В ядре Земли нашли огромное количество гелия — ученые вынуждены пересмотреть историю планеты

11 березня 2025 р. 12:48

11 березня 2025 р. 12:48

Японские и тайваньские исследователи пришли к выводу, что в земном ядре может содержаться большое количество первичного гелия.

Долгое время считалось, что гелий — инертный газ, однако ученые утверждают, что в ядре Земли он может связываться с железом под чрезвычайно высоким давлением. Исследователи использовали ячейку с алмазной наковальней, которую нагревали лазером и наблюдали за взаимодействием гелия с железом.

Это открытие бросает вызов привычным теориям о внутренней структуре планеты и истории ее формирования, и может предоставить понимание того, как формировалась туманность ранней Солнечной системы из водорода и гелия.

В процессе вулканических извержений, в первую очередь, на поверхность попадают минералы и камни, однако также выбрасываются следы инертного газа, известного как первичный гелий.

В отличие от распространенного изотопа гелия-4 (⁴He), состоящего из двух протонов и двух нейтронов, который непрерывно вырабатывается в процессе радиоактивного распада, первичный гелий-3 (³He) имеет только один нейтрон и не образуется на Земле.

Учитывая высокое соотношение ³ He/ ⁴ He, которое было обнаружено в вулканических породах, исследователи долгое время считали, что глубоко в мантии Земли есть первичные материалы, содержащие гелий-3. Однако аспирант Харуки Такезава и члены группы профессора Кея Хиросэ с кафедры наук о Земле и планетах Токийского университета теперь бросают вызов этому мнению, предлагая новый взгляд на знакомый эксперимент — дробление вещей.

«Я провел много лет, изучая геологические и химические процессы, происходящие глубоко в недрах Земли. Учитывая высокие температуры и давление, эксперименты по исследованию некоторых аспектов этой среды должны воспроизводить эти экстремальные условия. Поэтому мы часто обращаемся к ячейке с алмазной наковальней, нагреваемой лазером, чтобы предоставить образцам такое давление и увидеть результат. В этом случае мы измельчали железо и гелий вместе под давлением около 5-55 гигапаскалей и при температурах от 1000 до почти 3000 кельвинов. Эти давления соответствуют давлению, примерно в 50 000-550 000 раз превышающему атмосферное, а более высокие температуры могли расплавить иридий — материал, который часто используется в свечах зажигания автомобильных двигателей из-за его высокой термической устойчивости», — объясняет профессор Кей Хиросэ.

Предыдущие исследования обнаружили лишь незначительные следы соединений железа с гелием в количестве 7 частиц железа на миллион частиц гелия. Однако исследователи обнаружили, что измельченные соединения железа содержали до 3,3% гелия, что примерно в 5 тыс. раз больше, чем было обнаружено до этого.

«Гелий имеет тенденцию очень легко испаряться в окружающей среде; все видели, как надувной шар увядает и уменьшается. Поэтому нам нужен был способ избежать этого при проведении наших измерений. Хотя мы проводили синтез материалов при высоких температурах, химические измерения проводились при чрезвычайно низких, или криогенных, температурах. Это предотвратило испарение гелия и позволило нам обнаружить гелий в железе», — отметил Кей Хиросэ.

Это открытие может иметь большое значение для понимания того, как образовалась наша планета. Наличие первичного гелия в ядре Земли указывает на то, что молодая планета, вероятно, захватила часть газа из солнечной туманности из водорода и гелия, которая окружала Солнечную систему на ранних этапах формирования Это также может означать, что часть воды на Земле могла образоваться из водорода.

Ядро Марса укрыто «теплым одеялом» из радиоактивной магмы, которое искажает его размеры

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters

Источник: SciTech Daily

Наука