Ядро нашої планети витікає, і вчені вже знайшли причину

Рекордні концентрації ізотопу гелію, знайдені в 62-мільйонних арктичних породах, можуть бути найпереконливішим на сьогоднішній день доказом повільного витоку в ядрі нашої планети.

Спираючись на результати попереднього аналізу давніх лавових потоків, команда геохіміків з Вудс-Хольського океанографічного інституту та Каліфорнійського технологічного інституту тепер більш ніж упевнена, що гелій, який потрапив у ядро під час формування нашої планети, прокладає собі шлях до поверхні.

Гелій – не той елемент, який легко заводить друзів. Будучи настільки легким і нереактивним, мало що заважає газу дифундувати з відкритих гірських порід в атмосферу і дрейфувати в космос.

Це робить гелій напрочуд рідкісним матеріалом на поверхні планети. Проте, скільки цього елементу залишається в пастці глибоко під нашими ногами – одна з найбільших невідомих таємниць геології.

Після приблизно 4,6 мільярдів років виверження лави більша частина гелію, який Земля проковтнула в дитинстві, мала б відригнути. Тому будь-які сліди газу, знайдені у відносно свіжих покладах вулканічної породи, мали б походити з кишень мантії, які ще не відкашлялися від гелію, або з повільно витікаючих запасів.

Базальтові лави на канадському острові Баффін містять одне з найвищих у світі співвідношень гелію-3 (3He) до трохи важчого ізотопу гелію-4 (4He). На думку геологів, таке співвідношення вказує на те, що присутність газу не є забрудненням з атмосфери, а скоріше свідчить про більш глибоке, давнє походження.

Кілька років тому геохімік Вудс-Хольського океанографічного інституту Форрест Хортон виявив у зразках олівіну, зібраних з лавових полів Баффіна, співвідношення ізотопів гелію, що в 50 разів перевищує атмосферний рівень, що робить їх високими навіть для мантії.

Ця незвичайна концентрація 3He також була присутня в лавах, зібраних в Ісландії, на ділянці кори, яка, як вважається, знаходиться над власним, чітким конвеєром мантійної активності.

Не виключаючи можливості збігу, Хортон і його команда задалися питанням, чи могли обидві гарячі точки отримати свій гелій з давнього резервуару, прилеглого до мантії.

Тепер здається, що їхня здогадка може бути правильною. Їхній останній аналіз, включаючи колекцію олівіну, взятого з десятків захищених місць на Баффіні та прилеглих островах, показав найвище співвідношення 3He до 4He, коли-небудь зафіксоване у вулканічних породах, що майже в 70 разів перевищує аналогічні показники в атмосфері.

Взявши до уваги співвідношення інших ізотопів, зокрема стронцію та неодиму, команда змогла виключити фактори, які могли змінити ідентичність гелію після виверження, що стало ще одним вагомим аргументом на користь незвичного походження газу.

Гелій міг повільно дифундувати із зовнішнього ядра в мантію, що зайняло б десятки тисяч років. (Хортон та ін., Nature, 2023)

Співвідношення ізотопів іншого інертного газу, неону, також відповідає умовам, що існували, коли Земля складалася з шматочків мільярди років тому, вказуючи на час, про який ми майже забули.

Відстеження неону та гелію в ядрі не таке вже й дике, як може здатися на перший погляд. Моделювання термодинаміки, тиску та складу нутрощів нашої планети дозволяє припустити, що запаси інертних газів у ядрі могли бути захищені в міру зростання Землі, але з часом просочилися в навколишню мантію.

Приховане за тисячами кілометрів щільної, розпеченої гірської породи, ядро Землі є настільки ж недоступним, наскільки недоступним є будь-який об’єкт у науці. Єдиний спосіб вивчити його – уважно прислухатися до того, як наша планета відлунює під своєю шкірою.

Якщо ядро протікає, у нас може з’явитися ще один спосіб вивчити процеси, що відбуваються в ньому, і дізнатися дещо про те, як планети, подібні до нашої, утворюються з вихору пилу та первісного газу.

Це дослідження було опубліковано в журналі Nature..