一项新的研究报告指出,宇宙大爆炸后形成的古老、原始的氦气正在从地核泄漏。
但我们没有必要惊慌,地球并不是像一个瘪气的气球那样在泄气。这仅仅意味着地球诞生之初、在太阳星云中形成的时候,有一些“细节问题”一直没有得到解决(译者注:太阳星云是太阳和太阳系形成前,宇宙空间由气体和弥散的固体颗粒组成的星云)。
*太阳被认为是在类似泻湖星云(Lagoon Nebula)的星云中形成的(欧空局/美国宇航局)
同时,它也表明一些原始气体可能正从地核泄漏到地幔中,反过来想,这也可能为我们研究太阳星云组成提供帮助。
地球上的氦有两种稳定的同位素。到目前为止,最常见的同位素是氦-4,它的原子核包含两个质子和两个中子。氦-4的比例大约占地球上所有氦元素的99.99986%。
另一种稳定同位素仅占地球氦元素的0.000137%,它就是氦-3,氦-3有两个质子和一个中子。
氦-4诞生于地球,它是铀和钍放射性衰变的产物。与氦-4相比,氦-3大多形成于宇宙大爆炸后的瞬间,同时它也可以由氚的放射性衰变产生。
科学家们已检测到氦-3同位素正沿着海洋中部的火山脊系统从地球内部泄漏,科学家们据此推测出了它的泄漏速度。
这一速率大约是每年2千克(4.4 磅):“大约足以装满一个书桌大小的气球,”新墨西哥大学的地球物理学家彼得·奥尔森解释说,“这是大自然的奇迹,是地球历史的线索,它告诉我们,地球内部仍然有大量的这种同位素。”
但目前人们尚不清楚的它的来源:有多少氦-3气体来自地核,又有多少氦-3来源自地幔中。
与此同时,这将为对我们对同位素的来源研究指明方向——在地球诞生之初,它是通过从漂浮在新生太阳周围的尘埃和气体中积累物质而形成的。
*图片:蟹状星云
大量氦-3存在于行星核的唯一可能是它形成于一团茁壮成长的星云中——不是在星云的外围,也不是在它消散和被吹走的时候。
地球物理学家彼得奥尔森和他的同事——新墨西哥大学的地球化学家扎卡里·夏普通过模拟地球演化过程,对氦的储量进行了研究。首先,在它形成的过程中,原行星积累并吸收氦,接着,在宇宙大爆炸之后,一个火星大小的天体撞上年轻的地球,将碎片送入地球的轨道,最终这些碎片重新组合形成月球。
在这一过程中,地幔被重新熔化,大部分被锁在地幔内部的氦也丢失了。然而,岩心更能抵抗撞击,这也为氦-3气体的储存提供了非常有利的条件。
根据氦-3从内部泄漏的速率以及氦的同位素模型,奥尔森和夏普发现,在我们星球的内核中,可能有1.013千克到1.015千克的氦-3。
这表明地球是在一个蓬勃发展的太阳星云内形成的。然而,这项结论仍存在一些不确定性。 在地球核心隔离氦-3 的所有条件都得到满足的可能性较低——这意味着同位素的含量可能比研究小组之前预测的要少。
然而,地球的内核中也可能存在着丰富的原始氢,它与氦-3的积累过程是一样的。研究人员表明,寻找氢泄漏的痕迹可以帮助人们验证这些发现。
(科幻世界 独家编译)
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