نشت یک گاز باستانی و بی‌اندازه کمیاب از هسته زمین
* بر پایه‌ی یک پژوهش مدل سازی تازه، گونه‌ی بی‌اندازه کمیابی از هلیوم که اندکی پس از مهبانگ (انفجار بزرگ) پدید آمده بود دارد از هسته‌ی فلزی زمین به بیرون نشت می‌کند.
 |
| پژوهشگران بر این گمانند که هته‌ی فلزی زیمین انبار بزرگی از گاز کمیاب هلیوم-۳ است |
در کیهان، بیشینه‌ی نزدیک به همه‌ی این گاز که به نام هلیوم-۳ شناخته می‌شود آ؛ازین است و درست پس از روی دادن مهبانگ در حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش پدید آمد. بخشی از این گاز به دیگر ذرات گاز و غبار در سحابی خورشیدی پیوست؛ سحابی خورشیدی ابر گسترده، چرخان و رُمبنده‌ای بود که پنداشته می‌شود سامانه‌ی خورشیدی از آن پدید آمده.
به گفته‌ی پژوهشگران، این یافته که هسته‌ی زمین به احتمال بسیار دربردارنده‌ی ذخیره‌ی بزرگی از هلیوم-۳ است گواه دیگری در پشتیبانی از این نظریه است که زمین ما درونِ یک سحابی خورشیدیِ رو به رشد شکل گرفته بوده نه در کناره‌های آن یا در زمانِ کاهش و آب رفتنِ آن.
پیتر اولسن، زمین‌شناس دانشگاه نیومکزیکو و نویسنده‌ی اصلی این پژوهش می‌گوید: «هلیوم-۳ یک شگفتی طبیعت است و یک سرنخ برای تاریخ زمین، که هنوز مقدار چشمگیری از این ایزوتوپ در دل زمین وجود دارد.»
هلیوم-۳ یک ایزوتوپ یا گونه از هلیوم است که به جای دو نوترون معمول، تنها یک نوترون در هسته‌اش دارد. گاز کمیابی‌ست و تنها ۰.۰۰۰۱ درصد از هلیوم روی زمین را می‌سازد. این ایزوتوپ در فرآیندهای گوناگونی مانند واپاشی رادیواکتیوِ تریتیوم که یک ایزوتوپ رادیواکتیو کیابِ هیدروژن است پدید می‌آید. ولی از آنجایی که هلیوم یکی از نخستین عنصرها در تاریخ کیهان است، بیشتر عنصرهای هلیوم-۳ هم به احتمال بسیار از مهبانگ سرچشمه می‌گیرند.
در پژوهشنامه‌ی برخطی که روز ۲۸ مارس در نشریه‌ی جئوکمیستری، جئوفیزیکز، جئوسیستمز منتشر شد آمده که پژوهشگران از پیش می‌دانستند که سالانه حدود ۲ کیلیوگرم هلیوم-۳ از درون زمین می‌گریزد، بیشتر از راه سامانه‌ی پشته‌ی میان-اقیانوسی، جایی که صفحه‌های زمین‌ساختی (تکتونیکی) به هم می‌رسند.
اولسن می‌گوید: «این تقریبا برای پُر کردنِ بادکنکی به اندازه‌ی یک میز بسنده می‌کند.»
ولی پژوهشگان دقیقا مطمئن نبودند که چه مقدار از هلیوم-۳ در مقایسه با گوشته، از هسته‌ی زمین می‌آید و نیز این که چه مقدار هلیوم-۳ در مخزن‌های زمین است.
به گفته‌ی پژوهشگران، این یافته که هسته‌ی زمین به احتمال بسیار دربردارنده‌ی ذخیره‌ی بزرگی از هلیوم-۳ است گواه دیگری در پشتیبانی از این نظریه است که زمین ما درونِ یک سحابی خورشیدیِ رو به رشد شکل گرفته بوده نه در کناره‌های آن یا در زمانِ کاهش و آب رفتنِ آن.
پیتر اولسن، زمین‌شناس دانشگاه نیومکزیکو و نویسنده‌ی اصلی این پژوهش می‌گوید: «هلیوم-۳ یک شگفتی طبیعت است و یک سرنخ برای تاریخ زمین، که هنوز مقدار چشمگیری از این ایزوتوپ در دل زمین وجود دارد.»
هلیوم-۳ یک ایزوتوپ یا گونه از هلیوم است که به جای دو نوترون معمول، تنها یک نوترون در هسته‌اش دارد. گاز کمیابی‌ست و تنها ۰.۰۰۰۱ درصد از هلیوم روی زمین را می‌سازد. این ایزوتوپ در فرآیندهای گوناگونی مانند واپاشی رادیواکتیوِ تریتیوم که یک ایزوتوپ رادیواکتیو کیابِ هیدروژن است پدید می‌آید. ولی از آنجایی که هلیوم یکی از نخستین عنصرها در تاریخ کیهان است، بیشتر عنصرهای هلیوم-۳ هم به احتمال بسیار از مهبانگ سرچشمه می‌گیرند.
در پژوهشنامه‌ی برخطی که روز ۲۸ مارس در نشریه‌ی جئوکمیستری، جئوفیزیکز، جئوسیستمز منتشر شد آمده که پژوهشگران از پیش می‌دانستند که سالانه حدود ۲ کیلیوگرم هلیوم-۳ از درون زمین می‌گریزد، بیشتر از راه سامانه‌ی پشته‌ی میان-اقیانوسی، جایی که صفحه‌های زمین‌ساختی (تکتونیکی) به هم می‌رسند.
اولسن می‌گوید: «این تقریبا برای پُر کردنِ بادکنکی به اندازه‌ی یک میز بسنده می‌کند.»
ولی پژوهشگان دقیقا مطمئن نبودند که چه مقدار از هلیوم-۳ در مقایسه با گوشته، از هسته‌ی زمین می‌آید و نیز این که چه مقدار هلیوم-۳ در مخزن‌های زمین است.
 |
| تصویر تلسکوپ فضایی هابل از سحابی مرداب. پس از مهبانگ، انبوه غول‌آسایی از
گاز کمیاب هلیوم-۳ ساخته شد. ذرات این گاز به بخشی ازسحابی‌ها تبدیل شد و
یکی از این سحابی‌ها بعدها سامانه‌ی خورشیدی را آفرید. میزان هلیوم-۳ای که
از هسته‌ی فلزی زمین نشت می‌کند نشان می‌دهد که سیاره‌ی ما در دلِ یک سحابی
با نباشتِ بالایی از هلیوم-۳ پدید آمد- این تصویر در اندازه‌ی بزرگ‌تر |
برای بررسی این، گروه پژوهشگران فراوانیِ هلیوم را در دو گام مهم از تاریخ زمین مدل‌سازی کردند: آغاز پیدایش زمین، هنگامی که این سیاره هنوز داشت هلیوم می‌اندوخت، و پس از پیدایش ماه، زمانی که سیاره‌مان انبوهی از این گاز را از دست داد. دانشمندان بر این باورند که ماه حدود ۴ میلیارد سال پیش، در پی برخورد سهمگین زمین با جرمی به اندازه‌ی بهرام پدید آمد.
این رویداد می‌بایست پوسته‌ی زمین را آب (ذوب) کرده و امکان داده تا بیشترِ این هلیوم از درون سیاره‌مان بگریزد.
با این همه، زمین در آن هنگام همه‌ی هلیوم-۳ی خود را از دست نداد و هنوز این گاز کمیاب را که به گریختن از درونِ زمین ادامه می‌دهد در خود نگه داشته. هسته می‌تواند جای خوبی برای چنین انباری باشد زیرا به نوشته‌ی پژوهشگران: « هسته در همسنجی (مقایسه) با دیگر بخش‌های سامانه‌ی زمین، آسیب‌پذیری کمتری در برابر برخوردها دارد.» و همچنین هسته در چرخه‌ی زمین‌ساخت صفحه‌ای، که آن هم گاز هلیوم آزاد می‌کند، نقشی ندارد.
پژوهشگران نرخ امروزیِ نشتِ هلیوم-۳ را با مدل‌های رفتار ایزوتوپ هلیوم همراه کردند. این محاسبه‌ها نشان داد که چیزی میان ۱۰ میلیارد کیلوگرم (۱۰ تراگرم) تا ۱ تریلیون کیلوگرم (۱ پنتاگرام) هلیوم-۳ در هسته‌ی زمین وجود دارد- مقداری بسیار بسیار فراوان که نشان می‌دهد زمین در یک سحابی خورشیدی با انباشت بالایی از این گاز ساخته شده.
به نوشته‌ی این پژوهشگران : «مدل‌های آنها از دادوستدِ (تبادلِ) گاز در زمان پیدایش و فرگشت زمین، هسته‌ی فلزی را به عنوان یک ذخیره‌ی نشت‌کننده نشان می‌دهد که هلیوم-۳ی بقیه‌ی زمین را فراهم می‌کند.»
با این همه، از آنجایی که این یافته‌ها بر پایه‌ی مدل‌سازی هستند، یافته‌های استوار و قطعی نیستند. این پژوهشگران ناچار شدند چند چیز را فرض کنند- برای نمونه، این که زمین هلیوم-۳ را هنگامی که در سحابی خورشیدی ساخته می‌شد دریافت کرد، این که این هلیوم به درونِ فلزهای سازنده‌ی هسته وارد شدند و این که بخشی از هلیوم از هسته جدا شده و به گوشته رفت. این پنداشت‌ها (فرض‌ها) به همراه بی‌قطعیتی‌های دیگری مانند این که سحابی خورشیدی نسبت به نرخِ پیدایش زمین چقدر دوام آورد به این معنا هستند که هلیوم-۳ در هسته شاید کمتر از چیزی که این دانشمندان محاسبه کردند باشد.
ولی این پژوهشگران امیدوارند سرنخ‌های بیشتری بیابند که از یافته‌هایشان پشتیبانی کند. برای نمونه به گفته‌ی اولسن، یافتنِ دیگر گازهای سحابی-ساخته، مانند هیدروژن، که دارند از همان جاها و با همان نرخِ هلیوم-۳ از زمین نشت می‌کنند، می‌تواند "گواهی استوار" از این باشد که هسته، سرچشمه‌ی آنهاست. وی می‌گوید: «رازها بسیار بیشتر از قطعیت‌ها هستند.»
این رویداد می‌بایست پوسته‌ی زمین را آب (ذوب) کرده و امکان داده تا بیشترِ این هلیوم از درون سیاره‌مان بگریزد.
با این همه، زمین در آن هنگام همه‌ی هلیوم-۳ی خود را از دست نداد و هنوز این گاز کمیاب را که به گریختن از درونِ زمین ادامه می‌دهد در خود نگه داشته. هسته می‌تواند جای خوبی برای چنین انباری باشد زیرا به نوشته‌ی پژوهشگران: « هسته در همسنجی (مقایسه) با دیگر بخش‌های سامانه‌ی زمین، آسیب‌پذیری کمتری در برابر برخوردها دارد.» و همچنین هسته در چرخه‌ی زمین‌ساخت صفحه‌ای، که آن هم گاز هلیوم آزاد می‌کند، نقشی ندارد.
پژوهشگران نرخ امروزیِ نشتِ هلیوم-۳ را با مدل‌های رفتار ایزوتوپ هلیوم همراه کردند. این محاسبه‌ها نشان داد که چیزی میان ۱۰ میلیارد کیلوگرم (۱۰ تراگرم) تا ۱ تریلیون کیلوگرم (۱ پنتاگرام) هلیوم-۳ در هسته‌ی زمین وجود دارد- مقداری بسیار بسیار فراوان که نشان می‌دهد زمین در یک سحابی خورشیدی با انباشت بالایی از این گاز ساخته شده.
به نوشته‌ی این پژوهشگران : «مدل‌های آنها از دادوستدِ (تبادلِ) گاز در زمان پیدایش و فرگشت زمین، هسته‌ی فلزی را به عنوان یک ذخیره‌ی نشت‌کننده نشان می‌دهد که هلیوم-۳ی بقیه‌ی زمین را فراهم می‌کند.»
با این همه، از آنجایی که این یافته‌ها بر پایه‌ی مدل‌سازی هستند، یافته‌های استوار و قطعی نیستند. این پژوهشگران ناچار شدند چند چیز را فرض کنند- برای نمونه، این که زمین هلیوم-۳ را هنگامی که در سحابی خورشیدی ساخته می‌شد دریافت کرد، این که این هلیوم به درونِ فلزهای سازنده‌ی هسته وارد شدند و این که بخشی از هلیوم از هسته جدا شده و به گوشته رفت. این پنداشت‌ها (فرض‌ها) به همراه بی‌قطعیتی‌های دیگری مانند این که سحابی خورشیدی نسبت به نرخِ پیدایش زمین چقدر دوام آورد به این معنا هستند که هلیوم-۳ در هسته شاید کمتر از چیزی که این دانشمندان محاسبه کردند باشد.
ولی این پژوهشگران امیدوارند سرنخ‌های بیشتری بیابند که از یافته‌هایشان پشتیبانی کند. برای نمونه به گفته‌ی اولسن، یافتنِ دیگر گازهای سحابی-ساخته، مانند هیدروژن، که دارند از همان جاها و با همان نرخِ هلیوم-۳ از زمین نشت می‌کنند، می‌تواند "گواهی استوار" از این باشد که هسته، سرچشمه‌ی آنهاست. وی می‌گوید: «رازها بسیار بیشتر از قطعیت‌ها هستند.»
-------------------------------------------------
تلگرام، توییتر و فیسبوک یک ستاره در هفت آسمان:
telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
facebook.com/1star7sky
واژه‌نامه:
helium - Big Bang - Earth - metallic core - helium-3 - solar nebula -
solar system - core - isotope - Peter Olson - University of New Mexico -
neutron - nucleus - radioactive decay - tritium - hydrogen - element -
mid-ocean ridge - tectonic plate - Geochemistry, Geophysics, Geosystems
- mantle - moon - Mars - crust - planet - Hubble Telescope - Lagoon Nebula -
منبع: لایوساینس
0 دیدگاه شما:
ارسال یک نظر