Відкриття того, що інертний гелій може утворювати зв’язки з залізом, може змінити наше розуміння історії Землі. Дослідники з Японії та Тайваню зробили революційне відкриття, вперше продемонструвавши, що гелій — якийякий довгий час вважався хімічно інертним — може зв’язуватися з залізом за екстремального тиску. Використовуючи лазерно-нагріту алмазну ковадло, вони спостерігали цю несподівану взаємодію, що свідчить про можливу наявність величезних запасів гелію у ядрі Землі. Це відкриття кидає виклик давнім теоріям про внутрішню структуру планети та її історію і може дати нові уявлення про первісну туманність, з якої виникла наша Сонячна система.
Докази з вулканічних вивержень
Під час вивержень вулкани викидають переважно гірські породи та мінерали, але іноді також випускають сліди рідкісного газу — первісногопервісного гелію. На відміну від більш поширеного ізотопу гелію-4 (⁴He), який містить два протони і два нейтрони та утворюється внаслідок радіоактивного розпаду, первісний гелій—гелій-3 (³He) — міститьмістить лише один нейтрон і не утворюється на Землі. Його наявність дає цінні підказки про глибокий інтер’єр нашої планети та її космічне походження.
Експеримент з екстремальними умовами
Молодший науковий співробітник Харукі Такедзава та група професора Кей Хіросе з Токійського університету вирішили перевірити давню гіпотезу про гелій у мантії Землі. Для цього вони застосували добре відомий науковий метод — розчавлювання матеріалів під високим тиском.
“Я багато років досліджую геологічні та хімічні процеси, які відбуваються глибоко всередині Землі. Щоб відтворити екстремальні умови її надр, ми використовуємо лазерно-нагріту алмазну ковадло, яка дозволяє досягти необхідного тиску. У цьому випадку ми помістили залізо та гелій під тиск від 5 до 55 гігапаскалів та нагрівали їх до температур від 1 000 до 3 000 кельвінів. Це відповідає приблизно 50 000–550 000 разів більшому тиску, ніж атмосферний.” — пояснює Хіросе.
Неочікуваний результат
Раніше експерименти показували лише незначні сліди гелію, приблизно 7 частин на мільйон у складі заліза. Проте в цьому дослідженні команда виявила, що сполуки заліза містять до 3,3% гелію, що у 5 000 разів більше, ніж зафіксовано раніше.
Хіросе пояснює, що така велика концентрація може бути пов’язана з унікальними умовами експерименту:
“Гелій легко випаровується при звичайних умовах—всі бачили, як надувні кульки здуваються і падають. Тому ми використовували особливий метод: синтез сполук відбувався при високих температурах, але вимірювання здійснювалися в надзвичайно холодних, кріогенних умовах. Це запобігло втраті гелію та дозволило нам його зафіксувати.”
Наслідки для науки про Землю
Це відкриття може мати важливі наслідки для нашого розуміння походження Землі. Наявність гелію у ядрі свідчить про те, що молода Земля, ймовірно, захопила частину газу з первісної сонячної туманності, яка оточувала ранню Сонячну систему. Це також може означати, що частина земної води походить від водню з цієї давньої туманності, відкриваючи новий погляд на формування нашої планети.