De geisers, warmwaterbronnen, fumarolen en andere hydrothermische kenmerken van Yellowstone National Park spuwen een verzameling gassen uit diep in de aarde - stoom, kooldioxide, methaan, neon, argon en helium. Er is niet genoeg van die laatste, helium, voor het park om ballonnen te gaan verkopen of voor bezoekers als chipmunks te klinken, maar er is genoeg voor wetenschappers om te studeren.
gerelateerde inhoud
- Yellowstone Bears eigenlijk eten motten voor voedsel
- Gigantische pluim onder Yellowstone nu nog gigantischer
Helium kan borrelen uit vulkanische rotsen die hydrothermische activiteit stimuleren, maar dat is niet waar het grootste deel van Yellowstone's helium vandaan komt, zo lijkt het. Het gas van het park ontstaat diep in rotsen waar het honderden miljoenen jaren is opgeslagen, rapporteren wetenschappers van de US Geological Survey vandaag in Nature .
Helium is het op één na meest voorkomende element in het universum - het wordt gevormd door de kernfusie van waterstofatomen, een proces dat sterren aandrijft - maar het is vrij zeldzaam hier op aarde. Gelukkig voor feestgangers en clowns van verjaardagsfeestjes (en moderne geneeskunde), kan helium worden gewonnen uit ondergrondse aardgasreserves.
Helium op aarde kan worden gevonden in twee hoofdvormen: bijna alle komt voor als helium-4 (zo genoemd omdat het twee protonen en twee neutronen heeft), die kunnen worden geproduceerd tijdens het radioactieve verval van zware elementen zoals uranium. Een kleine fractie (ongeveer een op een miljoen) komt voor als helium-3 (twee protonen en een neutron), waarvan het grootste deel op aarde aanwezig is sinds de vorming van de planeet en een overblijfsel is van materiaal dat oorspronkelijk de planeet vormde.
De verhouding van helium-3 tot helium-4 varieert echter enigszins en wetenschappers kunnen die verhouding gebruiken om de geschatte bron van elk gevonden helium te bepalen. Uranium en andere zware elementen zijn meer onverenigbaar met mineralen in de aardmantel, dus deze elementen filteren zich omhoog naar de korst, waar hun verval helium-4 produceert. Mantelmaterialen, die minder van deze zware radioactieve elementen bevatten, produceren niet zoveel helium-4, dus het daar aanwezige helium is meestal in de vorm van helium-3.
Het hydrothermische systeem in Yellowstone National Park heeft een relatief grote hoeveelheid helium-3, en wetenschappers beschouwen dit als bewijs dat de Yellowstone-hotspot diep in de mantel ontstaat en een relatief recht pad omhoog heeft.
Gas dat door een hete bron in Yellowstone National Park opborrelt, wordt verzameld via een trechter. Credit: J. Lowenstern, US Geological Survey Maar het lijkt erop dat de helium-4 een meer gecompliceerde reis naar de oppervlakte heeft. Onderzoekers van de USGS verzamelen al tien jaar gasmonsters uit heel Yellowstone en voeren chemische en isotopische analyses uit van het helium, kooldioxide en andere gassen in die monsters. De hoeveelheid helium-4 die in Yellowstone wordt uitgestoten, ontdekten ze, met verschillende orden van grootte, de gemiddelde hoeveelheid die ze elders zouden verwachten te vinden.
Het grootste deel van Yellowstone's helium-4 is minstens honderden miljoenen - misschien zelfs miljarden - jaren oud, berekenden de wetenschappers. Gezien de hoeveelheid aanwezig gas concluderen wetenschappers dat het waarschijnlijk afkomstig is van rotsen in een zeer oude korst waarvan bekend is dat deze dichtbij wordt begraven. Deze super oude korstzak, uit de archaïsche aion, werd meer dan 2, 5 miljard jaar geleden gevormd en bevat uranium en andere radioactieve materialen die gestaag in verval zijn geraakt. Daardoor zouden hoge concentraties helium-4 ondergronds zijn opgebouwd. Ongeveer twee miljoen jaar geleden penetreerde de Yellowstone-hotspot deze oude rotsen, enkele van de oudste op de planeet, en begon de daar opgeslagen helium-4 vrij te geven samen met helium-3 uit de mantel.
Deze ontdekking kwalificeert waarschijnlijk als "soort interessant" voor alle fans van Yellowstone, maar voor wetenschappers kunnen er meer belangrijke implicaties zijn. Helium en andere edelgassen worden gebruikt om de verblijftijden van grondwater te schatten. Wetenschappers nemen bijvoorbeeld aan dat hoe meer helium-4 in water aanwezig is, hoe langer dat water in de rotsen eromheen heeft gezeten.
Maar de studie van helium in Yellowstone toont aan dat sommige van deze veronderstellingen - met name helium-4 geproduceerd door het gestage verval van elementen die alleen in de rotsen en sedimenten van de plaatselijke watervoerende laag worden gevonden - niet helemaal juist zijn. Helium kan plotseling in een systeem komen vanuit onverwachte plaatsen - bijvoorbeeld een zak met oud gesteente of een magma-bron - dus de datums in eerdere berekeningen, met name die uit aquifers in vulkanische gebieden of nabij aardbevingsfouten, kunnen ver weg zijn vanwege dat extra helium.
Wetenschappers zijn echter gewend om te gaan met nieuwe gegevens die oude theorieën veranderen; dat is tenslotte de aard van de wetenschap. Inwoners van het Yellowstone-gebied, echter, willen waarschijnlijk dat onderzoekers gewoon opschieten en uitzoeken of de supervolcano die onder hen suddert en 640.000 jaar geleden voor het laatst uitbarstte binnenkort op elk moment weer zal blazen.
