توصلت دراسة نمذجة جديدة إلى أن نوعًا نادرًا للغاية من الهيليوم تم إنشاؤه بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم يتسرب من قلب الأرض المعدني.
الغالبية العظمى من هذا الغاز في الكون ، المسمى الهليوم -3 ، بدائي وقد تم إنشاؤه بعد الانفجار الكبير حدثت منذ حوالي 13.8 مليار سنة. بعض من هذا الهليوم -3 قد ينضم إلى جزيئات غاز وغبار أخرى في السديم الشمسي - السحابة الشاسعة والدوارة والمنهارة التي يُعتقد أنها أدت إلى إنشاء النظام الشمسي .
قال الباحثون إن اكتشاف أن نواة الأرض تحتوي على الأرجح على خزان ضخم من الهيليوم -3 هو دليل إضافي لدعم فكرة أن الأرض تشكلت داخل سديم شمسي مزدهر ، وليس على محيطها أو أثناء مرحلة تضاؤلها.
الهليوم -3 "أحد عجائب الطبيعة ، ودليل لتاريخ الأرض ، أنه لا يزال هناك قدر كبير من هذا النظير في باطن الأرض ، "قال المؤلف الرئيسي للدراسة بيتر أولسون ، عالم الجيوفيزياء بجامعة نيو مكسيكو ، في بيان (يفتح في علامة تبويب جديدة).
الهليوم 3 هو نظير أو متغير للهليوم يحتوي على نيوترون واحد بدلاً من الاثنين المعتاد في نواته. إنه غاز نادر ، يشكل 0.0001٪ فقط من الهيليوم على الأرض. يأتي من عمليات مختلفة ، مثل الاضمحلال الإشعاعي للتريتيوم ، وهو نظير مشع نادر للهيدروجين. ولكن نظرًا لأن الهليوم هو أحد أقدم العناصر الموجودة في الكون ، فمن المحتمل أن يأتي الهليوم 3 من الانفجار العظيم.
كان العلماء يعرفون بالفعل أن حوالي 4.4 رطل (2 كيلوجرام) من الهليوم -3 يهرب من باطن الأرض سنويًا ، ومعظمهم على طول نظام التلال في منتصف المحيط حيث الصفائح التكتونية لقاء ، كتب الباحثون في الدراسة التي نُشرت على الإنترنت في 28 مارس في مجلة Geochemistry، Geophysics، Geosystems (يفتح في علامة تبويب جديدة).
قال أولسون إن هذا "يكفي لملء بالون بحجم مكتبك".
لكن العلماء لم يكونوا متأكدين بالضبط من مقدار الهليوم 3 الذي أتى من اللب مقابل الوشاح ، وكم كان الهليوم 3 في خزانات الأرض.
للتحقيق ، قام فريق البحث بنمذجة وفرة الهيليوم خلال مرحلتين مهمتين من تاريخ الأرض:التكوين المبكر للكوكب ، عندما كان لا يزال يتراكم الهيليوم ، وبعد تكوين القمر ، عندما فقد كوكبنا الكثير من هذا الغاز. يعتقد العلماء أن القمر تشكل عندما اصطدم جسم ضخم بحجم كوكب المريخ بالأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة.
كان من الممكن أن يؤدي هذا الحدث إلى إذابة قشرة الأرض وتمكين جزء كبير من الهيليوم الموجود داخل كوكبنا من الهروب.
ومع ذلك ، لم تفقد الأرض كل ما لديها من الهليوم 3 في ذلك الوقت. لا يزال يحتفظ ببعض الغازات النادرة ، والتي لا تزال تتسرب من أحشاء الأرض. سيكون اللب مكانًا جيدًا لمثل هذا الخزان ، "لأنه أقل عرضة للتأثيرات الكبيرة مقارنة بأجزاء أخرى من نظام الأرض" ، كما كتب الباحثون في الدراسة ، ولا يشارك في دورة الصفائح التكتونية ، والتي أيضًا يطلق غاز الهليوم.
ربط الباحثون معدل تسرب الهيليوم 3 الحديث بنماذج سلوك نظائر الهيليوم. كشفت هذه الحسابات أن ما بين 22 مليار رطل (10 تيراغرام) إلى 2 تريليون رطل (1 خماسي) من الهليوم 3 معلقة في قلب الأرض - كمية هائلة ، تشير إلى أن الأرض تشكلت في سديم شمسي بتركيزات عالية من الغاز.
وكتب الباحثون في الدراسة أن نماذجهم الخاصة بتبادل الغازات "أثناء تكوين الأرض وتطورها تشير إلى أن اللب المعدني يمثل خزانًا متسربًا يمد بقية الأرض بالهيليوم -3".
ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه النتائج تستند إلى النمذجة ، فإن النتائج ليست صارمة. كان على الفريق أن يضع عددًا من الافتراضات - على سبيل المثال ، أن الأرض أخذت الهيليوم 3 أثناء تشكلها في السديم الشمسي ، وأن الهيليوم دخل في المعادن المكونة لللب وأن بعض الهيليوم ترك اللب للغطاء. قال العلماء إن هذه الافتراضات ، بالإضافة إلى أوجه عدم اليقين الأخرى ، بما في ذلك المدة التي استمر فيها السديم الشمسي بالنسبة إلى المعدل الذي تشكلت به الأرض ، تعني أنه قد يكون هناك كمية أقل من الهيليوم -3 في اللب مما حسبوا.
لكن الباحثين يأملون في العثور على مزيد من القرائن التي تدعم نتائجهم. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون العثور على غازات أخرى تم إنشاؤها بواسطة السديم ، مثل الهيدروجين ، والتي تتسرب من الأرض من مواقع مماثلة وبمعدلات مماثلة مثل الهيليوم 3 ، بمثابة "مسدس دخان" يظهر أن اللب هو المصدر. "هناك الكثير من الألغاز أكثر من اليقين."
