Главная Новости Новое исследование объясняет «странное» поведения гелия на Земле

Новое исследование объясняет «странное» поведения гелия на Земле

Новое исследование, проведенное Университетом Нью-Мексико, обнаружило древний, первобытный гелий-3, вытекающий из ядра Земли. Ученые предполагают, что наша планета сформировалась внутри звездной туманности, и до сих пор таит в себе геологическую летопись наиболее древних времен.

Глобальные потери

Каждый год около 2 кг редкого изотопного газа гелия-3 вытекает из недр Земли, в основном вдоль системы срединно-океанических хребтов - ряда подводных вулканов по всему земному шару. Гелий-3 является первородным, он образовался вскоре после Большого взрыва и был получен из солнечной туманности при формировании Земли.

>

Кроме того, геохимические данные свидетельствуют о наличии на Земле глубоких резервуаров гелия-3, однако их местонахождение и количество не определены.

Залежи гелия состоят из двух стабильных изотопов - более распространенного гелия-4 и редкого гелия-3. В отличие от земного гелия-4, который в основном образуется при распаде урана и тория, гелий-3 был синтезирован после Большого взрыва и попал на Землю во время ее формирования.

Теперь ученые создали математическую модель обмена летучими веществами во время формирования и эволюции Земли.

Предполагается, что металлическое ядро – это негерметичный резервуар, который снабжает гелием-3 остальную часть планеты. Полученные результаты также дают основание предположить, что из ядра в мантию могут просачиваться и другие летучие вещества.

Гелий-3 зарождается в основном в туманностях - огромных облаках пыли и других основных элементов, таких как водород и ионизированные газы.

"Гелий-3 был синтезирован в очень ранней истории Вселенной, в течение нескольких секунд после Большого взрыва", - говорит Петер Олсон, геофизик и ведущий автор работы "Первобытный обмен гелия-3 между ядром и мантией Земли", опубликованной недавно в журнале Американского геофизического союза "Геохимия, геофизика, геосистемы".

"Это исследование помогает идентифицировать ядро как источник утечки, а не мантию. Его возраст составляет 13 с лишним миллиардов лет... место, где, по-видимому, утечка происходит с наибольшей скоростью, - это центры спрединга Срединного океанического хребта. Это границы плит, где создается новая океаническая кора”.

"Во-первых, он (гелий-3 – Alter Science) попал туда не недавно. Это первобытный элемент, и некоторые места, откуда он просачивается, связаны с ядром. Например, источник лавы, из которой состоят Гавайи и Исландия, как полагают, происходит из плюмов, поднимающихся через мантию из области границы ядра и мантии”.

Результаты исследования

По задумке учееных, исследование должно было ответить на два основных вопроса:

  1. Как гелий-3 попал в земные глубины?
  2. Как гелий-3 покидает ядро Земли?

"Газ, из которого состоит Солнечная система, на 15% состоит из гелия", - говорит Олсон.

По словам ученого, это второй по распространенности элемент в Солнечной системе. Очевидный способ его попадания на Землю – в процессе формирования планеты, на той стадии, когда она была окутана туманным газом, а ее поверхность была расплавлена. Газ просто растворился в раскаленном протоядре.

Ученые объяснили, каким образом гелий-3 покидает Землю

Позже растущая Земля захватывала метеориты, камни и даже кометы. Она стремительно увеличивалась в размерах на протяжении 10 миллионов лет, и только после истечения этого срока немного “успокоилась”.

Больше того, атмосфера вновь образованной планеты также приобрела стабильность, но ее химический состав не отличался от туманности. По сути, это был расплав, который обеспечивал разделение горячей мантии и постепенно остывавшего ядра.

Поверхность Земли была настолько горячей, что океан магмы-атмосферы просто поглотил остатки гелия. По мере охлаждения ядра гелий вместе с расплавленной магмой опустился вглубь планеты.

По оценкам ученых, в ядре могло раствориться несколько петаграммов (1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 граммов) гелия-3.

Вопрос втом, как гелий – и в достаточно больших количествах – оказался в мантии. Возможно, он попал туда благодаря поздним кометам или астероидам, но проблема в том, что гелий не является плотным материалом. Он "плавает" на поверхности. Просто так доставить его на глубину почти что нереально.

Однако если мы имеем дело с планетарной туманностью, то у нас есть необходимое давление, “проталкивающее” гелий на большую глубину, вплоть до внутренних частей планеты.

 

Второй шаг в этом процессе сложен, поскольку необходимо истощить мантию, прежде чем он начнет вытекать из ядра. Многочисленные исследования предполагают, что гелий был потерян, когда Земля затвердела после "Гигантского удара", во время образования Луны, когда прото-Земля столкнулась с большой планетой, эквивалентной по размерам Марсу. Это предположение, которое не имеет прямых доказательств, но объясняет “гелиевый” феномен нашей планеты.

Именно Гигантский удар “запустил” механизм обычной диффузии и конвекции в мантии. “Заработала” и тектоника плит. Мантия, включая остатки гелия, опустилась вниз, к ядру. Позже он начал подниматься на поверхность, используя для “передвижения” вулканы и молодые горы.

Сегодня объем утечки гелия составляет где-то около двух кг в год, что, возможно, достаточно для наполнения 50 воздушных шаров в зависимости от их размера.

По сути, это древний след грандиозных геофизических событий в ранней истории Земли. А также доказательство того, что идея о небулярной ингаляции верна.

Если бы гелий был доставлен позже астероидами и кометами, врезавшимися в Землю через миллионы лет после ее образования, то его запасы были бы на много более скромными, чем на сегодняшний день. Что, в свою очередь, гарантирует тектонику плит и формирование протоусловий для возникновения жизни на Земле.