من الممكن أن يكون قلب الأرض يسرب الهيليوم لملايين السنين

قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بمعلومات عن الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي وغير ذلك الكثير..

سي إن إن
—

اكتشف العلماء كمية مذهلة من نسخة نادرة من الهيليوم، تسمى الهيليوم 3، في الصخور البركانية في جزيرة بافين بكندا، مما يدعم النظرية القائلة بأن الغاز النادر يهرب من قلب الأرض – وكان كذلك منذ آلاف السنين.

اكتشف فريق البحث أيضًا الهيليوم -4 في الصخور.

على الرغم من أن الهيليوم-4 شائع على الأرض، إلا أن الهيليوم-3 يمكن العثور عليه بسهولة أكبر في أي مكان آخر في الكون، لذلك فوجئ العلماء باكتشاف كمية أكبر من العنصر مما تم الإبلاغ عنه سابقًا في صخور جزيرة بافين. دراسة تصف الاكتشاف نشرت مؤخرا في المجلة طبيعة.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة، فورست هورتون، وهو عالم مشارك في قسم الجيولوجيا والجيوفيزياء في وودز هول: “على المستوى الأساسي، يوجد القليل من 3He (هيليوم-3) في الكون مقارنة بـ 4He (هيليوم-4)”. معهد علوم المحيطات. ، في رسالة بالبريد الإلكتروني.

وأضاف هورتون: “3إنه نادر على الأرض لأنه لم يتم إنتاجه أو إضافته إلى الكوكب بكميات كبيرة ويتم فقده في الفضاء”. “بينما يتحرك الجزء الصخري من الأرض ويتحرك مثل الماء الساخن على الموقد، ترتفع المادة وتبرد وتنخفض.
أثناء مرحلة التبريد، يُفقد الهيليوم إلى الغلاف الجوي ومن ثم إلى الفضاء.

يمكن أن يساعد اكتشاف العناصر المتسربة من قلب الأرض العلماء على فهم أفضل لكيفية تشكل كوكبنا وتطوره مع مرور الوقت، وتوفر النتائج الجديدة دليلاً لتعزيز الفرضية الحالية حول كيفية ولادة كوكبنا.

جزيرة بافين، الواقعة في إقليم نونافوت، هي أكبر جزيرة في كندا. كما أنها خامس أكبر جزيرة في العالم.

تم اكتشاف نسبة عالية من الهيليوم -3 إلى الهيليوم -4 لأول مرة في الصخور البركانية في جزيرة بافين بواسطة سولفي لاس إيفانز أثناء دراسته للدكتوراه تحت إشراف العالم فينلي ستيوارت من جامعة إدنبرة. ونشرت النتائج التي توصلوا إليها في الطبيعة عام 2003.

إن تكوين الكوكب هو انعكاس للعناصر التي تكونه، و البحث السابق اكتشف أن آثار الهيليوم 3 المتسربة من قلب الأرض تدعم النظرية الشائعة القائلة بأن كوكبنا نشأ في سديم شمسي – سحابة من الغاز والغبار من المحتمل أنها انهارت بسبب موجة الصدمة من مستعر أعظم قريب – والتي كانت تحتوي على العنصر.

ذهب هورتون وزملاؤه إلى أبعد من ذلك عندما فعلوا ذلك أجرى بحثًا في جزيرة بافن في عام 2018يدرسون الحمم البركانية التي اندلعت منذ ملايين السنين عندما انفصلت جرينلاند وأمريكا الشمالية، مما أفسح المجال لقاع بحر جديد. لقد أرادوا دراسة الصخور التي قد تحتوي على معلومات حول المحتويات الموجودة في قلب الأرض ووشاحها، وهي الطبقة الصلبة في الغالب من باطن الأرض تحت سطحها.

سافر الباحثون بطائرة هليكوبتر للوصول إلى المناظر الطبيعية النائية في الجزيرة، حيث شكلت تدفقات الحمم البركانية منحدرات شاهقة، وتطفو الجبال الجليدية العملاقة، وتطارد الدببة القطبية الساحل. وقال هورتون إن المنظمات المحلية، بما في ذلك جمعية كيكيقتاني إنويت ومعهد نونافوت للأبحاث، زودت الباحثين بإمكانية الوصول والمشورة والحماية من الدببة.

وقال: “تتمتع هذه المنطقة من جزيرة بافن بأهمية خاصة، سواء باعتبارها أرضا مقدسة للمجتمعات المحلية أو كنافذة علمية إلى أعماق الأرض”.

وكشفت الصخور القطبية الشمالية التي درسها هورتون وفريقه عن قياسات أعلى بشكل مدهش للهليوم -3 والهيليوم -4 من تلك التي أبلغت عنها الأبحاث السابقة، وتباينت القياسات بين العينات التي تم جمعها.

“تمتلئ العديد من الحمم البركانية بالزبرجد الزيتوني الأخضر الزاهي (المعروف أيضًا باسم الزبرجد)، لذا كان كسر القطع الطازجة بمطرقة أمرًا مثيرًا مثل كسر الجيود عندما كان طفلاً: كانت كل صخرة بمثابة كنز يجب اكتشافه. » قال هورتون. “وما هي الكنوز العلمية التي تبين أنها!”

وقال هورتون إن هناك ذرة هيليوم-3 واحدة فقط لكل مليون ذرة هيليوم-4. قام الفريق بقياس حوالي 10 ملايين ذرة هيليوم -3 لكل جرام من بلورات الزبرجد الزيتوني.

وقال: “تشير قياساتنا العالية 3He/4He إلى أن الغازات، التي من المحتمل أنها ورثت من السديم الشمسي أثناء تكوين النظام الشمسي، محفوظة بشكل أفضل على الأرض مما كان يعتقد سابقًا”.

لكن كيف انتهى الأمر بالهيليوم-3 في الصخور؟

قد تعود الإجابة إلى الانفجار الكبير، الذي أطلق أيضًا خلال خلق الكون وفرة من الهيدروجين والهيليوم. وقد تم دمج هذه العناصر في تكوين المجرات مع مرور الوقت.

ويعتقد العلماء أن نظامنا الشمسي تشكل قبل 4.5 مليار سنة داخل سديم شمسي. عندما انهارت سحابة الغبار وتحولت إلى مستعر أعظم، شكلت المادة الناتجة قرصًا دوارًا أدى في النهاية إلى ظهور شمسنا والكواكب، وفقًا لـ ناسا.

ومن المحتمل أن الهيليوم الموروث من السديم الشمسي وجد نفسه محبوسا في نواة الأرض أثناء تكوين الكوكب، مما يجعل النواة مخزنا للغازات النادرة. عندما هرب الهيليوم-3 من النواة، ارتفع إلى السطح من خلال الوشاح على شكل أعمدة من الصهارة التي اندلعت في النهاية في جزيرة بافين.

وقال هورتون: “خلال الثوران، هربت الغالبية العظمى من الغازات الموجودة في الصهارة إلى الغلاف الجوي”. “فقط بلورات الزبرجد الزيتوني التي نمت قبل الانفجار هي التي احتجزت الهيليوم وحافظت عليه من أعماق الأرض.”

يدعم البحث الجديد فكرة أن الهيليوم 3 يتسرب من باطن الأرض لبعض الوقت، لكن الباحثين غير متأكدين من متى بدأت هذه العملية بالضبط.

وقال هورتون: “يبلغ عمر الحمم البركانية حوالي 60 مليون سنة، وربما استغرق ظهور عمود الوشاح عشرات الملايين من السنين”. “لذا فإن الهيليوم الذي قمنا بقياسه في هذه الصخور ربما يكون قد هرب من القلب قبل 100 مليون سنة، أو حتى قبل ذلك بكثير”.

وأضاف أن تسرب الهيليوم من باطن الأرض لا يؤثر على كوكبنا وليس له آثار سلبية. لا يتفاعل الغاز النبيل كيميائيًا مع المادة، لذلك لن يكون له أي تأثير على البشرية أو البيئة.

بعد ذلك، يريد فريق البحث تحديد ما إذا كان اللب عبارة عن مخزن للعناصر الخفيفة الأخرى، وهو ما قد يفسر سبب كون اللب الخارجي للأرض أقل كثافة من المتوقع.

“هل النواة هي خزان رئيسي لعناصر مثل الكربون والهيدروجين، وهو أمر مهم للغاية من حيث صلاحية الكواكب للسكن؟ إذا كان الأمر كذلك، فهل أثرت تدفقات هذه العناصر من القلب على مدار تاريخ (الأرض) على تطور الكواكب؟ وقال هورتون: “أنا متحمس لدراسة الروابط بين الهيليوم والعناصر الخفيفة الأخرى”. “ربما يمكن استخدام الهيليوم لتتبع العناصر الأخرى عبر حدود الوشاح الأساسي.”