地核可能隐藏着一个巨大的原始氦库

宇宙中最轻的元素之一可以在高压下与铁结合形成铁螺旋体，这一意外发现意味着我们可能误解了构成地球最深处的化学成分。

这是因为这意味着氦可能会在地核中混合，而铁在地球上或地球上处于最高压力状态。事实上，根据东京大学物理学家 Haruki Takezawa 领导的一个团队的说法，我们星球上致密的铁心可能隐藏着大量的原始氦。

在地球上，氦有两种稳定的同位素。到目前为止，最常见的是氦-4，其原子核包含两个质子和两个中子。

氦 4 约占地球上所有元素的 99.99986%。另一种稳定同位素是氦-3，仅占地球氦的 0.000137% 左右，具有两个质子和一个中子。

氦 4 主要是铀和钍放射性衰变的产物，就在地球上制造。相比之下，氦-3 主要是原始的，在宇宙大爆炸后的片刻，尽管一部分是氢 3 或氚放射性衰变的副产品。

有趣的是，当火山喷发时，在从地下深处喷出的气体中检测到少量的氦-3，这让科学家们假设可能有原始的氦被困在地球的地幔中，并被捕获来自太阳星云我们的星球就是由气体和尘埃形成的。

Takezawa 和他的同事的工作提出了另一种来源。

“我花了很多年时间研究地球深处发生的地质和化学过程。鉴于高温和压力的作用，探索这种环境某些方面的实验必须复制这些极端条件。因此，我们经常求助于激光加热的金刚石砧池，对样品施加如此的压力才能看到结果。物理学家 Kei Hirose 说东京大学的实验室进行了实验。

“在这种情况下，我们在大约 5-55 吉帕的压力下，在 1,000 开尔文到近 3,000 开尔文的温度下将铁和氦一起粉碎。这些压力相当于大约 50,000-550,000 倍大气压，使用的较高温度可能会熔化铱，这种材料由于其高热阻而经常用于汽车发动机火花塞。

以前的研究表明氦与铁的结合量非常微小，微量，大约在几份氦气到一百万份铁的范围内。

在他们的实验中，Takezawa 和他的同事报告说，氦与铁的比例高达 3.3%。这比以前报道的要高出近 5,000 倍——研究人员将这一结果归因于他们的实验设计。

“氦气在环境条件下很容易逸出;每个人都见过充气气球枯萎和沉没。因此，我们需要一种方法来避免在进行测量时出现这种情况。广濑解释说.

“虽然我们在高温下进行材料合成，但化学传感测量是在极冷或低温下进行的。这种方式可以防止氦气逸出，并使我们能够检测铁中的氦。

该发现表明，尽管氦在化学上是惰性在环境条件下 – 也就是说，它不会与其他元素发生反应 – 当条件被推到更极端的水平时，它可以被诱导相互作用。

反过来，这可能意味着原始氦在行星形成时被吸收到地球体内，与铁结合并在行星分化过程中被封存在核心中。这也可能意味着原始氦被捕获在月亮和火星太。

如果是这种情况，则可能还有其他影响。行星核心中的原始氦可能是火山气体中同位素的来源，而不是被困在下地幔中的储层。

氦也不是唯一具有原始同位素的元素;氢是最轻的元素，也以原始形式存在。如果原始氦在地球形成过程中大量存在，那么氢也可能如此，为地球的早期水做出了贡献。

希望未来的工作将进一步调查这些可能性。

该研究已发表在物理评论信.

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