空气中的惰性气体消失之谜

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氙气哪儿去了？图片来源：D. Waldorf/Getty
　　《自然》杂志日前发表了德国科学家对地球大气层中氙气消失原因的最新研究进展。来自拜罗伊特大学的地球物理学家汉斯·开普勒和同事斯维亚托斯拉夫在研究中推翻了氙气隐藏于矿物质中的设想，认为早在地球呈熔融状态时，大部分氙气就已渗漏到太空中，仅剩微量存在于地球上。
　　
　　同与地球具有相似岩石物质的陨星相比，地球大气中的氙气的含量非常少并呈现消失迹象。科学家曾假设它们隐藏在冰川、矿物质、地心或其他地方。
　　
　　最初，开普勒和斯维亚托斯拉夫从矿物质入手寻找答案。他们怀疑消失的氙气可能隐藏在地幔的硅酸镁钙钛矿中。研究人员试图在1600摄氏度的高温及25万标准大气压力下，将氙气和氩气溶解到钙钛矿中。在这种近似于地幔的极端条件下，钙钛矿吸收了所有的氩气，却没有吸收氙气。
　　
　　该实验表面上令人失望的结果却使两位科学家产生了新的想法有没有可能氙气完全没有隐藏在其中呢？
　　
　　多亿年前，地球处于熔融状态。陨星冲撞地球，使得地球失去了很多原来的大气。开普勒和斯维亚托斯拉夫提出，氩气和其他稀有气体隐藏在钙钛矿中，但是大多数的氙气却不能溶解其中，并消失在太空中。在地球冷却后，氩气和其他惰性气体开始渗透到钙钛矿中并且填充到大气中。氙气，作为痕量级溶解于钙钛矿的物质，也只是以痕量级存在于大气中的。
　　
　　开普勒说：“这和别的科学家的看法完全不同。他们认为氙气是存在的并且隐藏在某些地方。我们认为它并不存在，因为在地球早期历史中根本没有地方可以供其隐藏。”
　　
　　作为进一步的理论依据，这两位科学家指出，氙气、氪气和氩气这3种惰性气体在大气中与其溶解于钙钛矿中的比例是相对应的。这个理论也解释了为什么在大气中较轻的氙气同位素比其他更重的同位素要少。
　　
　　然而，来自巴黎第六大学的地学科学家克里斯泰勒·圣洛普却提出了质疑。她认为这个理论并没有完全解释大气中的超重氙气，也没有解释岩石中铀和钚放射性衰变所产生的氙气。另外，所有关于地球氙气消失的解释都应该适用于大气层中同样缺少惰性气体的火星。开普勒和斯维亚托斯拉夫解释，早期氙气渗漏到太空，意味着微小的引力场无法留住氙气。如今在火星上发现的所有氙气，都是当初少量溶解于钙钛矿中的气体。圣洛普却质疑，火星上没有足够多的钙钛矿来解释火星大气层中氙气的存在。她认为，在火星氙气消失的现象也可以被解释时，地球氙气消失的难题才能解开。
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