Учёные обнаружили изотопы гелия-3 и 4 в скальных породах Арктики. Существует немалая вероятность того, что эти породы «родились» в ядре Земли, конечно, очень давно. Это открытие, возможно, прольёт свет на природу ядра планеты, о котором люди пока что знают очень мало. Но сейчас есть предположение, что иногда вещество ядра может проникать через мантию и поступать на поверхность вместе с лавой. Подробности — под катом.

Причём здесь изотопы гелия?

Дело в том, что гелий-3 — достаточно редкий изотоп гелия. Он рассматривается в качестве практически идеального топлива для термоядерных реакторов, в том случае, если коммерческие модели будут когда-либо созданы.

Кроме того, гелий-3 также является первичным элементом нашей планеты, который может пролить свет на ключевые процессы в ядре. Например, возникновение защитного магнитного поля Земли, которое сыграло важную роль в появлении жизни на Земле.

Большая часть гелия-3 во Вселенной возникла почти во времена Большого взрыва, произошедшего 13,8 миллиарда лет назад. Когда около 4,6 миллиардов лет назад Земля начала формироваться, гелий-3 из прототуманности оказался в ловушке её ядра, где он остаётся вместе с другими первичными элементами по сей день. Предыдущие исследования показали, что следовые количества этого редкого элемента могут вымываться из ядра и достигать поверхности Земли, но подробности этого процесса пока неясны.

Хорошо, давайте узнаем больше о ядре!

Совсем недавно учёные под руководством Форреста Хортона, геохимика из Океанографического института Вудс-Хоул, обнаружили, что древние потоки лавы с Баффиновой Земли, массива суши в канадском Арктическом архипелаге, содержат самое высокое соотношение гелия-3 (3He) к гелию-4 (4He). Во втором случае речь идёт ещё об одном изотопе, который встречается в земных вулканических породах. Команда предполагает, что «чрезвычайно высокое содержание гелия 3He/4He в этих породах может объясняться проникновением вещества из ядра Земли на поверхность». Это открытие может объяснить историю появления различных химических элементов на нашей планете.

«Высокое содержание 3He/4He в этих вулканических породах делает их особенно важными для понимания истории формирования Земли и её глубоких недр. Поскольку большая часть изотопа 3He, предположительно, была захвачена Землёй во время формирования планет, породы с особенно высоким относительным содержанием 3He дают ключ к разгадке планетарной аккреции и последующей эволюции планеты и её ядра», — сообщили исследователи.

Проблема в изучении пород, о которых идёт речь, в том, что расположены они в удалённом регионе, так что учёные добирались до места на вертолётах, предоставленных Канадой. Но исследования не были напрасны — учёным удалось выяснить, что концентрация изотопов гелия в этом месте гораздо выше, чем где-либо ещё. Это и натолкнуло учёных на мысль, что древние породы на Баффиновой Земле содержат элементы вещества ядра нашей планеты.

Особенно высоким оказалось содержание гелия-3. Обычно один атом этого изотопа приходится на миллион атомов гелия-4. В породах острова его гораздо больше, что, как считают учёные, подтверждает гипотезу «утечки». Сами по себе изотопы могут служить ключом к разгадке тайны формирования планеты и её ядра.

На данный момент, как утверждают учёные, о ядре, в целом, известно только то, что оно существует. Ранее также считалось, что ядро, мантия и кора геохимически изолированы, т. е. вещество не перемещается между слоями либо такое перемещение минимально. Как выяснилось, это не так — время от времени вещество из нижних слоёв проникает на поверхность.

Ядро Земли как сокровищница первичных элементов

Речь идёт о том, что в ядре нашей планеты, скорее всего, содержится большое количество элементов, которые изначально присутствовали в веществе прототуманности, из которой и «родилась» Солнечная система. Что касается изотопов гелия, то они показывают, что существуют вертикальные потоки вещества, обмен между глубинными и поверхностными слоями.

К слову, гелий-3, в отличие от гелия-4, не возникает на Земле вследствие радиоактивного распада. Это элемент, который попал в ядро изначально, миллиарды лет назад.

Изучение происхождения гелия-3 может не только пролить свет на эволюцию Солнечной системы и её объектов, но и позволить выяснить, где наиболее высокая концентрация этого изотопа. Уже известно, что на Луне его достаточно много, скорее всего, многие метеориты также содержат большие количества гелия-3. И если инженеры и учёные смогут создать термоядерные реакторы, то этот элемент послужит ценнейшим топливом, позволяющим получать большое количество энергии.

«Во многих отношениях наше исследование поднимает больше вопросов, чем даёт ответов, поэтому предстоит ещё много работы, — заявил глава исследовательской группы. — Важный вопрос заключается в том, если предположить, что гелий вытекает из ядра, ускользнут ли из ядра какие-либо другие элементы? И когда эти элементы мигрировали в каменистую часть планеты?»

«Мне особенно интересно исследовать потенциальные “миграционные” связи гелия и других элементов, включая водород и углерод. Последние два — “кирпичики”, на которых зиждется жизнь на Земле», — заключил он. «Ещё одним следствием нашего исследования является то, что мантийные шлейфы, доставляющие материал из недр Земли, со временем развиваются; систематическое изучение эволюции мантийного плюма может дать более чёткую картину процессов вблизи границы ядро-мантия», — добавил учёный.