Ο Πυρήνας της Γης Φαίνεται να Διαρρέει Ήλιο στην Αρκτική και οι Επιστήμονες Δεν Ξέρουν Γιατί

Οι επιστήμονες εντόπισαν μια απροσδόκητη αναλογία ηλίου-4 και ηλίου-3, ένα εξαιρετικά σπάνιο στοιχείο με μελλοντικές πιθανές εφαρμογές, σε πετρώματα της Αρκτικής που μπορεί να προέρχονται από τον πυρήνα της Γης.

Η ανακάλυψη ρίχνει νέο φως στη βαθύτερη και πιο μυστηριώδη περιοχή του πλανήτη μας και αφήνει νύξεις ότι το ήλιο-3 από τον πυρήνα μπορεί να διαφύγει προς τα πάνω μέσω του μανδύα και τελικά να βγει στην επιφάνεια σαν λάβα.

Το ήλιο-3 είναι ένα ισότοπο ή μια εκδοχή του ηλίου που έχει μόνο ένα νετρόνιο αντί για δύο. Θεωρείται ένα πολλά υποσχόμενο καύσιμο για αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης, μια υποθετική πηγή ενέργειας που βασίζεται στις ίδιες διαδικασίες που τροφοδοτούν τον Ήλιο και άλλα αστέρια. Το ήλιο-3 είναι επίσης ένα πρωτογενές συστατικό του πλανήτη μας που θα μπορούσε να δώσει πληροφορίες για βασικές διεργασίες στον πυρήνα, όπως η δημιουργία του προστατευτικού μαγνητικού πεδίου της Γης, το οποίο έπαιξε σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση της ζωής στη Γη.

Το περισσότερο ήλιο-3 στο σύμπαν χρονολογείται σχεδόν από τη Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Είναι ένα αέριο που συχνά αιωρείται σε νεφελώματα. Όταν η Γη άρχισε να σχηματίζεται πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, το ήλιο-3 από το ηλιακό νεφέλωμα παγιδεύτηκε στον πυρήνα της, όπου παραμένει με άλλα πρωτογενή στοιχεία μέχρι σήμερα. Προηγούμενη έρευνα είχε δείξει ότι ίχνη αυτού του σπάνιου στοιχείου μπορεί να βγουν από τον πυρήνα και να ταξιδέψουν μέχρι την επιφάνεια της Γης, αλλά οι λεπτομέρειες αυτής της υπόθεσης εξακολουθούν να αποτελούν μυστήριο.

Τώρα, οι επιστήμονες με επικεφαλής τον Forrest Horton, γεωχημικό στο Ωκεανογραφικό Ινστιτούτο Woods Hole, ανακάλυψαν ότι η αρχαία λάβα που ρέει από το νησί Baffin, έναν τεράστιο όγκο στο αρκτικό αρχιπέλαγος του Καναδά, περιέχει τις υψηλότερες αναλογίες ηλίου-3 (3He) προς ήλιο-4 (4He), ένα άλλο ισότοπο, που έχουν παρατηρηθεί ποτέ σε οποιαδήποτε επίγεια ηφαιστειακά πετρώματα. Η ομάδα λέει ότι «το εξαιρετικά υψηλό ήλιο 3He/4He σε αυτές τις λάβες μπορεί να προέρχεται από τον πυρήνα της Γης», ένα εύρημα που μπορεί να ξαναγράψει την ιστορία των αρχαίων στοιχείων στο κέντρο του κόσμου μας, σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο Nature.

«Το υψηλό 3He/4He σε αυτές τις λάβες τις καθιστά ιδιαίτερα σημαντικές για την κατανόηση του σχηματισμού της Γης και του πυρήνα της», είπε ο Horton στο Motherboard μέσω email. «Επειδή τα περισσότερα από τα 3He στη λάβα παγκοσμίως πιθανώς παγιδεύτηκαν στη Γη κατά τον σχηματισμό των πλανητών, πετρώματα με ιδιαίτερα υψηλή σχετική αφθονία του 3He παρέχουν ενδείξεις για την πλανητική συσσώρευση και την επακόλουθη εξέλιξη. Αυτό ήταν το κίνητρο για την επανεκτίμηση της λάβας του νησιού Μπάφιν».

«Επίσης, η τοποθεσία είναι πολύ απομακρυσμένη και σε εδάφη που θεωρούνται πολύτιμα από τους Ινουίτ, επομένως η πρόσβαση είναι περιορισμένη σε σύγκριση με μέρη όπως η Χαβάη», συνέχισε. «Συνεργαστήκαμε με τοπικούς οργανισμούς και την Υπηρεσία Εθνικού Πάρκου του Καναδά, που παρείχαν ουσιαστική υποστήριξη. Για να φτάσουμε χρησιμοποιήσαμε ελικόπτερο».

Αν και οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη ότι τα πετρώματα του νησιού Baffin περιέχουν ήλιο-3, ο Horton και οι συνεργάτες του πήγαν την έρευνα στο επόμενο επίπεδο συγκρίνοντας και αντιγράφοντας μετρήσεις ηλίου-3 και ηλίου-4 σε πετρώματα ολιβίνης από πολλαπλές ροές λάβας στην περιοχή. Η ομάδα ανέφερε ότι οι «υψηλότερες τιμές 3 He/4 He που μετρήσαμε» ήταν «σημαντικά υψηλότερες από ό,τι είχε αναφερθεί προηγουμένως σε πυριγενή πετρώματα στο νησί Baffin ή αλλού», σύμφωνα με τη μελέτη.

«Προηγούμενες μελέτες έδειξαν ότι η λάβα στο νησί Μπάφιν είχε υψηλότερο μαγματικό 3He/4He από ό,τι έχει εντοπιστεί αλλού στη Γη. Έτσι, το να βρούμε υψηλό 3He/4He σε αυτά τα πετρώματα δεν ήταν απροσδόκητο», είπε ο Horton. «Αυτό που ήταν εκπληκτικό ήταν ότι μετρήσαμε αναλογίες 3He/4He που εκτείνονται σε πολύ υψηλότερες τιμές από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως».

«Μια υψηλή αναλογία 3He/4He σημαίνει ότι υπάρχει περισσότερο 3He σε σχέση με 4He σε σύγκριση με άλλα πετρώματα», εξήγησε. «Ωστόσο, το 3He είναι πολύ σπάνιο σε σύγκριση με το 4He, ακόμη και σε αυτά. Για παράδειγμα, υπάρχει μόνο ένα περίπου άτομο 3He ανά εκατομμύριο άτομα 4He. Επειδή όμως το ήλιο είναι ευγενές αέριο (δηλαδή, δεν αντιδρά χημικά με άλλα στοιχεία) και επειδή υπάρχει τόσο λίγο ήλιο στην ατμόσφαιρά μας (κατά συνέπεια, δεν χρειάζεται να ανησυχούμε πολύ για τη μόλυνση), μπορούμε να μετρήσουμε την αναλογία 3He/ 4 με μεγάλη ακρίβεια.»

Αυτές οι νέες αναγνώσεις των ισοτόπων ηλίου του νησιού Baffin υποστηρίζουν την ιδέα ότι μικρές ποσότητες ηλίου-3, μαζί με άλλα στοιχεία, διαρρέουν από τον πυρήνα. Αφού διαφύγουν, αυτά τα στοιχεία θα μπορούσαν να ενσωματωθούν σε υπόγειες δομές που ονομάζονται λοφία μανδύα που διαμορφώνουν μερικά από τα πιο θεαματικά ηφαιστειακά σημεία της Γης, όπως αυτά στη σύγχρονη Χαβάη και την Ισλανδία ή στο νησί Baffin στο παρελθόν. Αυτό το πρωτογενές ήλιο-3 μπορεί να περιέχει μυστικά σχετικά με το σχηματισμό του πλανήτη μας που δεν είναι προσβάσιμα με άλλους τρόπους.

«Γνωρίζουμε πολύ λίγα για τον πυρήνα της Γης, εκτός από το ότι υπάρχει», είπε ο Horton. «Αυτό καθιστά τη μελέτη του πυρήνα ενδιαφέρουσα αλλά και απογοητευτική. Παραδοσιακά, ο πυρήνας και τα εξωτερικά στρώματα του πλανήτη μας (μανδύας και φλοιός) υποτίθεται ότι είναι γεωχημικά απομονωμένα (δηλαδή, το υλικό δεν μεταφέρεται). Όλο και περισσότερο, οι επιστήμονες αμφισβητούν αυτήν την ιδέα».

«Νομίζω ότι η δουλειά μας προσδίδει αξιοπιστία στην ιδέα ότι υλικό, ή τουλάχιστον ήλιο, διαρρέει από τον πυρήνα», συνέχισε. «Το βρίσκω συναρπαστικό γιατί υποδηλώνει ότι η βαθιά Γη είναι πιο δυναμική από ό,τι καταλάβαμε: στοιχεία κινούνται μεταξύ των μεταλλικών και των βραχωδών τμημάτων του πλανήτη μας. Επίσης, το ήλιο στον πυρήνα πιθανόν έχει επιβιώσει από την τεράστια πρόσκρουση που σχημάτισε τη Σελήνη, η οποία πιστεύεται ότι έχει λιώσει και αναμείξει όλο το βραχώδες υλικό στη Γη. Έτσι, οι υψηλές αναλογίες 3He/4He που μετρήσαμε μπορεί να είναι μια ένδειξη ότι το ήλιο - και ίσως άλλα ελαφριά στοιχεία όπως το υδρογόνο και ο άνθρακας - επέζησαν από την κατακλυσμική δημιουργία του πλανήτη μας όντας προστατευμένα στον πυρήνα.

Με άλλα λόγια, ο πυρήνας της Γης είναι ένα θησαυροφυλάκιο με παράξενα αρχαία στοιχεία που ήταν κλειδωμένα τόσο καλά πριν από δισεκατομμύρια χρόνια που ακόμη και η τεράστια πλανητική σύγκρουση που σχημάτισε τη Σελήνη δεν μπορούσε να τα ταρακουνήσει. Όμως, ενώ τα ίχνη αυτού του πρωτογενούς ηλίου-3 μπορεί να εμφανιστούν σε συγκεκριμένα μέρη στη Γη, όπως το νησί Baffin, θα πρέπει να αναζητήσουμε πιο άφθονες πηγές αυτού του πόρου για πιθανή εξόρυξη προς τεχνολογικές εφαρμογές, όπως η πυρηνική σύντηξη.

«Το 3He είναι εξαιρετικά σπάνιο στη Γη επειδή το ήλιο που απελευθερώνεται από τη στερεά Γη διαφεύγει στο διάστημα και επειδή στον πλανήτη μας παράγεται λίγο 3He (σε αντίθεση με το 4He, το οποίο είναι το προϊόν της ραδιενεργής διάσπασης των φυσικών ισοτόπων)», είπε ο Horton. «Η μελέτη μας μπορεί να συμβάλει στην κατανόησή μας για την προέλευση του επίγειου 3He, αλλά δεν δίνει κατεύθυνση για τις προσπάθειες εξαγωγής του 3He από πετρώματα ή παραγωγής ενέργειας από το 3He».

«Ο βομβαρδισμός με κοσμικές ακτίνες εμπλουτίζει το 3He στα πιο ψηλά σημεία βραχωδών σωμάτων στο Ηλιακό Σύστημα, έτσι αρχαίες επιφάνειες όπως αυτές στη Σελήνη και μετεωριτών μπορούν να έχουν πολύ υψηλότερο 3He/4He από ό,τι παρατηρείται στη λάβα του νησιού Μπάφιν», πρόσθεσε.

Ίσως μια μέρα, το ήλιο-3 να γίνει αρκετά πολύτιμο ως δυνητικός πόρος για να παρακινήσει τους αναζητητές να το εξορύξουν σε άλλους κόσμους, ένα σενάριο που έχει διερευνηθεί σε πολλές ιστορίες επιστημονικής φαντασίας, όπως η ταινία Moon. Στο μεταξύ, επιστήμονες όπως ο Horton είναι πρόθυμοι να κατανοήσουν την προέλευση και τις επιπτώσεις των εξαιρετικά σπάνιων αποθεμάτων ηλίου-3 της Γης, τα οποία θα μπορούσαν να δώσουν μια εντελώς νέα άποψη του μυστηριώδους πυρήνα 3000 χιλιόμετρα κάτω από τα πόδια μας. «Η μελέτη μας εγείρει περισσότερα ερωτήματα από όσα απαντά, επομένως υπάρχει πολλή δουλειά να γίνει», είπε ο Horton. «Ένα σημαντικό ερώτημα είναι, αν υποθέσουμε ότι το ήλιο διαρρέει έξω από τον πυρήνα, διαφεύγουν και άλλα στοιχεία από τον πυρήνα; Και πότε αυτά τα στοιχεία μεταφέρονται στο βραχώδες μέρος του πλανήτη;»

«Είμαι ιδιαίτερα ενθουσιασμένος που θα εξερευνήσω πιθανούς συνδέσεις μεταξύ του ηλίου και άλλων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένου του υδρογόνου και του άνθρακα (απαραίτητα δομικά στοιχεία της ζωής)», κατέληξε. «Η μελέτη μας δείχνει επίσης ότι τα λοφία του μανδύα που μεταφέρουν υλικό από τη βαθιά Γη εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου. Μια συστηματική μελέτη της εξέλιξης του μανδύα μπορεί να παρέχει μια σαφέστερη εικόνα των διεργασιών κοντά στο όριο πυρήνα-μανδύα».

Περισσότερα από το VICE

Ο Πάνος Μιλά για τις Πρώτες Στιγμές Αφότου Αποφυλακίστηκε

Η Νέα Γενιά Οπαδών στο Μεδεγίν Θέλει να Εξαφανίσει τη Βία από το Ποδόσφαιρο

Πώς να Κάνεις Σχέση με Ζευγάρι: Ένας Οδηγός για Αρχάριους

Ακολουθήστε το VICE σε Facebook, Instagram και Twitter.