L’hélium primordial dès le début du système solaire peut être coincé à l’intérieur du noyau solide de la Terre, suggèrent de nouvelles recherches. Les résultats pourraient avoir des implications pour un débat de longue date sur la rapidité avec laquelle notre planète s’est formée.
Cette forme rare d’hélium est appelée hélium-3 car elle a deux protons et un neutron dans son noyau. L’hélium normal, qui est 700 000 fois plus courant que l’hélium-3, est appelé hélium-4 car il a deux protons et deux neutrons. Alors que l’hélium-4 est un produit commun de la désintégration des éléments radioactifs, l’hélium-3 provient presque entièrement du nuage initial de poussière et de gaz qui formait le système solaire.
Cet élément primordial était déjà connu pour exister à l’intérieur de la Terre. Chaque année, environ 4,4 livres (2 kilogrammes) d’hélium-3 s’éloigne des arêtes de la mi-océanes où la croûte se sépare et hors des points chauds volcaniques qui tapent le magma du manteau profond. Mais exactement comment il est resté à l’intérieur de la planète pendant des milliards d’années est un mystère persistant.
L’hélium est un gaz très léger, et la plupart des gaz volatils ont depuis longtemps échappé au manteau, après avoir été époustouflé pendant le Impact géant qui a formé la lune ou baratté à la surface par les mouvements inexorables de tectonique des plaques.
Les scientifiques ont théorisé que peut-être cet hélium primordial enfermé dans le cœur de la Terreoù il resterait à l’abri des perturbations majeures et ne fuit que très lentement à la surface. Mais le noyau est principalement du fer, et l’hélium et le fer ne se mélangent généralement pas.
Maintenant, dans une nouvelle étude, des chercheurs du laboratoire de Kei Hiroseun scientifique planétaire de l’Université de Tokyo, et leurs collègues ont constaté qu’à la température et aux pressions attendues dans le cœur, les deux éléments se mélangent en fait. En fait, le fer solide à haute température et pression pourrait contenir jusqu’à 3,3% d’hélium, les chercheurs ont signalé le 25 février dans la revue Lettres d’examen physique.
Les chercheurs ont découvert cette compatibilité en chauffant le fer et l’hélium entre 1 340 et 4 940 degrés Fahrenheit (727 à 2 727 degrés Celsius, ou 1000 à 3000 Kelvins) tout en compressant les éléments avec une ancale à pointe de diamant à 50 000 et 550 000 fois la pression de la terre. Ensuite, ils ont dépresturisé les échantillons à des températures cryogéniques et mesuré leurs structures cristallines. Cette méthode a probablement empêché la fuite de l’hélium pendant la phase de mesure, a déclaré Hirose déclaration.
Les chercheurs ont utilisé l’hélium-4 normal dans leurs expériences, mais l’hélium-3 se comporterait probablement de la même manière, a déclaré Peter Olsongéophysicien à l’Université du Nouveau-Mexique qui n’a pas été impliqué dans l’étude mais étudie le cœur de la Terre. Les résultats confirment que l’hélium pourrait rester enfermé dans le noyau intérieur solide de la Terre pendant longtemps, a déclaré Olson à Live Science, mais il a averti que seulement 4% du noyau est solide.
« C’est significatif, car cela montre que l’hélium est compatible avec la phase solide du noyau », a déclaré Olson. « Mais parce que le noyau s’est presque certainement formé à l’état liquide, il y a plus de travail à faire pour montrer que la même interprétation peut être appliquée à la partie liquide. »
Il est très important de comprendre comment l’hélium-3 a été incorporé dans le noyau pendant la formation de la Terre pour comprendre quand la planète s’est formée, a déclaré Olson. Des gaz légers comme l’hélium traînaient dans la nébuleuse des gaz et de la poussière qui n’a formé le système solaire que pendant quelques millions d’années.
« C’est très débattu de la durée de la terre pour se former », a déclaré Olson. « Il y a d’autres preuves qui ont été interprétées comme disent que la terre s’est formée très lentement, nécessitant 100 millions d’années.
En d’autres termes, si les scientifiques peuvent montrer que le cœur de la Terre contient beaucoup d’hélium-3, cela suggère fortement que la planète s’est formée rapidement, réglant un débat de longue date sur la naissance du système solaire.
