Редкая форма гелия, возможно, затопила ядро Земли во время формирования планеты на горячей ранней стадии нашей солнечной системы. Измерение того, что гелий и другие газы, запертые глубоко в Земле, могут дать жизненно важные подсказки о том, как образовалась она и другие планеты. Если новая модель верна, то наша планета, возможно, родилась быстрее, чем предполагали ученые ранее.
Точный способ формирования Земли все еще остается нерешенным вопросом. Как правило, ученые считают, что Протоземля и другие планеты ранней Солнечной системы формировались постепенно по мере накопления пыли, собираясь во все большие и большие куски. Но древний гелий, запертый глубоко в Земле, может указывать на другую историю.
Ключом к пониманию этой истории является редкий изотоп под названием гелий-3. Существует два различных типа атомов гелия, называемых гелий-3 и гелий-4, которые отличаются по массе на один нейтрон. Гелий-4 может образовываться на Земле в результате радиоактивного распада более тяжелых элементов, но у нашей планеты ограниченный запас гелия-3, который был захвачен Землей при ее образовании. Этот древний гелий-3 составляет крошечную долю процента от всего земного гелия.
В ранней солнечной системе было сосредоточенное вокруг Солнца облако газа и пыли, называемое солнечной туманностью, которое, по мнению большинства исследователей, рассеялось через миллион или два миллиона лет. На протяжении десятилетий основным объяснением астрономов было то, что пылинки в туманности слипались в более крупные частицы. Они становились все больше и больше, пока не образовали объекты диаметром в несколько миль, которые затем врезались друг в друга, в конечном счете увеличившись до размеров планеты.
Но ученые предложили новую модель альтернативной, давно обсуждаемой идеи создания Земли и других планет: миры “быстро сформировались в присутствии солнечной туманности”. Маленькие, размером с гальку, куски устремились бы к солнцу со всех концов Солнечной системы. Затем, когда протопланеты вращались вокруг Солнца, они должны были собрать эти камешки и быстро нарастить свою массу — примерно за два миллиона лет, пока туманность еще существовала, а не через несколько миллионов лет после ее исчезновения.
В этом более быстром сценарии земная гравитация притянула бы из солнечной туманности плотную, плотную и высокотемпературную атмосферу. Земля была бы горячей, скрывая на своей поверхности “океан магмы”.
При таких условиях газы в атмосфере растворились бы в океане магмы. Из-за того, что так много гелия было вытеснено в этот магматический океан под высоким давлением атмосферы, элемент в конечном итоге смешался бы по всей Земле и застрял в ее металлическом ядре.
Ученые считают, что гелий проходит весь путь от ядра до мантии и “сочится из Земли” из срединно-океанических хребтов, где тектонические плиты расходятся. Этот гелий также образуется в “горячих точках” в таких местах, как Гавайи, Йеллоустоун и Исландия, где из-под земли поднимаются столбы магмы. Гелий настолько легок, что поднимается высоко в атмосферу и теряется в космосе. Если гелий-3 улетучивается таким образом, постепенное формирование Земли затруднит объяснение того, как газ оказался в ловушке - в ядре.
Если их модель верна, то это означает, что Земля аккрецировалась в присутствии газов солнечной туманности: водороде и гелии. Это, в свою очередь, означает, что Земля, должно быть, сформировалась быстро — быстрее, чем в настоящее время думают ученые.
