Железо и кислород могут удерживать гелий в недрах Земли

С помощью компьютерного моделирования ученые выяснили, в какой форме в недрах Земли может скрываться первичный гелий. Исследователи полагают, что со времен формирования планеты должно было остаться большое количество этого элемента, однако известные источники весьма скудны. Статья об этом исследовании опубликована в журнале Physical Review Letters.

Гелий — второй по распространенности элемент во Вселенной после водорода, он образовался еще в эпоху первичного нуклеосинтеза, почти сразу после Большого взрыва. Первичный гелий, оставшийся со времен формирования Солнечной системы, просачивается на поверхность Земли вместе с вулканической лавой. Считается, что в глубинах нашей планеты существуют большие запасы этого элемента. Он должен находиться в виде какого-то твердого соединения, иначе он бы давно улетучился. Однако ученые не знают, в виде какого конкретного вещества он скрывается.

В новой работе ученые из Китая и США при помощи компьютерных вычислений пришли к выводу, что FeO₂He — подходящее для этого соединение. Расчеты показывают, что это вещество остается стабильным при высоких давлениях и температурах, которые характерны для твердых нижних слоев мантии планеты, расположенных над расправленным внешним ядром. В своей работе ученые использовали алгоритм под названием CALYPSO, который вычисляет энергию связей между атомами в веществе. Они искали соединения железа или магния, энергия связи в которых уменьшается при добавлении гелия, тем самым делая их более стабильными. Всем условиям удовлетворяла только одна формула — FeO₂He.

Результаты показывают, что FeO₂He стабильно при температуре от 3000 до 5000 кельвинов и давлении от 135 до 300 гигапаскалей. Дополнительно авторы вычислили акустические свойства вещества. Оказалось, что они соответствуют наблюдаемым параметрам границы между мантией и ядром. Эти параметры ученые вычисляют на основе того, как распространяются сейсмические волны. Сейчас ученые не смогли получить FeO₂He в лаборатории, но синтезировали его близкие аналоги FeO₂H_x. Авторы считают, что в ближайшем будущем смогут подтвердить существование этого вещества. Если идея окажется верной, это существенно повлияет на представление о том, сколько гелия находится в недрах Земли, так как на данный момент наиболее распространена версия о примесях в порах минералов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.