مركب هيليوم جديد يكشف أسرار نواة الأرض

نشرت مجلة Physical Review Letters التابعة للجمعية الفيزيائية الأمريكية للتو نتائج بحث حول مركب جديد من الحديد والهيليوم.

عند درجات حرارة وضغط مرتفعين، تتحرك ذرات الهيليوم (الدوائر الحمراء) إلى الفراغات بين ذرات الحديد (دوائر حمراء بمراكز سوداء) في قطعة من معدن الحديد على خريطة دالة تموضع الإلكترونات. (المصدر: الجامعة المركزية الوطنية)

يُعرف الهيليوم بأنه من أكثر العناصر "مقاومةً" في الكون، وهو أيضًا الأقل تفاعلًا في الجدول الدوري. ومثل غيره من الغازات النبيلة، لا يكتسب الهيليوم الإلكترونات أو يفقدها بسهولة، لذا لا يُكوّن عادةً مركبات كيميائية. ومع ذلك، تحت ضغوط عالية جدًا، يمكن أن يتفاعل مع عدد من العناصر الأخرى، بما في ذلك النيتروجين والصوديوم والحديد.

لإنتاج المركب الجديد، قام الفيزيائي كي هيروسي من جامعة طوكيو وزملاؤه بضغط الحديد والهيليوم معًا في حجرة سندان ماسية، وهي جهاز ضغط عالٍ يُعرّض العناصر لضغوط تزيد عن 50,000 ضغط جوي عند درجات حرارة تزيد عن 1,000 درجة مئوية. تُنتج عملية الضغط هذه بلورات تحتوي على كلٍّ من الحديد والهيليوم، وهي ذات حجم 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 غير تفاعلية نسبيًا، إذ لا يمكنها تكوين روابط كيميائية مباشرة مع الحديد حتى في ظل الظروف القاسية، إلا أن المركب الذي يجمع ذرات الهيليوم في الحديد البلوري يُقدم دليلًا يُساعد في تفسير ملاحظات الهيليوم في نواة الأرض. تحتوي معظم ذرات الهيليوم على نيوترونين، وتتكون من التحلل الإشعاعي لعناصر مثل اليورانيوم. ومع ذلك، تُطلق بعض الانفجارات البركانية المحيطية ذرات الهيليوم بنيوترون واحد فقط.

تشكلت هذه الذرات لأول مرة بعد الانفجار العظيم بفترة وجيزة. امتصت الأرض هذا الهيليوم "الأولي" عند تشكل الكوكب. يشير انطلاق ذرات الهيليوم من الصهارة إلى أن الأرض كانت تمتلك احتياطيًا بدائيًا من الهيليوم، ويشير المركب الجديد إلى أن نواة الأرض الغنية بالحديد تحتوي على هذا العنصر على الأرجح.

بالإضافة إلى أهميتها الجيوفيزيائية، قد تكون لهذه النتائج تطبيقات أوسع في كيمياء الغازات النبيلة. ووفقًا لماو شنغ مياو، العالم في جامعة كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، فإن تكوين مركبات تحتوي على الهيليوم ومعادن أخرى قد يفتح آفاقًا كيميائية لم تخطر ببال البشر من قبل.