Исследователи из Японии и Тайваня впервые обнаружилиОткрытие о том, что гелий, который обычно считают химически инертным, может соединяться с железом при высоком давлении, сделано учеными с помощью нагретой лазером ячейки алмазной наковальни. опубликованное в журнале Physical Review LettersНаличие гелия в Земле может свидетельствовать об огромных его запасах в ее ядре, что бросает сомнения на существующие теории о внутреннем строении и истории планеты, а также дает новые сведения о туманности, из которой образовалась наша Солнечная система.
Если вы когда-нибудь наблюдали извержение вулкана и интересовались его содержимым, то вероятно подумали о камнях и минералах. Но удивитесь, узнав, что в них часто обнаруживаются следы так называемого первородного гелия. То есть гелия, отличного от обычного, 4He, содержащего два протона и два нейтрона и постоянно образующегося при радиоактивном распаде. Первобытный гелий, или 3He, напротив, не образуется на Земле и содержит два протона и один нейтрон.
Исследователи предположили, что в мантии есть первородные материалы, содержащие 3He, основываясь на высоком соотношении 3He/4He в вулканических породах, особенно на Гавайях. Однако Харуки Такезава и группа профессора Кеи Хиросе с факультета наук о Земле и планетах Токийского университета опровергли это мнение, провели новый эксперимент по измельчению предметов.
Много лет Хиросе изучал геологические и химические процессы, происходящие глубоко внутри Земли. Из-за сильных температур и давления эксперименты по исследованию некоторых аспектов этой среды должны воспроизводить экстремальные условия. Для этого часто используется алмазная наковальня с лазерным нагревом для создания давления на образцы. В данном случае Хиросе измельчил железо и гелий под давлением около 5-55 гигапаскалей и при температурах от 1 000 до почти 3 000 кельвинов. Такое давление в 50 000-550 000 раз превышает атмосферное, а более высокие температуры могут расплавить иридий — материал, который часто используется в свечах зажигания из-за высокой термостойкости.
Ранее обнаружались лишь незначительные следы соединения железа и гелия, около семи частей на миллион гелия в железе. В ходе данного эксперимента ученые были удивлены, обнаружив, что измельченные соединения железа содержат до 3,3% гелия, приблизительно в 5000 раз больше, чем было отмечено ранее. Хиросе полагает, что это частично связано с новыми особенностями этого конкретного эксперимента.
Гелий стремится быстро испаряться при обычной температуре; все наблюдали, как воздушный шар сдувается и падает. Потому необходимо было найти способ избежать этого во время измерений, — говорит исследователь. Хотя синтез материала происходил при высоких температурах, химические измерения выполнялись при очень низких, или криогенных, температурах. Это позволило предотвратить выделение гелия и обнаружить его в железе.
Открытие имеет значение для понимания происхождения Земли. Наличие гелия в ядре свидетельствует о том, что молодая Земля, вероятно, захватила часть газа из солнечной туманности, состоящей из водорода и гелия, которая окружала раннюю Солнечную систему. Возможно, часть воды на Земле образовалась из водорода этого древнего газа, что позволяет по-новому взглянуть на раннее развитие планеты.
[Фото: ©2025 Hirose et al. CC-BY-ND]