Японські та тайванські дослідники дійшли висновку, що у земному ядрі може міститись велика кількість первинного гелію.
Довгий час вважалось, що гелій — інертний газ, однак науковці стверджують, що у ядрі Землі він може зв’язуватись із залізом під надзвичайно високим тиском. Дослідники використали осередок з алмазним ковадлом, який нагрівали лазером та спостерігали за взаємодією гелію із залізом.
Це відкриття кидає виклик звичним теоріям про внутрішню структуру планети та історію її формування, і може надати розуміння того, як формувалась туманність ранньої Сонячної системи з водню та гелію.
В процесі вулканічних вивержень, у першу чергу, на поверхню потрапляють мінерали й каміння, однак також викидаються сліди інертного газу, відомого як первинний гелій.
На відміну від поширеного ізотопу гелія-4 (⁴He), що складається з двох протонів та двох нейтронів, і безперервно виробляється у процесі радіоактивного розпаду, первинний гелій-3 (³He) має тільки один нейтрон і не утворюється на Землі.
Враховуючи високе співвідношення 3He/4 He, яке було виявлено у вулканічних породах, дослідники тривалий час вважали, що глибоко у мантії Землі є первинні матеріали, які містять гелій-3. Проте аспірант Харукі Такезава та члени групи професора Кея Хіросе з кафедри наук про Землю та планети Токійського університету тепер кидають виклик цьому погляду, пропонуючи новий погляд на знайомий експеримент — дроблення речей.
«Я провів багато років, вивчаючи геологічні та хімічні процеси, що відбуваються глибоко у надрах Землі. Враховуючи високі температури та тиск, експерименти з дослідження деяких аспектів цього середовища мають відтворювати ці екстремальні умови. Тому ми часто звертаємося до осередку з алмазним ковадлом, що нагрівається лазером, щоб надати зразкам такий тиск і побачити результат. У цьому випадку ми подрібнювали залізо та гелій разом під тиском близько 5–55 гігапаскалів та при температурах від 1000 до майже 3000 кельвінів. Ці тиски відповідають тиску, що приблизно в 50 000-550 000 разів перевищує атмосферний, а більш високі температури могли розплавити іридій — матеріал, який часто використовується у свічках запалювання автомобільних двигунів через його високу термічну стійкість», — пояснює професор Кей Хіросе.
Попередні дослідження виявили лише незначні сліди поєднань заліза з гелієм у кількості 7 часток заліза на мільйон часток гелію. Однак дослідники виявили, що подрібнені сполуки заліза містили до 3,3% гелію, що приблизно у 5 тис. разів більше, ніж було виявлено до цього.
«Гелій має тенденцію дуже легко випаровуватися за навколишніх умов; всі бачили, як надувна куля в’яне і зменшується. Тому нам потрібен був спосіб уникнути цього під час проведення наших вимірювань. Хоча ми проводили синтез матеріалів за високих температур, хімічні вимірювання проводилися за надзвичайно низьких, або кріогенних, температур. Це запобігло випаровуванню гелію і дозволило нам виявити гелій у залізі», – зазначив Кей Хіросе.
Це відкриття може мати велике значення для розуміння того, як утворилась наша планета. Наявність первинного гелію в ядрі Землі вказує на те, що молода планета, ймовірно, захопила частину газу з сонячної туманності з водню та гелію, яка оточувала Сонячну систему на ранніх етапах формування. Це також може означати, що частина води на Землі могла утворитись з водню.
Ядро Марса вкрите «теплою ковдрою» з радіоактивної магми, яка спотворює його розміри
Дослідження опубліковане у журналі Physical Review Letters
Джерело: SciTech Daily
Повідомити про помилку
Текст, який буде надіслано нашим редакторам: