Les noves investigacions ofereixen possibles idees sobre la formació de la Terra


terra

Crèdit: CC0 Public Domain

Un nou estudi, realitzat per científics de la Universitat de Nou Mèxic, va trobar heli-3 antic i primordial que s’escapava del nucli de la Terra, cosa que suggereix que el planeta es va formar dins d’una nebulosa solar, provocant més debat entre els científics.

Cada any, uns 2 kg del gas isòtop rar heli-3 s’escapa de l’interior de la Terra, principalment al llarg del sistema de dorsals oceàniques, una sèrie de volcans submarins arreu del món. L’heli-3 és primordial, creat poc després del Big Bang i adquirit de la nebulosa solar quan es va formar la Terra. L’evidència geoquímica indica que la Terra té dipòsits profunds d’heli-3, però la seva ubicació i abundància són incertes.

L’inventari d’heli de la Terra consta de dos isòtops estables, l’heli-4 més abundant i l’heli-3 rar. A diferència de l’heli-4 terrestre, que es produeix principalment per la descomposició de l’urani i el tori, l’heli-3 terrestre és en gran part d’origen primordial, sintetitzat després del Big Bang i incorporat a la Terra principalment durant la seva formació.

Ara, els models científics d’intercanvi volàtil durant la formació i l’evolució de la Terra impliquen el nucli metàl·lic com un dipòsit amb fuites que subministra heli-3 a la resta de la Terra. Els resultats també suggereixen que altres volàtils poden estar filtrant-se del nucli al mantell. L’heli-3 s’origina principalment a les nebuloses, un enorme núvol de pols i altres elements bàsics com l’hidrogen i altres gasos ionitzats. Com un dels primers elements produïts a l’univers, la majoria d’heli-3 es va crear durant les etapes inicials del Big Bang.

“L’heli-3 es va sintetitzar molt aviat en la història de l’univers, molt aviat, és a dir, en pocs segons de la Big Bang“, va dir Peter Olson, geofísic de l’UNM i autor principal de l’article, “Primordial Helium-3 Exchange Between Earth’s Core and Mantle”, publicat recentment a la revista American Geophysical Union. Geoquímica, Geofísica, Geosistemes. “Aquest estudi ajuda a identificar el nucli com a font de la fuita en lloc del mantell. Té més de 13 mil milions d’anys i es mesura per sortir del terraL’interior i el lloc on aparentment s’està filtrant a la velocitat més ràpida són els centres d’escampament de Mid Ocean Ridge. Aquests són els límits de les plaques on es crea una nova escorça oceànica.

“Dues coses són importants tot i que és poca quantitat. En primer lloc, no hi ha arribat fa poc. És un element primordial i alguns dels llocs d’on es filtra estan relacionats amb el nucli. Per exemple, la font de Es creu que les laves que formen Hawaii i Islàndia es deriven de plomalls que s’eleven a través del mantell des de la regió límit nucli-mantell. La pèrdua d’heli de la terra és global. No és només en pocs llocs. Es concentra en la propagació. centres a les dorsals oceàniques. Aquests centres d’expansió són globals i cobreixen tota la Terra. L’heli també es troba filtrant d’altres entorns. Per tant, és global i prové de les profunditats de la terra i aquestes són dues inferències, que són molt sòlid, crec”.

L’estudi, que també va implicar Zach Sharp, un geoquímic de la UNM al Departament de Ciències de la Terra i Planetàries, va implicar dos aspectes com a part del procés de modelització: primer, com l’heli-3 va entrar a la terra profunda, per començar, el procés d’adquisició, i segon, com surt. Estudis anteriors han demostrat com entra l’heli-3, però cap ha fet les dues coses, l’adquisició d’heli-3 i el procés per treure’l. Tots dos són mecanismes fonamentalment diferents i es produeixen a diferents escales de temps en la història de la Terra.

“El procés d’adquisició, o el gas que forma el sistema solar, és en realitat el gas que constitueix el Sol, Júpiter i Saturn i és aproximadament un 15 per cent d’heli”, va dir Olson. “És el segon element més abundant en aquests cossos (després de l’hidrogen), cosa que el converteix en el segon element més abundant del sistema solar. La manera òbvia d’incorporar molt d’heli-3 a la terra és construir la terra mentre la nebulosa solar estava al seu lloc que l’envoltava. Quan la Terra estava embolcallada de gas nebular, i si la superfície de la terra està fosa, aleshores el gas es pot dissoldre a la Terra fosa a mesura que es forma perquè els gasos es dissolen fàcilment en es fon.”

“Hi ha molts cometes petits o petits còdols que anomenem boles de neu dins de la nebulosa solar que cauran lentament cap al Sol simplement a causa de la gravitació de l’atracció del Sol”, va dir Sharp. “Això és una certesa física, ha de passar. Ara, si teniu cossos planetaris que encara no han crescut del tot i teniu els còdols que arriben cap al sol, aleshores una part significativa dels” còdols seran capturats gravitacionalment per la Terra en creixement. Podeu fer en 2 milions d’anys, una cosa de la mida de la Terra mitjançant aquest procés, mentre que els models anteriors necessitaven més de 10 milions d’anys per fer un cos de la mida de la Terra”.

Els científics van utilitzar un model que consistia en una atmosfera nebular feta de la mateixa composició que la nebulosa solari l’entrada d’aquest material a la fosa que va proporcionar l’entorn necessari per separar l’heli del mantell i el nucli.

“Es descobreixes molt ràpidament que la superfície estaria tan calenta en aquestes condicions que seria un oceà de magma, només l’entorn on podríeu dissoldre la pèrdua d’heli”, va dir Olson. “Això fa entrar l’heli a la terra, però no al nucli, per això, l’has de dissoldre en el ferro que forma el nucli. Hi ha hagut mesures de laboratori que mesuren la solubilitat de l’heli en metalls lliures, com el ferro fos. Això ens va donar una estimació de la quantitat d’heli que podríeu dissoldre al nucli a mesura que es va formar la Terra. Aquest és el procés de modelització del primer pas, que ens va dir que obteniu un o més petagrames (1.000.000.000.000.000 de grams) d’heli-3 al nucli. d’aquesta manera.”

“És molt bonic cap a on anem amb això. La pregunta és” “com podem introduir tant heli al mantell”? Aquest sempre va ser un problema que mai es va abordar del tot”, va dir Sharp. “Era com si, sí, està allà dins, i potser venia d’aquests cometes o asteroides tardans, però el problema és que l’heli no és dens. Vol “flotar” a la superfície. És com agafar una pilota de platja i intentar empènyer-la fins al fons d’una piscina. Tornarà a aparèixer. Com pots aconseguir heli fins al mantell profund? És realment un problema.

“En general, no es discuteix en el cas de la idea de la gasació nebular, però el 15 per cent de la nebulosa és heli. La majoria de la resta és hidrogen, així que anem, aquesta és la major part del gas nebular. Si tens això alta pressió, igual que el CO2 si es dissol a l’aigua en una llauna de refresc, l’heli es dissolrà fins a l’interior del planeta”.

El segon pas del procés és complicat perquè heu d’esgotar el mantell d’heli-3 abans que comenci a filtrar-se del nucli. Nombrosos estudis han suposat que l’heli es va perdre del mantell a mesura que la Terra es va solidificar després de l'”Impacte gegant”. L’impacte gegant és la suposada formació de la Lluna durant una col·lisió entre la proto-Terra i un gran planeta equivalent en mida a Mart.

“L’impacte gegant va ser un esdeveniment tan disruptiu que el mantell de la Terra hauria perdut molts dels seus gasos, inclòs el seu heli tres. Aquest és un pas crític perquè, en cas contrari, el nucli no filtraria heli”, va dir Olson. “Un cop aquests dos estaven al seu lloc, el procés de filtració que vam modelar va ser només una difusió ordinària més convecció al mantell terrestre, que impulsa la tectònica de plaques. Això transportaria material del mantell fins al límit nucli-mantell on arrossegaria heli- 3 des del nucli i transportar-lo de nou a la superfície a les dorsals oceàniques i als punts calents volcànics, i potser el Rift del Rio Grande aquí a Nou Mèxic, per exemple”.

“La quantitat d’heli que es filtra es troba al voltant de quatre lliures a l’any, potser suficient per omplir 50 globus depenent de la mida dels globus”, va dir Sharp. “No és gaire, però el fet que segueixi sortint de la terra tot el temps amb la idea que el nucli, sent una font important, és viable. A ningú li importa que una mica d’heli s’escapi de la Terra a l’espai. , però creiem que és una empremta digital d’esdeveniments primerencs importants de la història del nostre planeta. És una evidència que la idea de la ingasificació nebular és vàlida. Si l’heli fos lliurat més tard per asteroides i cometes que xoquen a la Terra milions d’anys després de la formació de la Terra, ho faríem. no esperes veure tant heli al nucli i al mantell profund. En essència, és un indicador per al lliurament d’aigua que dóna vida a la Terra. Proporciona un mecanisme per fer un planeta habitable”.


L’antic heli que es filtra del nucli ofereix pistes de la formació de la Terra


Més informació:
Peter L. Olson et al, Primordial Helium-3 Exchange Between Earth’s Core and Mantle, Geoquímica, Geofísica, Geosistemes (2022). DOI: 10.1029/2021GC009985

Proporcionat per
Universitat de Nou Mèxic


Citació: La nova investigació proporciona possibles coneixements sobre la formació de la Terra (2022, 7 de maig) recuperada el 8 de maig de 2022 a https://phys.org/news/2022-05-insights-formation-earth.html

Aquest document està subjecte a drets d’autor. A part de qualsevol tracte just amb finalitats d’estudis o investigacions privats, no es pot reproduir cap part sense el permís per escrit. El contingut es proporciona només amb finalitats informatives.