科学家们在北极岩石中发现了前所未有的氦-3浓度，这是一种极稀有的元素，在未来可能会有应用。
这一发现为我们了解地球最深处、最神秘的地区提供了新的线索，并暗示地核中的氦-3可能会通过地幔向上逃逸，最终作为熔岩流的一部分在地表喷发。
氦-3是一种同位素，或者说是氦的变体，它只有一个中子而不是两个。它被认为是核聚变反应的一种很有前途的燃料，核聚变反应是一种推测性的能源，基于为太阳和其他恒星提供动力的相同过程。氦-3也是我们星球的一种原始成分，可以阐明地核的关键过程，比如地球保护性磁场的产生，这在地球上生命的出现中发挥了重要作用。
宇宙中的大多数氦-3几乎可以追溯到138亿年前的大爆炸，这使得它成为一种令人难以置信的古老气体，经常在星云中徘徊。大约46亿年前，当地球开始形成时，太阳星云中的氦-3被困在了地球的核心，直到今天，它仍然和其他原始元素在一起。先前的研究表明，微量的这种稀有元素可能会从地核中渗出并传播到地球表面，但这一假设的细节仍然是一个谜。
现在，由伍兹霍尔海洋研究所的地球化学家Forrest Horton领导的科学家们发现，来自巴芬岛(加拿大北极群岛的一块巨大陆地)的古代熔岩流中含有氦-3 (3He)和氦-4 (4He)的最高比例，这是在任何陆地火山岩中都见过的另一种同位素。根据周三发表在《自然》杂志上的一项研究，研究小组认为，“这些熔岩中极高的3He/4He氦可能来自地球的核心”，这一发现可能会改写我们世界中心古代元素的历史。
霍顿在一封电子邮件中告诉Motherboard:“这些熔岩中的高3He/4He对于了解地球的形成及其内部深处尤为重要。”“因为全球熔岩中的大多数3He可能是在行星形成期间被困在地球上的，所以3He相对丰度特别高的岩石为行星吸积和随后的演化提供了线索。这就是重新评估巴芬岛熔岩的动机。”
“此外，该地区非常偏远，位于因纽特人珍视的土地上，因此与夏威夷等地相比，进入该地区受到限制，”他继续说道。“我们与当地组织和加拿大国家公园管理局合作，两者都提供了必要的支持。我们还不得不安排一架直升机进入那里。”
虽然科学家们已经意识到巴芬岛的岩石中含有氦-3，但霍顿和他的同事们通过比较和复制该地区多个熔岩流中橄榄岩中氦-3和氦-4的测量结果，将这项研究提升到了一个新的水平。研究小组报告称，“我们测量到的最高3 He/4 He值”“明显高于之前报道的巴芬岛或其他地方的火成岩”。
“之前的研究发现，巴芬岛上的这套熔岩比地球上其他地方发现的岩浆3He/4He含量更高。因此，在这些岩石中发现高3He/4He并不意外，”霍顿说。“令人惊讶的是，我们测量到的3He/4He比率远远高于之前的预期。”
他解释说:“高3He/4He比率意味着与其他岩石相比，3He相对于4He更多。”“然而，即使在这些岩石中，他也比他少得多。例如，每一百万个氦原子中只有一个氦原子。但由于氦是惰性气体(即，它不与其他元素发生化学反应)，并且由于大气中存在的氦很少(因此，我们不必太担心污染)，我们可以非常精确地测量3He/4He比率。”
这些巴芬岛氦同位素的最新读数支持了少量氦-3和其他元素正在从核心泄漏出来的观点。这些元素逸出后，可能会并入地下结构，称为地幔柱，形成了地球上一些最壮观的火山热点，比如现代夏威夷和冰岛的火山热点，或者过去的巴芬岛。这些原始氦-3可能包含了我们星球形成的秘密，这些秘密无法通过其他方式获得。
“我们对地核知之甚少，只知道它的存在，”霍顿说。“这使得研究核心既有趣又令人沮丧。传统上，地球的核心和外层(地幔和地壳)被认为是地球化学隔离的(即物质不会来回转移)。越来越多的科学家开始挑战这一观念。”
“我认为我们的工作为物质，至少是氦，从核心泄漏出来的想法提供了证据，”他继续说。“我觉得这很令人兴奋，因为它表明地球深处比我们意识到的更有活力:元素在我们星球的金属和岩石部分之间移动。此外，地核中的氦可能在形成月球的巨大撞击中幸存下来，据信那次撞击融化并混合了地球上所有的岩石物质。因此，我们测量到的高3He/4He比率可能表明，氦——也许还有其他轻元素，如氢和碳——在我们星球的灾难性起源中被庇护在核心中幸存下来。”
换句话说，地核是一个奇怪的古代元素的宝库，这些元素在数十亿年前被紧紧地锁在一起，即使是形成月球的史诗般的行星碰撞也无法将它们摇开。但是，虽然这种原始氦-3的痕迹可能会在地球上的特殊地方出现，比如巴芬岛，但我们需要寻找更丰富的这种资源来源，以便潜在地提取用于技术应用，比如核聚变。霍顿说:“氦在地球上非常罕见，因为从固体地球释放的氦会逃逸到太空中，而且在我们的星球上产生的氦很少(不像氦是自然发生的同位素放射性衰变的产物)。”“我们的研究可能有助于我们了解陆地上氦的起源，但不能指导从岩石中提取氦或从氦中产生能量的努力。”
他补充说:“请注意，宇宙射线轰击在太阳系岩石体的顶部几米富含3He，所以像月球和陨石这样的古老表面可能比在巴芬岛熔岩中观察到的3He/4He要高得多。”
也许有一天，氦-3会变得足够有价值，成为一种潜在的资源，激励勘探者在其他星球上开采它，这种场景已经在许多科幻小说中被探索过，比如电影《月球》。与此同时，像霍顿这样的科学家渴望了解地球上极度稀缺的氦-3储量的起源和含义，这可能为我们脚下1800英里的神秘地核提供一个全新的视角。霍顿说:“在很多方面，我们的研究提出的问题比回答的问题要多，所以还有很多工作要做。”“一个重要的问题是，假设氦从核心泄漏出来，是否还有其他元素也从核心逸出?这些元素是什么时候迁移到地球的岩石部分的?”
他总结道:“探索氦和其他元素之间的潜在联系，包括氢和碳(生命的基本组成部分)，我感到特别兴奋。”“我们研究的另一个含义是，从地球深处输送物质的地幔柱会随着时间的推移而进化;对地幔柱演化的系统研究可能会提供更清晰的核幔边界附近过程的图像。”
