Εκπληκτική ποσότητα μίας σπάνιας εκδοχής του ηλίου, ονόματι ήλιο-3, εντόπισαν οι επιστήμονες σε ηφαιστειακά πετρώματα στο νησί Μπάφιν του Καναδά. Το εύρημα ενισχύει τη θεωρία ότι, το ευγενές αέριο διαρρέει από τον πυρήνα της Γης – και μάλιστα, αυτό συμβαίνει εδώ και χιλιετίες. Μέσα στα πετρώματα, η ερευνητική ομάδα εντόπισε και ήλιο-4.
Το ήλιο-4 είναι κοινό στη Γη, ωστόσο, το ήλιο-3 απαντάται ευκολότερα αλλού στο σύμπαν γι’ αυτό και, η μεγαλύτερη ποσότητα του στοιχείου που εντοπίστηκε, προκάλεσε έκπληξη στους επιστήμονες. Πρόσφατα, μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature αναλύει την ανακάλυψη. Σύμφωνα με τον επικεφαλής συγγραφέα, αναπληρωτή επιστήμονα στο τμήμα γεωλογίας και γεωφυσικής στο Woods Hole Oceanographic Institution, Forrest Horton, «στο βασικό επίπεδο, υπάρχουν μικρά αποθέματα 3He (ηλίου-3) στο σύμπαν, συγκριτικά με το4He (ήλιο-4). Το ήλιο3 είναι σπάνιο στη Γη, επειδή δεν έχει παραχθεί ή προστεθεί στον πλανήτη σε σημαντικές ποσότητες και χάνεται στο διάστημα. Καθώς το βραχώδες τμήμα της Γης αναδεύεται και συγκεντρώνεται, όπως κάνει το καυτό νερό σε μια εστία, το υλικό ανεβαίνει, ψύχεται και βυθίζεται. Κατά το στάδιο της ψύξης, το ήλιο χάνεται στην ατμόσφαιρα και στη συνέχεια στο διάστημα», εξήγησε στο CNN. Η ανίχνευση στοιχείων που διαρρέουν από τον πυρήνα της Γης μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να ανακαλύψουν περισσότερα πράγματα για το πώς σχηματίστηκε αλλά και εξελίχθηκε ο πλανήτης με την πάροδο των χρόνων. Τα νέα στοιχεία από το νησί Μπάφιν μπορεί δυνητικά να ενισχύουν τις υποθέσεις σχετικά με το πώς δημιουργήθηκε ο πλανήτης. Το Μπάφιν είναι το μεγαλύτερο νησί του Καναδά και βρίσκεται στην επικράτεια Νουνάβουτ. Επιπλέον, πρόκειται για το πέμπτο μεγαλύτερο νησί στον κόσμο.
Για πρώτη φορά στα ηφαιστειακά πετρώματά του, εντοπίστηκε υψηλή αναλογία ηλίου-3 προς ήλιο-4, από την Solveigh Lass-Evans, στο πλαίσιο των διδακτορικών της σπουδών υπό την επίβλεψη του επιστήμονα Finlay Stuart του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου. Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν στο Nature το 2003. Tα στοιχεία που σχηματίζουν έναν πλανήτη καταδεικνύουν την ακριβή σύνθεσή του και, σύμφωνα με προηγούμενες έρευνες, που βασίζονταν σε ίχνη ηλίου-3 που διαρρέουν από τον πυρήνα της Γης, ο πλανήτης μας προέκυψε από ένα ηλιακό νεφέλωμα – νέφος αερίων και σκόνης που πιθανότατα κατέρρευσε λόγω του ωστικού κύματος ενός κοντινού σουπερνόβα- το οποίο περιείχε το στοιχείο.
Το 2018, ο Horton και οι συνάδελφοί του πήγαν την έρευνα ένα βήμα παραπέρα, βρισκόμενοι στη νήσο Μπάφιν και μελετώντας, εκεί, τη λάβα που εξερράγη πριν από εκατομμύρια χρόνια, όταν η Γροιλανδία και η Βόρεια Αμερική χωρίστηκαν, δημιουργώντας χώρο για έναν νέο θαλάσσιο πυθμένα. Ήθελαν να ερευνήσουν πιθανές πληροφορίες που θα περιείχαν τα πετρώματα σχετικά με το περιεχόμενο μεταξύ του πυρήνα και του μανδύα της Γης, κυρίως στο στερεό στρώμα του εσωτερικού, κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη.
Οι επιστήμονες έφτασαν με ελικόπτερο στο απομακρυσμένο, απόκοσμο τοπίο του νησιού, όπου η λάβα είχε σχηματίσει πανύψηλους βράχους, μεταξύ των γιγάντιων παγόβουνων που επιπλέουν λίγα μέτρα από τις ακτές, και των πολικών αρκούδων στην ακτογραμμή. Τοπικές οργανώσεις, όπως η Ένωση Ινουίτ Qikiqtani και το Ινστιτούτο Ερευνών Nunavut, τούς παρείχαν πρόσβαση, συμβουλές και προστασία από τις αρκούδες, σύμφωνα με τον Horton. «Πρόκειται για μία περιοχή του νησιού με ιδιαίτερη σημασία, τόσο γιατί τα εδάφη της είναι ιερά για τις τοπικές κοινότητες, όσο και γιατί, για τους επιστήμονες, αποτελεί ένα “παράθυρο” στο κέντρο της Γης», εξήγησε.
Ο Horton και η ομάδα του εξέτασαν πετρώματα της Αρκτικής τα οποία και αποκάλυψαν εκπληκτικά υψηλότερες μετρήσεις ηλίου-3 και ηλίου-4 σε σχέση με προηγούμενες έρευνες, ενώ, και μεταξύ των δειγμάτων που συνέλλεξαν, διέφεραν οι μετρήσεις. «Πολλές από τις λάβες είναι γεμάτες από τα φωτεινούς πράσινους κρυστάλλους ολιβίνη (επίσης γνωστό ως πολύτιμος λίθος περίδοτο), οπότε το σπάσιμο φρέσκων κομματιών με ένα σφυρί ήταν τόσο συναρπαστικό όσο το σπάσιμο των γεωδίων όταν ήμουν παιδί: κάθε βράχος ήταν ένας θησαυρός που έπρεπε να ανακαλυφθεί. Και, όπως αποδείχθηκε, μπροστά μας είχαμε επιστημονικούς θησαυρούς!», εξήγησε ο Horton, το οποίος τόνισε ότι, για κάθε εκατομμύριο ατόμων ηλίου-4, υπάρχει μόλις ένα άτομο ηλίου-3. Η ομάδα του μέτρησε περίπου 10 εκατομμύρια άτομα ηλίου-3 ανά γραμμάριο κρυστάλλων ολιβίνης. «Οι υψηλότατες μετρήσεις ηλίου3 και ηλίου4 υποδηλώνουν ότι, τα αέρια, τα οποία πιθανώς ο πλανήτης κληρονόμησε από ηλιακό νεφέλωμα κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του ηλιακού συστήματος, έχουν τη δυνατότητα να διατηρούνται στη Γη, πολύ καλύτερα απ’ ότι πιστεύαμε», εξήγησε.
Πώς, όμως, κατέληξε το ήλιο-3 στα πετρώματα;
Η απάντηση μπορεί να βρίσκεται πίσω στην εποχή του Big Bang – της έκρηξης που δημιούργησε το σύμπαν και απελευθέρωσε σε αυτό υδρογόνο και ήλιο σε αφθονία. Με την πάροδο του χρόνου τα στοιχεία αυτά ενσωματώθηκαν στον σχηματισμό των γαλαξιών.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι, το ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια μέσα σε ένα ηλιακό νεφέλωμα. Σύμφωνα με τη NASA, καθώς το νέφος σκόνης κατέρρευσε από έναν κοντινό υπερκαινοφανή αστέρα, το υλικό που προέκυψε, σχημάτισε έναν περιστρεφόμενο δίσκο που τελικά έδωσε το έναυσμα για την εμφάνιση του ήλιου μας και των πλανητών. Το ήλιο, το οποίο κληρονόμησε το σύμπαν από το ηλιακό νεφέλωμα, πιθανόν εγκλωβίστηκε στον πυρήνα της Γης καθώς σχηματιζόταν ο πλανήτης, με τον πυρήνα της Γης να αποτελεί μία δεξαμενή ευγενών αερίων. Καθώς το ήλιο-3 διέρρεε από τον πυρήνα, ανέβηκε στην επιφάνεια μέσω του μανδύα με τη μορφή πίδακα μάγματος που τελικά εξερράγη στο νησί Μπάφιν. «Κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης, η συντριπτική πλειονότητα των αερίων του μάγματος διέφυγε στην ατμόσφαιρα. Μόνο οι κρύσταλλοι ολιβίνης που αναπτύχθηκαν πριν από την έκρηξη παγίδευσαν και διατήρησαν το ήλιο, στο βάθος της Γης», δηλώνει ο Horton.
Σύμφωνα με τη νέα έρευνα, το ήλιο-3 διαρρέει από τον πυρήνα της Γης εδώ και αρκετό καιρό. Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν μπορούν να είναι βέβαιοι για το πότε ξεκίνησε η διαρροή. «Η ηλικία της λάβας είναι περίπου τα 60 εκατομμύρια έτη. Η άνοδος του πλουμίου στον μανδύα της Γης ίσως διήρκεσε δεκάδες εκατομμύρια χρόνια. Έτσι, το ήλιο που μετρήσαμε στα πετρώματα θα μπορούσε να έχει διαφύγει από τον πυρήνα της Γης πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια, ή ενδεχομένως και πολύ νωρίτερα», τονίζει και διευκρινίζει ότι, το ήλιο που διαρρέει από τον πυρήνα της Γης δεν επηρεάζει τον πλανήτη, ούτε έχει αρνητικές επιπτώσεις καθώς, το ευγενές αέριο, δεν αντιδρά χημικά με την ύλη. Δεν έχει, λοιπόν, αντίκτυπο στην ανθρωπότητα ή το περιβάλλον.
Επόμενο βήμα της ερευνητικής ομάδας θα είναι η διερεύνηση του πυρήνα της Γης και εάν αυτός αποτελεί «αποθήκη» και για άλλα ελαφρά στοιχεία – υπόθεση που, αν αποδειχθεί θα μπορούσε να εξηγεί τη σύνθεση του εξωτερικού πυρήνα της Γης και τους λόγους για τους οποίους είναι λιγότερο πυκνός απ’ ότι αναμενόταν. «Αποτελεί ο πυρήνας μία σημαντική αποθήκη στοιχείων όπως ο άνθρακας και το υδρογόνο, τα οποία είναι τόσο σημαντικά όσον αφορά τις συνθήκες ανάπτυξης ζωής στους πλανήτες; Αν ναι, οι ροές αυτών των στοιχείων, έχουν επηρεάσει την πλανητική εξέλιξη κατά τη διάρκεια της ιστορίας; Είμαι ενθουσιασμένο που μού δίνεται η δυνατότητα να διερευνήσω τους δεσμούς μεταξύ του ηλίου και άλλων ελαφρών στοιχείων. Ίσως, το ήλιο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση άλλων στοιχείων στο όριο πυρήνα – μανδύα», καταλήγει ο Horton.
