一种稀有气体从地球核心泄漏出来。这可能是地球诞生的线索吗？

本周发表的一项研究表明，在太阳系炎热的早期阶段，地球形成时，一种罕见的氦气可能充斥着地球的核心。测量地球深处的氦和其他气体可以为地球和其他行星的形成提供重要线索。如果新模型是正确的，我们的星球可能比科学家之前假设的诞生更快。

新墨西哥大学地球化学家、发表在《地球化学、地球物理学、地球系统》上的这项研究的作者扎卡里·夏普说，地球的确切形成方式仍然是一个“悬而未决的问题”。他说，通常情况下，科学家认为，原始地球和早期太阳系的其他行星是随着尘埃的积累而逐渐形成的，尘埃会聚集成越来越大的块状。但地球深处埋藏的古老氦气可能表明情况并非如此。

理解这个故事的关键是一种叫做氦-3的稀有同位素。氦原子有两种类型，分别是氦-3和氦-4，它们的质量相差一个中子。夏普说，氦-4可以在地球上通过较重元素的放射性衰变形成，但我们星球上的氦-3供应有限，它在形成时就被困在地球中。这种古老的氦-3只占地球所有氦的百分之几。夏普说，每年从地下深处逸出的氦-3非常少，这种气体只能充满大约50个生日气球。

夏普说，早期太阳系有一个以太阳为中心的气体和尘埃云，称为太阳星云，大多数研究人员认为它在一百万或两百万年后就散开了。几十年来，天文学家的惯用解释是星云中的尘埃颗粒聚集成更大的颗粒。这些颗粒越来越大，直到形成数英里宽的物体，然后它们“像碰碰车一样”相互碰撞，夏普说，最终膨胀到行星大小。

但夏普和他的合著者彼得·奥尔森提出了一个新模型，用于解释地球和其他行星的形成，这是一个长期争论不休的替代观点：这些星球“在太阳星云存在的情况下迅速形成”，夏普说。小卵石大小的块状物会从太阳系外围的各个角落涌向太阳。然后，当原行星绕太阳旋转时，它们会捡起这些卵石并迅速积累质量——大约需要两百万年，当时星云仍然存在，而不是在星云消失后的几百万年。

在这种速度更快的情景下，地球引力会从太阳星云中吸进一层稠密、厚实且高温的大气层。夏普说，地球会很热，表面会形成一片“岩浆海洋”。

在这种情况下，大气中的气体会溶解到岩浆海中。夏普将这种现象比作汽水罐内部，高压迫使二氧化碳进入汽水罐。然后——就像汽水罐打开后会变平一样——当周围的压力消失时，大气中的气体就会逐渐释放出来。

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夏普说，他和奥尔森认识到，由于大量氦气在高压大气下被迫进入岩浆海，这种元素最终会混合到整个地球并滞留在其金属核心中。

他们认为氦气从地核一直向上流动到地幔，并从板块分离的洋中脊“渗出地球”。夏普说，这种氦气也来自夏威夷、黄石和冰岛等地的“热点”，这些地方的岩浆柱从地下深处升起。氦气非常轻，以至于它会上升到大气中，然后消失在太空中。夏普说，如果氦-3以这种方式逸出，地球逐渐形成将很难解释这种气体是如何被困在地核中的。

圣克鲁斯大学的行星科学家弗朗西斯·尼莫 (Francis Nimmo) 表示：“如果他们的模型正确，那么这意味着地球是在太阳星云气体的存在下吸积的”，也就是氢和氦。尼莫没有参与这项研究。这反过来意味着地球的形成速度一定很快——比科学家们目前认为的要快，尼莫说。

尼莫指出，“这篇论文必须对早期太阳系和原地球的条件做出很多假设”，其他研究人员可能会在未来的工作中探索和分析这些假设。例如，他们可能会收集更多实验证据，证明在高温高压下氦很容易溶解成金属，就像夏普和奥尔森所说的地球岩浆海中发生的情况一样。

夏普表示，这项研究揭示的地球形成过程也将与探索宇宙中其他恒星和系外行星有关。也许其他太阳系中的行星也是在年轻恒星周围的气态摇篮中迅速形成的。