Обнаружение предполагает, что в ядре Земли могут находиться огромные количества гелия

Исследователи из Японии и Тайваня впервые показали, что гелий, обычно считающийся химически инертным, может связываться с железом при высоких давлениях. Для этого они использовали лазерно-нагреваемую ячейку с алмазными наковальнями. Открытие предполагает, что в ядре Земли могут находиться огромные количества гелия. Это может бросить вызов давним представлениям о внутренней структуре и истории планеты и даже раскрыть детали о туманности, из которой сформировалась наша Солнечная система.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

При вулканических извержениях часто обнаруживаются следы так называемого первичного гелия (³He), который не образуется на Земле и отличается от обычного гелия (⁴He), непрерывно продуцируемого радиоактивным распадом. Высокие отношения ³He/⁴He в вулканических породах, особенно на Гавайях, заставляли учёных полагать, что в глубинах мантии существуют резервуары первичного вещества, содержащего ³He.

Однако аспирант Харуки Такэдзава и группа профессора Кей Хиросэ с факультета наук о Земле и планетах Токийского университета теперь бросили вызов этой точке зрения, используя новый подход к знакомому эксперименту — сжатию веществ под высоким давлением. В лазерно-нагреваемой ячейке с алмазными наковальнями они сжимали смесь железа и гелия при давлении 5–55 гигапаскалей (что соответствует 50 000–550 000 атмосфер) и температурах от 1000 до почти 3000 Кельвинов.

В отличие от предыдущих исследований, которые показывали лишь следовые количества гелия в железе (около 7 частей на миллион), в этом эксперименте было обнаружено, что соединения железа содержат до 3,3% гелия — примерно в 5000 раз больше. Ключом к успеху стало проведение измерений при криогенных температурах, что предотвратило утечку гелия.

Это открытие имеет значение для понимания происхождения Земли. Наличие гелия в ядре предполагает, что молодая Земля, вероятно, захватила часть газа из солнечной туманности из водорода и гелия, окружавшей раннюю Солнечную систему. Это также может означать, что часть земной воды могла произойти от водорода в этом древнем газе, предлагая новую перспективу на раннее развитие планеты.