این کشف که هلیوم داخلی می تواند اتصالات آهن را تشکیل دهد می تواند درک ما از تاریخ زمین را تغییر شکل دهد.
محققان ژاپن و تایوان یک کشف نوآورانه انجام داده اند و برای اولین بار نشان می دهند که هلیوم – که مدت ها در نظر گرفته می شود از نظر شیمیایی بی اثر است – می تواند تحت فشار شدید با آهن همراه باشد. آنها با استفاده از یک سلول الماس آنویل الماس مثله شده لیزر ، این تعامل غیر منتظره را مشاهده می کنند ، که نشان می دهد مقادیر عظیمی از هلیوم ممکن است در هسته زمین وجود داشته باشد. این یافته تئوری های طولانی در مورد ساختار داخلی و تاریخ سیاره را مورد اختلاف قرار می دهد و می تواند ایده جدیدی از سحابی اصلی که منظومه شمسی ما سرچشمه می گیرد ، ارائه دهد.
فوران های ولکانیک عمدتاً توسط سنگ ها و مواد معدنی منتشر می شوند ، اما همچنین می توانند اثری از گاز نادر معروف به هلیوم اولیه را منتشر کنند. بر خلاف ایزوتوپ رایج تر ، Helium-4 (⁴he) ، که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است و به طور مداوم توسط پوسیدگی رادیواکتیو تولید می شود ، هلیوم-هلیم-3 اولیه (³HE) فقط یک نوترون را شامل می شود و در زمین شکل نمی گیرد. حضور وی سرنخ های ارزشمندی را برای فضای داخلی عمیق سیاره و ارتباط آن با منشأ کیهانی ارائه می دهد.
با توجه به سطح گاه به گاه 3او/ او/4نسبت های وی که در سنگهای آتشفشانی ، به ویژه هاوایی یافت می شود ، محققان مدتهاست که معتقدند مواد اصلی حاوی وجود دارد 3او عمیقاً در مانتوی. با این حال ، Graduatera Haruki Takezawa و اعضای گروه استاد Key Hirose گروه زمین و علوم سیاره دانشگاه توکیو قبلاً این نظر را با یک آزمایش جدید آشنا – چیزهای خردکننده – مورد اختلاف قرار داده اند.
شبیه سازی شرایط شدید زمین
“من سالهای زیادی را صرف مطالعه فرآیندهای زمین شناسی و شیمیایی کردم که در اعماق زمین اتفاق می افتد. با توجه به درجه حرارت و فشارهای شدید در طول بازی ، آزمایشات برای مطالعه برخی از جنبه های این محیط باید این شرایط شدید را تکرار کند. بنابراین ، ما اغلب به سلولهای الماس گرم شده با لیزر می رویم تا چنین فشاری را به نمونه ها اضافه کنیم تا نتیجه را ببینیم. ” “در این حالت ، ما آهن و هلیوم را در حدود 5-55 گیگ و در دمای 1000 کلوین تا نزدیک به 3000 کلوین خرد کردیم. این فشارها تقریباً 50،000-550،000 برابر فشار اتمسفر مطابقت دارد و درجه حرارت بالاتر می تواند ایرایدیوم را ذوب کند ، ماده ای که اغلب در شمع اتومبیل خودرو به دلیل مقاومت زیاد در برابر گرما استفاده می شود. “
مطالعات قبلی فقط در مساحت هفت قسمت در میلیون هلیوم در آهن ، اثری کوچک از آهن و هلیوم ترکیبی نشان داده است. اما در این حالت ، آنها هنگامی که ترکیبات آهن خرد شده حاوی 3.3 ٪ هلیوم را پیدا کردند ، حدود 5000 برابر بیشتر از آنچه در ابتدا دیده می شد ، شگفت زده شدند. هیروز گمان می کند که این حداقل تا حدی به دلیل چیز جدیدی برای این مجموعه خاص از آزمایشات است.
“هلیوم تمایل دارد خیلی راحت از شرایط اطراف فرار کند. همه دیدند که یک بادکنک بادی خشک و سینک می شود. بنابراین ، ما به راهی برای جلوگیری از این کار نیاز داشتیم که اندازه گیری های خود را انجام دهیم. ” “اگرچه ما سنتز مواد را در دماهای بالا انجام دادیم ، اما اندازه گیری سنسور شیمیایی در دمای بسیار سرد یا کرایوژنیک انجام می شود. به این ترتیب ، مانع از فرار هلیوم شد و به ما اجازه داد هلیوم را در آهن پیدا کنیم. “
این یافته تأمل در درک منشأ زمین دارد. وجود هلیوم در هسته حاکی از آن است که زمین های جوان ممکن است مقداری گاز از سحابی آفتابی هیدروژن و هلیوم ، که سیستم خورشیدی اولیه را احاطه کرده است ، گرفته شود. این همچنین ممکن است بدان معنی باشد که بخشی از آب زمین ممکن است از هیدروژن در این گاز باستانی ناشی شود و چشم انداز جدیدی در مورد توسعه اولیه کره زمین ارائه دهد.
مرجع: “تشكیل اتصالات آهن با فشار بالا” توسط هاروكی آبیاوا ، خان هاشو ، كی هیروز ، ساكای ، سویو فو ، هیتوشی گامی ، شیروكا و نایا ساكاموتو ، 25 فوریه 2025 ، نامه های معاینه فیزیکیحرف
doi: 10.1103/physrevlet.134.084101
تأمین مالی: این کار توسط JSPS Grantic Assisted 21H04506 از KH پشتیبانی شد. HH توسط شورای ملی علوم و فناوری تایوان مطابق با کمک هزینه NSTC 113-2116-M-008-010 ، 112-2112-M-008-038 و 111-2112-M-008-032 پشتیبانی می شود.
