Wissenschaftler haben auf der kanadischen Baffininsel eine überraschende Entdeckung gemacht: Sie entdeckten eine erhebliche Menge Helium-3, eine seltene Version des Edelgases, in Vulkangestein. Dieser Befund stützt die Theorie, dass Helium-3 seit Tausenden von Jahren aus dem Erdkern austritt. Das Forscherteam fand auch Helium-4 in den Gesteinen, das auf der Erde häufiger vorkommt. Diese unerwartete Fülle an Helium-3 stellt frühere Annahmen über die Präsenz dieses Elements auf unserem Planeten in Frage. Die Studie, die diese Entdeckung detailliert beschreibt, wurde kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Helium-3 ist in unserem Universum im Vergleich zu Helium-4 knapp. Laut dem Hauptautor der Studie, Forrest Horton, ist diese Seltenheit darauf zurückzuführen, dass Helium-3 nicht in nennenswerten Mengen produziert oder der Erde zugeführt wurde und im Weltraum verloren geht. Während sich der felsige Teil der Erde bewegt und konvektioniert, steigt Material auf, kühlt ab und sinkt dann. Während des Abkühlungsprozesses geht Helium an die Atmosphäre verloren und entweicht schließlich in den Weltraum.
Die Erkennung von Elementen, die aus dem Erdkern austreten, ist entscheidend für das Verständnis der Entstehung und Entwicklung unseres Planeten. Die neuen Erkenntnisse stützen nachdrücklich die bestehende Hypothese, dass die Erde in einem Sonnennebel entstand, einer Gas- und Staubwolke, die wahrscheinlich aufgrund einer nahegelegenen Supernova-Explosion kollabierte. Es wird angenommen, dass dieser Nebel Helium-3 enthielt, und die aus dem Erdkern austretenden Spurenmengen bestätigen diese Theorie.
Um die im Erdkern und -mantel eingeschlossenen Inhalte zu untersuchen, führte das Forschungsteam seine Studie an der alten Lava durch, die vor Millionen von Jahren während der Trennung von Grönland und Nordamerika ausbrach. Baffin Island bot mit seiner einzigartigen Landschaft aus Vulkanklippen, Eisbergen und Eisbären an der Küste den idealen Standort für ihre Forschung. Das Team sammelte Proben aus den Gesteinen der Insel und ihre Messungen ergaben höhere Konzentrationen von Helium-3 und Helium-4 als zuvor berichtet.
Jeder gesammelte Stein hatte wissenschaftliche Bedeutung und war wie ein Schatz, der darauf wartete, entdeckt zu werden. Die Forscher waren erstaunt, als sie etwa 10 Millionen Helium-3-Atome pro Gramm Olivinkristalle fanden, während Helium-3 normalerweise in einem Verhältnis von einem Atom pro Million Helium-4-Atome vorkommt.
Das Vorhandensein von Helium-3 in diesen Gesteinen lässt darauf schließen, dass Gase, die während der Entstehung unseres Sonnensystems aus dem Sonnennebel stammen, in der Erde besser konserviert sind als bisher angenommen. Doch wie kam dieses Helium-3 ins Gestein? Im Laufe der Zeit wurden diese Elemente in die Entstehung von Galaxien einbezogen.
Unser Sonnensystem entstand innerhalb eines Sonnennebels vor etwa 4. Vor 5 Milliarden Jahren. Als der Nebel in einer Supernova kollabierte, bildete sich eine rotierende Scheibe, aus der schließlich unsere Sonne und die sie umgebenden Planeten hervorgingen. Helium, das aus dem Sonnennebel stammt, wurde wahrscheinlich während der Entstehung des Planeten im Erdkern eingeschlossen. Als Helium-3 über Millionen von Jahren aus dem Kern austrat, stieg es durch den Mantel in Form von Magmawolken an die Oberfläche, die schließlich auf der Baffininsel ausbrachen. Nur die Olivinkristalle, die sich vor dem Ausbruch bildeten, fingen dieses Helium aus der Tiefe der Erde ein und konservierten es.
Die Studie stützt die Annahme, dass Helium-3 schon seit langem aus dem Erdkern austritt, der genaue Zeitrahmen bleibt jedoch ungewiss. Die analysierten Lavaproben sind etwa 60 Millionen Jahre alt, und der Aufstieg der Mantelwolke, die das Helium transportierte, könnte mehrere zehn Millionen Jahre gedauert haben. Somit könnte das in diesen Gesteinen gemessene Helium vor rund 100 Millionen Jahren oder möglicherweise sogar schon früher aus dem Kern entwichen sein.
Glücklicherweise stellt das aus dem Erdkern austretende Helium weder für unseren Planeten noch für seine Bewohner eine Gefahr dar. Helium ist ein Edelgas, das nicht chemisch mit Materie reagiert. Dadurch entstehen keine schädlichen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt.
Für die Zukunft plant das Forschungsteam zu untersuchen, ob der Kern als Speicher für andere leichte Elemente fungiert, was möglicherweise erklärt, warum der äußere Kern der Erde weniger dicht ist als erwartet. Es bleiben Fragen zum Vorhandensein von Elementen wie Kohlenstoff und Wasserstoff, die für die Bewohnbarkeit des Planeten von entscheidender Bedeutung sind, im Kern und zu deren Einfluss auf die Planetenentwicklung. Durch die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Helium und anderen leichten Elementen erhoffen sich Forscher weitere Einblicke in die Zusammensetzung und Geschichte der Erde.