На первый взгляд, Земля не кажется богатой водородом, однако этот самый распространенный во Вселенной элемент присутствует в виде воды. Более того, исследования показывают, что в ядре планеты может находиться колоссальное количество водорода, связанного с железом. Его запасы могут в 45 раз превышать объем водорода в океанах (около 150 квинтиллионов килограммов), что делает ядро крупнейшим резервуаром этого элемента. Хотя добыть его невозможно, эти данные помогают ученым лучше понять формирование Земли, ее магнитное поле и происхождение воды.
Группа исследователей под руководством геофизика Дунъяна Хуана из Пекинского университета пришла к выводу, что большая часть воды на Земле появилась на ранних этапах формирования земной коры, а не благодаря кометам позднее.
Поскольку добраться до земного ядра невозможно, ученые изучают его состав с помощью экспериментов и моделирования. В масштабном исследовании команда Хуана воссоздала экстремальные условия ядра: сжала железный шарик в гидратированном силикатном стекле до давления в 111 гигапаскалей и нагрела до 5100 кельвинов. Хотя давление чуть ниже реального (в ядре — около 136 гигапаскалей), а температура сопоставима (5000−6000 кельвинов), эксперимент позволил достоверно смоделировать поведение веществ в недрах планеты.
При высоких температурах образец полностью расплавляется, а его компоненты — железо, кремний, кислород и водород — равномерно перемешиваются. Это имитирует состояние расплавленной земной коры в начале эволюции планеты.
Эксперимент показал, что водород легко связывается с железом, а затем с кислородом и кремнием. Вероятно, так же он мог оказаться в ядре Земли миллиарды лет назад. Ядро не состоит из чистого железа — его плотность ниже ожидаемой, а кремний может занимать от 2 до 10% массы. Исходя из этого и результатов эксперимента, ученые оценили долю водорода в ядре: от 0,07 до 0,36%. Это в 9−45 раз больше, чем весь водород в океанах Земли (от 1,35 до 6,75 секстиллионов килограммов).
Таким образом, несмотря на внешнюю «бедность» Земли водородом, его основные запасы могут скрываться в ядре планеты.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые выяснили происхождение нанофазного железа в лунной пыли.
