(CNN) – Científicos han detectado una cantidad sorprendente de una versión poco común del helio, llamada helio-3, en rocas volcánicas de la isla canadiense de Baffin, lo que apoya la teoría de que este gas noble se está filtrando desde el núcleo de la Tierra, y así ha sido durante milenios.
El equipo de investigadores también detectó helio-4 en las rocas.
Mientras que el helio-4 es común en la Tierra, el helio-3 se encuentra más fácilmente en otras partes del cosmos, por lo que los científicos se sorprendieron al detectar una cantidad mayor de este elemento de la que se había registrado anteriormente en las rocas de la isla de Baffin. Un estudio que describe el descubrimiento publicado recientemente en la revista Nature.
“En el nivel más básico, hay poco 3He (helio-3) en el universo en comparación con 4He (helio-4)”, dijo el autor principal del estudio Forrest Horton, científico asociado en el Departamento de Geología y Geofísica de Woods Hole Oceanographic Institution, en un correo electrónico.
“El 3He es raro en la Tierra porque no se ha producido en el planeta ni se ha añadido a él en cantidades significativas y se pierde en el espacio”, añadió Horton. “A medida que la parte rocosa de la Tierra se agita y convecta como el agua caliente en una estufa, el material asciende, se enfría y se hunde.
Durante la etapa de enfriamiento, el helio se pierde en la atmósfera y luego en el espacio”.
Detectar los elementos que se escapan del núcleo de la Tierra puede ayudar a los científicos a desentrañar cómo se formó y evolucionó nuestro planeta a lo largo del tiempo, y los nuevos hallazgos aportan pruebas que refuerzan una hipótesis ya existente sobre cómo surgió nuestro planeta.
Un tesoro científico
La isla de Baffin, situada en el territorio de Nunavut, es la mayor de Canadá. También es la quinta isla más grande del mundo.
Solveigh Lass-Evans detectó por primera vez una elevada proporción de helio-3 y helio-4 en las rocas volcánicas de la isla de Baffin como parte de sus estudios de doctorado bajo la supervisión del científico de la Universidad de Edimburgo Finlay Stuart. Sus hallazgos se publicaron en Nature en 2003.
La composición de un planeta es un reflejo de los elementos que lo formaron, e investigaciones anteriores descubrieron que las trazas de helio-3 que se filtran del núcleo de la Tierra apoyan la teoría popular de que nuestro planeta se originó en una nebulosa solar —una nube de gas y polvo que probablemente se colapsó debido a la onda expansiva de una supernova cercana— que contenía el elemento.
Horton y sus colegas dieron un paso más cuando llevaron a cabo una investigación en la isla de Baffin en 2018, estudiando la lava que entró en erupción hace millones de años, cuando Groenlandia y América del Norte se separaron, dando paso a un nuevo fondo marino. Querían investigar las rocas que podrían contener información sobre los contenidos encerrados en el núcleo y el manto de la Tierra, la capa mayoritariamente sólida del interior de la Tierra situada bajo su superficie.
Los investigadores viajaron en helicóptero para llegar al remoto y sobrenatural paisaje de la isla, donde los flujos de lava han formado imponentes acantilados, gigantescos icebergs flotan y los osos polares acechan la costa. Las organizaciones locales, como la Asociación Inuit Qikiqtani y el Instituto de Investigación de Nunavut, facilitaron a los investigadores acceso, asesoramiento y protección frente a los osos, explicó Horton.
“Esta zona de la isla de Baffin tiene una importancia especial como tierra sagrada para las comunidades locales y como ventana científica a las profundidades de la Tierra”, afirmó.
Las rocas árticas que investigaron Horton y su equipo revelaron mediciones de helio-3 y helio-4 sorprendentemente más altas que las registradas en investigaciones anteriores, y las mediciones variaban entre las muestras que recogieron.
“Muchas de las lavas están llenas de olivino verde brillante (también conocido como la piedra preciosa peridoto), por lo que romper trozos frescos con un martillo de roca era tan emocionante como romper geodas de niño: cada roca era un tesoro por descubrir”, dijo Horton. “¡Y qué tesoros científicos resultaron ser!”.
Solo existe un átomo de helio-3 por cada millón de átomos de helio-4, explica Horton. El equipo midió unos 10 millones de átomos de helio-3 por gramo de cristales de olivino.
“Nuestras elevadas mediciones de 3He/4He implican que los gases, presumiblemente heredados de la nebulosa solar durante la formación del sistema solar, están mejor conservados en la Tierra de lo que se pensaba”, dijo.
Trazar la historia de la Tierra a través de su núcleo
Pero ¿cómo llegó el helio-3 a las rocas?
La respuesta podría remontarse al Big Bang que, al crear el universo, también liberó una gran cantidad de hidrógeno y helio. Con el tiempo, estos elementos se incorporaron a la formación de las galaxias.
Los científicos creen que nuestro sistema solar se formó hace 4.500 millones de años en el interior de una nebulosa solar. Cuando la nube de polvo colapsó en una supernova, el material resultante formó un disco giratorio que acabó dando lugar a nuestro Sol y a los planetas, según la NASA.
Es probable que el helio heredado de la nebulosa solar quedara atrapado en el núcleo de la Tierra cuando se formó el planeta, convirtiendo el núcleo en una reserva de gases nobles. A medida que el helio-3 se filtraba del núcleo, ascendía a la superficie a través del manto en forma de columnas de magma que acabaron por entrar en erupción en la isla de Baffin.
“Durante la erupción, la gran mayoría de los gases del magma escaparon a la atmósfera”, explicó Horton. “Sólo los cristales de olivino que crecieron antes de la erupción atraparon y preservaron el helio de las profundidades de la Tierra”.
La nueva investigación apoya la idea de que el helio-3 se está filtrando desde el núcleo de la Tierra y lo ha estado haciendo durante algún tiempo, pero los investigadores no están del todo seguros de cuándo comenzó este proceso.
“Las lavas tienen unos 60 millones de años, y el ascenso de la pluma del manto tardó quizá decenas de millones de años”, explica Horton. “Así pues, el helio que medimos en estas rocas habría escapado del núcleo quizá hace 100 millones de años o posiblemente mucho antes”.
Las fugas de helio del núcleo de la Tierra no afectan a nuestro planeta ni tienen implicaciones negativas, dijo. El gas noble no reacciona químicamente con la materia, por lo que no tendrá impacto en la humanidad ni en el medio ambiente.
A continuación, el equipo de investigación quiere averiguar si el núcleo es un almacén de otros elementos ligeros, lo que podría explicar por qué el núcleo externo de la Tierra es menos denso de lo esperado.
“¿Es el núcleo un depósito importante de elementos como el carbono y el hidrógeno, tan importantes para la habitabilidad planetaria? Si es así, ¿han influido los flujos de estos elementos desde el núcleo a lo largo de la historia (de la Tierra) en la evolución planetaria? Me entusiasma investigar los vínculos entre el helio y otros elementos ligeros”, afirma Horton. “Quizá el helio pueda utilizarse para rastrear otros elementos a través de la frontera entre el núcleo y el manto”.