قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
اكتشف العلماء كمية مذهلة من نسخة نادرة من الهيليوم، تسمى الهيليوم 3، في الصخور البركانية في جزيرة بافين بكندا، مما يدعم النظرية القائلة بأن الغاز النبيل يتسرب من قلب الأرض – وكان كذلك منذ آلاف السنين.
اكتشف فريق البحث أيضًا الهيليوم 4 داخل الصخور.
في حين أن الهيليوم-4 شائع على الأرض، إلا أن الهيليوم-3 يمكن العثور عليه بسهولة أكبر في أي مكان آخر في الكون، ولهذا السبب فوجئ العلماء باكتشاف كمية أكبر من العنصر مما تم الإبلاغ عنه سابقًا من الصخور في جزيرة بافين. دراسة تصف الاكتشاف نشرت مؤخرا في مجلة الطبيعة.
وقال مؤلف الدراسة الرئيسي فورست هورتون، العالم المشارك في قسم الجيولوجيا والجيوفيزياء في معهد وودز هول لعلوم المحيطات: “على المستوى الأساسي، يوجد القليل من 3He (هيليوم-3) في الكون مقارنة بـ 4He (هيليوم-4)”. ، في رسالة بالبريد الإلكتروني.
وأضاف هورتون: “3إنه نادر في الأرض لأنه لم يتم إنتاجه أو إضافته إلى الكوكب بكميات كبيرة ويضيع في الفضاء”. “بينما يتحرك الجزء الصخري من الأرض ويتحرك مثل الماء الساخن على سطح الموقد، تصعد المادة وتبرد وتغوص.
وخلال مرحلة التبريد، يُفقد الهيليوم إلى الغلاف الجوي ومن ثم إلى الفضاء.
يمكن أن يساعد اكتشاف العناصر التي تتسرب من قلب الأرض العلماء على فتح رؤى حول كيفية تشكل كوكبنا وتطوره مع مرور الوقت، وتوفر النتائج الجديدة دليلاً لدعم فرضية موجودة حول كيفية نشوء كوكبنا.
مجموعة من “الكنوز العلمية”
جزيرة بافين، الواقعة في إقليم نونافوت، هي أكبر جزيرة في كندا. كما أنها خامس أكبر جزيرة في العالم.
تم اكتشاف نسبة عالية من الهيليوم 3 إلى الهيليوم 4 لأول مرة في الصخور البركانية في جزيرة بافن بواسطة سولفي لاس إيفانز كجزء من دراسات الدكتوراه تحت إشراف العالم فينلي ستيوارت من جامعة إدنبرة. ونشرت النتائج التي توصلوا إليها في مجلة الطبيعة في عام 2003.
إن تكوين الكوكب هو انعكاس للعناصر التي شكلته، وقد وجدت الأبحاث السابقة أن كميات ضئيلة من الهيليوم 3 المتسربة من قلب الأرض تدعم النظرية الشائعة القائلة بأن كوكبنا نشأ في سديم شمسي – سحابة من الغاز والغبار من المحتمل أنها انهار بسبب موجة الصدمة من مستعر أعظم قريب – والذي كان يحتوي على العنصر.
أخذ هورتون وزملاؤه خطوة أخرى إلى الأمام عندما أجروا بحثًا في جزيرة بافين في عام 2018، حيث قاموا بدراسة الحمم البركانية التي اندلعت منذ ملايين السنين عندما انفصلت جرينلاند وأمريكا الشمالية عن بعضها البعض، مما أفسح المجال لقاع بحر جديد. لقد أرادوا التحقيق في الصخور التي قد تحتوي على رؤى حول المحتويات الموجودة داخل قلب الأرض ووشاحها، وهي الطبقة الصلبة في الغالب من باطن الأرض الموجودة تحت سطحها.
سافر الباحثون بطائرة هليكوبتر للوصول إلى المناظر الطبيعية النائية للجزيرة، حيث شكلت تدفقات الحمم البركانية منحدرات شاهقة، وتطفو الجبال الجليدية العملاقة بجوارها، وتطارد الدببة القطبية الساحل. وقال هورتون إن المنظمات المحلية، بما في ذلك جمعية كيكيقتاني إنويت ومعهد نونافوت للأبحاث، زودت الباحثين بإمكانية الوصول والمشورة والحماية من الدببة.
وقال: “إن هذه المنطقة في جزيرة بافن لها أهمية خاصة باعتبارها أراضي مقدسة للمجتمعات المحلية وكنافذة علمية على أعماق الأرض”.
كشفت الصخور القطبية الشمالية التي فحصها هورتون وفريقه عن قياسات أعلى بشكل مدهش للهليوم -3 والهيليوم -4 مما ذكرته الأبحاث السابقة، وتباينت القياسات بين العينات التي جمعوها.
“العديد من الحمم البركانية مليئة بأحجار الزبرجد الزيتوني الخضراء الزاهية (المعروفة أيضًا باسم الزبرجد الكريم)، لذا فإن كسر القطع الطازجة بمطرقة صخرية كان أمرًا مثيرًا مثل تفكيك الجيود عندما كان طفلاً: كل صخرة كانت بمثابة كنز يجب اكتشافه”. قال هورتون. “وما هي الكنوز العلمية التي تبين أنها!”
وقال هورتون إن ذرة هيليوم-3 واحدة فقط موجودة لكل مليون ذرة هيليوم-4. قام الفريق بقياس حوالي 10 ملايين ذرة هيليوم -3 لكل جرام من بلورات الزبرجد الزيتوني.
وقال: “تشير قياساتنا العالية 3He/4He إلى أن الغازات، التي يُفترض أنها ورثت من السديم الشمسي أثناء تكوين النظام الشمسي، محفوظة بشكل أفضل في الأرض مما كان يعتقد سابقًا”.
تتبع تاريخ الأرض
ولكن كيف انتهى الأمر بالهيليوم-3 في الصخور في المقام الأول؟
ربما تبدأ الإجابة منذ الانفجار الكبير، الذي أطلق أيضًا وفرة من الهيدروجين والهيليوم عندما خلق الكون. وقد تم دمج هذه العناصر في تكوين المجرات مع مرور الوقت.
ويعتقد العلماء أن نظامنا الشمسي تشكل قبل 4.5 مليار سنة داخل سديم شمسي. ومع انهيار سحابة الغبار في مستعر أعظم، شكلت المادة الناتجة قرصًا دوارًا أدى في النهاية إلى ظهور شمسنا والكواكب، وفقًا لوكالة ناسا.
من المحتمل أن الهيليوم الموروث من السديم الشمسي قد أصبح محبوسًا في قلب الأرض مع تشكل الكوكب، مما يجعل القلب مخزنًا للغازات النبيلة. ومع تسرب الهيليوم-3 من القلب، صعد إلى السطح عبر الوشاح على شكل أعمدة من الصهارة التي اندلعت في النهاية في جزيرة بافين.
وقال هورتون: “خلال الثوران، هربت الغالبية العظمى من الغازات الموجودة في الصهارة إلى الغلاف الجوي”. “فقط بلورات الزبرجد الزيتوني التي نمت قبل الثوران هي التي احتجزت الهيليوم وحافظت عليه من أعماق الأرض.”
يدعم البحث الجديد فكرة أن الهيليوم 3 يتسرب من باطن الأرض منذ بعض الوقت، لكن الباحثين ليسوا متأكدين تمامًا من متى بدأت هذه العملية.
وقال هورتون: “يبلغ عمر الحمم البركانية حوالي 60 مليون سنة، وربما استغرق صعود عمود الوشاح عشرات الملايين من السنين”. “لذلك، فإن الهيليوم الذي قمنا بقياسه في هذه الصخور كان من الممكن أن يكون قد هرب من القلب قبل 100 مليون سنة أو ربما قبل ذلك بكثير.”
وقال إن تسرب الهيليوم من باطن الأرض لا يؤثر على كوكبنا أو يكون له أي آثار سلبية. لا يتفاعل الغاز النبيل كيميائيًا مع المادة، لذلك لن يكون له تأثير على البشرية أو البيئة.
بعد ذلك، يريد فريق البحث التحقق مما إذا كان اللب عبارة عن مخزن لعناصر خفيفة أخرى، وهو ما قد يفسر سبب كون اللب الخارجي للأرض أقل كثافة من المتوقع.
“هل النواة هي مستودع رئيسي لعناصر مثل الكربون والهيدروجين، والتي تعتبر مهمة للغاية من حيث صلاحية الكواكب للسكن؟ إذا كان الأمر كذلك، فهل أثرت تدفقات هذه العناصر من القلب عبر تاريخ (الأرض) على تطور الكواكب؟ وقال هورتون: “أنا متحمس للتحقيق في الروابط بين الهيليوم والعناصر الخفيفة الأخرى”. “ربما يمكن استخدام الهيليوم لتتبع العناصر الأخرى عبر حدود الوشاح الأساسي.”
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com