חוקרים מיפן וטאיוואן חושפים לראשונה שהליום, שנחשב בדרך כלל אינרטי מבחינה כימית (גז אשר בתנאים רגילים אינו עובר תגובה כימית, אינו דליק ואינו רעיל), יכול להיקשר עם ברזל בלחץ גבוה. הם השתמשו בתא סדן יהלום - המאפשר דחיסה הידרוסטאטית של דגמים בתווך שבין שני סדני יהלום - כדי להגיע לתגלית זו.
התגלית עשויה לרמוז על כך שקיימות כמויות אדירות של הליום בליבת כדור הארץ. ממצא זה עשוי לערער את מה שהיה ידוע מזה שנים רבות על המבנה הפנימי וההיסטוריה של כדור הארץ, ואולי אפילו לחשוף פרטים על הערפילית שממנה התלכדה מערכת השמש שלנו.
במהלך התפרצות געשית יש לעתים קרובות עקבות של מה שמכונה הליום ראשוני. כלומר, הליום השונה מהליום רגיל (הליום-4), שנקרא כך מכיוון שהוא מכיל שני פרוטונים ושני נויטרונים ומיוצר באופן רציף על ידי דעיכה רדיואקטיבית - פליטה של חלקיקים שגורמת לגרעין אטום בלתי יציב להיות יציב יותר, על ידי הנמכת האנרגיה שלו.
לעומת זאת, הליום ראשוני (הליום-3) אינו נוצר על פני כדור הארץ ומכיל שני פרוטונים ונויטרון אחד. בהתחשב ביחסים הגבוהים של הליום-3 או הליום-4 המצויים בסלעים געשיים, במיוחד בהוואי, חוקרים מאמינים זה מכבר שיש חומרים קדמונים המכילים הליום-3 עמוק בתוך המעטפת של כדור הארץ.
עם זאת, מספרים חוקרים יפנים, בהובלתו של פרופ' קיי הירוס מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת של אוניברסיטת טוקיו, קראו תיגר במחקרם שפורסם בכתב העת Physical Review Letters על התובנה הזו.
"ביליתי שנים רבות בחקר התהליכים הגיאולוגיים והכימיים המתרחשים עמוק בתוך כדור הארץ. לאור הטמפרטורות והלחצים האינטנסיביים שפועלים שם, מחקרים ממוקדים בהיבט כלשהו של הסביבה הזו חייבים לשחזר את התנאים הקיצוניים הללו. אז לשם כך השתמשנו בתא סדן יהלום, כדי להפעיל לחצים דומים על דגימות כדי לראות את התוצאה שתהיה לזה", אמר פרופ' הירוס. "במקרה הזה, כתשנו יחד ברזל והליום בלחץ של כ-5-55 ג'יגה-פסקל ובטמפרטורות של 726 מעלוס צלזיוס עד כמעט 2,726 מעלות צלזיוס. לחצים אלו הם בערך פי 50-550 אלף מהלחץ האטמוספרי, כשהטמפרטורות הגבוהות יותר עשויות להמיס אירידיום, יסוד כימי ממשפחת מתכות המעבר שמשמש לעתים קרובות במצתים של מנועי רכב בשל ההתנגדות התרמית הגבוהה שלו".
מחקרים קודמים הראו רק עקבות קטנים של ברזל והליום משולבים, בסביבות שבעה חלקים למיליון הליום בתוך ברזל. אבל במקרה של המחקר החדש, צוות החוקרים היפנים הופתעו לגלות שתרכובות הברזל הכתוש הכילו עד 3.3% הליום, בערך פי 5,000 יותר ממה שנראה בעבר. "הליום נוטה לדלוף בתנאי הסביבה בקלות רבה, ממש כפי שניתן לראות בבלוני ההליום שמאבדים מנפחם תוך זמן קצר יחסית. לכן, היינו צריכים למצוא דרך להימנע מכך בעת ביצוע המדידות שלנו", הסביר פרופ' הירוס.
3 צפייה בגלריה
תמונה שצולמה באמצעות טכניקת ספקטרומטריית מסה של יונים משנית, בה ניתן לראות את דגימת הברזל תחת הפעלת חום ולחץ עזים
(צילום: Professor Kei Hirose)
לדבריו, "למרות שביצענו את סינתזות החומר בטמפרטורות גבוהות, מדידות החישה הכימיות נעשו בטמפרטורות נמוכות מאוד (קריוגניקה). השיטה בה נקטנו מנעה את בריחת ההליום ואפשרה לנו לזהות את ההליום בברזל".
לממצא זה יש השלכות על הבנת מקורות כדור הארץ. הנוכחות של הליום בליבת כדור הארץ מעידה על כך שבימיו הראשונים ספג כוכב הלכת שלנו מימן והליום מערפילית שהקיפה את מערכת השמש הקדומה. כמו כן, ייתכן שחלק מהמים של כדור הארץ הגיעו מאותם המקורות, מה שמספק פרספקטיבה חדשה על ההתפתחות המוקדמת של כדור הארץ.
