Dove è finito lo Xenon?

Il mistero del gas Xenon

Lo Xenon è un gas nobile presente in tracce nell'atmosfera terrestre. Come tutti i gas nobili è anche detto a valenza zero, essendo sostanzialmente inerte nella interazione con gli altri elementi.
Il mistero dello xenon nasce dal fatto che la quantità rilevata è inferiore rispetto al valore atteso, derivato dalla quantità di xenon presente nei meteoriti, cioè i mattoni usati per costruire i pianeti rocciosi del sistema solare.
Visto che lo xenon non si trasforma in altri elementi e tantomeno forma con essi legami covalenti, due sono le possibili spiegazioni del cosiddetto paradosso dello xenon: 

• si è perso nello spazio; 
• è intrappolato nelle profondità della Terra.

A questo quesito ha provato a rispondere un gruppo di ricercatori tedeschi con un lavoro pubblicato su Nature.
Il team di Hans Keppler, un geofisico della università di Bayreuth, ha analizzato la perovskite, un silicato di magnesio componente principale del mantello terrestre. Secondo la loro ipotesi i gas nobili possono, in particolari condizioni, dissolversi all'interno del minerale rimanendo li intrappolati. Hanno quindi provato a dissolvere lo xenon e l'argon nella perovskite a temperature superiori ad i 1600 ºC e a pressioni 250 mila volte superiori a quella atmosferica (condizioni simili a quelle presenti nel mantello). Con loro sorpresa l'argon penetrava agevolmente nella perovskite mentre lo xenon no.

Perovskite
(Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0)

Da qui l'ipotesi che nelle prime fasi della formazione della Terra, quando il pianeta ancora fuso era sottoposto ad un bombardamento costante da parte dei meteoriti, lo xenon che fuoriusciva, non trattenuto da alcun legame (covalente o non) venne perso nello spazio, insieme a gran parte della atmosfera primordiale. Successivamente al raffreddamento della crosta terrestre la fuoriuscita dei gas nobili intrappolati divenne possibile solo durante le eruzioni vulcaniche (o similari); ed è nell'atmosfera che ancora oggi li troviamo. Non è un caso, scrivono gli autori dello studio, che il rapporto relativo tra  xenon, krypton e argon nell'atmosfera sono direttamente correlati alla loro diversa solubilità nella perovskite e alla loro "pesantezza" (il più leggero xenon è anche quello che si perde più facilmente nello spazio).
Ne deriva che quel poco di xenon presente è la diretta conseguenza della sua seppur minima solubilità nella perovskite.

Tutto chiarito quindi?
Non secondo Chrystele Sanloup, geologa presso la Universitè Pierre and Marie Curie a Parigi, che solleva due punti:

• nello studio non è stato considerato lo xenon che deriva dai processi di decadimento radioattivo dell'uranio e del plutonio;
• le conclusioni a cui sono giunti gli autori dovrebbero essere valide anche per Marte. su cui è vero che lo xenon scarseggia ma anche la perovskite è molto inferiore a quella terrestre. Quindi il discorso la spiegazione della solubilità dello xenon nel minerale non spiegherebbe il paradosso.

Quest'ultimo punto associato alla minore forza gravitazionale marziana, che avrebbe dovuto facilitare la scomparsa dello xenon, lascia aperto il caso. Il vulnus teorico aperto dal caso marziano impedisci di conseguenza di considerare soddisfacente tale spiegazione anche nel caso terrestre.

Fonte
- The origin of the terrestrial noble-gas signature
Svyatoslav S. Shcheka & Hans Keppler, Nature (2012) 490, pp 531–534