У ядрі Землі може міститися обсяг водню, еквівалентний від 9 до 45 світових океанів. Іншими словами, водень може становити приблизно від 0,36% до 0,7% загальної маси ядра планети. Про це пише KSL з посиланням на дослідження, опубліковане нещодавно в журналі Nature Communications.
За словами провідного автора дослідження, доцента Школи наук про Землю і космос Пекінського університету Дуньяна Хуана, такий висновок свідчить про те, що наша планета отримала більшу частину своєї води - основного джерела водню - під час формування, а не пізніше через удари комет, які залишили б воду на поверхні, як припускали учені раніше.
"Ядро Землі зберігало більшу частину води впродовж першого мільйона років історії планети. За обсягом води наступними є мантія та кора. Поверхня - там, де існує життя, - містить найменше водню", - зазначив він.
На думку науковців, понад 4,6 мільярда років тому каміння, газ і пил навколо Сонця зіткнулися та утворили молоду планету. З часом ці зіткнення сформували ядро, мантію та кору Землі. У глибинах планети під величезним тиском почало рухатися щільне, гаряче й рідке металеве ядро. Воно складається переважно із заліза та нікелю і живить захисне магнітне поле Землі.
"Водень міг потрапити до металевої рідини, що формувала ядро, лише якщо він був доступний під час основних фаз формування Землі і брав участь в утворенні ядра", - пояснив професор наук про системи Землі кафедри наук про Землю, довкілля та планети Університету Райса в Техасі Радждіп Дасгупта, який не брав участі в дослідженні.
Зазначається, що вивчення походження та розподілу водню є ключовим для розуміння формування планет і еволюції життя на Землі. Вчені давно цікавилися, скільки водню може бути приховано в розплавленому металевому ядрі Землі, і аналізували хімічні взаємодії в залізі, щоб оцінити водневий резервуар ядра. Проте ядро розташоване надто глибоко для прямого спостереження, а умови високого тиску складно відтворити в лабораторії.
Загалом водень важко кількісно визначити, "оскільки це найлегший і найменший елемент, а його вимірювання виходить за межі можливостей стандартних аналітичних методів", зазначив Хуан.
Спостереження на атомному рівні
За словами Хуана, нова методика принципово відрізняється від попередніх. Дослідники загострювали зразки заліза - основного компонента ядра - до форми голок діаметром приблизно 20 нанометрів, а потім поміщали їх під контрольовану високу напругу. Далі атоми зразків іонізувалися, і їх підраховували.
Щоб отримати нову оцінку, вчені провели експерименти, що відтворювали температуру і тиск ядр. Вони плавили залізо лазерами у пристрої високого тиску, який називається алмазною ковадловою коміркою, а потім безпосередньо спостерігали водень та інші елементи ядра за допомогою атомно-зондової томографії, яка створює тривимірні зображення та вимірює хімічний склад на атомному рівні.
Такий підхід спирається на припущення щодо того, як атоми розташовані в ядрі Землі і як у ньому розподіляються кремній, кисень і водень, зазначив Хуан. Їхні експерименти показали, як водень взаємодіє з кремнієм і киснем у наноструктурах під час охолодження металу, причому співвідношення водню до кремнію становило приблизно 1:1. Поєднавши спостереження цих співвідношень у зразках із попередніми оцінками вмісту кремнію в ядрі, дослідники змогли приблизно визначити кількість водню в ядрі.
Висновки учених не остаточні
Взаємодія кремнію, кисню і водню в наноструктурах заліза, яку вони спостерігали, дає підказки щодо того, як тепло могло передаватися з ядра до мантії, запускаючи процес формування магнітного поля Землі, "яке є незамінним для перетворення Землі на придатне для життя місце", зазначив Хуан.
Водночас науковці застерегли, що для підтвердження та уточнення цієї оцінки потрібні подальші дослідження, оскільки непрямий підхід містить невизначеності та не враховує інших хімічних взаємодій, які можуть впливати на розрахунки кількості водню в ядрі.
Справді, кількість водню в ядрі може бути значно більшою, ніж свідчить нова оцінка, вважає професор Школи наук Токійського університету Кей Хіросе, який досліджує склад ядра Землі, але не брав участі в новій роботі.
Однією з невизначеностей є те, скільки водню в зразках заліза втекло під час зниження тиску; такі втрати були зафіксовані в інших дослідженнях, але не були враховані в нових розрахунках, пише видання.
Якщо вимірювання й гіпотеза авторів підтвердяться, "це означатиме, що водень надходив упродовж усього формування Землі", сказав Дасгупта. Газ та вода з комет і астероїдів також могли бути джерелами водню Землі, додав Хіросе.
Інші новини про Землю
Раніше УНІАН розповідав, що Земля має гігантський "хвіст", що простягається у нічний бік планети на понад два мільйони кілометрів. Зазначалося, що, за висновком учених, феномен, відомий як магнітохвіст, утворюється завдяки взаємодії магнітосфери Землі із сонячним вітром – потоком заряджених частинок, що безперервно вилітають із Сонця. Коли цей потік вдаряється об магнітне поле нашої планети, він стискає його з денного боку й витягує на нічному, формуючи довгу "сльозоподібну" структуру.
