Naukowcy dokonali zaskakującego odkrycia na kanadyjskiej wyspie Baffina, gdzie wykryli znaczną ilość helu-3, rzadkiej wersji gazu szlachetnego, w skałach wulkanicznych. Odkrycie to potwierdza teorię, że hel-3 wycieka z jądra Ziemi od tysięcy lat. Zespół badawczy odkrył także w skałach hel-4, który jest częściej spotykany na Ziemi. Ta nieoczekiwana obfitość helu-3 podważa wcześniejsze założenia dotyczące obecności tego pierwiastka na naszej planecie. Badanie szczegółowo opisujące to odkrycie zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie Nature.
Hel-3 występuje rzadko w naszym wszechświecie w porównaniu z helem-4. Według głównego autora badania, Forresta Hortona, ta rzadkość wynika z faktu, że hel-3 nie został wyprodukowany ani dodany na Ziemię w znacznych ilościach i jest tracony w przestrzeń kosmiczną. Gdy skalista część Ziemi porusza się i konwekuje, materia unosi się, ochładza, a następnie opada. Podczas procesu chłodzenia hel jest tracony do atmosfery i ostatecznie ucieka w przestrzeń kosmiczną.
Wykrywanie pierwiastków wyciekających z jądra Ziemi ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia powstawania i ewolucji naszej planety. Nowe odkrycia silnie potwierdzają istniejącą hipotezę, że Ziemia powstała w mgławicy słonecznej – chmurze gazu i pyłu, która prawdopodobnie zapadła się w wyniku pobliskiej eksplozji supernowej. Uważa się, że mgławica ta zawierała hel-3, a śladowe ilości wyciekające z jądra Ziemi potwierdzają tę teorię.
Aby zbadać zawartość zamkniętą w jądrze i płaszczu Ziemi, zespół badawczy przeprowadził badania na starożytnej lawie, która wybuchła miliony lat temu podczas oddzielania się Grenlandii od Ameryki Północnej. Wyspa Baffina zapewniła idealne miejsce do badań ze względu na wyjątkowy krajobraz wulkanicznych klifów, gór lodowych i niedźwiedzi polarnych na wybrzeżu. Zespół zebrał próbki ze skał wyspy, a przeprowadzone pomiary wykazały wyższy poziom helu-3 i helu-4 niż wcześniej zgłaszano.
Każda zebrana skała miała znaczenie naukowe i była jak skarb czekający na odkrycie. Naukowcy byli zaskoczeni, gdy odkryli około 10 milionów atomów helu-3 na gram kryształów oliwinu, podczas gdy hel-3 zwykle występuje w proporcji jeden atom na milion atomów helu-4.
Obecność helu-3 w tych skałach sugeruje, że gazy odziedziczone z mgławicy słonecznej podczas formowania się naszego Układu Słonecznego są lepiej zachowane na Ziemi, niż wcześniej sądzono. Ale w jaki sposób ten hel-3 znalazł się w skałach? Z biegiem czasu pierwiastki te zostały włączone do formowania się galaktyk.
Nasz Układ Słoneczny powstał w mgławicy słonecznej około 4. 5 miliardów lat temu. Gdy mgławica zapadła się w wyniku supernowej, utworzył się wirujący dysk, który ostatecznie dał początek naszemu słońcu i otaczającym go planetom. Hel odziedziczony z mgławicy słonecznej prawdopodobnie został uwięziony w jądrze Ziemi podczas formowania się planety. W miarę wyciekania z jądra przez miliony lat hel-3 unosił się na powierzchnię przez płaszcz w postaci pióropuszy magmy, które ostatecznie wybuchły na Wyspie Baffina. Jedynie kryształy oliwinu, które utworzyły się przed erupcją, wychwyciły i zachowały ten hel z głębi Ziemi.
Badanie potwierdza tezę, że hel-3 wycieka z jądra Ziemi od dłuższego czasu, chociaż dokładne ramy czasowe pozostają niepewne. Analizowane próbki lawy mają około 60 milionów lat, a wznoszenie się pióropusza płaszcza niosącego hel mogło zająć dziesiątki milionów lat. Zatem hel mierzony w tych skałach mógł opuścić jądro około 100 milionów lat temu, a być może nawet wcześniej.
Na szczęście hel wyciekający z jądra Ziemi nie powoduje szkody dla naszej planety ani jej mieszkańców. Hel jest gazem obojętnym, który nie reaguje chemicznie z materią. Dzięki temu nie będzie to miało szkodliwego wpływu na ludzi ani środowisko.
W przyszłości zespół badawczy planuje zbadać, czy rdzeń pełni funkcję magazynu innych lekkich pierwiastków, co potencjalnie wyjaśnia, dlaczego zewnętrzne jądro Ziemi jest mniej gęste, niż oczekiwano. Pozostają pytania dotyczące obecności w jądrze pierwiastków takich jak węgiel i wodór, które są kluczowe dla możliwości zamieszkania na planetach, oraz ich wpływu na ewolucję planet. Badając powiązania między helem i innymi lekkimi pierwiastkami, badacze mają nadzieję uzyskać dalszy wgląd w skład i historię Ziemi.