Naukowcy twierdzą, że rdzeń Ziemi przecieka. Co to dokładnie oznacza?

(CNN) — Naukowcy odkryli zaskakującą ilość rzadkiej wersji helu, zwanego helem-3, w skale wulkanicznej na kanadyjskiej wyspie Baffina, co potwierdza teorię, że ten gaz szlachetny ucieka z jądra Ziemi i dzieje się tak od tysięcy lat.

Zespół badawczy odkrył także w skałach hel-4.

Chociaż hel-4 jest powszechny na Ziemi, hel-3 można łatwiej znaleźć w innych częściach Wszechświata, dlatego naukowców ze zdziwieniem odkryło większą ilość tego pierwiastka niż wcześniej rejestrowano w skałach Wyspy Baffina. Badanie opisujące odkrycie Niedawno opublikowany w magazynie Nature.

„Na najbardziej podstawowym poziomie we wszechświecie jest mniej 3He (helu-3) niż 4He (helu-4)” – powiedział główny autor badania Forrest Horton, pracownik naukowy na Wydziale Geologii i Geofizyki w Woods Hole. Instytut Oceanografii, w mailu.

„3Jest to rzadkie zjawisko na Ziemi, ponieważ nie jest produkowane ani dodawane na planetę w dużych ilościach i jest tracone w przestrzeń kosmiczną” – dodał Horton. „Kiedy skalista część Ziemi porusza się i porusza jak gorąca woda w piecu, materia unosi się, ochładza i opada.
W fazie chłodzenia hel przedostaje się do atmosfery, a następnie do przestrzeni kosmicznej.”

Odkrycie pierwiastków wyciekających z jądra Ziemi może pomóc naukowcom odkryć, w jaki sposób nasza planeta powstawała i ewoluowała na przestrzeni czasu, a nowe odkrycia dostarczają dowodów wzmacniających obecną hipotezę dotyczącą powstania naszej planety.

Skarb naukowy

Wyspa Baffina, położona na terytorium Nunavut, jest największą w Kanadzie. Jest także piątą co do wielkości wyspą na świecie.

Solvi Las Evans po raz pierwszy odkrył wysoką zawartość helu 3 i helu 4 w skałach wulkanicznych na Wyspie Baffina w ramach studiów doktoranckich pod kierunkiem naukowca Finleya Stewarta z Uniwersytetu w Edynburgu. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Nature w 2003 roku.

Skład planety jest odzwierciedleniem pierwiastków ją tworzących, a wcześniejsze badania wykazały, że ślady helu-3 wyciekającego z jądra Ziemi potwierdzają popularną teorię, że nasza planeta powstała w mgławicy słonecznej — chmurze gazu i pyłu, która może zapadły się w wyniku fali uderzeniowej z pobliskiej supernowej zawierającej pierwiastek.

Horton i jego współpracownicy posunęli się o krok dalej, prowadząc badania na Wyspie Baffina w 2018 roku, badając lawę, która wybuchła miliony lat temu, kiedy Grenlandia i Ameryka Północna oddzieliły się od siebie, ustępując miejsca nowemu dnu morskiemu. Chcieli zbadać skały, które mogą zawierać informacje o zawartości jądra i płaszcza Ziemi, czyli przeważnie stałej warstwy wnętrza Ziemi, która leży pod jej powierzchnią.

Naukowcy udali się helikopterem, aby dotrzeć do odległego krajobrazu wyspy, gdzie lawa wypływa z wysokich klifów, unoszą się gigantyczne góry lodowe, a wybrzeże grasują niedźwiedzie polarne. Horton powiedział, że lokalne organizacje, takie jak Towarzystwo Qikiqtani Eskimosów i Instytut Badawczy Nunavut, zapewniły badaczom dostęp, porady i ochronę przed niedźwiedziami.

„Ten obszar Wyspy Baffina ma szczególne znaczenie jako święta ziemia dla lokalnych społeczności i naukowe okno na głębię Ziemi” – powiedział.

Skały Arktyki zbadane przez Hortona i jego zespół wykazały zaskakująco wyższe stężenia helu-3 i helu-4 niż te zarejestrowane w poprzednich badaniach, a pomiary różniły się w zależności od zebranych próbek.

„Wiele law jest pełnych jasnozielonego oliwinu (znanego również jako perydot klejnotowy), więc rozbijanie świeżych kawałków młotkiem skalnym było tak samo ekscytujące, jak rozbijanie geody w dzieciństwie: każdy kamień był nieodkrytym skarbem” – powiedział Horton. „I jakie to skarby nauki!”

Horton wyjaśnia, że ​​na milion atomów helu-4 przypada tylko jeden atom helu-3. Zespół zmierzył około 10 milionów atomów helu-3 na gram kryształów oliwinu.

„Nasze wysokie pomiary 3He/4He wskazują, że gazy, które, jak się przypuszcza, zostały odziedziczone z mgławicy słonecznej podczas formowania się Układu Słonecznego, są lepiej zachowane na Ziemi, niż wcześniej sądzono” – powiedział.

Prześledź historię Ziemi poprzez jej jądro

Ale w jaki sposób hel-3 dostał się do skał?

Odpowiedź może sięgać Wielkiego Wybuchu, który podczas tworzenia wszechświata wyzwolił także duże ilości wodoru i helu. Z biegiem czasu pierwiastki te zostały włączone do formowania się galaktyk.

Naukowcy uważają, że nasz Układ Słoneczny powstał 4,5 miliarda lat temu we wnętrzu mgławicy słonecznej. Kiedy chmura pyłu zapadła się w wyniku supernowej, powstała materia utworzyła wirujący dysk, z którego ostatecznie powstało nasze Słońce i planety.według NASA.

Hel odziedziczony z mgławicy słonecznej został prawdopodobnie uwięziony w jądrze Ziemi podczas formowania się planety, zamieniając jądro w zbiornik gazów szlachetnych. Gdy hel-3 wyciekł z jądra, wydostał się na powierzchnię przez płaszcz w postaci pióropuszów magmy, które ostatecznie wybuchły na Wyspie Baffina.

„Podczas erupcji zdecydowana większość gazów uciekła z magmy do atmosfery” – wyjaśnił Horton. „Tylko kryształy oliwinu, które wyrosły przed eksplozją, przechwyciły hel i nie pozwoliły mu wydostać się z głębi Ziemi”.

Nowe badania potwierdzają tezę, że hel-3 ucieka z wnętrza Ziemi i dzieje się to już od jakiegoś czasu, choć badacze nie są do końca pewni, kiedy ten proces się rozpoczął.

„Lawa ma około 60 milionów lat, a pojawienie się pióropusza płaszcza prawdopodobnie zajęło dziesiątki milionów lat” – wyjaśnia Horton. „Zatem hel, który zmierzyliśmy w tych skałach, mógł uciec z jądra 100 milionów lat temu, a może znacznie wcześniej”.

Dodał, że wyciek helu z ziemi nie wpływa na naszą planetę i nie wywołuje negatywnych skutków. Gaz szlachetny nie wchodzi w reakcję chemiczną z materią, zatem nie będzie miał żadnego wpływu na ludzkość ani środowisko.

Następnie zespół badawczy chce wiedzieć, czy jądro jest magazynem innych lekkich pierwiastków, co może wyjaśniać, dlaczego zewnętrzne jądro Ziemi jest mniej gęste, niż oczekiwano.

„Czy jądro jest głównym rezerwuarem pierwiastków, takich jak węgiel i wodór, które są tak ważne dla życia planet? Jeśli tak, czy strumienie tych pierwiastków z jądra w całej historii (Ziemi) wpłynęły na ewolucję planet? Nie mogę się doczekać zbadania powiązań pomiędzy helem a innymi lekkimi pierwiastkami” – mówi Horton. „Być może można by wykorzystać hel do śledzenia innych pierwiastków na granicy rdzenia i płaszcza”.