科学家说，地球的核心正在泄漏

科学家们在加拿大巴芬岛的火山岩中发现了数量惊人的稀有氦气，称为氦-3，这为惰性气体从地球核心泄漏的理论提供了支持，并且已经存在了数千年。

研究小组还在岩石中检测到氦-4。

虽然氦-4在地球上很常见，但氦-3在宇宙的其他地方更容易找到，这就是为什么科学家们惊讶地发现比以前从巴芬岛的岩石中报道的更多的元素。最近发表在《自然》杂志上的一项描述这一发现的研究。

“在最基本的层面上，与3He（氦-3）相比，宇宙中的4He（氦-4）很少，”主要研究作者，伍兹霍尔海洋研究所地质和地球物理系副科学家Forrest Horton在一封电子邮件中说。

“3他在地球上很少见，因为它没有在地球上大量生产或添加到地球上，而且它已经消失在太空中，”霍顿补充道。“当地球的岩石部分像炉子上的热水一样搅拌和对流时，物质上升、冷却和下沉。

在冷却阶段，氦气会流失到大气中，然后流失到太空中。

探测从地球核心泄漏的元素可以帮助科学家深入了解我们的星球是如何随着时间的推移形成和进化的，而这些新发现提供了证据来支持关于我们星球如何形成的现有假设。

“科学宝藏”

巴芬岛位于努纳武特地区，是加拿大最大的岛屿。它也是世界第五大岛。

在爱丁堡大学科学家芬利·斯图尔特（Finlay Stuart）的监督下，索尔维·拉斯·埃文斯（Solveigh Lass-Evans）在巴芬岛火山岩中首次发现了高比例的氦-3与氦-4。他们的研究结果于2003年发表在《自然》杂志上。

行星的组成反映了形成它的元素，之前的研究发现，从地球核心泄漏的微量氦-3支持了一种流行的理论，即我们的行星起源于太阳星云 - 一种气体和尘埃云，可能由于附近超新星的冲击波而坍塌 - 其中包含该元素。

霍顿和他的同事们在2018年对巴芬岛进行了研究，研究了数百万年前格陵兰岛和北美分裂时喷发的熔岩，为新的海底让路。他们想调查这些岩石，这些岩石可能包含有关锁定在地核和地幔内的内容的见解，地幔是位于其表面下方的地球内部大部分固体层。

研究人员乘坐直升机前往岛上偏远、超凡脱俗的景观，那里的熔岩流形成了高耸的悬崖，巨大的冰山漂浮而过，北极熊在海岸线上潜行。霍顿说，包括Qikiqtani Inuit Association和Nunavut Research Institute在内的当地组织为研究人员提供了访问，建议和保护免受熊的伤害。

“巴芬岛上的这个地区具有特殊的重要性，既是当地社区的圣地，也是了解地球深处的科学窗口，”他说。

霍顿和他的团队调查的北极岩石揭示了氦-3和氦-4的测量值，比以前的研究报告的要高得多，而且他们收集的样本的测量值也不同。

“许多熔岩都充满了鲜绿色的橄榄石（也称为宝石橄榄石），因此用岩石锤敲碎新鲜的石块就像小时候拆开晶洞一样令人兴奋：每块岩石都是有待发现的宝藏，”霍顿说。结果证明它们是多么的科学宝藏！

Horton说，每百万个氦-3原子中只有一个氦-4原子。该团队测量了每克橄榄石晶体约10万个氦-3原子。

“我们的高3He / 4He测量意味着，在太阳系形成过程中可能从太阳星云继承的气体在地球上比以前认为的保存得更好，”他说。

追溯地球的历史

但是，氦-3最初是如何进入岩石的呢？

答案可能可以追溯到大爆炸，当它创造宇宙时，它也释放了大量的氢和氦。随着时间的推移，这些元素被纳入星系的形成中。

科学家认为，我们的太阳系形成于4亿年前的太阳星云中。据美国宇航局称，当尘埃云在超新星中坍塌时，由此产生的物质形成了一个旋转盘，最终产生了我们的太阳和行星。

随着地球的形成，从太阳星云继承的氦气可能被锁定在地球核心中，使核心成为惰性气体的储存库。当氦-3从核心泄漏时，它以岩浆羽流的形式通过地幔上升到地表，最终在巴芬岛爆发。

“在喷发期间，岩浆中的绝大多数气体都逃逸到大气中，”霍顿说。“只有火山喷发前生长的橄榄石晶体才能捕获并保存地球深处的氦气。”

这项新研究支持氦-3从地球核心泄漏的观点，并且已经持续了一段时间，但研究人员并不完全确定这一过程何时开始。

“熔岩大约有60万年的历史，地幔羽流的上升可能需要数千万年，”霍顿说。“因此，我们在这些岩石中测量到的氦可能在100亿年前或更早的时候就从核心中逃脱了。

他说，从地球核心泄漏的氦气不会影响我们的星球，也不会产生任何负面影响。惰性气体不会与物质发生化学反应，因此不会对人类或环境产生影响。

接下来，研究小组想要调查核心是否是其他轻元素的仓库，这可以解释为什么地球的外核密度低于预期。

“核心是碳和氢等元素的主要储存库，这些元素在行星宜居性方面非常重要？如果是这样，这些元素在（地球）历史中的核心通量是否影响了行星的演化？我很高兴能研究氦气和其他轻元素之间的联系，“霍顿说。“也许氦可以用来追踪核心 - 地幔边界上的其他元素。