زنون‌های زمین کجا رفته؟

arezoo — Fri, 12 Oct 2012 02:04:39 +0000

اون کالاوی (Ewen Callaway)

برگردان:

احسان سنایی

اون کالاوی - گاز زنون، تقریباً از جو زمین رخت بربسته؛ ولی دانشمندان آلمانی مدعی‌اند که می‌دانند کجا رفته است. مدرک‌شان هم همان هوایی‌ست که نفس می‌کشیم. زنون، در فهرست گازهای نجیب جدول تناوبی (یعنی گازهایی که تقریباً با هیچ عنصری در شرایط معمولی واکنش نمی‌دهند)، دومین عضو سنگین گروه محسوب می‌شود. اما فراوانی جوّی آن در نسبت با هم‌نوعان سبک‌ترش، فوق‌العاده کمتر از انتظارات است.

این معما، بیشتر به یک ماجرای علمی-جنایی می‌ماند. پژوهش‌گران حدس می‌زنند که این عنصر، در یخچال‌ها، گوشته یا حتی هسته زمین نفوذ کرده باشد. پروفسور هنس کپلر (Hans Keppler)، از ژئوفیزیکدانان دانشگاه بایروت آلمان، می‌گوید: "دانشمندان همیشه می‌گفتند زنون گم نشده است. درست است که در جو زمین پیدا نیست؛ ولی در جایی پنهان شده". او به اتفاق همکارش اسویاتسلاو شکا (Svyatoslav Scheka)، طی گزارشی که دیروز در نشریه علمی Nature انتشار یافت، آخرین دانشمندانی شده‌اند که به مصاف این معما رفته‌اند.

آن‌ها برای کشف پاسخ، ابتدا به سراغ کانی‌ها رفتند. سیلیکات پروسکایتِ منیزیم، از ترکیبات اصلی گوشته تحتانی زمین به شمار می‌رود – یعنی همان لایه‌ای از سنگ مذاب که مابین پوسته و هسته واقع شده و تقریباً نیمی از جرم سیاره‌مان را هم به خود اختصاص داده است. دانشمندان گمان بردند که زنون ممکن است به حباب‌های درون همین کانی‌ها خزیده باشد. به‌گفته کپلر، "کاملاً اطمینان داشتم که گازهای نجیب، می‌توانند در کانی‌های پروسکایت انباشته شوند. حدس می‌زدم که زنون هم همانجا باشد".

به همین خاطر، این پژوهش‌گران برآن شدند تا گاز زنون و آرگون را تحت دماهای بیش از ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد و فشار بالغ بر ۲۵۰ اتمسفر، در پروسکایت حل کنند. در این شرایط دشوار – که بی‌شباهت به وضع گوشته تحتانی زمین هم نیست – کانی مزبور، آرگون را قورت داد، اما جای چندانی برای نفوذ زنون نگذاشت. شاید این نتایج، آنقدرها امیدوارکننده نبودند، اما کپلر و شیکا را به فکر بکری فروبرد: نکند زنون اصلاً جایی پنهان نشده باشد؟

بالغ بر چهار میلیارد سال پیش، زمین حالتی مذاب‌گونه داشت. بارانی از شهابسنگ‌ فرومی‌ریخت و بخش اعظم جو اولیه سیاره‌مان را می‌زدود. وقتی‌که زمین سرد شد، آرگون و دیگر گازهای نجیب، از پروسکایت نشت کردند و به جو وارد شدند. زنون، که تنها مقادیر ناچیزی از آن حل شده بود، درصد ناچیزی از جو زمین را هم به خود اختصاص داد.

بالغ بر چهار میلیارد سال پیش، زمین حالتی مذاب‌گونه داشت. بارانی از شهابسنگ‌ فرومی‌ریخت و بخش اعظم جو اولیه سیاره‌مان را می‌زدود. کپلر و شیکا می‌گویند اگرچه آرگون و دیگر گازهای نجیب، در پروسکایت حل می‌شدند، اما جایی برای زنون باقی نماند و این گاز، به فضا نشت کرد. کپلر در این‌باره می‌گوید: "این [فرضیه] کاملاً با چیزی که بقیه می‌گویند، فرق می‌کند. آن‌ها می‌گویند زنون همین‌جاست، اما خودش را جایی پنهان کرده است. ما می‌گوییم اصلاً اینجا نیست، چراکه در همان ابتدای عمر زمین هم جایی برایش نبوده".

وقتی‌که زمین سرد شد، آرگون و دیگر گازهای نجیب، از پروسکایت نشت کردند و به جو وارد شدند. زنون، که تنها مقادیر ناچیزی از آن حل شده بود، درصد ناچیزی از جو زمین را هم به خود اختصاص داد. این دانشمندان، در دفاع از فرضیه‌شان خاطرنشان کرده‌اند که سهم نسبی سه گاز نجیب – یعنی زنون، کریپتون و آرگون – از ترکیبات سازنده جو زمین، تقریباً مشابه سطح حلّالیت‌شان در کانی پروسکایت است.

ضمناً این فرضیه نشان می‌دهد که چرا ایزتوپ‌های سبک‌تر گاز زنون، بیشتر از ایزوتوپ‌هایش سنگین‌ترش از جو زمین خارج شده‌اند. کپلر می‌گوید: "هیچکس نمی‌توانست این مسأله را توضیح دهد". پیشنهاد او و شیکا این بود که بعد از گذشت میلیاردها سال، هنگامی‌که زنون داشته به فضا نشت می‌کرده، احتمال فرار ایزوتوپ‌های سبک‌ترش از دام جاذبه سیاره‌مان هم بیشتر بود.

یعنی باید هم‌اینک این معما را حل‌شده پنداشت؟

گاز بدجنس

کریستیل سانلوپ (Chrystele Sanloup)، از ژئوفیزیکدانان دانشگاه پیر و ماری کوری پاریس می‌گوید هنوز زود است. "گمان نکنم این کشف، ربطی به معمای زنون گم‌شده داشته باشد". او فرضیه کپلر و همکارش را نه برای توضیح زنون سنگین باقیمانده در جو زمین کافی می‌داند و نه برای توجیه جای خالی زنون افزوده‌ای که می‌توانسته ناشی از واپاشی اورانیوم و پلوتونیم موجود در سنگ‌های زمینی باشد.

از این گذشته، هر توضیحی که برای زنون گم‌شده زمین پذیرفته شود، در سیاره مریخ هم، که جو آن به‌همان اندازه فاقد گازهای نجیب است، بایستی صدق کند. کپلر و شیکا می‌گویند در مریخ هم زنون به فضا نشت کرده: میدان گرانشی ضعیف این سیاره، قابلیت نگه‌داری از این گاز را نداشته. در نتیجه، کل زنونی که هم‌اکنون در مریخ پیدا شده، همان مقدار ناچیزی‌ست که می‌توانسته در کانی‌های پروسکایت حل بشود.

از طرفی سانلوپ شک دارد که موجودی پروسکایتِ مریخ آنقدر باشد که بتواند این مشاهدات را توجیه کند. او می‌گوید تا زمانی‌ که معمای زنونِ گم‌شده‌ مریخ حل نشود، از پاسخ خرسندکننده‌ای برای معمای زنون گم‌شده در زمین هم خبری نخواهد بود.

منبع: Nature

در همین زمینه:

زمین، در تنگنای هلیوم

توضیح تصویر:

جایگاه عنصر زنون در جدول تناوبی عناصر / منبع: Science Picture Co/Science Faction/Corbis