Изучение тайн метана: от алмазов до Нептуна

Новое исследование под руководством Александра Гончарова из Института Карнеги сосредоточено на метане (CH₄), одном из самых распространенных молекул во Вселенной. Несмотря на его вездесущность, поведение метана в условиях планетарных недр плохо изучено из-за противоречивых данных моделирования. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Это исследование важно для понимания химических процессов глубоко внутри планет, включая Землю. Например, плавление метана ранее изучалось только при давлениях до 7 ГПа. Новые данные, полученные при экстремальных давлениях до 80 ГПа, показывают, что температура плавления метана остается ниже 1900°F (около 1038°C), что означает, что он не является твердым веществом в недрах большинства планет. Кроме того, с ростом температуры выше примерно 1700°F метан становится химически активным: сначала распадается на элементарный углерод и водород, а затем образуются легкие углеводородные молекулы. При давлениях выше 25 ГПа появляются тяжелые углеводороды.

«Наши знания о физике и химии летучих веществ внутри планет в основном основаны на наблюдениях за потоками на их поверхности. Эксперименты при высоком давлении и температуре, моделирующие условия глубоко внутри планет, остаются для нас большой проблемой», — поясняет ведущий автор Сергей Лобанов. Полученные результаты имеют значение как для химии земных недр и формирования сверхглубоких алмазов, так и для геохимии ледяных гигантов, таких как Уран и Нептун, в мантии которых, как полагают, содержится смесь метана, воды и аммиака.