حقق العلماء اكتشافًا مفاجئًا في جزيرة بافن الكندية، حيث اكتشفوا كمية كبيرة من الهيليوم 3، وهو نسخة نادرة من الغاز النبيل، في الصخور البركانية. يوفر هذا الاكتشاف دعمًا للنظرية القائلة بأن الهيليوم 3 يتسرب من قلب الأرض منذ آلاف السنين. كما عثر فريق البحث أيضًا على الهيليوم-4 داخل الصخور، وهو أكثر شيوعًا على الأرض. هذه الوفرة غير المتوقعة من الهيليوم 3 تتحدى الافتراضات السابقة حول وجود هذا العنصر على كوكبنا. وقد نُشرت الدراسة التي توضح تفاصيل هذا الاكتشاف مؤخرًا في مجلة Nature.
الهيليوم-3 نادر في عالمنا مقارنة بالهيليوم-4. وفقًا لمؤلف الدراسة الرئيسي فورست هورتون، فإن هذه الندرة ترجع إلى حقيقة أن الهيليوم 3 لم يتم إنتاجه أو إضافته إلى الأرض بكميات كبيرة ويضيع في الفضاء. عندما يتحرك الجزء الصخري من الأرض ويتحول، ترتفع المواد وتبرد ثم تغوص. أثناء عملية التبريد، يُفقد الهيليوم في الغلاف الجوي ويهرب في النهاية إلى الفضاء.
يعد اكتشاف العناصر التي تتسرب من باطن الأرض أمرًا بالغ الأهمية في فهم تكوين كوكبنا وتطوره. تدعم النتائج الجديدة بقوة الفرضية الحالية القائلة بأن الأرض نشأت داخل سديم شمسي، وهو عبارة عن سحابة من الغاز والغبار والتي من المحتمل أنها انهارت بسبب انفجار مستعر أعظم قريب. ويُعتقد أن هذا السديم يحتوي على الهيليوم 3، وتؤكد الكميات الضئيلة المتسربة من قلب الأرض هذه النظرية.
للتحقق من المحتويات الموجودة داخل قلب الأرض ووشاحها، أجرى فريق البحث دراستهم على الحمم البركانية القديمة التي اندلعت منذ ملايين السنين أثناء انفصال جرينلاند وأمريكا الشمالية. قدمت جزيرة بافين الموقع المثالي لأبحاثهم، بمناظرها الطبيعية الفريدة من المنحدرات البركانية، والجبال الجليدية، والدببة القطبية على الساحل. وجمع الفريق عينات من صخور الجزيرة، وكشفت قياساتهم عن مستويات أعلى من الهيليوم 3 والهيليوم 4 مما تم الإبلاغ عنه سابقًا.
كانت كل صخرة تم جمعها تحمل أهمية علمية وكانت بمثابة كنز ينتظر اكتشافه. وقد اندهش الباحثون عندما وجدوا ما يقرب من 10 ملايين ذرة هيليوم-3 لكل جرام من بلورات الزبرجد الزيتوني، في حين يوجد الهيليوم-3 عادة بنسبة ذرة واحدة لكل مليون ذرة هيليوم-4.
يشير وجود الهيليوم-3 في هذه الصخور إلى أن الغازات الموروثة من السديم الشمسي أثناء تكوين نظامنا الشمسي يتم الحفاظ عليها بشكل أفضل داخل الأرض مما كان يعتقد سابقًا. لكن كيف انتهى الأمر بالهيليوم-3 في الصخور؟ وبمرور الوقت، أصبحت هذه العناصر مدمجة في تكوين المجرات.
تشكل نظامنا الشمسي داخل سديم شمسي حوالي 4. منذ 5 مليارات سنة. عندما انهار السديم في مستعر أعظم، تشكل قرص دوار وفي النهاية أدى إلى ولادة شمسنا والكواكب المحيطة بها. من المحتمل أن الهيليوم الموروث من السديم الشمسي قد أصبح محصوراً في قلب الأرض أثناء تكوين الكوكب. ومع تسربه من القلب على مدى ملايين السنين، صعد الهيليوم 3 إلى السطح عبر الوشاح على شكل أعمدة من الصهارة، والتي اندلعت في النهاية في جزيرة بافن. فقط بلورات الزبرجد الزيتوني التي تشكلت قبل الانفجار هي التي التقطت هذا الهيليوم وحافظت عليه من أعماق الأرض.
تدعم الدراسة فكرة أن الهيليوم-3 يتسرب من قلب الأرض لفترة طويلة، على الرغم من أن الإطار الزمني الدقيق لا يزال غير مؤكد. يبلغ عمر عينات الحمم البركانية التي تم تحليلها حوالي 60 مليون سنة، ومن الممكن أن يستغرق صعود عمود الوشاح الذي يحمل الهيليوم عشرات الملايين من السنين. وبالتالي، فإن الهيليوم المقاس في هذه الصخور ربما يكون قد هرب من القلب منذ حوالي 100 مليون سنة أو ربما قبل ذلك.
لحسن الحظ، لا يشكل تسرب الهيليوم من باطن الأرض أي ضرر على كوكبنا أو سكانه. الهيليوم هو غاز خامل لا يتفاعل كيميائيا مع المادة. ونتيجة لذلك، لن يكون لها أي آثار ضارة على الإنسان أو البيئة.
للمضي قدمًا، يخطط فريق البحث للتحقق مما إذا كان اللب يعمل كمخزن للعناصر الخفيفة الأخرى، مما قد يفسر سبب كون اللب الخارجي للأرض أقل كثافة من المتوقع. لا تزال هناك أسئلة حول وجود عناصر مثل الكربون والهيدروجين، والتي تعتبر ضرورية لصلاحية الكواكب للسكن، داخل القلب وتأثيرها على تطور الكواكب. ومن خلال دراسة الروابط بين الهيليوم والعناصر الخفيفة الأخرى، يأمل الباحثون في الحصول على مزيد من الأفكار حول تكوين الأرض وتاريخها.