Nell'universo c’è un raro gas chiamato elio-3, primordiale e creato subito dopo il Big Bang avvenuto circa 13,8 miliardi di anni fa. Parte di questo elio-3 si sarebbe unito ad altre particelle di gas e polvere nella nebulosa solare – la vasta nube rotante e collassata che si pensa abbia portato alla creazione del sistema solare. La scoperta che il nucleo della Terra probabilmente contiene un vasto serbatoio di elio-3 è un'ulteriore prova a sostegno dell'idea che la Terra si sia formata all'interno di una fiorente nebulosa solare, non alla sua periferia o durante la sua fase calante, hanno detto i ricercatori.
L'elio-3 è "una meraviglia della natura e un indizio per la storia della Terra, che c'è ancora una quantità significativa di questo isotopo all'interno della Terra", ha detto in una dichiarazione l'autore principale dello studio Peter Olson, geofisico dell'Università del New Mexico.
L'elio-3 è un isotopo, o variante, dell'elio che ha un neutrone invece dei soliti due nel suo nucleo. È un gas raro, che costituisce solo lo 0,0001% dell'elio sulla Terra. Proviene da vari processi, come il decadimento radioattivo del trizio, un raro isotopo radioattivo dell'idrogeno. Ma poiché l'elio è uno dei primi elementi ad esistere nell'universo, la maggior parte dell'elio-3 probabilmente proveniva dal Big Bang.
Gli scienziati sapevano già che circa 4,4 libbre (2 chilogrammi) di elio-3 fuoriescono dall'interno della Terra ogni anno, per lo più lungo il sistema di dorsale medio-oceanica dove si incontrano le placche tettoniche, hanno scritto i ricercatori nello studio, pubblicato online il 28 marzo sulla rivista Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
Questo è "abbastanza per riempire un palloncino delle dimensioni della tua scrivania", ha detto Olson. Ma gli scienziati non erano sicuri esattamente di quanto dell'elio-3 provenisse dal nucleo rispetto al mantello, e quanto elio-3 fosse nei serbatoi della Terra.
Per indagare, il team di ricerca ha modellato l'abbondanza di elio durante due importanti fasi della storia della Terra: la formazione iniziale del pianeta, quando stava ancora accumulando elio, e dopo la formazione della luna, quando il nostro pianeta ha perso molto di questo gas. Gli scienziati pensano che la luna si sia formata quando un oggetto colossale delle dimensioni di Marte si è scontrato con la Terra circa 4 miliardi di anni fa.
Questo evento avrebbe sciolto la crosta terrestre e permesso a gran parte dell'elio all'interno del nostro pianeta di fuggire. Tuttavia, la Terra non ha perso tutto il suo elio-3 in quel momento. Conserva ancora parte del gas raro, che continua a filtrare dalle interiora della Terra. Il nucleo sarebbe un buon posto per un tale serbatoio, "perché è meno vulnerabile a grandi impatti rispetto ad altre parti del sistema Terra", hanno scritto i ricercatori nello studio, e non è coinvolto nel ciclo delle placche tettoniche, che rilascia anche gas elio.
I ricercatori hanno accoppiato il moderno tasso di perdita di elio-3 con modelli di comportamento isotopico dell'elio. Questi calcoli hanno rivelato che tra 22 miliardi di libbre (10 teragrammi) e 2 trilioni di libbre (1 pentagramma) di elio-3 sono appesi nel nucleo della Terra – una quantità enorme, indicando che la Terra si è formata in una nebulosa solare con alte concentrazioni di gas.
I loro modelli di scambio di gas "si scambiano durante la formazione e l'evoluzione della Terra implicano il nucleo metallico come un serbatoio che perde che fornisce al resto della Terra elio-3", hanno scritto i ricercatori nello studio.
Tuttavia, poiché questi risultati si basano sulla modellazione, i risultati non sono ferrei. Il team ha dovuto fare una serie di ipotesi: ad esempio, che la Terra ha assunto elio-3 mentre si formava nella nebulosa solare, che l'elio è entrato in metalli che formano il nucleo e che un po 'di elio ha lasciato il nucleo per il mantello. Queste ipotesi, oltre ad altre incertezze, tra cui quanto tempo è durata la nebulosa solare rispetto alla velocità con cui la Terra si è formata, significano che potrebbe esserci meno elio-3 nel nucleo di quanto calcolato, hanno detto gli scienziati.
Ma i ricercatori sperano di trovare più indizi che supportino le loro scoperte. Ad esempio, trovare altri gas creati da nebulose, come l'idrogeno, che fuoriescono dalla Terra da punti simili e a velocità simili all'elio-3, potrebbe essere una "pistola fumante" che mostra che il nucleo è la fonte, ha detto Olson. "Ci sono molti più misteri che certezze."