Ядро Земли могло испускать гелий на протяжении миллионов лет

Подпишитесь на научный информационный бюллетень CNN Wonder Theory. Исследуйте вселенную, узнавая новости об увлекательных открытиях, научных достижениях и многом другом..

Си-Эн-Эн
—

Ученые обнаружили удивительное количество редкой версии гелия, называемой гелием-3, в вулканической породе на Баффиновом острове в Канаде, подтверждая теорию о том, что благородный газ вырывается из ядра Земли — и это происходило на протяжении тысячелетий.

Исследовательская группа также обнаружила гелий-4 внутри камней.

Хотя гелий-4 распространен на Земле, гелий-3 легче найти в других частях Вселенной, поэтому ученые были удивлены, обнаружив большее количество этого элемента, чем сообщалось ранее, в камнях на Баффиновом острове. Исследование, описывающее это открытие, недавно было опубликовано в журнале. природа.

«На фундаментальном уровне во Вселенной меньше 3He (гелия-3), чем 4He (гелия-4)», — сказал ведущий автор исследования Форрест Хортон, научный сотрудник отдела геологии и геофизики Океанографического института Вудс-Хоул. , по электронной почте.

Хортон добавил: «3На Земле он встречается редко, потому что он не производится и не добавляется на планету в больших количествах и теряется в космосе». «Поскольку каменистая часть Земли движется и движется, как горячая вода на плите, материал поднимается, охлаждается и опускается.
На этапе охлаждения гелий уходит в атмосферу, а затем в космос.

Обнаружение элементов, просачивающихся из ядра Земли, может помочь ученым понять, как наша планета формировалась и развивалась с течением времени, а новые результаты предоставляют доказательства, подтверждающие существующую гипотезу о том, как возникла наша планета.

Баффинов остров, расположенный на территории Нунавута, является крупнейшим островом Канады. Это также пятый по величине остров в мире.

Высокое соотношение гелия 3 к гелию 4 было впервые обнаружено в вулканических породах на Баффиновом острове Солви Лассе Эвансом в рамках его докторских исследований под руководством ученого Финли Стюарта из Эдинбургского университета. Их выводы были опубликованы в Природа 2003.

Состав планеты является отражением элементов, из которых она состоит. Предыдущий поиск Было обнаружено, что следы утечки гелия-3 из ядра Земли подтверждают популярную теорию о том, что наша планета возникла в солнечной туманности — облаке газа и пыли, которое, вероятно, рухнуло из-за ударной волны от близлежащей сверхновой, — которая содержала этот элемент.

Хортон и его коллеги пошли еще дальше, когда сделали это. Он проводил исследования на Баффиновом острове в 2018 году.Они изучают лаву, которая извергалась миллионы лет назад, когда Гренландия и Северная Америка разделились, освободив место новому морскому дну. Они хотели исследовать горные породы, которые могли бы дать представление о содержимом ядра и мантии Земли, в основном твердого слоя недр Земли под ее поверхностью.

Исследователи отправились на вертолете, чтобы добраться до отдаленных ландшафтов острова, где потоки лавы образуют высокие скалы, проплывают гигантские айсберги, а вдоль побережья бродят белые медведи. По словам Хортона, местные организации, в том числе Общество инуитов Кикиктани и Исследовательский институт Нунавута, предоставили исследователям доступ, советы и защиту от медведей.

«Эта территория на Баффиновом острове имеет особое значение как священная земля для местных сообществ и как научное окно в глубины Земли», — сказал он.

В арктических породах, исследованных Хортоном и его командой, были обнаружены удивительно высокие содержания гелия-3 и гелия-4, чем сообщалось в предыдущих исследованиях, и измерения варьировались в зависимости от собранных ими образцов.

«Многие лавы полны ярко-зеленого оливина (также известного как перидот), поэтому отламывать свежие куски каменным молотком было так же увлекательно, как в детстве разбирать жеоду: каждый камень был сокровищем, которое нужно было обнаружить». — сказал Хортон. «А какие это оказывается научные сокровища!»

По словам Хортона, на каждый миллион атомов гелия-4 существует только один атом гелия-3. Команда измерила около 10 миллионов атомов гелия-3 на грамм кристаллов оливина.

«Наши высокие измерения 3He/4He показывают, что газы, которые предположительно были унаследованы от солнечной туманности во время формирования Солнечной системы, лучше сохраняются на Земле, чем считалось ранее», — сказал он.

Но как гелий-3 вообще оказался в горных породах?

Ответ может начаться с Большого взрыва, который также высвободил большое количество водорода и гелия, когда создал Вселенную. Эти элементы со временем включились в формирование галактик.

Ученые полагают, что наша Солнечная система образовалась 4,5 миллиарда лет назад внутри солнечной туманности. По словам ученых, когда пылевое облако схлопнулось в виде сверхновой, образовавшийся материал сформировал вращающийся диск, который в конечном итоге дал начало нашему Солнцу и планетам. НАСА.

Гелий, унаследованный от солнечной туманности, вероятно, оказался в ядре Земли во время формирования планеты, превратив ядро ​​в хранилище благородных газов. Когда гелий-3 вытек из ядра, он поднялся на поверхность через мантию в виде шлейфов магмы, которые в конечном итоге изверглись на Баффиновом острове.

«Во время извержения подавляющее большинство газов магмы ушло в атмосферу», — сказал Хортон. «Только кристаллы оливина, выросшие до извержения, захватили гелий и удержали его из глубин Земли».

Новое исследование подтверждает идею о том, что гелий-3 уже некоторое время просачивается из недр Земли, но исследователи не совсем уверены, когда начался этот процесс.

«Возраст лавы составляет около 60 миллионов лет, и, вероятно, потребовались десятки миллионов лет, чтобы мантийный шлейф поднялся», — сказал Хортон. «Итак, гелий, который мы измерили в этих породах, мог выйти из ядра 100 миллионов лет назад или, возможно, намного раньше».

Он заявил, что утечка гелия из-под земли не влияет на нашу планету и не имеет каких-либо негативных последствий. Благородный газ не вступает в химическую реакцию с веществом, поэтому не окажет никакого воздействия на человечество и окружающую среду.

Далее исследовательская группа хочет проверить, является ли ядро ​​хранилищем других легких элементов, что может объяснить, почему внешнее ядро ​​Земли менее плотное, чем ожидалось.

«Является ли ядро ​​основным хранилищем таких элементов, как углерод и водород, которые так важны с точки зрения обитаемости планет? Если да, то влияли ли потоки этих элементов из ядра на протяжении всей истории (Земли) на планетарную эволюцию? «Я очень рад, что «Возможно, гелий можно использовать для отслеживания других элементов через границу ядра и мантии», — сказал Хортон.