В ядре Земли находится до 70 раз больше водорода, чем в океанах — ученые
В ядре Земли кроме железа находится значительное количество водорода, доказали ученые в результате экспериментов в исследовании, опубликованном 11 мая в журнале Nature Communications
Эксперименты при высоких температурах и высоком давлении с использованием алмазной наковальни и химических веществ для моделирования ядра молодой Земли впервые продемонстрировали, что водород может прочно связываться с железом в экстремальных условиях. Это объясняет наличие значительного количества водорода в ядре Земли, который прибыл туда в виде воды в результате бомбардировок миллиарды лет назад.
Чтобы заглянуть глубоко внутрь Земли, исследователи используют методы, включающие сейсмические данные, для определения состава и плотности подземного материала. В результате таких измерений ученые выяснили, что ядро в основном состоит из железа, но его плотность, в частности плотность жидкой части, оказалась ниже, чем ожидалось.
Это привело исследователей к мысли, что наряду с железом там должно быть обилие легких элементов. Впервые исследователи изучили поведение воды в лабораторных экспериментах с участием металлического железа и силикатных соединений, которые точно имитируют реакции металл-силикат (ядро-мантия) во время формирования Земли. Они обнаружили, что когда вода встречается с железом, большая часть водорода растворяется в металле, в то время как кислород вступает в реакцию с железом и переходит в силикатные материалы.
«При температурах и давлениях, к которым мы привыкли на поверхности, водород не связывается с железом, но мы задались вопросом, возможно ли это в более экстремальных условиях, — сказал аспирант кафедры наук о Земле и планетах Токийского университета Шох Тагава. — Такие экстремальные температуры и давления нелегко воспроизвести, и лучший способ добиться их в лаборатории — использовать алмазную наковальню. Она может создавать давление 30–60 гигапаскалей при температуре 3100–4600 кельвинов. Это хорошая имитация формирования ядра Земли».
Ученые в исследовании использовали металл и водосодержащий силикат, аналогичные тем, которые найдены в ядре и мантии Земли, и сжали их в алмазной наковальне, одновременно нагревая образец лазером. Чтобы увидеть, что происходит в образце, они использовали изображение с высоким разрешением. Это позволило им подтвердить свою гипотезу о том, что водород связывается с железом, что объясняет очевидную нехватку океанской воды.
«Это открытие позволяет нам исследовать то, что сильно влияет на нас, — сказал Хиросе. — Тот факт, что водород является сидерофильным под высоким давлением, говорит нам о том, что большая часть воды, которая попала на Землю в результате массовых бомбардировок во время ее формирования, может сегодня находиться в ядре как водород. По нашим оценкам, там может быть заперто до 70 земных океанов из водорода. Если бы столько воды оставалось на поверхности, Земля, возможно, никогда не знала бы суши, и жизнь, которую мы знаем, никогда бы не развилась».
