Вчені зробили дивовижне відкриття на канадському острові Баффін, де вони виявили значну кількість гелію-3, рідкісної версії благородного газу, у вулканічних породах. Це відкриття підтверджує теорію про те, що гелій-3 витікає з ядра Землі протягом тисяч років. Дослідницька група також знайшла в каменях гелій-4, який частіше зустрічається на Землі. Ця несподівана велика кількість гелію-3 ставить під сумнів попередні припущення про присутність цього елемента на нашій планеті. Дослідження, що детально описує це відкриття, нещодавно було опубліковано в журналі Nature.
Гелій-3 дефіцитний у нашому Всесвіті порівняно з гелієм-4. За словами провідного автора дослідження Форреста Хортона, ця рідкість пов’язана з тим, що гелій-3 не вироблявся і не додавався на Землю в значних кількостях і втрачається в космосі. Коли скеляста частина Землі рухається та конвекційно, матеріал піднімається, охолоджується, а потім опускається. Під час процесу охолодження гелій втрачається в атмосферу і зрештою вилітає в космос.
Виявлення елементів, які витікають із ядра Землі, має вирішальне значення для розуміння формування та еволюції нашої планети. Нові знахідки переконливо підтверджують існуючу гіпотезу про те, що Земля виникла в сонячній туманності, хмарі газу та пилу, яка, ймовірно, розвалилася через вибух наднової поблизу. Вважається, що ця туманність містила гелій-3, і сліди його витоку з ядра Землі підтверджують цю теорію.
Щоб дослідити вміст, замкнений у ядрі та мантії Землі, дослідницька група провела дослідження стародавньої лави, яка вивергалася мільйони років тому під час розділення Гренландії та Північної Америки. Острів Баффін був ідеальним місцем для їхніх досліджень із його унікальним ландшафтом вулканічних скель, айсбергів і білих ведмедів на узбережжі. Команда зібрала зразки гірських порід острова, і їх вимірювання показали більш високі рівні гелію-3 і гелію-4, ніж повідомлялося раніше.
Кожен зібраний камінь мав наукове значення та був схожим на скарб, який чекав на відкриття. Дослідники були вражені, виявивши приблизно 10 мільйонів атомів гелію-3 на грам кристалів олівіну, тоді як гелій-3 зазвичай міститься у співвідношенні один атом на кожен мільйон атомів гелію-4.
Присутність гелію-3 у цих породах свідчить про те, що гази, успадковані від сонячної туманності під час формування нашої Сонячної системи, краще збереглися на Землі, ніж вважалося раніше. Але як цей гелій-3 опинився в каменях? З часом ці елементи стали частиною формування галактик.
Наша Сонячна система утворилася в сонячній туманності близько 4. 5 мільярдів років тому. Коли туманність колапсувала в наднову, утворився диск, що обертається, і врешті-решт породив наше Сонце та планети, що його оточують. Гелій, успадкований від сонячної туманності, ймовірно, потрапив у ядро Землі під час формування планети. Витікаючи з ядра протягом мільйонів років, гелій-3 піднімався на поверхню через мантію у вигляді магматичних шлейфів, які зрештою вивергалися на Баффіновому острові. Тільки кристали олівіну, які утворилися до виверження, захопили та зберегли цей гелій із глибин Землі.
Дослідження підтверджує ідею про те, що гелій-3 витікає з ядра Землі протягом тривалого часу, хоча точні часові рамки залишаються невизначеними. Проаналізованим зразкам лави приблизно 60 мільйонів років, і підйом мантійного шлейфу, який переносив гелій, міг тривати десятки мільйонів років. Таким чином, гелій, виміряний у цих породах, міг вийти з ядра приблизно 100 мільйонів років тому або, можливо, навіть раніше.
На щастя, гелій, що витікає з ядра Землі, не завдає шкоди нашій планеті чи її мешканцям. Гелій — інертний газ, який не вступає в хімічну реакцію з речовиною. Завдяки цьому він не матиме шкідливого впливу на людину та навколишнє середовище.
Надалі дослідницька група планує дослідити, чи діє ядро як сховище для інших легких елементів, потенційно пояснюючи, чому зовнішнє ядро Землі менш щільне, ніж очікувалося. Залишаються питання щодо присутності в ядрі таких елементів, як вуглець і водень, які є вирішальними для придатності планети для проживання, та їхнього впливу на планетарну еволюцію. Вивчаючи зв’язки між гелієм та іншими легкими елементами, дослідники сподіваються отримати подальше розуміння складу та історії Землі.