De kern van de aarde lekt mogelijk al miljoenen jaren helium

Meld u aan voor de wetenschapsnieuwsbrief Wonder Theory van CNN. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke vooruitgang en meer.

CNN
—

Wetenschappers hebben een verrassende hoeveelheid van een zeldzame versie van helium, genaamd helium-3, ontdekt in vulkanisch gesteente op het Canadese Baffin Island, wat de theorie ondersteunt dat het edelgas uit de kern van de aarde ontsnapt – en dat al duizenden jaren.

Het onderzoeksteam ontdekte ook helium 4 in de rotsen.

Hoewel helium-4 veel voorkomt op aarde, kan helium-3 elders in het universum gemakkelijker worden gevonden. Daarom waren wetenschappers verrast toen ze een grotere hoeveelheid van het element ontdekten dan eerder werd gerapporteerd in de rotsen op Baffin Island. Een studie die de ontdekking beschrijft, werd onlangs in het tijdschrift gepubliceerd natuur.

“Op een fundamenteel niveau is er minder 3He (helium-3) in het universum dan 4He (helium-4)”, zegt hoofdonderzoeksauteur Forrest Horton, universitair hoofddocent bij de afdeling Geologie en Geofysica van het Woods Hole Oceanographic Institution. , in een e-mail.

Horton voegde hieraan toe: “3Het is zeldzaam op aarde omdat het niet in grote hoeveelheden wordt geproduceerd of aan de planeet wordt toegevoegd en verloren gaat in de ruimte.” “Terwijl het rotsachtige deel van de aarde beweegt en beweegt als heet water op een kookplaat, stijgt het materiaal, koelt af en zinkt.
Tijdens de afkoelfase gaat helium verloren in de atmosfeer en vervolgens in de ruimte.

Het ontdekken van elementen die uit de kern van de aarde sijpelen, zou wetenschappers kunnen helpen inzichten te verwerven in hoe onze planeet in de loop van de tijd is gevormd en geëvolueerd, en de nieuwe bevindingen leveren bewijsmateriaal ter ondersteuning van een bestaande hypothese over hoe onze planeet is ontstaan.

Baffin Island, gelegen op het grondgebied van Nunavut, is het grootste eiland van Canada. Het is ook het vijfde grootste eiland ter wereld.

Een hoge verhouding helium 3 tot helium 4 werd voor het eerst ontdekt in vulkanisch gesteente op Baffin Island door Solvi Lasse Evans als onderdeel van zijn doctoraatsstudie onder supervisie van wetenschapper Finley Stewart van de Universiteit van Edinburgh. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Natuur 2003.

De samenstelling van een planeet is een weerspiegeling van de elementen waaruit deze bestaat Vorige zoekopdracht Het ontdekte dat sporen van helium-3 die uit de kern van de aarde lekken de populaire theorie ondersteunen dat onze planeet zijn oorsprong heeft in een zonnenevel – een wolk van gas en stof die waarschijnlijk instortte als gevolg van een schokgolf van een nabijgelegen supernova – die het element bevatte.

Horton en zijn collega’s gingen nog een stap verder toen ze dit deden In 2018 deed hij onderzoek op Baffin Islandbestuderen ze lava die miljoenen jaren geleden uitbarstte toen Groenland en Noord-Amerika zich scheidden en plaats maakten voor een nieuwe zeebodem. Ze wilden rotsen onderzoeken die inzicht zouden kunnen bieden in de inhoud van de kern en mantel van de aarde, de grotendeels vaste laag van het binnenste van de aarde onder het oppervlak.

Onderzoekers reisden per helikopter om het afgelegen landschap van het eiland te bereiken, waar lavastromen torenhoge kliffen vormen, gigantische ijsbergen voorbij drijven en ijsberen de kust besluipen. Lokale organisaties, waaronder de Qikiqtani Inuit Society en het Nunavut Research Institute, boden onderzoekers toegang, advies en bescherming tegen de beren, zei Horton.

“Dit gebied op Baffin Island heeft een speciale betekenis als heilig land voor lokale gemeenschappen en als wetenschappelijk venster op de diepten van de aarde”, zei hij.

De Arctische rotsen die door Horton en zijn team werden onderzocht, onthulden verrassend hogere metingen van helium-3 en helium-4 dan eerder onderzoek had gerapporteerd, en de metingen varieerden tussen de monsters die ze verzamelden.

“Veel van de lava’s zitten vol met felgroene olivijn (ook wel peridoot genoemd), dus het afbreken van nieuwe stukken met een steenhamer was net zo spannend als het uit elkaar halen van een geode als kind: elke steen was een schat om ontdekt te worden.” zei Horton. “En wat een wetenschappelijke schatten blijken het te zijn!”

Er bestaat slechts één helium-3-atoom voor elke miljoen helium-4-atomen, zei Horton. Het team mat ongeveer 10 miljoen helium-3-atomen per gram olivijnkristallen.

“Onze hoge 3He/4He-metingen geven aan dat de gassen, die vermoedelijk zijn geërfd van de zonnenevel tijdens de vorming van het zonnestelsel, beter bewaard blijven op aarde dan eerder werd gedacht,” zei hij.

Maar hoe kwam helium-3 überhaupt in rotsen terecht?

Het antwoord zou kunnen beginnen met de oerknal, waarbij bij het ontstaan ​​van het heelal ook een overvloed aan waterstof en helium vrijkwam. Deze elementen zijn in de loop van de tijd opgenomen in de vorming van sterrenstelsels.

Wetenschappers geloven dat ons zonnestelsel 4,5 miljard jaar geleden ontstond in een zonnenevel. Toen de stofwolk instortte in een supernova, vormde het resulterende materiaal een roterende schijf die uiteindelijk aanleiding gaf tot onze zon en de planeten, volgens NASA.

Helium, geërfd van de zonnenevel, raakte waarschijnlijk vast in de kern van de aarde toen de planeet ontstond, waardoor de kern een opslagplaats voor edelgassen werd. Terwijl helium-3 uit de kern lekte, steeg het door de mantel naar de oppervlakte in pluimen van magma die uiteindelijk op Baffin Island uitbarsten.

“Tijdens de uitbarsting ontsnapte de overgrote meerderheid van de gassen in het magma in de atmosfeer”, zei Horton. “Alleen de olivijnkristallen die vóór de uitbarsting groeiden, vingen het helium op en hielden het diep uit de aarde weg.”

Nieuw onderzoek ondersteunt het idee dat helium-3 al een tijdje uit het binnenste van de aarde sijpelt, maar onderzoekers weten niet precies wanneer dit proces begon.

“De lava is ongeveer 60 miljoen jaar oud en het heeft waarschijnlijk tientallen miljoenen jaren geduurd voordat de mantelpluim opsteeg,” zei Horton. “Dus het helium dat we in deze rotsen hebben gemeten, zou 100 miljoen jaar geleden of misschien al veel eerder uit de kern kunnen zijn ontsnapt.”

Hij zei dat heliumlekkage uit de grond geen invloed heeft op onze planeet en geen negatieve gevolgen heeft. Het edelgas reageert niet chemisch met materie en heeft dus geen impact op de mensheid of het milieu.

Vervolgens wil het onderzoeksteam controleren of de kern een opslagplaats is voor andere lichte elementen, wat zou kunnen verklaren waarom de buitenste kern van de aarde minder dicht is dan verwacht.

“Is de kern een belangrijke opslagplaats van elementen zoals koolstof en waterstof, die uiterst belangrijk zijn in termen van de bewoonbaarheid van de planeet? Zo ja, hebben de stromen van deze elementen uit de kern door de geschiedenis van de aarde de planetaire evolutie beïnvloed?” Onderzoek het,’ zei Horton. Bindingen tussen helium en andere lichte elementen.”Misschien kan helium worden gebruikt om andere elementen over de kern-mantelgrens te volgen.’