I geyser, le sorgenti calde, le fumarole e altre caratteristiche idrotermali del Parco Nazionale di Yellowstone emettono una raccolta di gas dalle profondità della Terra: vapore, anidride carbonica, metano, neon, argon ed elio. Non c'è abbastanza di quest'ultimo, l'elio, perché il parco inizi a vendere palloncini o per i visitatori che suonino come scoiattoli, ma c'è molto da studiare per gli scienziati.
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L'elio può fuoriuscire dalle rocce vulcaniche che guidano l'attività idrotermale, ma non è da lì che sembra provenire la maggior parte dell'elio di Yellowstone. Il gas del parco ha origine in profondità nelle rocce dove è stato immagazzinato per centinaia di milioni di anni, secondo gli scienziati degli US Geological Survey su Nature .
L'elio è il secondo elemento più abbondante nell'universo - è formato dalla fusione nucleare di atomi di idrogeno, un processo che alimenta le stelle - ma è piuttosto raro qui sulla Terra. Fortunatamente per i frequentatori della festa di compleanno e i clown (e la medicina moderna), l'elio può essere estratto dalle riserve di gas naturale sotterraneo.
L'elio sulla Terra può essere trovato in due forme principali: quasi tutto si presenta come elio-4 (chiamato così perché ha due protoni e due neutroni), che possono essere prodotti durante il decadimento radioattivo di elementi pesanti come l'uranio. Una piccola frazione (circa uno su un milione) si presenta come elio-3 (due protoni e un neutrone), la maggior parte dei quali è presente sulla Terra sin dalla formazione del pianeta ed è un residuo di materiale che originariamente formava il pianeta.
Il rapporto tra elio-3 e elio-4, tuttavia, varia leggermente e gli scienziati possono effettivamente utilizzare tale rapporto per determinare la fonte approssimativa di qualsiasi elio che trovano. L'uranio e altri elementi pesanti sono più incompatibili con i minerali trovati nel mantello terrestre, quindi questi elementi filtrano fino alla crosta, dove il loro decadimento produce elio-4. I materiali del mantello, che contengono meno di questi pesanti elementi radioattivi, non producono tanto elio-4, quindi l'elio presente lì è principalmente sotto forma di elio-3.
Il sistema idrotermale del Parco Nazionale di Yellowstone ha una quantità relativamente elevata di elio-3, e gli scienziati ritengono che ciò sia la prova che l'hotspot di Yellowstone ha origine nel profondo del mantello e ha un percorso relativamente dritto.
Il gas che gorgoglia attraverso una sorgente calda nel Parco Nazionale di Yellowstone viene raccolto attraverso un imbuto. Credito: J. Lowenstern, US Geological Survey Ma sembra che l'elio-4 abbia un viaggio più complicato in superficie. I ricercatori dell'USGS raccolgono campioni di gas da tutta Yellowstone da un decennio e hanno eseguito analisi chimiche e isotopiche di elio, anidride carbonica e altri gas in quei campioni. La quantità di elio-4 emessa in Yellowstone, hanno scoperto, supera di molti ordini di grandezza la quantità media che si aspetterebbero di trovare altrove.
La maggior parte dell'elio-4 di Yellowstone ha almeno centinaia di milioni - forse persino miliardi - di anni, hanno calcolato gli scienziati. Data la quantità di gas presente, gli scienziati concludono che probabilmente proviene da rocce all'interno di una crosta molto antica nota per essere sepolta nelle vicinanze. Questa super-vecchia tasca di crosta, proveniente dall'eone arcaico, si è formata più di 2, 5 miliardi di anni fa e contiene uranio e altri materiali radioattivi che si sono costantemente deteriorati. Ciò avrebbe permesso alle alte concentrazioni di elio-4 di accumularsi sottoterra. Quindi circa due milioni di anni fa, l'hotspot di Yellowstone penetrò in queste antiche rocce, alcune delle più antiche del pianeta, e iniziò a rilasciare l'elio-4 immagazzinato insieme all'elio-3 sollevato dal mantello.
Questa scoperta probabilmente si qualifica come "un tipo di interessante" per tutti i fan di Yellowstone, ma per gli scienziati potrebbero esserci implicazioni più importanti. L'elio e altri gas nobili vengono utilizzati per stimare i tempi di permanenza delle acque sotterranee: ad esempio, gli scienziati ritengono che più elio-4 è presente nell'acqua, più a lungo è rimasta l'acqua nelle rocce circostanti.
Ma lo studio dell'elio a Yellowstone mostra che alcune di queste ipotesi - in particolare l'elio-4 prodotto dal costante decadimento degli elementi trovati solo all'interno delle rocce e dei sedimenti della falda acquifera locale - non sono del tutto esatte. L'elio può improvvisamente entrare in un sistema da luoghi inaspettati - una tasca di roccia antica, per esempio, o una fonte di magma - quindi le date nei calcoli passati, in particolare quelli provenienti da falde acquifere in regioni vulcaniche o vicino a faglie di terremoto, potrebbero essere molto lontane a causa di quell'elio in più.
Gli scienziati, tuttavia, sono abituati a trattare con nuovi dati che cambiano le teorie di lunga data; questa è la natura della scienza, dopo tutto. I residenti della zona di Yellowstone, tuttavia, probabilmente vorrebbero che i ricercatori si sbrigassero e capissero se il supervulcano che sta bollendo sotto di loro e che è scoppiato per ultimo 640.000 anni fa, esploderà presto e presto.
