Исследователи из Японии и Тайваня впервые показали, что химически инертный гелий способен вступать в реакцию с железом под экстремально высоким давлением. Результаты экспериментов приведены в журнале Physical Review Letters.
В вулканических выбросах, помимо вполне уместных там камней и минералов, присутствует так называемый первичный гелий 3He. У него, в отличие от обычного 4He, непрерывно образующегося в результате радиоактивного распада, неземное происхождение. Долгое время предполагалось, что первичный гелий скрыт где-то глубоко в мантии.
Еще глубже — в ядре, предположили аспирант Харуки Такэдзава и члены группы профессора Кэя Хиросэ с геологического факультета Токийского университета. И подтвердили эту смелую гипотезу экспериментально.
«Я много лет изучал геологические и химические процессы, происходящие глубоко внутри Земли. Там царят экстремальные температуры и давления — значит, эти условия должны быть воспроизведены в эксперименте», — объясняет Хиросэ.
Чтобы получить запредельно высокое давление, исследователи использовали нагреваемую лазером ячейку с алмазной наковальней.
«В данном случае мы сжали железо и гелий вместе под давлением около 5–55 гигапаскалей и при температурах от 1000 до почти 3000 кельвинов. Эти давления соответствуют примерно 50 000–550 000 атмосфер, а более высокие температуры могут расплавить иридий, материал, часто используемый в свечах зажигания автомобильных двигателей благодаря его высокой термостойкости», — продолжает профессор.
В аналогичных предыдущих экспериментах удалось добиться соединения не более семи частей гелия на миллион частей железа. Но на сей раз выход реакции составил до 3,3%. Хиросэ объяснил этот результат другим подходом к измерениям.
«Гелий имеет тенденцию легко улетучиваться при обычных условиях: все видели, как надувной шарик сдувается и падает. Поэтому нужно было найти способ избежать этого при проведении измерений. Хотя синтез материалов шел при высоких температурах, измерения химического состава выполнялись при экстремально низких, или криогенных, температурах. Это предотвратило утечку и позволило нам обнаружить гелий в железе», — отмечает ученый.
Это открытие может означать, что в ядре Земли связано огромное количество гелия. А если так — история формирования нашей планеты предстает с совершенно неожиданной стороны. Выходит, молодая Земля захватила некоторое количество газа из солнечной туманности, состоявшей из водорода и гелия. Тогда становится понятным, что из этого водорода образовалась вода на заре существования.
Физики синтезировали форму железа, которая существует в ядре Земли
Новый взгляд на круговорот воды в природе: она взаимодействует даже с раскаленным ядром Земли