Um novo estudo, conduzido por cientistas da Universidade do Novo México, encontrou hélio-3 primordial antigo vazando do núcleo da Terra, sugerindo que o planeta se formou dentro de uma nebulosa solar, provocando mais debate entre os cientistas.
A cada ano, cerca de 2 kg do raro gás isótopo hélio-3 escapam do interior da Terra, principalmente ao longo do sistema de dorsais meso-oceânicas, uma série de vulcões submarinos ao redor do globo. O hélio-3 é primordial, criado logo após o Big Bang e adquirido da nebulosa solar quando a Terra se formou. Evidências geoquímicas indicam que a Terra possui reservatórios profundos de hélio-3, mas suas localizações e abundâncias são incertas.
O inventário de hélio da Terra consiste em dois isótopos estáveis, o mais abundante hélio-4 e o raro hélio-3. Ao contrário do hélio-4 terrestre, que é produzido principalmente pelo decaimento do urânio e do tório, o hélio-3 terrestre é em grande parte de origem primordial, sintetizado após o Big Bang e incorporado à Terra principalmente durante sua formação.
Agora, os modelos dos cientistas de troca volátil durante a formação e evolução da Terra implicam o núcleo metálico como um reservatório com vazamento que abastece o resto da Terra com hélio-3. Os resultados também sugerem que outros voláteis podem estar vazando do núcleo para o manto. O hélio-3 se origina principalmente em nebulosas, uma enorme nuvem de poeira e outros elementos básicos, como hidrogênio e outros gases ionizados. Como um dos primeiros elementos produzidos no universo, a maior parte do hélio-3 foi criado durante os estágios iniciais do Big Bang.
“O hélio-3 foi sintetizado muito cedo na história do universo, muito cedo, ou seja, dentro de alguns segundos do big bang”, disse Peter Olson, geofísico da UNM e principal autor do artigo, “Primordial Helium-3 Exchange Between Earth’s Core and Mantle”, publicado recentemente na revista Geochemistry, Geophysics, Geosystems, da American Geophysical Union. “Este estudo ajuda a identificar o núcleo como a fonte do vazamento em vez do manto. Tem mais de 13 bilhões de anos e é medido para sair do interior da Terra e o lugar onde aparentemente está vazando na taxa mais rápida é o Oceano Médio. Centros de expansão de cristas: estes são os limites das placas onde a nova crosta oceânica está sendo criada.
“Duas coisas são importantes, embora seja uma quantidade pequena. Em primeiro lugar, não chegou lá recentemente. É um elemento primordial e alguns dos lugares de onde está vazando estão relacionados ao núcleo. Por exemplo, a fonte de acredita-se que as lavas que compõem o Havaí e a Islândia sejam derivadas de plumas que sobem através do manto a partir da região limite do manto central. A perda de hélio da Terra é global. Não é apenas em alguns lugares. Está concentrada na propagação centros nas dorsais meso-oceânicas. Esses centros de expansão são globais, cobrindo toda a Terra. O hélio também é encontrado vazando de outros ambientes. Então, é global e vem das profundezas da Terra e essas são duas inferências, que são realmente sólido, eu acho.”
O estudo, que também envolveu Zach Sharp, geoquímico da UNM no Departamento de Ciências da Terra e Planetárias, envolveu dois aspectos como parte do processo de modelagem – primeiro, como o hélio-3 entrou nas profundezas da terra, o processo de aquisição, e segundo, como ele sai. Estudos anteriores mostraram como o hélio-3 entra, mas nenhum fez as duas coisas, adquirindo o hélio-3 e o processo para retirá-lo. Ambos são mecanismos fundamentalmente diferentes e ocorrem em diferentes escalas de tempo na história da Terra.
“O processo de aquisição, ou o gás que compõe o sistema solar, é na verdade o gás que compõe o Sol, Júpiter e Saturno e é cerca de 15% de hélio”, disse Olson. “É o segundo elemento mais abundante nesses corpos (depois do hidrogênio), o que o torna o segundo elemento mais abundante no sistema solar. A maneira óbvia de incorporar muito hélio-3 na Terra é construir a Terra enquanto a nebulosa solar estava no lugar ao seu redor. Quando a Terra estava envolta em gás nebular, e se a superfície da Terra está derretida, então o gás pode se dissolver na Terra derretida à medida que se forma porque os gases se dissolvem facilmente em derretimentos.
“Existem muitos pequenos cometas ou pedrinhas que chamamos de bolas de neve dentro da nebulosa solar que cairão lentamente em direção ao Sol simplesmente por causa da gravitação da atração do Sol”, disse Sharp. “Isso é uma certeza física – deve acontecer. Agora, se você tem corpos planetários que ainda não estão totalmente crescidos, e você tem os seixos vindo em direção ao sol, então uma fração significativa dos seixos será capturada gravitacionalmente por Você pode fazer em 2 milhões de anos, algo do tamanho da Terra por este processo, enquanto os modelos anteriores exigiam mais de 10 milhões de anos para fazer um corpo do tamanho da Terra.”
Os cientistas usaram um modelo que consistia em uma atmosfera nebular feita da mesma composição que a nebulosa solar, e a entrada desse material no fundido que forneceu o ambiente necessário para separar o hélio do manto e do núcleo.
“Você descobre muito rapidamente que a superfície seria tão quente nessas condições que seria um oceano de magma, exatamente o ambiente onde você poderia dissolver a perda de hélio”, disse Olson. “Isso leva o hélio para a terra, mas não para o núcleo, para isso, você precisa dissolvê-lo no ferro que forma o núcleo. Existem medições de laboratório que medem a solubilidade do hélio em metais livres, como o ferro fundido. Isso nos deu uma estimativa de quanto hélio você poderia dissolver no núcleo à medida que a Terra se formava. Esse é o processo de modelagem para a primeira etapa, que nos disse que você obtém um ou mais petagramas (1.000.000.000.000.000 gramas) de hélio-3 no núcleo dessa maneira.”
“É muito bom para onde estamos indo com isso. A questão é” ‘como conseguimos tanto hélio no manto'” Este sempre foi um problema que nunca foi totalmente resolvido”, disse Sharp. “Era como, sim, está lá, e talvez tenha vindo desses cometas ou asteróides tardios, mas o problema é que o hélio não é denso. Ele quer ‘flutuar’ na superfície. É como pegar uma bola de praia e tentar empurrá-la para o fundo de uma piscina. Ele vai aparecer de volta. Como você pode obter hélio até o manto profundo? É realmente um problema.
“Geralmente não é discutido no caso da ideia de nebulização, mas 15 por cento da nebulosa é hélio. A maior parte do resto é hidrogênio, então vamos lá, essa é a maior parte do gás nebular. Se você tem isso alta pressão, assim como o CO2 se dissolvendo em sua água em uma lata de refrigerante, o hélio se dissolverá até o interior do planeta.”
A segunda etapa do processo é complicada porque você precisa esgotar o manto de hélio-3 antes que ele comece a vazar do núcleo. Numerosos estudos assumiram que o hélio foi perdido do manto quando a Terra se solidificou após o “Impacto Gigante”. O Impacto Gigante é a suposta formação da Lua durante uma colisão entre a proto-Terra e um grande planeta equivalente em tamanho a Marte.
“O Impacto Gigante foi um evento tão perturbador que o manto da Terra teria perdido muitos de seus gases, incluindo o hélio três. Esse é um passo crítico porque, caso contrário, o núcleo não vazará hélio”, disse Olson. “Uma vez que esses dois estavam no lugar, o processo de vazamento que modelamos era apenas uma difusão comum mais convecção no manto terrestre, que impulsiona as placas tectônicas. 3 do núcleo e transportá-lo de volta para a superfície nas cordilheiras oceânicas e pontos vulcânicos, e talvez o Rio Grande Rift aqui no Novo México, por exemplo.”
“A quantidade de vazamento de hélio está em torno de quatro libras por ano, talvez o suficiente para encher 50 balões, dependendo do tamanho dos balões”, disse Sharp. “Não é muito, mas o fato de continuar saindo da Terra o tempo todo com a ideia de que o núcleo é uma fonte importante é viável. Ninguém se importa com um pouco de hélio vazando da Terra para o espaço. , mas achamos que é uma impressão digital para importantes eventos iniciais na história do nosso planeta. É uma evidência de que a ideia de insuflação nebular é válida. Se o hélio foi entregue mais tarde por asteróides e cometas colidindo com a Terra milhões de anos após a formação da Terra, nós teríamos Não espere ver tanto hélio no manto profundo e no núcleo. É, em essência, um substituto para a entrega de água vital à Terra. Ele fornece um mecanismo para tornar um planeta habitável.”
Publicado em 16/05/2022 06h33
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