Исследование метана: есть ли на Нептуне алмазы?

Современная наука активно работает в направлении изучения процессов, которые происходят с молекулами различных веществ при высоких температурах и давлениях, поскольку это даст ответы на многие вопросы о химических процессах, текущих глубоко в земных недрах и в открытом космосе.

Недавно в Nature Communications опубликована исследовательская работа группы российских ученых под руководством А. Гончарова, которые исследовали поведение метана в условиях, характерных для планетных недр.

Метан начинает сжижаться при колоссальном давлении в 7 ГПа (это в 70 000 раз больше атмосферного давления). Ученые попытались проследить химическую активность этого газа в экстремальных условиях. Из ранее проведенных исследовательских работ ученые предполагали, что метан является основной углеводородной фазой углерода,  кислорода и водородосодержащих жидкостей некоторых частей земной мантии. Однако, новое исследование подвергает сомнению это предположение.

Как выяснилось, при давлениях до 80 ГПа температура плавления метана ниже 1000 градусов Цельсия, поэтому метан не может перейти в твердую фазу ни при каких условиях, которые существуют на больших глубинах планет. С ростом температур до 900 градусов и выше, химическая активность метана растет – молекулы метана начинают диссоциировать на углерод и водород, при более высоких температурах - начинают формироваться молекулы легких углеводородов. Давление также оказывает влияние на водородно-углеродную систему, так что при 25 ГПа начинают появляться тяжелые углеводороды. Это свидетельствует о том, что на больших глубинах вещество, вероятнее всего, небогато метаном.

Данное исследование раскрывает некоторые секреты теории химического состава Земли, а также геохимических процессов газовых планет-гигантов, по типу Урана и Нептуна. По всей видимости, такая химическая активность метана оказывает существенное влияние на процессы формирования алмазов глубоко под мантией планет. Исследователи считают, что данные, полученные в результате проведенных исследований, должны быть приняты во внимание при создании моделей внутреннего строения Нептуна и Урана, чья мантия, как считается, состоит из смеси метана, воды и компонентов аммиака.