Mustahil "mineral helium di interior bumi?

Di mantel bawah, helium gas mulia dapat membentuk koneksi yang stabil

Jauh di dalam mantel yang lebih rendah, helium gas yang tidak memiliki ikatan dapat terperangkap dalam mineral. © Gerhardus Swanepoel / thinkstock
membacakan

Perangkap helium tersembunyi: Di ​​mantel bawah mungkin ada reservoir helium yang sampai sekarang tidak dikenal - dalam bentuk mineral yang mengandung helium. Senyawa besi oksida dan helium ini, yang sebelumnya dianggap "mustahil", bisa stabil di bawah kondisi ekstrem interior Bumi, seperti yang disarankan oleh model komputer. Keberadaan mineral ini akan menjelaskan mengapa gunung berapi tertentu masih melebihi helium dari masa-masa awal Bumi - itu terperangkap di bagian dalam bumi.

Meskipun helium adalah unsur paling berlimpah kedua di alam semesta, gas kita yang berharga sangat sedikit di Bumi. Karena densitasnya yang rendah, gas keluar tanpa bisa dihindari ke ruang angkasa, jika tidak terperangkap dalam wadah atau rongga batu. Lebih buruk lagi, atom helium sangat lambat bereaksi - secara sukarela, gas mulia bukanlah ikatan kimia. Helium hanya dapat mengikat ikatan di bawah tekanan tinggi dan suhu tinggi.

Dari mana datangnya helium kuno?

Namun, hal yang aneh: terlepas dari volatilitasnya yang ekstrem, helium dari masa awal planet kita masih ditemukan di bagian dalam bumi: pembesaran lava vulkanik, misalnya di Hawaii, membuktikan bahwa batu plutonik harus mengandung jejak gas mulia ini. Oleh karena itu para peneliti mencurigai bahwa di suatu tempat di mantel yang dalam terdapat reservoir helium yang, terlepas dari inertness-nya, terikat kuat dalam mineral.

Gunung berapi hotspot, seperti Kilauea di Hawaii, adalah rumah bagi helium purba. © Ivtorov / CC-by-sa 4.0

Tapi di mana waduk helium ini berada dan dalam bentuk apa gas mulia itu membingungkan? Hingga saat ini, tidak ada mineral yang mengandung helium alami telah ditemukan, seperti yang dilaporkan Jurong Zhang dari Universitas Jilin Cina dan rekan-rekannya.

Oleh karena itu para peneliti mengambil pendekatan berbeda dalam pencarian mereka untuk reservoir helium: menggunakan program komputer khusus, para peneliti mencari mineral besi atau magnesium yang dapat mengambil helium di bawah kondisi ekstrim dari interior bumi. Algoritme mereka secara khusus mencari senyawa yang berubah menjadi keadaan yang lebih menguntungkan secara energetik melalui reaksi dengan helium hanya dengan demikian ikatan seperti itu juga akan stabil. pameran

Mineral besi sebagai perangkap helium?

Hasilnya: mineral-mineral yang mengandung magnesium tidak menemukan programnya, tetapi senyawa-senyawa besi itu. Perhitungan menunjukkan bahwa besi dioksida (FeO 2 ) dapat membentuk mineral FeO 2 He yang mengandung helium stabil pada suhu antara 2.720 dan 4.720 derajat dan tekanan luar biasa dari 135 hingga 300 gigapascal.

Mungkinkah mineral ini menjadi reservoir helium yang lama dicari di bagian dalam bumi? Menurut para peneliti, itu sangat mungkin. Untuk kondisi di mana FeO 2 Dia stabil kira-kira sama dengan yang ada di batas mantel bawah ke inti Bumi, seperti yang dilaporkan Zhang dan timnya. "Mineral FeO 2 Dia dengan demikian akan menjadi senyawa helium pertama dan sejauh ini yang dapat eksis di bawah kondisi geofisika nyata, " kata para peneliti.

Mantelplume sebagai lift helium

Karenanya, gas mulia yang mudah menguap ini dapat bertahan lebih dari milyaran tahun dalam bentuk mineral ini. Jika reservoir mineral helium ini ada di mantel dalam, ini bisa menjelaskan mengapa gas mulia dilepaskan hanya di gunung berapi hotspot: mineral helium cukup berat untuk berada jauh di dalam mantel dalam keadaan normal tetap. Hanya di titik api vulkanik, di mana bulu mantel mengangkut sejumlah besar batu dari mantel bawah ke atas, mineral helium naik. Karena tekanan dan penurunan suhu, struktur kristal rusak dan gas helium dilepaskan.

Sifat seismiknya juga dapat berbicara untuk keberadaan mineral yang mengandung helium jauh di dalam interior bumi.Dalam simulasi komputer mereka, para peneliti menentukan bahwa FeO2 melambatkan gelombang gempa pada tingkat yang sama seperti halnya untuk yang lebih rendah Mantel diamati.

"Hasil yang mengasyikkan"

"Ini adalah hasil yang menggembirakan - selama itu dapat dikonfirmasi dalam studi laboratorium, " komentar ahli geofisika Matt Jackson dari University of California, Santa Barbara, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut. Karena baik besi dioksida dan senyawa besi oksida dan hidrogen telah diproduksi dalam uji laboratorium di bawah tekanan tinggi dan suhu tinggi, kemampuan manufaktur dan stabilitas FeO 2 Dia juga bisa diperiksa segera, kata Rekan penulis Changfeng Chen dari University of Nevada. (Physical Review Letters 2019; doi: 10.1103 / PhysRevLett.121.255703)

Sumber: American Physical Society (APS)

- Nadja Podbregar