Forskare har gjort en överraskande upptäckt på Kanadas Baffin Island, där de upptäckte en betydande mängd helium-3, en sällsynt version av ädelgasen, i vulkaniska bergarter. Detta fynd ger stöd för teorin att helium-3 har läckt från jordens kärna i tusentals år. Forskargruppen hittade också helium-4 i stenarna, som är vanligare på jorden. Detta oväntade överflöd av helium-3 utmanar tidigare antaganden om närvaron av detta element på vår planet. Studien som beskriver denna upptäckt publicerades nyligen i tidskriften Nature.
Helium-3 är ont i vårt universum jämfört med helium-4. Enligt huvudstudieförfattaren Forrest Horton beror denna sällsynthet på det faktum att helium-3 inte har producerats eller tillförts jorden i betydande mängder och går förlorad till rymden. När jordens steniga del rör sig och konvektion stiger materialet, svalnar och sjunker sedan. Under nedkylningsprocessen förloras helium till atmosfären och flyr så småningom ut i rymden.
Att upptäcka element som läcker från jordens kärna är avgörande för att förstå bildningen och utvecklingen av vår planet. De nya fynden stöder starkt den befintliga hypotesen att jorden har sitt ursprung i en solnebulosa, ett moln av gas och damm som sannolikt kollapsade på grund av en närliggande supernovaexplosion. Denna nebulosa tros ha innehållit helium-3, och spårmängderna som läcker från jordens kärna bekräftar denna teori.
För att undersöka innehållet instängt i jordens kärna och mantel genomförde forskargruppen sin studie av den antika lava som bröt ut för miljoner år sedan under separationen av Grönland och Nordamerika. Baffin Island var den idealiska platsen för sin forskning, med sitt unika landskap av vulkaniska klippor, isberg och isbjörnar vid kusten. Teamet samlade in prover från öns stenar, och deras mätningar visade högre nivåer av helium-3 och helium-4 än vad som tidigare rapporterats.
Varje sten som samlades in hade vetenskaplig betydelse och var som en skatt som väntade på att bli upptäckt. Forskarna var förvånade över att hitta cirka 10 miljoner helium-3-atomer per gram olivinkristaller, medan helium-3 vanligtvis finns i ett förhållande av en atom för varje miljon helium-4-atomer.
Helium-3:s närvaro i dessa bergarter tyder på att gaser som ärvts från solnebulosan under bildandet av vårt solsystem är bättre bevarade inom jorden än vad man tidigare trott. Men hur hamnade denna helium-3 i klipporna? Med tiden införlivades dessa element i bildandet av galaxer.
Vårt solsystem bildades i en solnebulosa omkring 4. 5 miljarder år sedan. När nebulosan kollapsade i en supernova bildades en snurrande skiva som så småningom födde vår sol och dess omgivande planeter. Helium som ärvts från solnebulosan fastnade troligen i jordens kärna under planetens bildande. När det läckte från kärnan under miljontals år, steg helium-3 upp till ytan genom manteln i form av magmaplymer, som så småningom bröt ut på Baffin Island. Endast olivinkristallerna som bildades före utbrottet fångade och bevarade detta helium från den djupa jorden.
Studien stöder tanken att helium-3 har läckt ut från jordens kärna under lång tid, även om den exakta tidsramen förblir osäker. De analyserade lavaproverna är cirka 60 miljoner år gamla, och uppstigningen av mantelplymen som bar heliumet kunde ha tagit tiotals miljoner år. Heliumet som uppmätts i dessa bergarter kan alltså ha undkommit kärnan för omkring 100 miljoner år sedan eller möjligen ännu tidigare.
Lyckligtvis är helium som läcker från jordens kärna ingen skada för vår planet eller dess invånare. Helium är en inert gas som inte reagerar kemiskt med materia. Som ett resultat kommer det inte att ha några skadliga effekter på människor eller miljön.
Framåt planerar forskargruppen att undersöka om kärnan fungerar som ett förråd för andra lätta element, vilket potentiellt kan förklara varför jordens yttre kärna är mindre tät än förväntat. Frågor kvarstår om förekomsten av element som kol och väte, som är avgörande för planetarisk beboelighet, i kärnan och deras inflytande på planetens evolution. Genom att studera kopplingarna mellan helium och andra lätta element hoppas forskarna få ytterligare insikter om jordens sammansättning och historia.