Эксперименты показывают, что ядро Земли содержит до 0,36 процента водорода по весу
Ядро Земли может содержать огромные запасы элемента водорода, который может образовывать воду, если попадет в богатую кислородом мантию.
Океаны — крупнейшее образование на поверхности Земли. Однако вся эта голубизна может показаться незначительной из-за огромного запаса водорода, скрытого в сердце планеты. Эксперименты показывают, что в ядре Земли во время ее формирования могло содержаться достаточное количество водорода для образования десятков водных океанов, сообщают исследователи в Nature Communications от 10 февраля. Эти хтонические запасы могут влиять на процессы на поверхности планеты.
Водород не существует в виде жидкой воды в ядре, но он становится водой, когда поднимается в мантию и вступает в реакцию с кислородом, говорит геодинамик Мотохико Мураками из ETH Zurich. “Кислород является одним из наиболее распространенных минеральных элементов в мантии”.
Предыдущие оценки запасов водорода в ядре сильно различались и были основаны на косвенных измерениях содержания этого элемента в железе, полученных путем добавления водорода к железу и измерения результирующего изменения объема. Для нового исследования Мураками и его коллеги использовали более прямой подход.
Команда начала с искусственных фрагментов ядра — железных осколков, обернутых водородсодержащим стеклом. Затем исследователи зажали осколки между двумя алмазами в мощном механическом прессе и пропустили через алмазы луч лазера, чтобы нагреть образцы до 4826° по Цельсию (8720° по Фаренгейту).
В таких условиях образцы расплавились, превратившись в сгустки железа с примесью кремния, водорода и кислорода. По словам Мураками, раннее ядро образовалось из таких сгустков, поскольку большая часть ранней Земли была океаном магмы.
После быстрого охлаждения и затвердевания образцов исследователи с помощью специального зонда составили карту распределения элементов, обнаружив крошечные структуры, которые затвердели среди железа. Кремний и водород были обнаружены только в этих структурах — и в равном количестве атомов.
Это соотношение «один к одному» было ключевым, поскольку более ранние эксперименты, моделирование и геофизические наблюдения за керном уже показали, что в нем содержится от 2 до 10 процентов кремния по весу. Основываясь на своих новых расчетах, Мураками и его коллеги подсчитали, что примерно 0,07-0,36 процента массы ядра Земли приходится на гораздо более легкий водород. “Это от девяти до 45 океанов” воды, — говорит Мураками.
По словам Мураками, со временем часть этого водорода, вероятно, просочилась в мантию и превратилась в воду. Эта вода, по его словам, облегчила бы плавление мантийных пород, что привело бы к образованию магмы и извержениям вулканов на всей поверхности Земли.