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一个巨大的天体可能撞击了地球，月球可能就是在这次撞击中诞生的。 （图片来源：NASA/JPL-）
地球上所有的氦气中，有0.%引起了地球科学家的特别关注，因为它们可能与地球的起源有关。
撰写者 | 二七
审稿人| 王宇
1903年5月，在美国堪萨斯州德克斯特小镇，居民们正在筹划一场盛大的庆祝活动。 不久前，这里发现了丰富的地下天然气储量。 人们理所当然地认为这里蕴藏的天然气就是天然气，并期望天然气资源能让他们过上美好的生活。
按照计划，庆祝活动的高潮将是气井点火进行天然气测试。 然而，当市长说完，将点燃的干草扔向出风口时，并没有着火。 市长重复了好几次也不放弃，但结果都是一样。 小镇居民不得不接受这个“令人失望”的结果。 随后，这种无法点燃的气体被送往堪萨斯大学进行鉴定，化学家发现其中含有一种未知成分。
这种未知成分是氦气。 这个小镇的居民不会想到，当初他们“不屑”的氦气，如今已经成为比天然气更有价值的资源。 然而，对于地球科学家来说，地球上有0.%的氦值得特别关注——这是氦的同位素，氦3。
充有氦气的气球可以漂浮且不易燃，因此很受欢迎。 然而，有研究人员指出，这是对资源的巨大浪费（图片来源：）
每年，大约有 2 公斤的氦 3 从地球深处泄漏，沿着洋中脊和地幔热点到达地表。 问题是我们仍然不知道氦3是来自地幔还是地核，也不知道地球深处储存了多少氦3。 这些问题可能与地球的起源有关。
“被从月球上撞出来了”
大约138亿年前的大爆炸后不久，元素周期表中最轻的元素氢和氦开始出现。 氦由两种稳定同位素组成：主要是氦 4，少量是氦 3。 。 数十亿年来，当宇宙冷却到一定程度时，这种“原始”氦气与巨大的气体和尘埃云一起塌陷，在其中心形成一个炽热的核心——我们的太阳就是这样诞生的。 未能进入恒星核心的物质可能会成为行星、小行星和其他碎片——包括我们自己的地球。
哈勃望远镜下的泻湖星云中心（图片来源：NASA、ESA）
这种来自宇宙之初的氦气也被密封在地球内部。 虽然铀和钍衰变产生的氦4稀释了原来的“原始”氦4，但地球上的大部分氦3仍然来自太阳星云。 这些氦3成为记录地球诞生和演化的第一手数据。
地质学家已经知道，当今地幔深处存在大量氦-3。 然而，在地球的历史上，氦3并不会乖乖地留在地球内部。 它离开的方式主要有两种：一是巨大的撞击事件，比如忒伊亚（可能已经“撞出了月球”）忒伊亚）原行星撞击事件（推测忒伊亚原行星的体积更超过火星的一半，甚至可能接近火星——显然这个时候，白垩纪末期的那种小行星已经不合格了）； 另一种方式则速度较慢，如大洋中脊、地幔热点等构造运动，可以将深部地幔带到地表。
问题是，无论以哪种方式离开，一旦到达地表，大部分氦气都会直接进入地球大气层，并很容易离开地球系统，只有很少的氦气被回收回到地幔。 那么，在过去的数十亿年里，如果地幔深部的氦3一直在“付出”而从未得到“回报”，那么这种不断逃逸的氦3是从哪里来的呢？
有研究人员提出，大量的氦3储存在地核中地球地核在“漏气”？科学家解释，并源源不断地供应到地幔深处。 新墨西哥大学的地球科学家彼得·奥尔森和扎卡里·夏普是这一想法的支持者。 他们认为核心就像一个保险箱：“它与地球系统的其他部分没有连接。” 与地球其他部分相比，它更不容易受到大规模撞击事件的影响，并且不参与地球表面的板块构造活动。”在这种假设下，数量就成为一个关键问题：地核在撞击地球时获得了多少形成了 -3，有多少 -3 被输送到地幔？
地核是一个“安全”的地方
最近，奥尔森和夏普建立了一个模型，试图更详细地解释这个过程。 该研究发表在《地球化学》、《地球物理学》、《地球系统》(, , ) 上。 在他们的模型中，他们主要关注氦3在两个重要阶段的变化：地球早期吸积过程中获得氦3的过程，以及后来失去氦3的过程。
地球早期吸积过程中获得氦3的过程（左）和后期失去氦3的过程（右）（图片来源：原论文）
根据目前的类地行星形成理论，地球刚形成时，地表还是一片炽热的岩浆海。 如果最初的地球增长到足够的质量，它将能够吸引富含氢和氦的大气层。 在这样的环境下，岩浆海表面可以在高压大气中溶解氦气。 计算表明，部分氦气可能已经储存在地幔中，一小部分可能最终进入原核。
奥尔森和夏普的模型推测，大约 45 亿年前的一次撞击在地幔中释放了氦 3——这就是忒伊亚原行星撞击——而这次撞击抛出的碎片可能形成了月球。 原型。 然而，原行星的大小不足以“撞出”核心：撞击只是使地壳广泛融化，并导致地幔中的大部分氦逸出。 此时的地核就像一个保险箱，储存着地球最后储备的氦3。
不过，虽然这次撞击没有直接“泄漏”地核，但仍然可能造成了地核中氦3的泄漏：如果早期地幔消耗了大量氦气，那么整个地核就会出现氦浓度差距。核心-地幔边界。 存在明显的不平衡； 在地球的剩余历史中，地核中的氦 3 将不得不泄漏到地幔中，然后通过地幔对流到达地表。
地球经典圆形结构示意图。 地球的真实结构可能要复杂得多（图片来源：/）
奥尔森和夏普想做的是，利用当前氦3的泄漏率以及地幔深处可能存在的氦3浓度来推断地核向地幔输送了多少氦3地球地核在“漏气”？科学家解释，从而知道有多少氦3氦3被输送给地球的婴儿。 期间，有多少氦 3 进入地核。 计算表明，在地球形成初期，原核含有100亿至9000亿公斤氦3。 如此巨大的数字表明地球是在一个充满高密度气体的繁荣太阳星云内形成的。
限于型号
必须承认，与大多数模型研究一样，这一结论仍然缺乏有效的证据。 模型计算的结果基于各种假设——例如，地球在吸积过程中获得了氦3、氦进入原核等。“这些假设，以及其他不确定性，包括太阳星云相对持续了多长时间”与地球形成的速度相比，意味着地核中的氦 3 含量可能低于计算值，”该论文写道。
但奥尔森和夏普仍然希望找到更多线索来支持他们的观点。 例如，在大爆炸中与氦同时产生的氢可能是一个很好的切入点，“如果发现太阳星云中的其他气体，例如氢，从类似的位置泄漏出来，那么氢可能是一个很好的切入点。与氦 3 相似的速率。” ，可能是‘确凿的证据’。”
虽然没有完全漏，但还是漏了。
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