W jądrze Ziemi odkryto spore ilości helu

Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego dokonali fascynującego odkrycia, które może zrewolucjonizować nasze rozumienie struktury wewnętrznej Ziemi. Ich badania wykazały, że hel – jeden z najlżejszych i najbardziej nieuchwytnych pierwiastków we wszechświecie – pod wpływem ekstremalnego ciśnienia może tworzyć związki z żelazem. To przełomowe odkrycie sugeruje, że głęboko w jądrze naszej planety, gdzie żelazo jest poddawane kolosalnemu ściskaniu, może istnieć nieznany dotąd rezerwuar helu. Wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Physical Review Letters.

Na Ziemi hel występuje w postaci dwóch stabilnych izotopów. Dominującym jest hel-4, stanowiący 99,99986% całego ziemskiego helu, powstający w wyniku radioaktywnego rozpadu uranu i toru. Drugi izotop, hel-3, jest niezwykle rzadki i ma głównie pierwotne pochodzenie – powstał krótko po Wielkim Wybuchu, na początku istnienia wszechświata.

Dotychczas naukowcy sugerowali, że hel-3 obecny w gazach wulkanicznych może pochodzić ze starożytnego złoża znajdującego się w płaszczu Ziemi, które zostało uwięzione podczas formowania się planety. Jednakże najnowsze badania zespołu kierowanego przez Harukiego Takezawę wskazują na alternatywne źródło – jądro Ziemi.

Aby zweryfikować swoją hipotezę, japońscy fizycy wykorzystali zaawansowane narzędzie badawcze – nagrzewaną laserowo prasę diamentową. Urządzenie to pozwoliło odtworzyć ekstremalne warunki panujące głęboko we wnętrzu naszej planety: ciśnienie od 5 do 55 gigapaskali (50 000 do 550 000 razy wyższe od ciśnienia atmosferycznego) oraz temperaturę sięgającą od 1000 do 3000 stopni Celsjusza – wystarczająco wysoką, aby stopić iryd, metal znany ze swojej wyjątkowej odporności na ciepło.

Rezultaty eksperymentu okazały się zdumiewające. Wcześniejsze badania sugerowały, że żelazo może wiązać jedynie mikroskopijne ilości helu – zaledwie kilka części na milion. Jednak w nowym eksperymencie naukowcy zarejestrowali zawartość helu wynoszącą aż 3,3% masy żelaza, co przewyższa poprzednie dane pięć tysięcy razy.

„W normalnych warunkach hel łatwo ulatnia się – każdy widział, jak balony tracą gaz. Aby uniknąć strat, przeprowadziliśmy pomiary chemiczne w niskich temperaturach, co pozwoliło nam wykryć jego obecność w żelazie" – wyjaśnia fizyk Kei Hirose, jeden z autorów badania.

To odkrycie ma fundamentalne znaczenie dla naszego rozumienia wewnętrznej struktury Ziemi oraz pochodzenia helu-3. Jeśli ten rzadki izotop rzeczywiście znajduje się w jądrze, to właśnie ono, a nie dolny płaszcz, może być źródłem helu wykrywanego w gazach wulkanicznych. Ponadto badanie sugeruje, że podobne procesy mogły zachodzić na Księżycu i Marsie, gdzie rdzeń również mógł uwięzić pierwotny hel podczas formowania się tych ciał niebieskich.

Odkrycie niesie ze sobą jeszcze jedną fascynującą implikację: jeśli hel był szeroko rozpowszechniony w okresie formowania się Ziemi, to samo mogło dotyczyć wodoru – kluczowego pierwiastka w tworzeniu się wody. Może to pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, jak powstała nasza planeta i skąd wzięła się woda na jej powierzchni – jedno z najważniejszych pytań w naukach o Ziemi.

Przyszłe badania z pewnością pozwolą przetestować te hipotezy i być może doprowadzą do przeredagowania historii ewolucji Ziemi i innych planet. Odkrycie japońskich fizyków pokazuje, jak wiele wciąż nie wiemy o naszej własnej planecie, i otwiera nowe, fascynujące ścieżki badawcze w geofizyce, geochemii i planetologii.