Investigadores de Japón y Taiwán revelan por primera vez que el helio, considerado habitualmente químicamente inerte, puede unirse al hierro bajo altas presiones. Para ello, utilizaron una celda de yunque de diamante calentada por láser, y el descubrimiento sugiere que podría haber enormes cantidades de helio en el núcleo de la Tierra. Esto podría cuestionar las antiguas ideas sobre la estructura interna y la historia del planeta, e incluso podría revelar detalles de la nebulosa de la que se formó nuestro sistema solar.
La investigación se publica en la revista Physical Review Letters .
Durante una erupción volcánica suelen quedar restos de lo que se denomina helio primordial, es decir, helio que se diferencia del helio normal, o 4He , llamado así porque contiene dos protones y dos neutrones y se produce continuamente por desintegración radiactiva. El helio primordial, o 3He , en cambio, no se forma en la Tierra y contiene dos protones y un neutrón.
Dadas las proporciones ocasionalmente altas de 3He / 4He encontradas en rocas volcánicas , especialmente en Hawái, los investigadores han creído durante mucho tiempo que hay materiales primordiales que contienen 3He en las profundidades del manto.
Sin embargo, el estudiante de posgrado Haruki Takezawa y miembros del grupo del profesor Kei Hirose del Departamento de Ciencias Terrestres y Planetarias de la Universidad de Tokio ahora han desafiado esta visión con una nueva versión de un experimento familiar: aplastar cosas.
«He pasado muchos años estudiando los procesos químicos y geológicos que tienen lugar en las profundidades de la Tierra. Dadas las intensas temperaturas y presiones que intervienen, los experimentos para explorar algún aspecto de este entorno deben reproducir esas condiciones extremas . Por eso, a menudo recurrimos a una celda de yunque de diamante calentada por láser para aplicar esas presiones a las muestras y ver el resultado», dijo Hirose.
«En este caso, trituramos hierro y helio juntos bajo una presión de entre 5 y 55 gigapascales y a temperaturas de entre 1.000 y casi 3.000 Kelvin. Esas presiones corresponden a aproximadamente 50.000 a 550.000 veces la presión atmosférica y las temperaturas más altas utilizadas podrían fundir el iridio, el material que se utiliza a menudo en las bujías de los motores de los automóviles debido a su alta resistencia térmica».
Estudios anteriores habían mostrado solo pequeñas trazas de hierro y helio combinados, del orden de siete partes por millón de helio dentro del hierro. Pero en este caso, se sorprendieron al descubrir que los compuestos de hierro triturado contenían hasta un 3,3% de helio, unas 5.000 veces más de lo observado anteriormente. Hirose sospecha que esto se debe, al menos en parte, a algo novedoso en este conjunto particular de experimentos.
«El helio tiende a escaparse muy fácilmente en condiciones ambientales; todos hemos visto cómo un globo inflable se marchita y se hunde. Por eso necesitábamos una forma de evitarlo al realizar nuestras mediciones», dijo.
«Aunque realizamos la síntesis de materiales a altas temperaturas , las mediciones de detección química se realizaron a temperaturas extremadamente frías o criogénicas. De esta manera, evitamos que el helio se escapara y pudimos detectar helio en el hierro».
Este hallazgo tiene implicaciones para comprender los orígenes de la Tierra. La presencia de helio en el núcleo sugiere que la Tierra joven probablemente capturó algo de gas de la nebulosa solar de hidrógeno y helio que rodeaba el sistema solar primitivo.
Esto también podría significar que parte del agua de la Tierra puede provenir del hidrógeno presente en este antiguo gas, lo que ofrece una nueva perspectiva sobre el desarrollo temprano del planeta.
Más información: Haruki Takezawa et al, Formación de compuestos de hierro y helio bajo alta presión, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.084101 . En arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2405.11810
