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科學家破解惰性氣體消失之謎

《自然》雜志日前發(fā)表了德國科學家對地球大氣層中氙氣消失原因的最新研究進展。來自拜羅伊特大學的地球物理學家漢斯·開普勒和同事斯維亞托斯拉夫在研究中推翻了氙氣隱藏于礦物質中的設想，認為早在地球呈熔融狀態(tài)時，大部分氙氣就已滲漏到太空中，僅剩微量存在于地球上。

同與地球具有相似巖石物質的隕星相比，地球大氣中的氙氣的含量非常少并呈現(xiàn)消失跡象?？茖W家曾假設它們隱藏在冰川、礦物質、地心或其他地方。

最初，開普勒和斯維亞托斯拉夫從礦物質入手尋找答案。他們懷疑消失的氙氣可能隱藏在地幔的硅酸鎂鈣鈦礦中。研究人員試圖在1600攝氏度的高溫及25萬標準大氣壓力下，將氙氣和氬氣溶解到鈣鈦礦中。在這種近似于地幔的極端條件下，鈣鈦礦吸收了所有的氬氣，卻沒有吸收氙氣。

該實驗表面上令人失望的結果卻使兩位科學家產生了新的想法有沒有可能氙氣完全沒有隱藏在其中呢？

多億年前，地球處于熔融狀態(tài)。隕星沖撞地球，使得地球失去了很多原來的大氣。開普勒和斯維亞托斯拉夫提出，氬氣和其他稀有氣體隱藏在鈣鈦礦中，但是大多數(shù)的氙氣卻不能溶解其中，并消失在太空中。在地球冷卻后，氬氣和其他惰性氣體開始滲透到鈣鈦礦中并且填充到大氣中。氙氣，作為痕量級溶解于鈣鈦礦的物質，也只是以痕量級存在于大氣中的。

開普勒說：“這和別的科學家的看法完全不同。他們認為氙氣是存在的并且隱藏在某些地方。我們認為它并不存在，因為在地球早期歷史中根本沒有地方可以供其隱藏。”

作為進一步的理論依據，這兩位科學家指出，氙氣、氪氣和氬氣這3種惰性氣體在大氣中與其溶解于鈣鈦礦中的比例是相對應的。這個理論也解釋了為什么在大氣中較輕的氙氣同位素比其他更重的同位素要少。

然而，來自巴黎第六大學的地學科學家克里斯泰勒·圣洛普卻提出了質疑。她認為這個理論并沒有完全解釋大氣中的超重氙氣，也沒有解釋巖石中鈾和钚放射性衰變所產生的氙氣。另外，所有關于地球氙氣消失的解釋都應該適用于大氣層中同樣缺少惰性氣體的火星。開普勒和斯維亞托斯拉夫解釋，早期氙氣滲漏到太空，意味著微小的引力場無法留住氙氣。如今在火星上發(fā)現(xiàn)的所有氙氣，都是當初少量溶解于鈣鈦礦中的氣體。圣洛普卻質疑，火星上沒有足夠多的鈣鈦礦來解釋火星大氣層中氙氣的存在。她認為，在火星氙氣消失的現(xiàn)象也可以被解釋時，地球氙氣消失的難題才能解開。