Ядро Земли дает течь, утверждают ученые

Ученые обнаружили в вулканических породах на канадском острове Баффин удивительное количество редкой разновидности гелия, называемой гелием-3, что подтверждает теорию об утечке благородного газа из ядра Земли - и это происходит уже тысячелетия.

Исследовательская группа также обнаружила в породах гелий-4.

Если гелий-4 распространен на Земле, то гелий-3 можно найти в других частях космоса, поэтому ученые были удивлены, обнаружив в породах на острове Баффин большее количество этого элемента, чем сообщалось ранее. Исследование, описывающее это открытие, опубликовано недавно в журнале Nature.

"На самом базовом уровне во Вселенной мало 3He (гелия-3) по сравнению с 4He (гелием-4)", - сказал ведущий автор исследования Форрест Хортон, младший научный сотрудник отделения геологии и геофизики Океанографического института Вудс-Хоула, в своем электронном письме.

"3He редко встречается на Земле, потому что он не производится на планете и не добавляется к ней в значительных количествах, и он теряется в космосе", - добавил Хортон. "По мере того как скалистая часть Земли перемешивается и конвектирует, как горячая вода на плите, материал поднимается, охлаждается и опускается.

На стадии охлаждения гелий уходит в атмосферу, а затем в космос".

Обнаружение элементов, вытекающих из ядра Земли, может помочь ученым понять, как формировалась и развивалась наша планета, а новые находки подтверждают существующую гипотезу о том, как возникла наша планета.

КЛАДЕЗЬ "НАУЧНЫХ СОКРОВИЩ

Остров Баффин, расположенный на территории Нунавут, является самым большим островом в Канаде. Он также является пятым по величине островом в мире.

Высокое соотношение гелия-3 и гелия-4 было впервые обнаружено в вулканических породах острова Баффин Солвей Ласс-Эванс в рамках ее докторской диссертации под руководством ученого Финлея Стюарта из Эдинбургского университета. Их выводы были опубликованы в журнале Nature в 2003 году.

Состав планеты - это отражение элементов, из которых она образовалась. Предыдущие исследования показали, что следы гелия-3, просочившиеся из ядра Земли, подтверждают популярную теорию о том, что наша планета возникла в солнечной туманности - облаке газа и пыли, которое, вероятно, разрушилось под воздействием ударной волны близкой сверхновой, содержавшей 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 разделились, освободив место для нового морского дна. Они хотели изучить породы, которые могут содержать сведения о содержимом, запертом в земном ядре и мантии - основном твердом слое недр Земли, расположенном под ее поверхностью.

Исследователи добирались на вертолете до отдаленного острова с потусторонним ландшафтом, где потоки лавы образовали высоченные скалы, плавают гигантские айсберги, а по береговой линии бродят белые медведи. По словам Хортона, местные организации, включая Ассоциацию инуитов Кикиктани и Научно-исследовательский институт Нунавута, обеспечили исследователям доступ, консультации и защиту от медведей.

Арктические породы, которые исследовали Хортон и его команда, показали удивительно высокое содержание гелия-3 и гелия-4, чем сообщалось в предыдущих исследованиях, и эти показатели варьировались между собранными образцами.

"Многие лавы полны ярко-зеленого оливина (известного также как драгоценный камень хризолит), поэтому отламывать свежие куски молотком было так же захватывающе, как в детстве отламывать геоды: каждый камень был сокровищем, которое нужно было обнаружить", - говорит Хортон. "И какими же научными сокровищами они оказались!"

По словам Хортона, на каждый миллион атомов гелия-4 приходится лишь один атом гелия-3. Команда измерила около 10 миллионов атомов гелия-3 на грамм кристаллов оливина.

"Наши измерения высокого содержания 3He/4He указывают на то, что газы, предположительно унаследованные из солнечной туманности во время формирования Солнечной системы, сохранились на Земле лучше, чем считалось ранее", - сказал он.

ПРОСЛЕДИТЬ ИСТОРИЮ ЗЕМЛИ

Но как гелий-3 вообще оказался в горных породах?

Ответ на этот вопрос можно найти еще во времена Большого взрыва, который, породив Вселенную, также выделил огромное количество водорода и гелия. Со временем эти элементы были включены в процесс формирования галактик.

Ученые считают, что наша Солнечная система сформировалась 4,5 миллиарда лет назад в солнечной туманности. Когда пылевое облако разрушилось в результате взрыва сверхновой, образовавшийся материал сформировал вращающийся диск, который в итоге дал начало нашему Солнцу и планетам, сообщает NASA.

Гелий, унаследованный из солнечной туманности, вероятно, оказался заперт в ядре Земли при формировании планеты, что сделало ядро резервуаром благородных газов. По мере утечки гелия-3 из ядра он поднимался к поверхности через мантию в виде шлейфов магмы, которые в итоге изверглись на острове Баффин.

Новое исследование подтверждает идею о том, что гелий-3 просачивается из ядра Земли, и это происходит уже некоторое время, но исследователи не совсем уверены, когда начался этот процесс.

По его словам, утечка гелия из земного ядра не влияет на нашу планету и не имеет никаких негативных последствий. Благородный газ не вступает в химическую реакцию с веществом, поэтому он не окажет влияния 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.