Ученые сделали удивительное открытие на канадском Баффиновом острове, где они обнаружили значительное количество гелия-3, редкой версии благородного газа, в вулканических породах. Это открытие подтверждает теорию о том, что гелий-3 вытекал из ядра Земли на протяжении тысячелетий. Исследовательская группа также обнаружила в камнях гелий-4, который чаще встречается на Земле. Это неожиданное изобилие гелия-3 бросает вызов предыдущим предположениям о присутствии этого элемента на нашей планете. Исследование, подробно описывающее это открытие, было недавно опубликовано в журнале Nature.
Гелия-3 в нашей Вселенной мало по сравнению с гелием-4. По словам ведущего автора исследования Форреста Хортона, эта редкость связана с тем, что гелий-3 не производился и не добавлялся на Землю в существенных количествах и улетучился в космос. Когда каменистая часть Земли движется и конвектирует, материал поднимается, охлаждается, а затем опускается. В процессе охлаждения гелий теряется в атмосфере и в конечном итоге улетает в космос.
Обнаружение элементов, вытекающих из ядра Земли, имеет решающее значение для понимания формирования и эволюции нашей планеты. Новые результаты убедительно подтверждают существующую гипотезу о том, что Земля возникла в солнечной туманности, облаке газа и пыли, которое, вероятно, рухнуло из-за близлежащего взрыва сверхновой. Считается, что эта туманность содержала гелий-3, и следы утечки из ядра Земли подтверждают эту теорию.
Чтобы исследовать содержимое, заключенное в ядре и мантии Земли, исследовательская группа провела исследование древней лавы, извергавшейся миллионы лет назад во время разделения Гренландии и Северной Америки. Баффинов остров стал идеальным местом для их исследований с его уникальным ландшафтом, состоящим из вулканических скал, айсбергов и белых медведей на береговой линии. Команда собрала образцы скал острова, и их измерения показали более высокие уровни гелия-3 и гелия-4, чем сообщалось ранее.
Каждый собранный камень имел научное значение и был подобен сокровищу, ожидающему своего открытия. Исследователи были поражены, обнаружив примерно 10 миллионов атомов гелия-3 на грамм кристаллов оливина, тогда как гелий-3 обычно содержится в соотношении один атом на каждый миллион атомов гелия-4.
Присутствие гелия-3 в этих породах позволяет предположить, что газы, унаследованные от солнечной туманности во время формирования нашей солнечной системы, лучше сохраняются на Земле, чем считалось ранее. Но как этот гелий-3 оказался в горных породах? Со временем эти элементы стали участвовать в формировании галактик.
Наша Солнечная система образовалась внутри солнечной туманности около 4 г. 5 миллиардов лет назад. Когда туманность схлопнулась в виде сверхновой, сформировался вращающийся диск, который в конечном итоге породил наше Солнце и окружающие его планеты. Гелий, унаследованный от солнечной туманности, вероятно, оказался в ядре Земли во время формирования планеты. Вытекая из ядра в течение миллионов лет, гелий-3 поднимался на поверхность через мантию в виде шлейфов магмы, которые в конечном итоге извергались на Баффиновом острове. Только кристаллы оливина, образовавшиеся до извержения, захватили и сохранили этот гелий из глубин Земли.
Исследование подтверждает идею о том, что гелий-3 вытекал из ядра Земли в течение длительного времени, хотя точные сроки остаются неопределенными. Возраст проанализированных образцов лавы составляет около 60 миллионов лет, а подъем мантийного плюма, несущего гелий, мог занять десятки миллионов лет. Таким образом, гелий, обнаруженный в этих породах, мог покинуть ядро около 100 миллионов лет назад или, возможно, даже раньше.
К счастью, утечка гелия из ядра Земли не причиняет вреда нашей планете и ее обитателям. Гелий – инертный газ, не вступающий в химическую реакцию с веществом. В результате он не окажет вредного воздействия на человека и окружающую среду.
В дальнейшем исследовательская группа планирует выяснить, действует ли ядро как хранилище для других легких элементов, что потенциально может объяснить, почему внешнее ядро Земли менее плотное, чем ожидалось. Остаются вопросы о присутствии в ядре таких элементов, как углерод и водород, которые имеют решающее значение для обитаемости планет, и их влиянии на планетарную эволюцию. Изучая связи между гелием и другими легкими элементами, исследователи надеются получить дальнейшее представление о составе и истории Земли.