新墨西哥大学的科学家进行的一项新研究发现，古老的原始氦 3 从地核泄漏，表明这颗行星是在太阳星云中形成的，这引发了科学家们的进一步争论。

每年，约有 2 公斤稀有同位素气体 he-3 从地球内部逸出，主要是沿着洋中脊系统，即全球范围内的一系列水下火山。Helium-3 是原始的，在大爆炸后不久产生，并在地球形成时从太阳星云中获得。地球化学证据表明地球有很深的氦 3 储层，但它们的位置和丰度尚不确定。

地球的氦库存由两种稳定同位素组成，更丰富的氦 4 和稀有的氦 3。与主要由铀和钍衰变产生的陆地氦 4 不同，陆地氦 3 主要起源于原始，在大爆炸后合成并主要在地球形成过程中融入地球。

现在，科学家在地球形成和演化过程中的挥发性交换模型暗示金属核心是一个泄漏的储层，为地球其他部分提供氦 3。结果还表明，其他挥发物可能从地核泄漏到地幔中。Helium-3 主要起源于星云、巨大的尘埃云和其他基本元素，如氢和其他电离气体。作为宇宙中最早产生的元素之一，大多数氦 3 是在大爆炸的初始阶段产生的。

“氦 3 是在宇宙历史的早期合成的，非常早，这意味着在大爆炸的几秒钟内，”UNM 地球物理学家和论文的主要作者彼得奥尔森说，“原始氦 3 之间的交换”地球的核心和地幔”，最近发表在地球物理联盟期刊《地球化学、地球物理学、地球系统》上。“这项研究有助于确定地核是泄漏的源头，而不是地幔。它有 13 多亿年的历史，被测量出来是从地球内部出来的，它显然以最快的速度泄漏的地方是大洋中脊扩张中心。这些是板块边界，新的洋壳正在形成。

“虽然数量不多，但有两点很重要。首先，它最近没有到达那里。它是一个原始元素，它泄漏的一些地方与核心有关。例如，它的来源。组成夏威夷和冰岛的熔岩被认为来自从核心-地幔边界区域穿过地幔升起的羽流。地球上的氦损失是全球性的。它不仅仅是在少数几个地方。它集中在扩散中心在大洋中脊。这些扩散中心是全球性的，覆盖了整个地球。氦也被发现从其他环境中泄漏出来。所以，它是全球性的，它来自地球深处，这是两个推论，它们是真的很结实，我想。”

该研究还涉及地球和行星科学系的 UNM 地球化学家 Zach Sharp，作为建模过程的一部分涉及两个方面 - 首先，氦 3 如何进入地球深处，采集过程，其次，它是如何出来的。以前的研究已经表明了 helium-3 是如何进入的，但没有人同时做到这两个方面，即获取 helium-3 和将其排出的过程。两者都是根本不同的机制，并且在地球历史的不同时间尺度上发生。

“获取过程，或者说构成太阳系的气体，实际上是构成太阳、木星和土星的气体，大约有 15% 是氦，”奥尔森说。“它是这些天体中第二丰富的元素(仅次于氢)，这使其成为太阳系中第二丰富的元素。将大量氦 3 融入地球的明显方法是在建造地球的同时太阳星云就在它周围。当地球被星云气体包裹时，如果地球表面是熔融的，那么气体可以在熔融地球形成时溶解到熔融地球中，因为气体很容易溶解成熔体。

夏普说：“太阳星云中有许多小彗星或小卵石，我们称之为雪球，它们会因为太阳的引力而缓慢地落向太阳。” “这是一个物理上的确定性——它必须发生。现在，如果你的行星体还没有完全长大，并且你有卵石进入太阳，那么很大一部分‘卵石将被引力捕获不断增长的地球。通过这个过程，你可以在 200 万年内制造出地球大小的东西，而以前的模型需要 1000 万年才能制造出地球大小的物体。

科学家们使用了一个模型，该模型由与太阳星云相同的成分组成的星云大气组成，并将这种材料吸入熔融物中，这提供了将氦与地幔和地核分开所需的环境。

“你很快就会发现，在这样的条件下，地表会非常热，以至于它会变成岩浆海洋，只是你可以溶解氦损失的环境，”奥尔森说。“这会让氦进入地球，但不会进入核心，为此，你必须将其溶解到形成核心的铁中。实验室测量过氦在自由金属(如铁水)中的溶解度。这给了我们一个估计，当地球形成时，你可以将多少氦溶解到地核中。这是第一步的建模过程，告诉我们你有一个或多个拍克(1,000,000,000,000,000 克)氦 3 进入地核那样。”

“我们将在哪里进行这个非常好。问题是”“我们如何将如此多的氦气带入地幔”?这一直是一个从未完全解决的问题，”夏普说。“就像，是的，它就在那里，也许它来自这些晚期彗星或小行星，但问题是氦不密集。它想“漂浮”在水面上。这就像拿一个沙滩球并试图把它推到游泳池的底部。它会弹回来。你怎么能一直把氦气带到地幔深处呢?这真的是个问题。

“在星云渗入的情况下，通常不会讨论它，但星云的 15% 是氦气。其余大部分是氢，所以我们走了，那是星云气体的大部分。如果你有这个高压，就像一罐苏打水中的二氧化碳溶解到你的水中一样，氦气会一直溶解到地球内部。”

这个过程的第二步很棘手，因为你必须在氦 3 开始从核心泄漏之前耗尽地幔。许多研究假设，随着地球在“巨大撞击”后凝固，氦从地幔中消失了。巨大的撞击是在原地球和一个与火星大小相当的大行星碰撞过程中假定的月球形成。

“巨型撞击是一次破坏性事件，以至于地幔会失去很多气体，包括氦三。这是关键的一步，否则地核不会泄漏氦气，”奥尔森说。“一旦这两个就位，我们模拟的泄漏过程只是地幔中的普通扩散加对流，它驱动板块构造。这会将地幔物质输送到核心-地幔边界，在那里它会夹带氦- 3 从核心运回海脊和火山热点的地表，例如新墨西哥州的里奥格兰德裂谷。”

“每年泄漏的氦气量约为 4 磅，根据气球的大小，可能足以装满 50 个气球，”夏普说。“这并不多，但事实上它一直从地球上冒出来，认为核心是一个重要的来源都是可行的。没有人关心一点点氦气从地球泄漏到太空中，但我们认为它是地球历史上重要早期事件的指纹。这证明了星云吸纳的想法是有效的。如果氦是在地球形成数百万年后由小行星和彗星撞击地球而产生的，我们会没想到会看到这么多氦气在地幔和地核深处。从本质上讲，它是向地球输送赋予生命的水的代理。它提供了一种制造宜居星球的机制。”