Wetenschappers hebben een verrassende ontdekking gedaan op het Canadese Baffin Island, waar ze een aanzienlijke hoeveelheid helium-3, een zeldzame versie van het edelgas, in vulkanisch gesteente hebben ontdekt. Deze bevinding ondersteunt de theorie dat helium-3 al duizenden jaren uit de kern van de aarde lekt. Het onderzoeksteam vond ook helium-4 in de rotsen, dat vaker op aarde voorkomt. Deze onverwachte overvloed aan helium-3 daagt eerdere aannames over de aanwezigheid van dit element op onze planeet uit. Het onderzoek waarin deze ontdekking werd beschreven, werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Helium-3 is schaars in ons universum vergeleken met helium-4. Volgens hoofdonderzoeksauteur Forrest Horton is deze zeldzaamheid te wijten aan het feit dat helium-3 niet in substantiële hoeveelheden is geproduceerd of aan de aarde is toegevoegd en verloren is gegaan in de ruimte. Terwijl het rotsachtige gedeelte van de aarde beweegt en convecteert, stijgt het materiaal op, koelt af en zinkt vervolgens. Tijdens het afkoelingsproces gaat helium verloren in de atmosfeer en ontsnapt uiteindelijk in de ruimte.
Het detecteren van elementen die uit de kern van de aarde lekken is cruciaal voor het begrijpen van de vorming en evolutie van onze planeet. De nieuwe bevindingen ondersteunen krachtig de bestaande hypothese dat de aarde is ontstaan in een zonnenevel, een wolk van gas en stof die waarschijnlijk is ingestort als gevolg van een nabijgelegen supernova-explosie. Aangenomen wordt dat deze nevel helium-3 bevat, en de sporen die uit de kern van de aarde lekken bevestigen deze theorie.
Om de inhoud te onderzoeken die opgesloten zit in de kern en mantel van de aarde, voerde het onderzoeksteam hun onderzoek uit naar de oude lava die miljoenen jaren geleden uitbarstte tijdens de scheiding van Groenland en Noord-Amerika. Baffin Island vormde de ideale locatie voor hun onderzoek, met zijn unieke landschap van vulkanische kliffen, ijsbergen en ijsberen aan de kustlijn. Het team verzamelde monsters van de rotsen van het eiland en hun metingen brachten hogere niveaus van helium-3 en helium-4 aan het licht dan eerder gerapporteerd.
Elke verzamelde steen had een wetenschappelijke betekenis en was als een schat die wachtte om ontdekt te worden. De onderzoekers waren verbaasd toen ze ongeveer 10 miljoen helium-3-atomen per gram olivijnkristallen vonden, terwijl helium-3 gewoonlijk wordt aangetroffen in een verhouding van één atoom op elke miljoen helium-4-atomen.
De aanwezigheid van helium-3 in deze rotsen suggereert dat gassen die zijn geërfd van de zonnenevel tijdens de vorming van ons zonnestelsel beter bewaard blijven in de aarde dan eerder werd gedacht. Maar hoe kwam dit helium-3 in de rotsen terecht? In de loop van de tijd werden deze elementen opgenomen in de vorming van sterrenstelsels.
Ons zonnestelsel ontstond rond 4.00 uur in een zonnenevel. 5 miljard jaar geleden. Toen de nevel in een supernova instortte, vormde zich een draaiende schijf die uiteindelijk het leven schonk aan onze zon en de omringende planeten. Helium, geërfd van de zonnenevel, is waarschijnlijk tijdens de vorming van de planeet in de kern van de aarde terechtgekomen. Terwijl het gedurende miljoenen jaren uit de kern lekte, steeg helium-3 door de mantel naar de oppervlakte in de vorm van magmapluimen, die uiteindelijk uitbarsten op Baffin Island. Alleen de olivijnkristallen die zich vóór de uitbarsting vormden, vingen dit helium uit de diepe aarde op en bewaarden het.
Het onderzoek ondersteunt het idee dat helium-3 al lange tijd uit de kern van de aarde lekt, hoewel het exacte tijdsbestek onzeker blijft. De geanalyseerde lavamonsters zijn ongeveer 60 miljoen jaar oud, en de beklimming van de mantelpluim die het helium vervoerde, had tientallen miljoenen jaren kunnen duren. Het helium dat in deze rotsen wordt gemeten, kan dus ongeveer 100 miljoen jaar geleden of mogelijk zelfs eerder uit de kern zijn ontsnapt.
Gelukkig brengt helium dat uit de kern van de aarde lekt geen schade toe aan onze planeet of haar bewoners. Helium is een inert gas dat niet chemisch reageert met materie. Hierdoor heeft het geen nadelige gevolgen voor mens of milieu.
In de toekomst wil het onderzoeksteam onderzoeken of de kern fungeert als opslagplaats voor andere lichte elementen, wat mogelijk zou kunnen verklaren waarom de buitenste kern van de aarde minder dicht is dan verwacht. Er blijven vragen bestaan over de aanwezigheid van elementen als koolstof en waterstof, die cruciaal zijn voor de bewoonbaarheid van planeten, binnen de kern en hun invloed op de planetaire evolutie. Door de verbanden tussen helium en andere lichtelementen te bestuderen hopen onderzoekers meer inzicht te krijgen in de samenstelling en geschiedenis van de aarde.