Ученые обнаружили удивительное количество редкой разновидности гелия, называемой гелий-3, в вулканических породах на острове Баффин в Канаде, что подтверждает теорию о том, что благородный газ просачивается из ядра Земли — и просачивается на протяжении тысячелетий.
Как сообщает CNN, исследовательская группа также обнаружила гелий-4 в горных породах.
В то время как гелий-4 распространен на Земле, гелий-3 легче найти в других частях космоса, вот почему ученые были удивлены, обнаружив большее количество этого элемента, чем сообщалось ранее, в скалах на острове Баффин. Исследование, описывающее это открытие, опубликовано недавно в журнале Nature.
“На самом базовом уровне во Вселенной мало 3He (гелия-3) по сравнению с 4He (гелия-4)”, - отмечает ведущий автор исследования Форрест Хортон, младший научный сотрудник департамента геологии и геофизики океанографического института Вудс-Хоул.
“3He редок на Земле, потому что он не производился на планете и не добавлялся к ней в значительных количествах, и он теряется в космосе, - добавил Хортон. – По мере того как каменистая часть Земли перемешивается и конвекционирует, как горячая вода на плите, материал поднимается, охлаждается и опускается. На стадии охлаждения гелий выбрасывается в атмосферу, а затем в космос.”
Обнаружение элементов, которые просачиваются из ядра Земли, может помочь ученым получить представление о том, как наша планета формировалась и эволюционировала с течением времени, а новые находки предоставляют доказательства, подтверждающие существующую гипотезу о том, как появилась наша планета.
Остров Баффин, напоминает CNN, является самым большим островом Канады. Это также пятый по величине остров в мире.
Высокое соотношение гелия-3 к гелию-4 было впервые обнаружено в вулканических породах острова Баффин Солвей Ласс-Эванс в рамках ее докторантуры под руководством ученого из Эдинбургского университета Финлея Стюарта. Их результаты были опубликованы в журнале Nature в 2003 году.
Состав планеты является отражением элементов, которые ее сформировали, и предыдущие исследования показали, что незначительные количества гелия-3, вытекающего из ядра Земли, подтверждают популярную теорию о том, что наша планета возникла в солнечной туманности — облаке газа и пыли, которое, вероятно, разрушилось из-за ударной волны от взрыва. близлежащая сверхновая, которая содержала этот элемент.
Хортон и его коллеги пошли еще дальше, когда в 2018 году провели исследование на острове Баффин, изучая лаву, которая извергалась миллионы лет назад, когда Гренландия и Северная Америка раскололись, освободив место для нового морского дна. Ученые хотели исследовать горные породы, которые могут содержать информацию о содержимом, заключенном в ядре Земли и мантии, основном твердом слое недр Земли, расположенном под ее поверхностью.
Исследователи на вертолет добрались до отдаленного, потустороннего ландшафта острова, где потоки лавы образовали высокие скалы, мимо проплывают гигантские айсберги, а белые медведи бродят по береговой линии. По словам Хортона, местные организации, в том числе Ассоциация инуитов Кикиктани и Научно-исследовательский институт Нунавута, предоставили исследователям доступ, консультации и защиту от медведей.
“Этот район на Баффиновом острове имеет особое значение как священные земли для местных сообществ, так и как научное окно в глубины Земли”, - сказал он.
Арктические породы, которые исследовали Хортон и его команда, показали удивительно более высокие показатели содержания гелия-3 и гелия-4, чем сообщалось в предыдущих исследованиях, и результаты измерений варьировались в зависимости от собранных ими образцов.
“Многие лавы полны ярко-зеленого оливина (также известного как драгоценный камень перидот), поэтому откалывать свежие кусочки каменным молотком было так же захватывающе, как в детстве разбивать жеоды: каждый камень был сокровищем, которое предстояло обнаружить, - сказал Хортон. – И какими научными сокровищами они оказались!”
По словам Хортона, на каждый миллион атомов гелия-4 приходится всего около одного атома гелия-3. Команда измерила около 10 миллионов атомов гелия-3 на грамм кристаллов оливина.
“Наши измерения высокого содержания 3He / 4He предполагают, что газы, предположительно унаследованные от солнечной туманности во время формирования Солнечной системы, сохраняются на Земле лучше, чем считалось ранее”, - сказал он.
Но как вообще гелий-3 оказался в горных породах? Ответ может быть найден еще во времена большого взрыва, который, создавая Вселенную, также высвободил большое количество водорода и гелия. Эти элементы со временем были включены в формирование галактик.
Ученые полагают, что наша солнечная система сформировалась 4,5 миллиарда лет назад в пределах солнечной туманности. По данным НАСА, когда пылевое облако схлопнулось в результате взрыва сверхновой, образовавшийся материал образовал вращающийся диск, который в конечном итоге дал начало нашему солнцу и планетам.
Гелий, унаследованный от солнечной туманности, вероятно, оказался запертым в ядре Земли по мере формирования планеты, превратив ядро в резервуар благородных газов. Когда гелий-3 просочился из ядра, он поднялся на поверхность через мантию в виде магматических шлейфов, которые в конечном итоге изверглись на острове Баффин.
“Во время извержения подавляющее большинство газов из магмы вырвалось в атмосферу”, - сказал Хортон. “Только кристаллы оливина, выросшие до извержения, улавливали и сохраняли гелий из глубин Земли”.
Новое исследование подтверждает идею о том, что гелий-3 вытекает из ядра Земли и происходит это уже некоторое время, но исследователи не совсем уверены, когда начался этот процесс.
“Лавам около 60 миллионов лет, а подъем мантийного шлейфа занял, возможно, десятки миллионов лет”, - сказал Хортон. “Таким образом, гелий, который мы измерили в этих породах, должен был покинуть ядро, возможно, 100 миллионов лет назад или, возможно, намного раньше”.
По его словам, утечка гелия из ядра Земли не влияет на нашу планету и не имеет каких-либо негативных последствий. Благородный газ не вступает в химическую реакцию с веществом, поэтому он не окажет воздействия на человечество или окружающую среду.
Далее исследовательская группа хочет выяснить, является ли ядро хранилищем других легких элементов, что могло бы объяснить, почему внешнее ядро Земли менее плотное, чем ожидалось.
