Новое исследование с моделированием предполагает, что чрезвычайно редкий тип гелия, который был образован вскоре после Большого взрыва, вытекает из металлического ядра Земли.
Подавляющее большинство этого газа во Вселенной, называемого гелием-3, является первичным и образовалось сразу после Большого взрыва, примерно 13,8 миллиарда лет назад. Часть этого гелия-3 присоединилась к другим частицам газа и пыли в солнечной туманности — огромном, вращающемся и коллапсирующем облаке, которое, как считается, привело к созданию Солнечной системы.
Исследователи заявили, что открытие того, что ядро Земли, вероятно, содержит обширный резервуар с гелием-3, является ещё одним доказательством в поддержку идеи о том, что Земля сформировалась внутри процветающей солнечной туманности, а не на её периферии или во время её убывающей фазы.
Гелий-3 — это «чудо природы и ключ к истории Земли, говорящий о том, что в недрах Земли всё ещё находится значительное количество этого изотопа», — считает ведущий автор исследования Питер Олсон (Peter Olson), геофизик из Университета Нью-Мексико.
Гелий-3 — это изотоп, или вариант, гелия, который имеет в своём ядре один нейтрон вместо обычных двух. Это редкий газ, составляющий всего 0,0001% гелия на Земле. Он возникает в результате различных процессов, таких как радиоактивный распад трития, редкого радиоактивного изотопа водорода. Но поскольку гелий — один из самых ранних элементов, существовавших во Вселенной, большая часть гелия-3, вероятно, возникла в результате Большого взрыва.
Учёные уже знали, что около 2 кг гелия-3 ежегодно выходит из недр Земли, в основном вдоль системы срединно-океанических хребтов, где встречаются тектонические плиты, написали учёные в исследовании, опубликованном онлайн 28 марта в журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
Этого «достаточно, чтобы заполнить воздушный шар размером с ваш стол», — отметил Олсон.
Однако учёные не были точно уверены в том, сколько гелия-3 поступило из ядра по сравнению с мантией, и сколько гелия-3 находилось в резервуарах Земли.
Чтобы это исследовать, группа специалистов смоделировала содержание гелия в течение двух важных этапов истории Земли: раннего формирования планеты, когда она ещё только накапливала гелий, и после образования Луны, когда наша планета потеряла много этого газа. Учёные считают, что Луна образовалась, когда около 4 миллиардов лет назад с Землёй столкнулся колоссальный объект размером с Марс.
Это событие должно было расплавить земную кору и позволить большей части гелия внутри нашей планеты улетучиться.
Однако тогда Земля не потеряла весь свой гелий-3. Наша планета всё ещё содержит некоторое количество этого редкого газа, который продолжает просачиваться из её недр. Ядро может являться хорошим местом для такого резервуара, «потому что оно менее уязвимо для крупных ударов по сравнению с другими частями земной системы», — пишут учёные в своём исследовании, и оно не участвует в циклическом движении тектонических плит, что также может выделять газообразный гелий.
Исследователи связали современную скорость утечки гелия-3 с моделями поведения изотопа гелия. В итоге расчёты показали, что в ядре Земли находится от 22 миллиардов фунтов (10 тераграммов) до 2 триллионов фунтов (1 пентаграмм) гелия-3 — огромное количество, указывающее на то, что Земля сформировалась в солнечной туманности с высокой концентрацией газа.
Их модели газообмена — обмена во время формирования и эволюции Земли — предполагают, что металлическое ядро является негерметичным резервуаром, который снабжает остальную часть Земли гелием-3, — говорят эксперты.
Однако, поскольку эти результаты основаны на моделировании, они не являются железными. Команде пришлось сделать ряд предположений — например, что Земля приняла гелий-3, когда он образовался в солнечной туманности, что гелий вошёл в состав металлов, формирующих ядро, и что некоторое количество гелия покинуло ядро и попало в мантию. Эти предположения, в дополнение к другим неопределённостям, включая то, как долго существовала солнечная туманность по сравнению со скоростью, с которой формировалась Земля, означают, что в ядре может быть меньше гелия-3, чем они рассчитали, заявили учёные.
Однако в будущем исследователи надеются найти больше подсказок, подтверждающих их выводы. Например, обнаружение других газов, созданных туманностями, таких как водород, которые просачиваются с Земли из тех же мест и с той же скоростью, что и гелий-3, может быть «дымящимся пистолетом», показывающим, что источником является ядро, сказал Олсон. — Тайн гораздо больше, чем фактов, — добавил учёный.
