對加拿大北極古代熔巖流的一項新分析表明，困在地核中的氦氣可能會慢慢“泄漏”到地幔中，然后到達地表，這一想法挑戰了對地球內部運作的科學理解。

這是支持這一假設的最新證據，即 45 億多年前，當年輕的太陽和原行星從氣體和塵埃云中凝聚時，氦和其他元素的原始“儲存庫”被困在地核中。

這項新研究的主要作者、伍茲霍爾海洋研究所的地球化學家福雷斯特·霍頓（Forrest Horton）表示，這些發現“表明在地球深處的某個地方，氣體是在地球形成過程中保存下來的” 。

科學家們可以通過觀察氦原子核中的中子數量來了解氦原子的起源——中子數量可以區分該元素的不同種類或同位素。例如，同位素氦 3 具有兩個質子和一個中子，是在恒星和大爆炸期間產生的。這種同位素在地球上極為罕見。

與此同時，氦 4 是派對氣球中的大部分氣體，有助于冷卻磁共振成像機，每個原子核中都有兩個質子和兩個中子。這種同位素在地球上相對常見，它是由地球內部鈾和釷的自然放射性衰變形成的。

在這項發表在《自然》雜志上的新研究中，霍頓和他的同事分析了巴芬島東部 6200 萬年前的熔巖流樣本。巴芬島是加拿大最北部的一個北極島嶼，島上覆蓋著巖石、雪和巖石。冰層和北極熊居住的地方。幾十年來，地質學家一直在研究熔巖，試圖更多地了解地幔的工作原理。例如，在 2003 年發表的一項研究中，研究人員首次在熔巖中發現了與氦 4相比含量異常高的氦 3 含量，這是地球內部巖石中有史以來記錄的最高含量，是大氣中比例的 50 倍。根據流行的地質理論，他們推斷氦 3 可能來自地幔（地殼以下的地球內部層）內的原始氦儲層。

2018 年夏天，霍頓的團隊開始前往巴芬島進行為期兩周的探險，收集熔巖樣本，以復制這些結果。在伍茲霍爾和加州理工學院的實驗室中，研究人員分析了樣品中一種名為橄欖石的礦物，其中含有微小的氦氣。這種被捕獲的氣體具有更高的氦 3 與氦 4 比率，至少是大氣比率的 65 倍，最多是大氣比率的 69 倍。

霍頓說，在世界其他熱點地區（例如夏威夷和加拉帕戈斯群島）的火山巖中也發現了較高的同位素氦比率。然而，巴芬島熔巖中的比例大約是其他地方發現的比例的兩倍。