Scoperta dell’Elio Legato al Ferro: Nuove Prospettive

La scoperta dell’elio legato al ferro

Recenti ricerche hanno rivelato che l’elio, uno degli elementi più leggeri dell’Universo, può legarsi al ferro in condizioni di alta pressione, formando composti noti come elidi di ferro. Questa scoperta potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione della chimica che caratterizza le profondità del pianeta Terra. Si ipotizza che l’elio possa trovarsi mescolato nel nucleo terrestre, dove il ferro esiste in uno stato di pressione estremamente elevata. Un team di ricerca, guidato dal fisico Kei Hirose dell’Università di Tokyo, ha avanzato l’idea che il denso nucleo di ferro del nostro pianeta potrebbe contenere un significativo serbatoio di elio primordiale. Questa scoperta non solo amplia le nostre conoscenze sulla composizione del nucleo terrestre, ma offre anche nuove prospettive sulla formazione e l’evoluzione del nostro pianeta.

Isotopi dell’elio e la loro origine

Sulla Terra, l’elio si presenta in due isotopi stabili: l’elio-4 e l’elio-3. L’isotopo predominante è l’elio-4, che possiede un nucleo composto da due protoni e due neutroni, rappresentando circa il 99,99986% dell’elio presente sul nostro pianeta. L’altro isotopo, l’elio-3, è molto più raro, costituendo solo lo 0,000137% dell’elio terrestre. Questo isotopo presenta una composizione nucleare di due protoni e un neutrone. Mentre l’elio-4 è principalmente generato dal decadimento radioattivo di uranio e torio, l’elio-3 è in gran parte di origine primordiale, formatosi nei momenti immediatamente successivi al Big Bang. Una piccola frazione di elio-3 deriva anche dal decadimento radioattivo dell’idrogeno-3, noto come trizio. Comprendere la distribuzione e l’origine di questi isotopi è fondamentale per approfondire le nostre conoscenze sulla chimica terrestre.

Elio primordiale e vulcanismo

Un aspetto affascinante di questa ricerca è la rilevazione di piccole quantità di elio-3 nei gas emessi durante le eruzioni vulcaniche. Questo ha portato gli scienziati a ipotizzare l’esistenza di elio primordiale intrappolato nel mantello terrestre, catturato dalla nebulosa solare di gas e polvere che ha dato origine al nostro pianeta. Tuttavia, il lavoro di Takezawa e dei suoi collaboratori suggerisce una fonte alternativa di elio primordiale. Questa scoperta potrebbe avere implicazioni significative per la nostra comprensione della geologia terrestre e della formazione dei pianeti.

Metodologia della ricerca

Per anni, Takezawa ha dedicato la sua ricerca allo studio dei processi geologici e chimici che avvengono nelle profondità della Terra. Data l’intensa pressione e il calore presenti in queste condizioni estreme, gli esperimenti per esplorare tali ambienti devono replicare accuratamente queste circostanze. I ricercatori si sono avvalsi di una cella a incudine di diamante, riscaldata da laser, per applicare pressioni ai campioni e osservare i risultati. Il fisico Hirose spiega che nel loro esperimento hanno compresso insieme ferro ed elio a pressioni comprese tra 5 e 55 gigapascal e a temperature variabili da 1.000 a quasi 3.000 kelvin. Queste pressioni equivalgono a circa 50.000-550.000 volte la pressione atmosferica, mentre le temperature elevate utilizzate potrebbero persino fondere l’iridio, un materiale noto per la sua resistenza termica e comunemente impiegato nelle candele di accensione dei motori. La metodologia innovativa adottata ha permesso di ottenere risultati significativi e sorprendenti.

Risultati sorprendenti degli esperimenti

Studi precedenti avevano dimostrato che l’elio si lega al ferro in quantità minime, nell’ordine di pochi parti per milione. Tuttavia, nei loro esperimenti, Takezawa e il suo team hanno riportato un rapporto di elio rispetto al ferro che raggiungeva il 3,3%, un risultato quasi 5.000 volte superiore a quanto precedentemente osservato. I ricercatori attribuiscono questo sorprendente risultato al design innovativo del loro esperimento. L’elio, infatti, tende a disperdersi facilmente in condizioni ambientali; chiunque abbia visto un palloncino sgonfiarsi può comprendere questo fenomeno. Per evitare che ciò accadesse durante le misurazioni, Hirose ha spiegato che, sebbene le sintesi dei materiali siano state effettuate a temperature elevate, le misurazioni chimiche sono state condotte a temperature criogeniche. Questo approccio ha permesso di mantenere l’elio intrappolato, consentendo così di rilevarlo nel ferro. Questi risultati offrono nuove prospettive sulla chimica dei materiali e sulla loro interazione in condizioni estreme.

Implicazioni della scoperta

Questa scoperta implica che, sebbene l’elio sia chimicamente inerte in condizioni normali, può essere indotto a interagire quando le condizioni ambientali vengono portate a livelli estremi. Di conseguenza, si potrebbe concludere che l’elio primordiale è stato assorbito nel corpo della Terra durante la sua formazione, legandosi al ferro e rimanendo intrappolato nel nucleo durante il processo di differenziazione planetaria. Inoltre, questa scoperta apre la possibilità che l’elio primordiale possa essere stato catturato anche nei nuclei della Luna e di Marte. Le implicazioni di questa ricerca potrebbero estendersi oltre la Terra, influenzando la nostra comprensione della formazione planetaria in generale.

Prospettive future e conclusioni

Se questa ipotesi si rivelasse corretta, potrebbero emergere ulteriori implicazioni. L’elio primordiale presente nel nucleo terrestre potrebbe essere la fonte dell’isotopo rilevato nei gas vulcanici, piuttosto che un serbatoio intrappolato nel mantello inferiore. È importante notare che l’elio non è l’unico elemento a possedere un isotopo primordiale; anche l’idrogeno, l’elemento più leggero, esiste in una forma primordiale. Se l’elio primordiale era abbondante durante la formazione della Terra, è plausibile che anche l’idrogeno lo fosse, contribuendo così alla formazione dell’acqua primordiale del pianeta. La speranza è che ricerche future possano approfondire ulteriormente queste affascinanti possibilità. I risultati di questo studio sono stati pubblicati sulla rivista *Physical Review Letters*, segnando un passo importante nella comprensione della chimica terrestre e della formazione planetaria.