Первичный гелий, появившийся миллиарды лет назад, вытекает из ядра Земли

Древний гелий, образовавшийся в результате Большого взрыва, вытекает из ядра Земли, сообщают ученые в новом исследовании.

Нет причин для тревоги. Земля не сдувается, как воздушный шарик. На самом деле это означает, что Земля сформировалась внутри солнечной туманности — молекулярного облака, которое породило Солнце, — деталь о рождении нашей планеты, которая долгое время оставалась нерешенной.

Это также предполагает, что другие первичные газы могут просачиваться из ядра Земли в мантию, что, в свою очередь, может дать информацию о составе солнечной туманности.

Гелий на Земле представлен двумя стабильными изотопами. Безусловно, наиболее распространенным является гелий-4 с ядром, содержащим два протона и два нейтрона. Гелий-4 составляет около 99,99986% всего гелия на нашей планете.

Другой стабильный изотоп, составляющий примерно 0,000137% земного гелия, — это гелий-3 с двумя протонами и одним нейтроном.

Гелий-4 — это прежде всего продукт радиоактивного распада урана и тория, произведенный прямо здесь, на Земле. Напротив, гелий-3 в основном является первичным, образовавшимся сразу после Большого взрыва, но он также может быть получен в результате радиоактивного распада трития.

Было обнаружено, что изотоп гелия-3 вытекает из недр Земли, в основном вдоль системы срединно-океанических вулканических хребтов, что дает нам довольно хорошее представление о скорости, с которой он покидает кору.

Скорость составляет около 2000 граммов в год: «достаточно, чтобы заполнить воздушный шар размером с ваш стол», — объясняет геофизик Питер Олсон из Университета Нью-Мексико.

«Это чудо природы и ключ к истории Земли, что в недрах Земли все еще находится значительное количество этого изотопа».

Что менее ясно, так это происхождение; сколько гелия-3 может выходить из ядра по сравнению с тем, сколько находится в мантии.

Это подскажет нам источник изотопа. Когда Земля формировалась, она аккумулировала материал из пыли и газа, плавающих вокруг новорожденного Солнца.

Единственный способ, которым значительное количество гелия-3 могло бы находиться внутри планетарного ядра, — это если бы он образовался в бурно развивающейся туманности. Значит, не на его окраине, и не так, как он рассеялся и сдулся.

Олсон и его коллега, геохимик Закари Шарп из Университета Нью-Мексико, провели исследование, смоделировав запасы гелия на Земле по мере ее эволюции. Во-первых, процесс образования протопланеты, во время которого она накапливала и включала гелий; а затем после Великого удара.

Астрономы считают, что это произошло, когда объект размером с Марс врезался в очень молодую Землю, отправив обломки на орбиту Земли, которые в конечном итоге воссоединились, образовав Луну.

Во время этого события, которое привело бы к повторному расплавлению мантии, большая часть гелия, заключенного внутри мантии, была бы потеряна. Ядро, однако, более устойчиво к ударам, что позволяет предположить, что оно может быть весьма эффективным резервуаром для удержания гелия-3.

Собственно, это и нашли исследователи. Используя текущую скорость утечки гелия-3 изнутри, а также модели поведения изотопа гелия, Олсон и Шарп обнаружили, что вероятно 10 тераграммов (1013 граммов) на петаграмм (1015 граммов) гелия-3 в ядро нашей планеты.

Это говорит о том, что планета должна была сформироваться внутри процветающей солнечной туманности. Однако остается несколько неопределенностей. Вероятность выполнения всех условий для секвестрации гелия-3 в ядре Земли умеренно низка, а это означает, что изотопа может быть меньше, чем предполагает работа команды.

Тем не менее, вполне возможно, что в ядре нашей планеты также имеется обильный первичный водород, вовлеченный в тот же процесс, в котором мог накапливаться гелий-3. По словам исследователей, поиск доказательств утечки водорода может помочь подтвердить выводы.

Исследование опубликовано в журналах Geochemistry, Geophysics, Geosystems.

Источники: Фото: (ESA/NASA)