Первобытный гелий, образовавшийся миллиарды лет назад, похоже, вытекает из ядра Земли

Древний, первобытный гелий, образовавшийся после Большого взрыва, вытекает из ядра Земли, сообщают ученые в новом исследовании.

Нет причин для тревоги. Земля не сдувается, как грустный воздушный шарик. Но это означает, что Земля сформировалась внутри солнечной туманности - молекулярного облака, из которого родилось Солнце, и эта деталь рождения нашей планеты долгое время оставалась неразрешенной.

Это также предполагает, что из ядра Земли в мантию могут просачиваться другие первобытные газы, что, в свою очередь, может дать информацию о составе солнечной туманности.

Гелий на Земле представлен двумя стабильными изотопами. Самым распространенным является гелий-4, ядро которого содержит два протона и два нейтрона. На долю гелия-4 приходится около 99,99986 процента всего гелия на нашей планете.

Другой стабильный изотоп, составляющий всего около 0,000137 процента земного гелия, - это гелий-3 с двумя протонами и одним нейтроном.

Гелий-4 в основном является продуктом радиоактивного распада урана и тория, производимых прямо здесь, на Земле. Гелий-3, напротив, в основном первозданный, образовавшийся в моменты после Большого взрыва, но он также может быть получен в результате радиоактивного распада трития.

Именно изотоп гелия-3 был обнаружен при утечке из недр Земли, в основном вдоль системы срединно-океанических вулканических хребтов, что дает нам довольно точное представление о скорости его выхода из коры.

Эта скорость составляет около 2 000 граммов (4,4 фунта) в год: "примерно столько, чтобы наполнить воздушный шар размером с ваш стол", - объясняет геофизик Питер Олсон из Университета Нью-Мексико.

"Это чудо природы и ключ к разгадке истории Земли, что в недрах Земли все еще сохраняется значительное количество этого изотопа".

Что менее ясно, так это происхождение: сколько гелия-3 может выходить из ядра, а сколько находится в мантии.

Это позволило бы определить источник изотопа. Когда Земля сформировалась, она накопила материал из пыли и газа, плавающего вокруг новорожденного Солнца.

Значительное количество гелия-3 могло оказаться внутри планетарного ядра только в том случае, если оно образовалось в процветающей туманности. То есть не на ее окраинах и не в процессе рассеивания и разлета.

Олсон и его коллега, геохимик Закари Шарп из Университета Нью-Мексико, провели исследование, смоделировав запасы гелия на Земле в процессе ее эволюции. Сначала в процессе ее формирования, когда протопланета накапливала и включала в себя гелий, а затем после Великого столкновения.

Астрономы считают, что во время этого удара объект размером с Марс врезался в очень молодую Землю, отправив обломки на орбиту Земли, которые в конечном итоге рекомбинировались и образовали Луну.

Во время этого события, которое привело бы к повторному плавлению мантии, большая часть гелия, запертого в мантии, была бы потеряна. Ядро, однако, более устойчиво к ударам, что позволяет предположить, что оно может быть довольно эффективным резервуаром для сохранения гелия-3.

Фактически, именно это и обнаружили исследователи. Используя текущую скорость утечки гелия-3 из недр, а также модели поведения изотопов гелия, Олсон и Шарп обнаружили, что в ядре нашей планеты, вероятно, находится от 10 тераграммов (1013 граммов) до петаграмма (1015 граммов) гелия-3.

Это говорит о том, что планета должна была сформироваться внутри процветающей солнечной туманности. Однако остается несколько неопределенностей. Вероятность того, что все условия были выполнены для сохранения гелия-3 в ядре Земли, умеренно низка - это означает, что изотопа может быть меньше, чем предполагается в работе команды.

Однако возможно, что в ядре нашей планеты также имеется большое количество первобытного водорода, попавшего в тот же процесс, который мог привести к накоплению гелия-3. Поиск доказательств утечки водорода может помочь подтвердить полученные результаты, говорят исследователи.

Исследование было опубликовано в журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems.