Ново изследване предоставя възможна информация за формирането на Земята

Кредит: обществено достояние CC0

Ново проучване, водено от учени от Университета на Ню Мексико, разкри изтичане на древен, първичен хелий-3 от ядрото на Земята, което предполага, че планетата се е образувала в слънчева мъглявина, което предизвиква нови дебати сред учените.

Всяка година около 2 кг от редкия изотопен газ хелий-3 излиза от вътрешността на Земята, главно по протежение на системата на средноокеанския хребет, редица подводни вулкани по целия свят. Хелий-3 е първичен, създаден малко след Големия взрив и придобит от слънчевата мъглявина по време на формирането на Земята. Геохимичните данни показват, че Земята има дълбоки резервоари на хелий-3, но тяхното местоположение и изобилие са несигурни.

Земният инвентар от хелий се състои от два стабилни изотопа, по-разпространеният хелий-4 и редкият хелий-3. За разлика от земния хелий-4, който се произвежда предимно от разпадането на уран и торий, земният хелий-3 е до голяма степен от първичен произход, синтезиран след Големия взрив и включен в Земята главно по време на неговото формиране.

Сега научните модели на летливи обмени по време на формирането и еволюцията на Земята предполагат металното ядро ​​като пропусклив резервоар, който снабдява останалата част от Земята с хелий-3. Резултатите също така предполагат, че други летливи вещества могат да изтекат от ядрото в мантията. Хелий-3 идва главно от мъглявини, огромен облак от прах и други основни елементи като водород и други йонизирани газове. Като един от първите елементи, произведени във Вселената, повечето хелий-3 е създаден по време на ранните етапи на Големия взрив.

“Хелий-3 е синтезиран много рано в историята на Вселената, много рано, тоест секунди след Големия взрив”, каза Питър Олсън, геофизик и автор на UNM. Mantle“, публикуван наскоро в списанието American Geophysical Union Геохимия, геофизика, геосистеми. “Това изследване помага да се идентифицира ядрото като източник на теча, а не мантията. То е на повече от 13 милиарда години и е измерено да излезе от вътрешността на Земята и мястото, където изтича очевидно с най-бързия темп, е средата на Центрове за разпространение на океанския хребет Това са границите на плочите, където се създава нова океанска кора.

„Две неща са важни, дори и да е малко. Първо, не е стигнало до там наскоро. Това е първичен елемент и някои от местата, от които изтича, са свързани със сърцевината. Например източникът на лавата които съставляват Хавай и Исландия се смята, че произлизат от струи, които се издигат през мантията от граничния регион на ядрото и мантията. Загубата на хелий от земята е глобална. Това не е само на няколко места. То е концентрирано в центровете за разпространение на Средноокеански хребети. Тези центрове на разпространение са глобални, покриват цялата Земя. Хелият също изтича от други среди. Така че, той е глобален и идва от дълбините на земята и това са две заключения, които са наистина твърди, аз мисля.”

Проучването, което включваше и Зак Шарп, геохимик на UNM в Департамента по земни и планетарни науки, включва два аспекта като част от процеса на моделиране: първо, как хелий-3 влезе в дълбоката земя като начало, процеса на придобиване и второ, как излиза. Предишни проучвания показват как хелий-3 прониква, но нито едно не е направило и двете, придобиването на хелий-3 и процеса на извличането му. Двата са фундаментално различни механизми и се появяват в различни времеви мащаби в историята на Земята.

„Процесът на придобиване или газът, който изгражда слънчевата система, всъщност е газът, който изгражда Слънцето, Юпитер и Сатурн и е около 15% хелий“, каза Олсън. „Това е вторият най-разпространен елемент в тези тела (след водорода), което го прави вторият най-разпространен елемент в Слънчевата система. Очевидният начин да получите много хелий-3 в земята е да изградите земята, докато слънчевата мъглявината е била на място около нея. Когато земята е била обвита в мъглявина и ако повърхността на земята е разтопена, тогава газът може да се разтвори в разтопената земя в момента, когато се образува, тъй като газовете лесно се разтварят в чугуна.

„Има много малки комети или малки камъчета, които ние наричаме снежни топки в слънчевата мъглявина, които бавно ще падат към Слънцето само поради гравитационното привличане на Слънцето“, каза Шарп. „Това е физическа сигурност – трябва да се случи. Сега, ако имате планетарни тела, които все още не са напълно развити, и имате камъчета, идващи към слънцето, значи значителна част от „камъчетата“ ще бъдат уловени. гравитационно от вас може да направите нещо с размерите на Земята за 2 милиона години чрез този процес, докато на предишните модели са били необходими над 10 милиона години, за да направят тяло с размерите на Земята.

Учените са използвали модел, който се състои от мъглявина атмосфера, направена от същия състав като слънчевата мъглявина, и инжектиране на този материал в разтопената течност, което осигурява средата, необходима за отделяне на хелия от мантията и ядрото.

„Откривате много бързо, че повърхността ще бъде толкова гореща при тези условия, че ще бъде океан от магма, просто среда, в която можете да разтворите загубата на хелий“, каза Олсън. „Той вкарва хелий в земята, но не и в ядрото, за това трябва да го разтворите в желязото, което образува ядрото. Има лабораторни измервания, които измерват разтворимостта на хелия в свободните метали, като разтопено желязо. Това ни даде оценка за това колко хелий бихте могли да разтворите в ядрото при образуването на Земята. Това е процесът на моделиране за първата стъпка, която ни дава, че получавате един или повече петаграми (1 000 000 000 000 000 грама) хелий-3 в ядрото насам.”

„Добре е накъде отиваме с това. Въпросът е „как можем да вкараме толкова много хелий в мантията“? Винаги е бил проблем, който никога не е бил напълно разрешен”, каза Шарп. “Беше като, да, той е там и може би е от тези късни комети или астероиди, но проблемът е, че хелият не е плътен. Той иска да “плува” на повърхността. Това е като да вземеш плажна топка и да се опиташ да я избуташ на дъното на плувен басейн. Той ще се появи отново. Как да свалим хелия в дълбоката мантия? Това наистина е проблем.

„Обикновено не се обсъжда в случая на идеята за вдишване на мъглявината, но 15% от мъглявината е хелий. По-голямата част от останалата част е водород, така че ето, това е основната част от мъглявиния газ. Ако имате това високо налягане, точно като CO2 като се разтвори във вашата вода в кутия сода, хелият ще се разтвори чак до вътрешността на планетата.”

Втората стъпка в процеса е трудна, защото трябва да изчерпите мантията от хелий-3, преди да започне да изтича от ядрото. Много изследвания предполагат, че хелият е изгубен от мантията, когато Земята се втвърди след „гигантския удар“. Гигантският удар е предполагаемото образуване на Луната при сблъсък между протоЗемята и голяма планета, еквивалентна по размер на Марс.

“Гигантският удар беше толкова разрушително събитие, че мантията на Земята би загубила много от газовете си, включително хелий три. Това е критична стъпка, защото в противен случай ядрото няма да изтече хелий”, каза Олсън. „След като тези две са на място, процесът на бягство, който моделирахме, беше просто обикновена дифузия плюс конвекция в мантията на Земята, която задвижва тектоника на плочите. Това ще транспортира материал от мантията надолу до границата на ядрото и мантията, където ще издърпа хелий-3 от ядрото и го изведете на повърхността над океанските хребети и вулканични горещи точки и може би разлома Рио Гранде тук, в Ню Мексико, например.

„Количеството хелий, което изтича, е около четири паунда на година, може би достатъчно, за да напълни 50 балона в зависимост от размера на балоните“, каза Шарп. „Не е голяма работа, но фактът, че продължава да излиза от земята през цялото време с идеята, че ядрото е важен източник, е доста жизнеспособен. Никой не се интересува от изтичането на хелий от Земята в космоса, но ние вярвайте, че това е пръстов отпечатък за значими ранни събития в историята на нашата планета. Това е доказателство, че идеята за мъглявина инвазия Ако по-късно хелий е бил доставен от астероиди и комети, които се разбиват в Земята милиони години след образуването на Земята, не бихме очаквали да видите толкова много хелий в дълбоката мантия и ядро.Това по същество е индикатор за доставката на жизненоважна вода на Земята.Той осигурява механизъм за създаване на обитаема планета.


Древният хелий, излизащ от ядрото, предлага улики за формирането на Земята


Повече информация:
Питър Л. Олсън и др., Първичен обмен на хелий-3 между ядрото и мантията на Земята, Геохимия, геофизика, геосистеми (2022 г.). DOI: 10.1029/2021GC009985

Предоставено от Университета на Ню Мексико

цитат: Ново изследване предоставя възможни прозрения за формирането на Земята (2022 г., 7 май) Извлечено на 8 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-insights-formation-earth.html

Този документ е обект на авторско право. Освен за честна употреба за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието е предоставено само за информация.

Add Comment