Sursa ascunsă: Nucleul Pământului ascunde un rezervor uriaș de heliu – aproximativ două miliarde de tone de heliu-3, izotopul primordial, ar putea fi legat în metalul din nucleu, după cum au calculat cercetătorii. Acest heliu a fost reținut în miez atunci când s-a format Pământul și se ridică doar încet prin “scurgeri” în straturile suprapuse ale Pământului. Acest lucru ar putea explica de unde provine heliul care încă mai emană astăzi din regiunile vulcanice, după cum explică cercetătorii.
Deși heliul este al doilea cel mai abundent element din cosmos, el este extrem de rar pe Pământ. Motivul este volatilitatea extremă a acestui gaz ușor: odată eliberat, el se ridică inexorabil și nu este ținut în loc de gravitația Pământului. Prin urmare, depozitele de heliu de pe Pământ nu pot exista decât în cavități subterane închise de la suprafață – și, prin urmare, sunt rare.
În timp ce o parte din gazul nobil, sub forma izotopului heliu-4, se formează în timpul dezintegrării radioactive a uraniului și a toriului din rocile din scoarța și mantaua Pământului, acest lucru nu este valabil și pentru izotopul heliu-3. Atomii săi s-au format la scurt timp după Big Bang. Prin urmare, Pământul trebuie să fi absorbit acest izotop primordial din mediul său cosmic în timpul formării sale în norul primordial solar.
Unde este rezervorul de heliu de adâncime?
Ceea ce este ciudat, însă, este că în urmă cu aproape 4,5 miliarde de ani, coliziunea Pământului cu protoplaneta Theia a făcut ca cea mai mare parte a mantalei și a crustei Pământului să se evapore din nou. Tot heliul ar fi trebuit să fie degazat în acel moment. “Dar, în ciuda acestui fapt, aproximativ două kilograme din izotopul rar de heliu-3 scapă din interiorul Pământului în fiecare an, mai ales la nivelul dorsalelor medio-ocenelor”, explică Peter Olson și Zachary Sharp de la Universitatea New Mexico din Albuquerque.
Prin urmare, undeva în interiorul Pământului trebuie să existe un rezervor mare și vechi de heliu. Dar unde se află și cum a supraviețuit în ciuda gazeificării în timpul formării Lunii nu a fost clar până acum. Aici intervine studiul realizat de Olson și Sharp. Ipoteza lor: Rezervorul de heliu terestru trebuie să se afle în nucleul Pământului, deoarece acesta a fost în mare parte ferit de coliziunea care a dus la formarea Lunii.
Prin urmare, cu ajutorul experimentelor de laborator și al modelelor geofizice, cercetătorii au investigat dacă și cum ar fi putut pătrunde heliul primordial în nucleul tânărului Pământ. Pe baza acestei potențiale rezerve inițiale, ei au determinat apoi cât heliu ar putea fi încă prezent în miez în prezent.
Cu fierul scufundat în miez
Rezultatele sugerează următorul scenariu: atunci când Pământul primordial era încă acoperit de un ocean de magmă incandescentă, heliul din atmosfera primordială densă și bogată în heliu a planetei s-a amestecat în roca topită. Conform calculelor efectuate de Olson și Sharp, aproximativ 690 de miliarde de tone de heliu-3 au pătruns în interiorul Pământului în timpul oceanului de magmă. Cea mai mare parte a acestui gaz nobil a rămas legată în rocă după ce magma s-a solidificat – dar nu toată.
“Experimentele arată că doar o mică parte din heliul dizolvat în topitura de silicați a trecut în fluidele bogate în fier, pe măsură ce acestea se scufundau prin oceanul de magmă în adâncuri”, explică cercetătorii. “Dar acest puțin a fost suficient pentru a transporta cantități substanțiale de heliu-3 în nucleul proto-Pământului.” Folosind modelele lor, ei estimează că numai în primii 7,5 milioane de ani, cantitatea transportată în miez a fost de cel puțin 2,2 miliarde de tone de heliu-3 – o cantitate enormă. Apoi, când s-a format nucleul bogat în fier al Pământului, acest heliu a rămas prins în metalul său.
Manta și miezul în echilibru
Dar ce s-a întâmplat de atunci? Cantitatea de heliu-3 care trece din nucleul Pământului înapoi în mantaua terestră depinde nu numai de factori precum temperatura și natura graniței nucleu-manta, ci mai ales de gradientul de concentrație dintre cele două straturi ale Pământului. Deoarece mantaua Pământului a pierdut aproape tot heliul imediat după coliziunea care a dus la formarea Lunii, în urmă cu aproximativ 4,54 miliarde de ani, mai mult heliu a trecut din nucleu în manta în acel moment.
Cu toate acestea, în timp, acest proces s-a stabilizat: “Conținutul de heliu-3 din mantaua Pământului se îndreaptă spre un echilibru, nucleul Pământului compensând pierderile de gazare de la suprafață”, explică Olson și Sharp. Prin urmare, nucleul Pământului încă pierde heliu în mantaua, dar mult mai puțin decât în primele zile ale Pământului. Aceștia presupun un transfer de heliu de aproximativ 800 moli pe an la granița nucleu-mantolă.
Cea mai mare parte a heliului 3 este încă acolo.
În general, cercetătorii au concluzionat că nucleul Pământului trebuie să conțină și astăzi o cantitate enormă de heliu-3. Prin urmare, acest rezervor de mare adâncime ar putea conține aproximativ două miliarde de tone de heliu-3. “Este un miracol al naturii și o cheie a istoriei Pământului faptul că cantități semnificative din acest izotop primordial sunt încă prezente în interiorul Pământului”, spune Olson.
Acest lucru ar fi dublat de faptul că heliul ar putea fi legat în apropierea limitei nucleu-mantol sub forma unui mineral exotic, au stabilit oamenii de știință în 2019. Potrivit studiului, mineralul stabil care conține heliu, FeO2He, se poate forma în căldura și presiunea din mantaua inferioară a Pământului. Acest lucru ar putea explica de ce heliul este predominant gazeificat la vulcanii din punctele fierbinți și la unele dorsale oceanice medii: acolo, fluxurile ascendente aduc rocile din mantaua inferioară în aer – și cu ele heliul.
