xenon interageerde met zowel nikkel als ijzer.

Ze ontdekten dat xenon en nikkel XeNi3 vormden onder bijna 1,5 miljoen keer de normale atmosferische druk (150 gigapascal) en bij temperaturen boven ongeveer 1, 200 graden Celsius (1, 500 Kelvin). Verder, bij bijna 2 miljoen keer de normale atmosferische druk (200 gigapascal) en bij temperaturen boven ongeveer 1 graad 700 graden Celsius (2000 kelvin), ze synthetiseerden complexe XeFe3-verbindingen.

"Onze studie levert het eerste experimentele bewijs van eerder getheoretiseerde verbindingen van ijzer en xenon die bestaan ​​​​onder de omstandigheden die worden aangetroffen in de kern van de aarde, "Zei Goncharov. "Echter, het is onwaarschijnlijk dat dergelijke verbindingen vroeg in de geschiedenis van de aarde zijn gemaakt, terwijl de kern zich nog aan het vormen was, en de druk van het binnenste van de planeet was niet zo groot als nu."

De onderzoekers onderzoeken of een tweetraps vormingsproces xenon in de vroege mantel van de aarde had kunnen opsluiten en het later in XeFe3 kon opnemen toen de kern zich scheidde en de druk toenam. Maar er moet nog meer werk worden verzet.