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Gases Nobles

El depósito de gas subsuperficial descarta teoría de cómo se formó la atmósfera terrestre

El criptón atrapado en el manto de la Tierra parece no haber sido capturado del sol, como algunos modelos podrían predecir

Un análisis de precisión de los gases del manto de la Tierra recogidos en una formación geológica en los EE. UU. Del sudoeste apunta a una fuente de gas que se parece más a los meteoritos carbonosos que al sol. De ser confirmado por una investigación adicional, el nuevo estudio desafiaría un modelo teórico que se descarta la formación de la atmósfera terrestre en el que comenzó con dos depósitos de gas solar capturados durante la formación y la juventud del planeta: uno que rodea el planeta y el otro enterrado debajo de la superficie.

Greg Holland, un investigador postdoctoral en geoquímica de isótopos en la Universidad de Manchester en Inglaterra, y sus colegas midieron las cantidades de varios isótopos de gases nobles en el campo de gas de Bravo Dome en Nuevo México, donde los gases magmáticos, principalmente dióxido de carbono, permiten muestrear el manto que está enterrado a cientos de metros por debajo. (Los isótopos son especies del mismo elemento, aunque con diferentes números de neutrones y, por lo tanto, de diferentes masas atómicas). Las prevalencias y las relaciones de isótopos de los gases nobles o inertes, como el neón, el argón, el criptón y el xenón, proporcionan un valioso marcador. de procesos antiguos, porque son químicamente no reactivos y, por lo tanto, no cambian mucho con el tiempo. En la edición del 11 de diciembre de Science, el grupo de Holland describe sus hallazgos y cómo podrían descartar algunas teorías sobre la forma en que la Tierra formó su atmósfera cuando el planeta se unió hace unos 4.500 millones de años.

Fuentes de la atmósfera Terrestre

Hay muchas fuentes posibles para los componentes de la atmósfera primordial de la Tierra, desde la llamada nebulosa solar, una nube de polvo y gas que queda de la formación del sol, hasta los cometas y otros impactadores que pueden haber entregado cantidades significativas de productos químicos a la Tierra durante o Después de la formación del planeta. Del mismo modo, hay miles de formas en que los planetas pueden perder sus atmósferas, mediante la eliminación por el viento solar, la cocción por la radiación solar o los impactos catastróficos de los cometas o asteroides.

Al comparar la atmósfera actual de la Tierra con la composición de los gases solares, los investigadores anteriores han desarrollado un modelo mediante el cual un par de reservorios distintos de gases adquiridos en la energía solar evolucionarán hacia la atmósfera actual. “Si nos fijamos en la atmósfera actual, resulta que su composición es enfáticamente no tan polar”, dice Robert Pepin, profesor emérito de física en la Universidad de Minnesota que no contribuyó a la nueva investigación. “Y la clave diagnóstica es que todas las proporciones de isótopos de neón, argón, criptón, xenón, nitrógeno, ¿qué es lo que tienen? Parece que han sufrido un proceso de escape en el que el isótopo más ligero escapó preferentemente con relación a los más pesados”. Un proceso llamado fraccionamiento. En otras palabras, los gases nobles de la atmósfera son isotópicamente más pesados ​​que los del sol.

Procesos de Modelamiento

Modelar los procesos turbulentos (impactos gigantes y radiación ultravioleta extrema, por ejemplo) que podrían impulsar el fraccionamiento del xenón conduce a lo que Pepin llama un “problema de criptón“. El mismo proceso de fraccionamiento que podría convertir una muestra solar de xenón en una muestra atmosférica moderna de xenón dejaría un déficit en los isótopos ligeros del criptón, en comparación con lo que se encuentra en la atmósfera actual de la Tierra. Pero Pepin y sus colegas se dieron cuenta de que si hubiera otra fuente de gas solar disponible, por ejemplo, una atrapada en el manto de la Tierra desde los primeros días del planeta, podría devolver a los elementos al equilibrio a medida que se desgaseaba en la atmósfera. “Sucede que si incorporas un componente solar y lo mezclas con ese criptón fraccionado, obtienes la composición atmosférica actual”, explica Pepin.

Holanda puede estar de acuerdo con esta teoría en su cara, pero sus datos no la apoyan. El gas sobrante de la formación del sol puede haber persistido en la era de los precursores planetarios, señalan Holanda y sus coautores, por lo que la captura dual de gas solar en y alrededor de los planetas es bastante plausible. “Tal vez sea una suposición natural decir que está dentro del manto”, dice Holland. Pero los gases nobles traza dentro del campo Bravo Dome no reflejan un origen solar. “No vemos gas noble solar en el manto”, dice.

Isotopos del Kripton

El criptón tiene varios isótopos estables, cuyas abundancias relativas se pueden utilizar para analizar la fuente del gas. El criptón solar es isotópicamente liviano: tiene proporciones relativamente bajas de los isótopos más pesados, el criptón 84 y 86, al kriptón más ligero 82. El criptón en la atmósfera actual es algo más pesado que el criptón solar, y el criptón incrustado en meteoritos conocidos como condritas carbonáceas es uniforme. más pesado que eso

En las muestras de gas del manto tomadas por Holland y sus colegas, las mediciones de criptón fueron pesadas, produciendo “algo que se parece más a los gases que están atrapados en las condritas primitivas de hoy”, dice Pepin. La implicación es que los gases en el manto no provienen del sol, sino de la acumulación temprana de material rocoso. Con una composición de gases del manto semejante, dice Holland, “no se puede desgasear el interior para hacer que la atmósfera, la atmósfera tiene que venir de otro lugar”. Una posibilidad convocada por los autores.

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