В ядре Земли может быть в 70 раз больше водорода, чем в океанах
Эксперименты с алмазной наковальней при высоких температурах и давлениях, моделирующие условия в ядре молодой Земли, впервые продемонстрировали, что водород может образовывать прочную связь с железом в экстремальных условиях. Это объясняет присутствие значительного количества водорода в земном ядре, который попал туда в составе воды во время бомбардировок миллиарды лет назад.
Исследователи давно предполагали, что ядро, помимо железа, содержит легкие элементы, так как его плотность ниже ожидаемой. Впервые ученые изучили поведение воды в лабораторных экспериментах с металлическим железом и силикатами, точно моделирующих реакции на границе металл-силикат (ядро-мантия) во время формирования Земли. Они обнаружили, что при контакте воды с железом большая часть водорода растворяется в металле, а кислород вступает в реакцию с железом и переходит в силикатные материалы.
«При температурах и давлениях, привычных на поверхности, водород не связывается с железом, но мы задались вопросом, возможно ли это в более экстремальных условиях», — пояснил Шох Тагава, аспирант факультета наук о Земле и планетах Токийского университета. Команда под руководством профессора Кей Хиросэ использовала алмазную наковальню для создания давления 30–60 ГПа и температур 3100–4600 K, что хорошо моделирует условия формирования ядра. Анализ с помощью масс-спектрометрии вторичных ионов подтвердил гипотезу о том, что водород является сидерофильным («железолюбивым») элементом при высоком давлении.
«Это открытие позволяет нам исследовать нечто, что глубоко на нас влияет», — сказал Хиросэ. «Тот факт, что водород сидерофилен при высоком давлении, говорит нам, что большая часть воды, попавшей на Землю во время массовых бомбардировок при ее формировании, может сегодня находиться в ядре в виде водорода. Мы предполагаем, что там может быть заключено количество водорода, эквивалентное 70 океанам. Останься эта вода на поверхности, Земля, возможно, никогда не знала бы суши, и жизнь в известной нам форме не эволюционировала бы».