O núcleo da Terra pode estar escondendo um vasto reservatório de hélio primordial: WebCuriosos

A descoberta surpresa de que um dos elementos mais leves do universo pode se ligar ao ferro sob alta pressão para formar o helfetamento de ferro significa que podemos ter entendido mal a química compensando as profundidades mais profundas do nosso planeta.

Isso porque significa que o hélio pode ser misturado no núcleo, onde o ferro está em seu estado mais altamente pressurizado dentro ou na Terra. De fato, de acordo com uma equipe liderada pelo físico Haruki Takezawa, da Universidade de Tóquio, o denso coração de ferro do nosso planeta poderia abrigar um grande reservatório de hélio primordial.

Na Terra, o hélio vem em dois isótopos estáveis. De longe, o mais comum é o hélio-4, com um núcleo contendo dois prótons e dois nêutrons.

O Helium-4 é responsável por cerca de 99.99986 % de todo o elemento do nosso planeta. O outro isótopo estável, representando apenas 0,000137 % do hélio da Terra, é o hélio-3, com dois prótons e um nêutron.

O hélio-4 é principalmente o produto da decadência radioativa de urânio e tório, feita aqui na Terra. Por outro lado, o hélio-3 é principalmente primordial, formado no momentos depois do big bangembora uma porção seja um subproduto da decaimento radioativo de hidrogênio-3 ou trítio.

Curiosamente, quando um vulcão entra em erupção, pequenas quantidades de hélio-3 são detectadas nos gases derrubados do subterrâneo profundo, levando os cientistas a supor que possa haver hélio primordial preso no manto da Terra, capturado da nebulosa solar de gás e poeira do qual nosso planeta se formou.

O trabalho de Takezawa e seus colegas sugere uma fonte alternativa.

“Passei muitos anos estudando os processos geológicos e químicos que ocorrem profundamente dentro da Terra. Dadas as intensas temperaturas e pressões em jogo, os experimentos para explorar algum aspecto desse ambiente devem replicar essas condições extremas. Portanto, geralmente nos transformamos a uma célula de anvil de diamante por meio de laser para transmitir tais pressões em amostras para ver o resultado,” diz o físico Kei Hirose da Universidade de Tóquio, em cujo laboratório os experimentos foram realizados.

“Nesse caso, esmagamos ferro e hélio juntos sob cerca de 5 a 55 gigapascais de pressão e a temperaturas de 1.000 kelvins para quase 3.000 kelvins. Essas pressões correspondem a aproximadamente 50.000 a 550.000 vezes a pressão atmosférica e as temperaturas mais altas utilizadas em termos de irídio.

Estudos anteriores mostrou que o hélio se liga ao ferro em minuto, quantidades vestigiais, algo na faixa de apenas algumas partes de hélio a um milhão de partes de ferro.

Em seus experimentos, Takezawa e seus colegas relataram uma proporção de hélio para ferro de até 3,3 %. Isso é quase 5.000 vezes maior do que o relatado anteriormente – resultado que os pesquisadores atribuem ao design de seu experimento.

“O hélio tende a escapar em condições ambientais com muita facilidade; todo mundo viu um balão inflável murchar e afundar. Então, precisávamos de uma maneira de evitar isso ao fazer nossas medições”. Hirose explica.

“Embora tenhamos realizado as sínteses do material sob altas temperaturas, as medições de detecção de produtos químicos foram realizados em temperaturas extremamente frias ou criogênicas. Dessa maneira impediu que o hélio escapasse e nos permitisse detectar hélio em ferro”.

A descoberta sugere que, embora o hélio seja quimicamente inerte Sob condições ambientais – ou seja, não reage com outros elementos – pode ser induzido a interagir quando as condições são empurradas para níveis mais extremos.

Por sua vez, isso pode significar que o hélio primordial foi absorvido pelo corpo da Terra à medida que o planeta se formava, ligando -se ao ferro e sendo seqüestrado no núcleo durante a diferenciação planetária. Também poderia significar que o hélio primordial também foi capturado nos núcleos da Lua e Marte.

Se for esse o caso, pode haver outras implicações. O hélio primordial no núcleo do planeta pode ser a fonte do isótopo nos gases vulcânicos, em vez de um reservatório preso no manto inferior.

Hélio também não é o único elemento com um isótopo primordial; O hidrogênio, o elemento mais leve, também existe de forma primordial. Se o hélio primordial estava presente em abundância durante a formação da Terra, o hidrogênio também pode ter sido, contribuindo para a água precoce da Terra.

Felizmente, o trabalho futuro investigará essas possibilidades ainda mais.

A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.