Đăng ký nhận bản tin khoa học Lý thuyết kỳ diệu của CNN. Khám phá vũ trụ với tin tức về những khám phá hấp dẫn, tiến bộ khoa học và hơn thế nữa.

CNN
—

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một lượng đáng ngạc nhiên một phiên bản hiếm của helium, được gọi là helium-3, trong đá núi lửa trên đảo Baffin của Canada, ủng hộ giả thuyết rằng khí hiếm đang thoát ra khỏi lõi Trái đất – và đã tồn tại hàng nghìn năm nay.

Nhóm nghiên cứu còn phát hiện ra khí heli 4 bên trong đá.

Trong khi helium-4 phổ biến trên Trái đất, helium-3 có thể được tìm thấy dễ dàng hơn ở những nơi khác trong vũ trụ, đó là lý do tại sao các nhà khoa học ngạc nhiên khi phát hiện ra lượng nguyên tố này lớn hơn so với báo cáo trước đây từ đá trên đảo Baffin. Một nghiên cứu mô tả khám phá này gần đây đã được công bố trên tạp chí thiên nhiên.

Forrest Horton, phó nhà khoa học tại Khoa Địa chất và Địa vật lý tại Viện Hải dương học Woods Hole, cho biết: “Ở cấp độ cơ bản, trong vũ trụ có ít 3He (helium-3) hơn 4He (helium-4). , trong một email.

Horton nói thêm: “3Nó rất hiếm trên Trái đất vì nó không được sản xuất hoặc bổ sung vào hành tinh với số lượng lớn và thất lạc vào không gian”. “Khi phần đá của Trái đất di chuyển và di chuyển giống như nước nóng trên mặt bếp, vật chất dâng lên, nguội đi và chìm xuống.
Trong giai đoạn làm mát, helium bị thất thoát vào khí quyển và sau đó vào không gian.

Việc khám phá các nguyên tố thấm từ lõi Trái đất có thể giúp các nhà khoa học mở khóa những hiểu biết sâu sắc về cách hành tinh của chúng ta hình thành và phát triển theo thời gian, đồng thời những phát hiện mới cung cấp bằng chứng ủng hộ giả thuyết hiện có về cách hành tinh của chúng ta hình thành.

Đảo Baffin, nằm trên lãnh thổ Nunavut, là hòn đảo lớn nhất Canada. Đây cũng là hòn đảo lớn thứ năm trên thế giới.

Tỷ lệ cao giữa helium 3 và helium 4 lần đầu tiên được phát hiện trong đá núi lửa trên đảo Baffin bởi Solvi Lasse Evans như một phần của nghiên cứu tiến sĩ của ông dưới sự giám sát của nhà khoa học Finley Stewart thuộc Đại học Edinburgh. Phát hiện của họ đã được công bố trên Thiên nhiên 2003.

Thành phần của một hành tinh là sự phản ánh của các yếu tố tạo nên nó Tìm kiếm trước đó Người ta phát hiện ra rằng lượng helium-3 rò rỉ từ lõi Trái đất ủng hộ lý thuyết phổ biến rằng hành tinh của chúng ta có nguồn gốc từ tinh vân mặt trời – một đám mây khí và bụi có khả năng sụp đổ do sóng xung kích từ siêu tân tinh gần đó – có chứa nguyên tố này.

Horton và các đồng nghiệp của ông đã tiến một bước xa hơn khi họ làm điều này Ông đã tiến hành nghiên cứu về đảo Baffin vào năm 2018, họ nghiên cứu dung nham phun trào hàng triệu năm trước khi Greenland và Bắc Mỹ tách ra, nhường chỗ cho đáy biển mới. Họ muốn nghiên cứu những loại đá có thể chứa đựng những hiểu biết sâu sắc về nội dung bên trong lõi và lớp phủ của Trái đất, lớp bên trong Trái đất chủ yếu là rắn chắc bên dưới bề mặt của nó.

Các nhà nghiên cứu đã di chuyển bằng trực thăng để đến vùng đất xa xôi của hòn đảo, nơi dòng dung nham tạo thành những vách đá cao chót vót, những tảng băng trôi khổng lồ trôi qua và gấu Bắc Cực rình rập bờ biển. Horton cho biết, các tổ chức địa phương, bao gồm Hiệp hội người Inuit Qikiqtani và Viện nghiên cứu Nunavut, đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu quyền tiếp cận, lời khuyên và bảo vệ khỏi loài gấu.

Ông nói: “Khu vực này trên đảo Baffin có ý nghĩa đặc biệt là vùng đất thiêng liêng đối với cộng đồng địa phương và là cửa sổ khoa học nhìn vào độ sâu của Trái đất”.

Các loại đá ở Bắc Cực được Horton và nhóm của ông kiểm tra đã tiết lộ số đo helium-3 và helium-4 cao hơn đáng ngạc nhiên so với nghiên cứu trước đây đã báo cáo và các phép đo khác nhau giữa các mẫu mà họ thu thập được.

“Nhiều dung nham chứa đầy olivin màu xanh lá cây tươi sáng (còn được gọi là Peridot), vì vậy việc đập vỡ những mảnh mới bằng búa đá cũng thú vị như việc tháo rời một tinh tinh khi còn nhỏ: mỗi tảng đá là một kho báu cần được khám phá.” Horton nói. “Và hóa ra nó là kho báu khoa học!”

Horton cho biết chỉ có một nguyên tử helium-3 tồn tại trên mỗi một triệu nguyên tử helium-4. Nhóm nghiên cứu đã đo được khoảng 10 triệu nguyên tử heli-3 trên mỗi gam tinh thể olivin.

“Các phép đo 3He/4He cao của chúng tôi chỉ ra rằng các chất khí, có lẽ được thừa hưởng từ tinh vân mặt trời trong quá trình hình thành hệ mặt trời, được bảo quản trên Trái đất tốt hơn so với suy nghĩ trước đây,” ông nói.

Nhưng làm thế nào mà helium-3 lại có mặt trong đá ngay từ đầu?

Câu trả lời có thể bắt đầu từ Vụ nổ lớn, vụ nổ cũng giải phóng một lượng lớn hydro và heli khi tạo ra vũ trụ. Những yếu tố này đã được kết hợp vào sự hình thành các thiên hà theo thời gian.

Các nhà khoa học tin rằng hệ mặt trời của chúng ta hình thành cách đây 4,5 tỷ năm bên trong tinh vân mặt trời. Khi đám mây bụi sụp đổ trong một siêu tân tinh, vật chất tạo thành tạo thành một đĩa quay mà cuối cùng tạo ra Mặt trời và các hành tinh của chúng ta, theo NASA.

Helium thừa hưởng từ tinh vân mặt trời có khả năng bị mắc kẹt trong lõi Trái đất khi hành tinh này hình thành, khiến lõi trở thành kho chứa khí hiếm. Khi helium-3 rò rỉ từ lõi, nó nổi lên bề mặt qua lớp phủ trong các đám magma cuối cùng phun trào trên đảo Baffin.

Horton cho biết: “Trong quá trình phun trào, phần lớn khí trong magma đã thoát ra ngoài khí quyển. “Chỉ có các tinh thể olivin phát triển trước vụ phun trào mới thu được heli và giữ nó ở sâu bên trong Trái đất.”

Nghiên cứu mới ủng hộ ý kiến ​​cho rằng helium-3 đã thoát ra khỏi lòng Trái đất một thời gian, nhưng các nhà nghiên cứu không chắc chắn chính xác quá trình này bắt đầu khi nào.

Horton nói: “Dung nham có niên đại khoảng 60 triệu năm và có lẽ phải mất hàng chục triệu năm để lớp phủ nổi lên. “Vì vậy, khí heli mà chúng tôi đo được trong những tảng đá này có thể đã thoát ra khỏi lõi cách đây 100 triệu năm hoặc có lẽ sớm hơn nhiều.”

Ông nói rằng sự rò rỉ khí heli từ mặt đất không ảnh hưởng đến hành tinh của chúng ta hay có bất kỳ tác động tiêu cực nào. Khí hiếm không phản ứng hóa học với vật chất nên sẽ không có tác động gì đến con người và môi trường.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn kiểm tra xem lõi có phải là kho chứa các nguyên tố nhẹ khác hay không, điều này có thể giải thích tại sao lõi ngoài của Trái đất lại ít đậm đặc hơn dự kiến.

“Có phải lõi là nơi lưu trữ chính các nguyên tố như carbon và hydro, những nguyên tố cực kỳ quan trọng đối với khả năng sinh sống của hành tinh? Nếu vậy, dòng chảy của các nguyên tố này từ lõi trong suốt lịch sử (Trái đất) có ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa hành tinh không? “Tôi rất vui mừng được biết hãy điều tra,” Horton nói. Liên kết giữa heli và các nguyên tố nhẹ khác. “Có lẽ heli có thể được sử dụng để theo dõi các nguyên tố khác xuyên qua ranh giới lõi-lớp phủ.”