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 виверженьПід 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 умовамиМолодший 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 результатРаніше 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 ЗемлюЦе 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.
