L'applicazione di pressioni estreme influisce notevolmente sulle proprietà chimiche dello xeno, in modo che smetta di agire in disparte e interagisca con ferro e nichel. Questa illustrazione mostra come i cambiamenti nelle proprietà elettromagnetiche dello xeno, ferro da stiro, e il nichel sotto queste intense pressioni consentono la formazione di XeFe3 e XeNi3. L'immagine è per gentile concessione del team di ricerca. Credito:Carnegie Institution for Science
Il paradosso dello xeno scomparso potrebbe suonare come il titolo dell'ultimo thriller aeroportuale, ma in realtà è un problema che ha bloccato i geofisici per decenni. Nuovo lavoro da un team internazionale tra cui Alexander Goncharov e Hanyu Liu di Carnegie, e gli ex alunni della Carnegie Elissaios Stavrou e Sergey Lobanov, sta cercando la soluzione a questo antico enigma.
Il mistero nasce dai meteoriti, che conservano un registro dei primi giorni del nostro Sistema Solare. un tipo, chiamate condriti carboniose, contengono alcuni dei campioni conosciuti più primitivi di materiale del Sistema Solare, compreso molto più xeno di quello che si trova nell'atmosfera del nostro pianeta.
"Lo xeno fa parte di una famiglia di sette elementi chiamati gas nobili, alcuni dei quali, come elio e neon, sono nomi familiari, " ha detto l'autore principale Stavrou, ora al Lawrence Livermore National Laboratory, sulla carta della squadra in Lettere di revisione fisica . "Il loro nome deriva da una sorta di distacco chimico; normalmente non si combinano, o reagire, con altri elementi".
Perché lo xeno non funziona bene con gli altri, è carenza nell'atmosfera terrestre, anche rispetto ad altri, gas nobili più leggeri, come krypton e argon, che le previsioni teoriche ci dicono dovrebbe essere ancora più impoverito dello xeno, è difficile da spiegare.
Ciò non significa che molti non abbiano provato.
Questo gruppo di ricerca, che comprendeva anche Yansun Yao dell'Università del Saskatchewan, Joseph Zaug anche di LLNL, e Eran Greenberg, e Vitali Prakapenka dell'Università di Chicago, hanno concentrato la loro attenzione sull'idea che lo xeno mancante potesse essere trovato nelle profondità della Terra, specificamente nascosto in composti con nichel e, specialmente, ferro da stiro, che costituisce la maggior parte del nucleo del pianeta.
È noto da tempo che, sebbene lo xeno non formi composti in condizioni ambientali, sotto le temperature e le pressioni estreme degli interni planetari non è così distaccato.
"Quando lo xeno è schiacciato da pressioni estreme, le sue proprietà chimiche sono alterate, permettendogli di formare composti con altri elementi, " ha spiegato Lobanov.
Utilizzando una cella a incudine diamantata riscaldata al laser, i ricercatori hanno imitato le condizioni trovate nel nucleo terrestre e hanno impiegato strumenti spettroscopici avanzati per osservare come lo xeno interagiva sia con il nichel che con il ferro.
Hanno scoperto che lo xeno e il nichel formano XeNi3 sotto quasi 1,5 milioni di volte la normale pressione atmosferica (150 gigapascal) e a temperature superiori a circa 1, 200 gradi Celsius (1, 500 Kelvin). Per di più, a quasi 2 milioni di volte la pressione atmosferica normale (200 gigapascal) e a temperature superiori a circa gradi 1, 700 gradi Celsius (2000 Kelvin), hanno sintetizzato composti XeFe3 complessi.
"Il nostro studio fornisce la prima prova sperimentale di composti precedentemente teorizzati di ferro e xeno esistenti nelle condizioni trovate nel nucleo terrestre, " ha detto Goncharov. "Tuttavia, è improbabile che tali composti possano essere stati prodotti all'inizio della storia della Terra, mentre il nucleo si stava ancora formando, e le pressioni all'interno del pianeta non erano così grandi come lo sono ora".
I ricercatori stanno studiando se un processo di formazione in due fasi potrebbe aver intrappolato lo xeno nel primo mantello terrestre e poi averlo incorporato in XeFe3 quando il nucleo si è separato e la pressione è aumentata. Ma resta ancora molto lavoro da fare.
