Yellowstone nasjonalparks geysirer, varme kilder, fumaroler og andre hydrotermiske trekk spretter ut en samling gasser fra dypt inne i jorden - damp, karbondioksid, metan, neon, argon og helium. Det er ikke nok av den siste, helium, til at parken kan begynne å selge ballonger eller for at besøkende skal høres ut som chipmunks, men det er nok for forskere å studere.
Relatert innhold
- Yellowstone bjørner spiser faktisk møll til mat
- Gigantisk plomme under Yellowstone nå enda mer gigantisk
Helium kan boble ut av vulkanske bergarter som driver hydrotermisk aktivitet, men det er ikke der det meste av Yellowstones helium kommer fra, ser det ut til. Parkens gass har sin opprinnelse dypt i bergarter der den har blitt lagret i hundrevis av millioner av år, melder forskere fra USAs geologiske undersøkelse i dag i Nature .
Helium er det nest mest utbredte elementet i universet - det er dannet av kjernefusjon av hydrogenatomer, en prosess som styrker stjerner - men det er ganske sjelden her på jorden. Heldig for bursdagsfestgjengere og klovner (og moderne medisin), kan helium hentes fra reserver av naturgass under jorden.
Helium på jorden finnes i to hovedformer: Nesten alt forekommer som helium-4 (kalt slik fordi den har to protoner og to nøytroner), som kan produseres under radioaktivt forfall av tunge elementer som uran. En liten brøkdel (omtrent én million) forekommer som helium-3 (to protoner og en nøytron), hvorav det meste har vært til stede på jorden siden planetens dannelse og er en form for materiale som opprinnelig dannet planeten.
Forholdet mellom helium-3 og helium-4 varierer imidlertid litt, og forskere kan faktisk bruke dette forholdet til å bestemme den omtrentlige kilden til helium de finner. Uran og andre tunge elementer er mer uforenlige med mineraler som finnes i jordens mantel, så disse elementene filtrerer opp til jordskorpen, der deres forfall produserer helium-4. Mantelmaterialer, som inneholder mindre av disse tunge radioaktive elementene, produserer ikke så mye helium-4, så heliumet som finnes der er stort sett i form av helium-3.
Det hydrotermiske systemet i Yellowstone nasjonalpark har en relativt høy mengde helium-3, og forskere anser dette som et bevis på at Yellowstone hotspot stammer dypt inne i mantelen og har en relativt rett sti opp.
Gass som bobler opp gjennom en varm kilde i Yellowstone nasjonalpark blir samlet inn gjennom en trakt. Kreditt: J. Lowenstern, US Geological Survey Men det ser ut til at helium-4 har en mer komplisert reise til overflaten. Forskere fra USGS har samlet inn gassprøver fra hele Yellowstone i et tiår og utført kjemiske og isotopanalyser av helium, karbondioksid og andre gasser i disse prøvene. Mengden helium-4 som blir avgitt i Yellowstone, fant de, overstiger med flere størrelsesordener gjennomsnittlig mengde de forventer å finne andre steder.
De fleste av Yellowstones helium-4 er minst hundrevis av millioner - kanskje til og med milliarder - år gamle, beregnet forskerne. Med tanke på mengden gass som er til stede, konkluderer forskere at den sannsynligvis kommer fra steiner i veldig gammel skorpe som er kjent for å være begravet i nærheten. Denne supergamle lommen med skorpe, fra Archaean eon, ble dannet for mer enn 2, 5 milliarder år siden og inneholder uran og andre radioaktive materialer som har blitt jevnt råtnende. Dette ville ha tillatt høye konsentrasjoner av helium-4 å bygge seg opp under jorden. Så for omtrent to millioner år siden penetrerte Yellowstone-hotspotten disse eldgamle bergartene, noen av de eldste på planeten, og begynte å slippe helium-4 som var lagret der sammen med helium-3 ført opp fra mantelen.
Denne oppdagelsen kvalifiserer sannsynligvis som "slags interessant" for alle Yellowstone-fans, men for forskere kan det være viktigere implikasjoner. Helium og andre edle gasser brukes til å estimere grunnvannets oppholdstid - for eksempel antar forskere at jo mer helium-4 som er i vann, jo lenger tid har det sittet vann i steinene som omgir det.
Men studiet av helium ved Yellowstone viser at noen av disse forutsetningene - spesielt helium-4 produsert ved jevn forfall av elementer som bare finnes i bergarter og sedimenter i den lokale akviferen - ikke stemmer helt. Helium kan plutselig komme inn i et system fra uventede steder - for eksempel en lomme med eldgamle bergarter eller en magma kilde - så datoene i tidligere beregninger, spesielt de fra akvifere i vulkanske strøk eller i nærheten av jordskjelvfeil, kan være langt på grunn av den ekstra helium.
Forskere er imidlertid vant til å håndtere nye data som endrer lenge holdt teorier; det er naturens natur natur. Innbyggere i Yellowstone-området ønsker imidlertid sannsynligvis at forskere bare ville skynde seg og finne ut om supervolcano som simmer under dem eller sist utbrudd for 640 000 år siden kommer til å blåse igjen når som helst.
