Учёные обнаружили, что при экстремальных условиях гелий, обычно считающийся химически инертным, способен образовывать соединения с железом, что указывает на возможность накопления значительных количеств гелия в ядре Земли и ставит под сомнение существующие модели её внутренней структуры.
Команда специалистов из Японии и Тайваня, в состав которой входит аспирант Харуки Такезава и группа профессора Кей Хиросе из Департамента наук о Земле и планетах Токийского университета, провела серию экспериментов, результаты которых были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Обычный гелий (⁴He), содержащий два протона и два нейтрона, регулярно образуется благодаря радиоактивному распаду, в то время как примордиальный гелий (³He) с двумя протонами и одним нейтроном возник в ранней солнечной туманности и не продуцируется на современной Земле. Высокие соотношения ³He/⁴He, обнаруженные в вулканических породах Гавайских островов, свидетельствуют о присутствии примордиальных компонентов глубоко в мантии планеты.
В эксперименте использовалась методика лазерного нагрева в алмазном пресс-анвил-ячейке, имитирующая давление от 5 до 55 гигапаскал и температурный диапазон от 1000 до почти 3000 Кельвинов, что соответствует условиям недр Земли. При этом образцы железа и гелия подвергались интенсивному «размалыванию», что способствовало установлению химической связи между ними.
Особое внимание уделялось температурному режиму: даже иридий, известный своей высокой термостойкостью и применяемый в автомобильных свечах зажигания, мог расплавиться при экстремальном нагреве. Для предотвращения утечки гелия проводились измерения при криогенных температурах, что позволило зафиксировать состав соединений без эффекта «сдувания» газа.
Экспериментальные результаты оказались поразительными: в отличие от предыдущих исследований, фиксирующих содержание гелия в железе на уровне около 7 частей на миллион, новые данные показали его концентрацию до 3,3%, что в 5000 раз превышает ранее зарегистрированные показатели. Профессор Хиросе связывает этот результат с методикой предотвращения утечки гелия при криогенных измерениях.
Наличие значительного количества гелия в комбинированном с железом состоянии предполагает, что молодая Земля могла захватить смесь водорода и гелия из солнечной туманности, что значительно изменяет наше понимание процессов формирования планеты и её дальнейшего развития.
Полученные данные также открывают новый взгляд на происхождение земной воды, так как водород, сопровождавший захваченный древний газ, мог сыграть существенную роль в её формировании, связывая внутренние процессы планеты с условиями, способствующими появлению воды на её поверхности.
Комбинация инновационных экспериментальных методик и переосмысленная интерпретация геологических данных создаёт прочную основу для будущих исследований, направленных на изучение глубинных структур Земли и процессов, определяющих эволюцию планет.
Изображение носит иллюстративный характер
Команда специалистов из Японии и Тайваня, в состав которой входит аспирант Харуки Такезава и группа профессора Кей Хиросе из Департамента наук о Земле и планетах Токийского университета, провела серию экспериментов, результаты которых были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Обычный гелий (⁴He), содержащий два протона и два нейтрона, регулярно образуется благодаря радиоактивному распаду, в то время как примордиальный гелий (³He) с двумя протонами и одним нейтроном возник в ранней солнечной туманности и не продуцируется на современной Земле. Высокие соотношения ³He/⁴He, обнаруженные в вулканических породах Гавайских островов, свидетельствуют о присутствии примордиальных компонентов глубоко в мантии планеты.
В эксперименте использовалась методика лазерного нагрева в алмазном пресс-анвил-ячейке, имитирующая давление от 5 до 55 гигапаскал и температурный диапазон от 1000 до почти 3000 Кельвинов, что соответствует условиям недр Земли. При этом образцы железа и гелия подвергались интенсивному «размалыванию», что способствовало установлению химической связи между ними.
Особое внимание уделялось температурному режиму: даже иридий, известный своей высокой термостойкостью и применяемый в автомобильных свечах зажигания, мог расплавиться при экстремальном нагреве. Для предотвращения утечки гелия проводились измерения при криогенных температурах, что позволило зафиксировать состав соединений без эффекта «сдувания» газа.
Экспериментальные результаты оказались поразительными: в отличие от предыдущих исследований, фиксирующих содержание гелия в железе на уровне около 7 частей на миллион, новые данные показали его концентрацию до 3,3%, что в 5000 раз превышает ранее зарегистрированные показатели. Профессор Хиросе связывает этот результат с методикой предотвращения утечки гелия при криогенных измерениях.
Наличие значительного количества гелия в комбинированном с железом состоянии предполагает, что молодая Земля могла захватить смесь водорода и гелия из солнечной туманности, что значительно изменяет наше понимание процессов формирования планеты и её дальнейшего развития.
Полученные данные также открывают новый взгляд на происхождение земной воды, так как водород, сопровождавший захваченный древний газ, мог сыграть существенную роль в её формировании, связывая внутренние процессы планеты с условиями, способствующими появлению воды на её поверхности.
Комбинация инновационных экспериментальных методик и переосмысленная интерпретация геологических данных создаёт прочную основу для будущих исследований, направленных на изучение глубинных структур Земли и процессов, определяющих эволюцию планет.
