Гейзеры, горячие источники, фумаролы и другие гидротермальные объекты национального парка Йеллоустоун выбрасывают из глубины Земли газы - пар, углекислый газ, метан, неон, аргон и гелий. Этого последнего, гелия, недостаточно, чтобы парк начал продавать воздушные шарики, или чтобы посетители походили на бурундуков, но учёным есть чему поучиться.
Связанный контент
- Медведи Йеллоустоун на самом деле едят моли для еды
- Гигантский шлейф под Йеллоустоном теперь еще более гигантский
Гелий может пузыриться из вулканических пород, которые управляют гидротермальной активностью, но это не то, откуда большая часть гелия Йеллоустона, кажется. Ученые Геологической службы США сообщают сегодня в журнале Nature о том, что газ парка происходит глубоко в скалах, где он хранился сотни миллионов лет.
Гелий является вторым по распространенности элементом во вселенной - он образуется в результате ядерного синтеза атомов водорода, процесса, который приводит звезды в действие, но здесь, на Земле, он встречается довольно редко. К счастью для любителей вечеринок и клоунов (и современной медицины), гелий можно добывать из подземных запасов природного газа.
Гелий на Земле может быть найден в двух основных формах: Почти все происходит как гелий-4 (названный таким образом, потому что он имеет два протона и два нейтрона), который может быть произведен во время радиоактивного распада тяжелых элементов, таких как уран. Крошечная фракция (около одного на миллион) встречается в виде гелия-3 (два протона и один нейтрон), большая часть которого присутствовала на Земле с момента образования планеты и является остатком материала, который первоначально сформировал планету.
Отношение гелия-3 к гелию-4, однако, немного варьируется, и ученые могут фактически использовать это соотношение, чтобы определить приблизительный источник любого гелия, который они найдут. Уран и другие тяжелые элементы более несовместимы с минералами, содержащимися в мантии Земли, поэтому эти элементы фильтруются вплоть до земной коры, где при их распаде образуется гелий-4. Материалы мантии, которые содержат меньше этих тяжелых радиоактивных элементов, не производят столько гелия-4, поэтому присутствующий там гелий в основном находится в форме гелия-3.
Гидротермальная система в Йеллоустонском национальном парке содержит относительно большое количество гелия-3, и ученые считают это доказательством того, что горячая точка Йеллоустона берет свое начало глубоко в мантии и имеет относительно прямой путь вверх.
Газ, поднимающийся через горячий источник в Йеллоустонском национальном парке, собирается через воронку. Предоставлено: J. Lowenstern, Геологическая служба США. Но, похоже, у гелия-4 более сложное путешествие на поверхность. Исследователи из Геологической службы США в течение десяти лет собирали образцы газа со всего Йеллоустона и проводили химический и изотопный анализ гелия, углекислого газа и других газов в этих образцах. Они обнаружили, что количество гелия-4, выделяемого в Йеллоустоне, на несколько порядков превышает среднее количество, которое они ожидают найти в другом месте.
Ученые подсчитали, что большинству гелий-4 в Йеллоустоне, по крайней мере, сотни миллионов, а может быть, и миллиарды лет. Учитывая количество присутствующего газа, ученые пришли к выводу, что он, вероятно, происходит из горных пород в очень древней коре, которая, как известно, похоронена поблизости. Этот очень старый очаг коры, относящийся к эпохе архея, был сформирован более 2, 5 миллиардов лет назад и содержит уран и другие радиоактивные материалы, которые постоянно разлагаются. Это позволило бы скопить гелий-4 под землей. Затем, около двух миллионов лет назад, точка Йеллоустона проникла в эти древние породы, некоторые из старейших на планете, и начала высвобождать хранящийся там гелий-4 вместе с гелием-3, добытым из мантии.
Это открытие, вероятно, квалифицируется как «интересное» для любых поклонников Йеллоустона, но для ученых могут быть более важные последствия. Гелий и другие благородные газы используются для оценки времени пребывания подземных вод - например, ученые предполагают, что чем больше гелия-4 присутствует в воде, тем дольше вода находится в окружающих ее скалах.
Но изучение гелия в Йеллоустоне показывает, что некоторые из этих предположений, в частности, гелий-4, образующийся при постоянном распаде элементов, обнаруженных только в породах и отложениях местного водоносного горизонта, не совсем верны. Гелий может внезапно попасть в систему из неожиданных мест - например, из кармана древних горных пород или источника магмы - поэтому даты в прошлых расчетах, особенно даты из водоносных горизонтов в вулканических районах или вблизи разломов землетрясений, могут быть слишком этот дополнительный гелий.
Ученые, тем не менее, привыкли иметь дело с новыми данными, которые изменяют давние теории; это природа науки, в конце концов. Жители области Йеллоустоун, однако, вероятно, хотели бы, чтобы исследователи просто поторопились и выяснили, собирается ли супервулкан, который кипит под ними и последний разразился 640 000 лет назад, снова взорваться в ближайшее время.
