الهليوم القديم البدائي الذي تم تشكيله في أعقاب الانفجار العظيم يتسرب من قلب الأرض ، حسبما أفاد العلماء في دراسة جديدة.
ليس هناك سبب للقلق. الأرض لا تنكمش مثل البالون الحزين. ما يعنيه ذلك هو أن الأرض تشكلت داخل السديم الشمسي – السحابة الجزيئية التي ولدت الشمس ، وهي تفاصيل حول ولادة كوكبنا لم يتم حلها منذ فترة طويلة.
كما يشير إلى أن الغازات البدائية الأخرى قد تتسرب من لب الأرض إلى الوشاح ، والتي بدورها يمكن أن توفر معلومات حول تكوين السديم الشمسي.
يأتي الهيليوم على الأرض في نظيرين مستقرين. الأكثر شيوعًا هو الهليوم -4 ، مع نواة تحتوي على بروتونين واثنين من النيوترونين. يمثل الهيليوم -4 أروند 99.99986٪ من كل الهيليوم على كوكبنا.
النظير المستقر الآخر ، الذي يمثل حوالي 0.000137٪ من الهيليوم الأرضي ، هو الهليوم 3 ، مع بروتونين ونيوترون واحد.
الهليوم -4 هو في الأساس نتاج الاضمحلال الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم ، المصنوع هنا على الأرض. على النقيض من ذلك ، فإن الهيليوم 3 هو في الغالب بدائي ، يتكون في اللحظات التي تلت الانفجار العظيم ، ولكن يمكن أيضًا إنتاجه عن طريق الاضمحلال الإشعاعي للتريتيوم.
إنه نظير الهيليوم 3 الذي تم الكشف عنه وهو يتسرب من باطن الأرض ، في الغالب على طول نظام التلال البركانية في منتصف المحيط ، مما يعطينا مؤشرًا جيدًا على المعدل الذي يهرب به من القشرة.
هذا المعدل هو حوالي 2000 جرام (4.4 رطل) في السنة: “بما يكفي لملء بالون بحجم مكتبك ،” يشرح الجيوفيزيائي بيتر أولسون من جامعة نيو مكسيكو.
“إنها إحدى عجائب الطبيعة ، ودليل لتاريخ الأرض ، أنه لا يزال هناك قدر كبير من هذا النظير في باطن الأرض.”
ما هو أقل وضوحا هو المصدر. كم من الهليوم 3 قد يخرج من اللب ، مقابل الكمية الموجودة في الوشاح.
هذا من شأنه أن يخبرنا عن مصدر النظير. عندما تشكلت الأرض ، قامت بذلك عن طريق تراكم المواد من الغبار والغاز العائم حول الشمس الوليدة.
الطريقة الوحيدة التي يمكن أن توجد بها كميات كبيرة من الهليوم -3 داخل نواة الكواكب هي إذا تشكلت في سديم مزدهر. هذا يعني ، ليس على أطرافها ، ولا كما تبددت وانفجرت.
قام أولسون وزميله ، عالم الكيمياء الجيولوجية زاكاري شارب من جامعة نيو مكسيكو ، بالتحقيق من خلال نمذجة مخزون الأرض من الهيليوم أثناء تطوره. أولاً ، أثناء تشكله ، عملية تراكم خلالها الكوكب الأولي ودمج الهيليوم ؛ ثم بعد الأثر العظيم.
يعتقد علماء الفلك أن هذا يحدث عندما يكون حجم الجسم في حجم كوكب المريخ اصطدمت بأرض صغيرة جدًا ، مما أدى إلى تطاير الحطام في مدار الأرض ، وفي النهاية يتشكل مرة أخرى القمر.
خلال هذا الحدث ، الذي كان سيعيد صهر الوشاح ، كان الكثير من الهيليوم المحبوس داخل الوشاح قد فقد. ومع ذلك ، فإن اللب أكثر مقاومة للتأثير ، مما يشير إلى أنه يمكن أن يكون خزانًا فعالًا تمامًا للاحتفاظ بالهيليوم 3.
في الواقع ، هذا ما وجده الباحثون. باستخدام المعدل الحالي الذي يتسرب به الهليوم 3 من الداخل ، بالإضافة إلى نماذج سلوك نظائر الهيليوم ، وجد أولسون وشارب أنه من المحتمل أن يكون هناك 10 تيراغرام (10)13 غرام) إلى بيتغرام (1015 غرام) من الهليوم -3 في قلب كوكبنا.
يشير هذا إلى أن الكوكب يجب أن يكون قد تشكل داخل سديم شمسي مزدهر. ومع ذلك ، لا تزال هناك العديد من الشكوك. إن احتمالية تلبية جميع الشروط لعزل الهليوم 3 في قلب الأرض منخفضة إلى حد ما – مما يعني أنه قد يكون هناك عدد أقل من النظائر مما يوحي به عمل الفريق.
ومع ذلك ، من الممكن أن يكون هناك أيضًا كميات وفيرة من الهيدروجين البدائي في قلب كوكبنا ، والتي تم التقاطها في نفس العملية التي ربما تكون قد تراكمت فيها الهيليوم -3. يقول الباحثون إن البحث عن دليل على تسرب الهيدروجين يمكن أن يساعد في التحقق من صحة النتائج.
تم نشر البحث في الجيوكيمياء والجيوفيزياء والأنظمة الجيولوجية.