Новое исследование от команды во главе с Александром Гончаровым Карнеги затачивает в на метане углеводорода (CH4), который является одной из самых богатых молекул во вселенной. Несмотря на его повсеместность, поведение метана при условиях, найденных в планетарных интерьерах, плохо понято из-за противоречивой информации от различных исследований моделирования.
Работа издана по своей природе Коммуникации.Ведущий автор Сергей Лобанов объясняет: «Наше знание физики и химии volatiles в планетах базируется, главным образом, на наблюдениях за потоками в их поверхностях.
Высокотемпературные эксперименты с высоким давлением, которые моделируют условия глубоко в планетах и предоставляют подробную информацию о физическом состоянии, химической реактивности и свойствах планетарных материалов, остаются сложной задачей для нас».Например, плавящееся поведение метана известно только ниже 70,000 раз нормального атмосферного давления (7 Гпа). Способность наблюдать его при намного более чрезвычайных условиях является фундаментальной информацией для планетарных моделей.
Кроме того, его реактивность при чрезвычайных условиях также должна быть понята. Предыдущие исследования указали на небольшую информацию о химической реактивности метана при условиях давления и температуры, подобных найденным в глубокой Земле. Это привело к предположению, что метан – главная фаза углеводорода углерода, кислорода и содержащей водород жидкости в некоторых частях мантии Земли.
Но работа команды показывает, что необходимо подвергнуть сомнению это предположение.Используя экспериментальные методы с высоким давлением, команда – включая Лобанова Карнеги, Сяо-Цзя Чэня, Чан-Шэн Чжа и Хо-Кванг «Дэйва» Мао – смогла исследовать фазы метана и реактивность под диапазоном температур и давлений, подражающих окружающей среде, найденной ниже поверхности Земли.
При давлениях, достигающих 790,000 раз нормального атмосферного давления (80 Гпа), температура плавления метана все еще ниже 1 900 градусов по Фаренгейту. Это предполагает, что метан не тело ни при каких условиях, которые соблюдают глубоко в большинстве планет. Кроме того, его точка плавления еще ниже, чем температуры плавления воды (H2O) и аммиак (NH3), другие очень важные компоненты в интерьерах гигантских планет.
Как повышения температуры выше приблизительно 1 700 градусов по Фаренгейту, метан становится более химически реактивным. Во-первых, это частично разъединяет в элементный углерод и водород. Затем с дальнейшими повышениями температуры легкие молекулы углеводорода начинают формироваться. Давление также затрагивает состав водородной углеродом системы с тяжелыми углеводородами, становящимися очевидным при давлениях выше атмосферного давления 250 000 раз (25 Гпа), указывая, что при глубоких условиях мантии окружающая среда – вероятный бедный метан.
Эти результаты имеют последствия и для глубокой химии Земли и для геохимии ледяных газовых гигантских планет, такие как Уран и Нептун. Команда утверждает, что эта реактивность может играть роль в формировании сверхглубоких алмазов глубоко в мантии.
Они утверждают, что их результаты должны быть приняты во внимание в будущих моделях интерьеров Нептуна и Урана, у которых, как полагают, есть мантии, состоящие из смеси метана, воды и компонентов аммиака.