Jordens inre läcker sällsynt gas – forskare tror sig nu veta varför

Helium-3 är en stabil isotop av grundämnet helium. Isotopen har en neutron i atomkärnan i stället för de två som finns hos vanligt helium. Den största mängden helium-3 bildades kort efter Big Bang och en del av det som finns i jordens atmosfär har bildats som en bieffekt vid kärnvapentester.

Den lättare heliumisotopen tros ha bäddats in i jorden vid planetens formation och stora mängder av isotopen finns i jordens kärna. Ämnet är väldigt ovanligt förekommande på jordens yta, men spår går att finna i vulkanisk sten i havet. Förekomsten tyder på att det finns en okänd mekanism som låter gasen fly från kärnan.

Ny forskning publicerad i Nature Geoscience pekar på att heliumisotopen "smugglas” upp från kärnan till jordens mantel av ett särskilt mineral.

Magnesiumoxid för gasen uppåt

Magnesiumoxid, en kemisk förening mellan magnesium och syre, är vanligt förekommande i jordens inre. Forskningsresultaten pekar på att mineralet via en särskild process som kallas ”exsolution”, avblandning på svenska, kan föra helium upp från kärnan och mot jordens mantel.

När magnesiumoxid rör sig upp från kärnan mot gränsen mellan den flytande yttre kärnan och jordens mantel, där temperaturerna är lägre, så går det från ett homogent mineral till flera kristallina varianter. Magnesiumoxiden drar med detta också med sig helium-3-isotopen uppåt, enligt forskarna.

Jie Deng och Zhixue Du, forskare vid universitetet i Princeton och den kinesiska vetenskapsakademin, är inte först med att inse magnesiumföreningars roll i jordens inre processer. Tidigare forskning har pekat på hur rörelsen hos magnesiumoxid genom jordkärnan spelar en roll i att hålla i gång rörelserna i jordens inre, och därmed även jordens magnetfält.

Helium-3 är ett potentiellt fusionsbränsle

Liknande processer som den som tar med helium-3 från kärnan till manteln kan också ligga bakom transporten av ämnen viktiga för liv från jordens inre. Manteln och jordskorpan kan ha berikats av ämnen genom liknande processer under historien enligt forskarna.

Helium-3 är ett intressant ämne, bland annat då det kan användas vid fusion. Genom fusion av helium-3 och tungt väte eller mellan två helium-3 atomer kan man utvinna energi. Till skillnad från deuterium-tritium-fusion (fusionen mellan två väteisotoper) bildar inte reaktionerna med helium-3 några högenergetiska neutroner.

I många av dagens experiment och fusionsanläggningar som undersöker möjligheterna med fusion är det just deuterium och tritium som används. De högenergetiska neutronerna som bildas är problematiska då de kan göra reaktorkomponenter radioaktiva. Däremot krävs en högre temperatur för att uppnå fusion med heliumisotopen.

LÄS MER

Forskare har upptäckt ”dold” havsbotten – kan gömma sig i jordens inre

Forntida mineral – inte bara fotosyntesen – syresatte atmosfären

Har jordens inre kärna en kärna i sig?