Nucleul Pământului ar putea ascunde un rezervor vast de heliu primordial

Descoperirea surprinzătoare că unul dintre cele mai ușoare elemente din Univers se poate lega de fier sub presiune ridicată pentru a forma heliură de fier sugerează că am putea greși în privința chimiei care alcătuiește straturile cele mai profunde ale planetei noastre. Ce ne arată un rezervor de heliu primordial?

Asta înseamnă că heliul ar putea fi amestecat în nucleul Pământului, unde fierul se află în starea sa cea mai comprimată. De fapt, potrivit unei echipe conduse de fizicianul Haruki Takezawa, de la Universitatea din Tokyo (Japonia), inima densă a planetei noastre ar putea găzdui un rezervor semnificativ de heliu primordial.

• Pungile de perfuzii ar pompa microplastice direct în fluxul sanguin, sugerează oamenii de știință
• Cercetătorii au găsit o legătură între dietă și cancerul pulmonar

Pe Pământ, heliul există sub doi izotopi stabili. Cel mai comun este heliu-4, al cărui nucleu conține doi protoni și doi neutroni. Acesta reprezintă aproximativ 99,99986% din întregul heliu de pe planetă. Celălalt izotop stabil, heliu-3, are doi protoni și un singur neutron și constituie doar 0,000137% din heliul terestru. Heliul-4 este produs în principal prin dezintegrarea radioactivă a uraniului și toriului pe Pământ, în timp ce heliul-3 este în mare parte primordial, format la scurt timp după Big Bang, deși o mică parte provine din dezintegrarea radioactivă a tritiului (hidrogen-3).

Pământul ar ascunde cantități mari de heliu primordial

Interesant este că, atunci când un vulcan erupe, mici cantități de heliu-3 sunt detectate în gazele emanate din adâncuri. Acest lucru i-a determinat pe oamenii de știință să presupună că heliul primordial ar putea fi prins în manta, capturat din nebuloasa solară de gaz și praf din care s-a format planeta noastră.

Însă studiul realizat de Takezawa și colegii săi sugerează o altă posibilă sursă.

„Am petrecut mulți ani studiind procesele geologice și chimice care au loc în profunzimea Pământului. Experimentele trebuie să reproducă condițiile de temperaturi și presiuni extreme implicate în aceste procese. Astfel, utilizăm adesea o celulă cu nicovală de diamant încălzită cu laser pentru a aplica astfel de presiuni asupra probelor și a observa rezultatele”, explică fizicianul Kei Hirose, de la Universitatea din Tokyo, în al cărui laborator au fost realizate experimentele.

„În acest caz, am comprimat fierul și heliul împreună sub o presiune cuprinsă între 5 și 55 gigapascali și la temperaturi de la 1.000 până la aproape 3.000 de kelvini. Aceste presiuni sunt echivalente cu de 50.000-550.000 de ori presiunea atmosferică, iar temperaturile mai ridicate utilizate ar putea topi iridiul, un material rezistent la căldură folosit în bujiile motoarelor auto”, spune cercetătorul, citat de Science Alert.

Ce știam până acum despre heliu?

Studiile anterioare arătaseră că heliul se leagă de fier doar în cantități infime, de ordinul câtorva părți de heliu la un milion de părți de fier. Însă, în experimentele lor, Takezawa și echipa sa au observat un raport heliu-fier de până la 3,3%, de aproape 5.000 de ori mai mare decât cel raportat anterior, o diferență pe care cercetătorii i-o atribuie designului experimentului lor.

„Heliul tinde să scape foarte ușor în condiții ambientale; toată lumea a văzut un balon umflat cum se dezumflă și cade. Așadar, a trebuit să găsim o metodă care să împiedice acest lucru în timpul măsurătorilor”, explică Hirose.

„Deși sinteza materialelor s-a realizat la temperaturi ridicate, măsurătorile pentru detectarea chimică au fost efectuate la temperaturi extrem de scăzute, criogenice. În acest fel, am împiedicat heliul să se piardă și am reușit să-l detectăm în fier”, continuă omul de știință.

Ce putem învăța de la acest heliu primordial?

Această descoperire sugerează că, deși heliul este chimic inert în condiții obișnuite și nu reacționează cu alte elemente, el poate fi forțat să interacționeze în condiții extreme. Astfel, heliul primordial ar fi putut fi absorbit de Pământ în timpul formării sale, legându-se de fier și fiind izolat în nucleu în timpul procesului de diferențiere planetară. Aceeași ipoteză s-ar putea aplica și pentru nucleele Lunii și ale planetei Marte.

Dacă acest lucru se confirmă, implicațiile sunt importante. Heliul primordial din nucleul Pământului ar putea fi sursa izotopului detectat în gazele vulcanice, în loc să provină dintr-un rezervor prins în manta.

Mai mult decât atât, heliul nu este singurul element care există sub formă primordială, hidrogenul, cel mai ușor element, are și el un izotop primordial. Dacă heliul primordial a fost prezent în abundență în timpul formării Pământului, este posibil ca și hidrogenul să fi fost, contribuind astfel la apariția apei timpurii pe planetă.

În viitor, cercetările ar putea explora mai detaliat aceste posibilități.

Studiul a fost publicat în revista Physical Review Letters.

Vă recomandăm să citiți și:

Test de cultură generală. De ce Pluto nu este planetă?

O nouă teorie pentru originea particulelor cu cea mai mare energie din Univers

Cu un pas mai aproape de a rezolva misterul formării planetelor

Roiurile stelare tinere dau naștere unor obiecte misterioase, au descoperit astronomii