مركب هيليوم جديد يكشف أسرار نواة الأرض

عند درجات حرارة وضغط مرتفعين، تتحرك ذرات الهيليوم (الدوائر الحمراء) إلى الفراغات بين ذرات الحديد (دوائر حمراء ذات مراكز سوداء) في قطعة من المعدن الحديدي على خريطة دالة تحديد موقع الإلكترون. (المصدر: الجامعة الوطنية المركزية)

يُعرف الهيليوم بأنه أحد أكثر العناصر "تمردًا" في الكون، وهو أيضًا الأقل تفاعلًا في الجدول الدوري. مثل الغازات النبيلة الأخرى، لا يكتسب الهيليوم الإلكترونات أو يفقدها بسهولة، وبالتالي لا يشكل عادةً مركبات كيميائية. ومع ذلك، تحت ضغط مرتفع للغاية، يمكن للهيليوم أن يتفاعل مع العديد من العناصر الأخرى مثل النيتروجين والصوديوم والحديد.

ولإنشاء المركب الجديد، قام الفيزيائي كي هيروسي من جامعة طوكيو وزملاؤه بضغط الحديد والهيليوم معًا في غرفة سندان الماس - وهو جهاز عالي الضغط يعرض العناصر لضغوط أكبر من 50 ألف ضغط جوي عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية. تؤدي عملية الضغط هذه إلى إنشاء بلورات تحتوي على كل من الحديد والهيليوم، والتي يكون حجمها أكبر من بلورات الحديد النقي عند نفس الضغط.

ويعتقد العلماء أن هذه الزيادة تعود إلى تراكم أيونات الهيليوم في الفراغات البينية، وهي فجوات صغيرة بين ذرات الحديد في البلورة.

على الرغم من أن ذرات الهيليوم أقل تفاعلية ولا تشكل روابط كيميائية مباشرة مع الحديد حتى في ظل الظروف القاسية، فإن المركب الذي "يجمع" ذرات الهيليوم في الحديد البلوري يوفر "دليلاً" للمساعدة في تفسير ملاحظات الهيليوم في قلب الأرض. وبناءً على ذلك، فإن معظم ذرات الهيليوم الموجودة على الأرض تحتوي على نيوترونين وتتكون من التحلل الإشعاعي لعناصر مثل اليورانيوم. ومع ذلك، فإن بعض الانفجارات البركانية في المحيط تطلق ذرات الهيليوم بنيوترون واحد فقط.

تم إنشاء هذه الذرات لأول مرة بعد وقت قصير من الانفجار الكبير. امتصت الأرض هذا الهيليوم "البدائي" عندما تشكل الكوكب. يشير إطلاق ذرات الهيليوم من الصهارة إلى أن الأرض كانت تحتوي في وقت ما على خزان بدائي من الهيليوم، ويشير المركب الجديد إلى أن نواة الأرض الغنية بالحديد قد تحتوي على هذا العنصر.

وبالإضافة إلى تأثيراتها الجيوفيزيائية المهمة، فإن هذه النتائج قد تكون لها تطبيقات أوسع في كيمياء الغازات النبيلة. يقول العالم ماو شنغ مياو من جامعة كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية) إن تكوين المركبات التي تحتوي على الهيليوم والمعادن الأخرى يمكن أن يفتح آفاقا جديدة في عالم الكيمياء لم يفكر فيها البشر من قبل.