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氦和铁可以在地心温度和压力的作用下混合,该发现可能会解决“地球是如何形成的”这一长期争论。(图片来源:尤里·艾库斯_盖帝图像)
新的研究表明,太阳系诞生之初的原始氦气可能被卡在地核内,这些发现可能会对“我们的星球形成得多快”这一被长期争论的问题产生影响。
这种罕见形式的氦被称为氦-3,因为它的原子核中有两个质子和一个中子。普通氦,比氦-3常见700,000倍,有两个质子和两个中子,被称为氦-4。氦-4是放射性元素衰变的常见产物,而氦-3几乎完全来自形成太阳系的原始尘埃和气体云。
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我们已经知道这种原始元素存在于地球内部,每年大约有4.4磅(2千克)的氦-3从地壳正在分裂的洋中脊以及从深地幔挖掘岩浆的火山热点中泄漏出来。但它究竟是如何在地球内停留了数十亿年?这依旧是一个谜。
氦气是一种非常轻的气体,大多数挥发性气体早已逃脱地幔,在形成月球的巨大撞击中被吹走,或随着板块构造运动被搅动到地表。
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科学家们推测,也许这种原始氦被锁在了地心中,在那里它会免受重大干扰的影响,并在非常缓慢地泄漏到地表。但地核的主要成分是铁,氦气和铁通常不会混合。
在一项新研究中,东京大学行星科学家广濑圭和他的同事发现,在预测的核心温度和压力下,这两种元素确实会混合。研究人员在《物理评论快报》杂志上报告说,高温高压下的固体铁中可能含有高达3.3%的氦气。
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研究人员通过将铁和氦气加热到1,340至4,940华氏度(727至2,727