Scientists estimate that the Earth’s core houses the largest reservoir of hydrogen on the planet, with an amount equivalent to between 9 and 45 oceans. Сделан вывод о том, что эксперименты имитируют условия экстремального давления и температуры в центре планеты. Водород составляет от 0,07% до 0,36% от общей массы ядра. The discovery reinforces the idea that water was incorporated into the planet during its initial formation, around 4.5 billion years ago, instead of arriving mainly through comet or asteroid impacts.
Исследователи из Школы наук о Земле и космосе Пекинского университета провели исследование, опубликованное в журнале Nature Communications. Они проанализировали приток водорода и кремния в ходе лабораторного моделирования, воспроизводящего окружающую среду ядра. Результаты показывают, что элемент растворяется в преобладающем железе и остается в минеральных структурах. Это внутренний резерв, который находится в большом количестве или гидрогене, представленном в наших поверхностных океанах.
- Рассчитанное минимальное значение соответствует девяти океанам водорода.
- Максимум достигает 45 океанов, в зависимости от точных пропорций входящих в него элементов.
- Доля варьируется от 0,07% до 0,36% от общей массы ядра.
- Это позиционирует ядро как доминирующий резервуар водорода на планете.
Происхождение воды связано с формированием планет
Значительное присутствие водорода в ядре позволяет предположить, что Земля сохранила большую часть этого элемента с ранних стадий аккреции. Сравнения с примитивными, богатыми водородом метеоритами показывают, что планета была бы «бедной» поверхностными водами, если бы этого глубокого запаса не существовало. Ученые отмечают, что водород с трудом мигрирует на поверхность из-за барьеров высокого давления.
Это раннее включение меняет модели земного водного цикла. Вода не будет так сильно зависеть от задержек с поставками извне. В исследовании подчеркивается, что водород составляет основу молекулы H₂O и влияет на внутренние процессы на протяжении миллиардов лет.
https://twitter.com/espcientifico/status/2021646714382454809?ref_src=twsrc%5EtfwЭксперименты моделируют основные условия
Лаборатории воспроизводили давление и температуру, эквивалентные тем, которые были в ядре Земли, чтобы наблюдать за поведением водорода. В этих симуляциях элемент интегрируется с железом и другими компонентами, образуя стабильные соединения. Исследователи измерили количество удерживаемого вещества по сравнению с количеством, высвободившимся в расплавленной фазе.
Эти альтернативные тесты предоставляют последовательные данные о растворимости водорода в металлах в экстремальных условиях. Подход позволяет оценивать объемы без прямого доступа к ядру. Результаты показывают, что резервуар остается недоступным, но его можно измерить с помощью косвенных моделей.
Влияние на понимание земной эволюции
Глубокий водород влияет на плотность и состав ядра, воздействуя на магнитное поле, создаваемое движением жидкостей во внешнем ядре. Изменения количества этого элемента могут модулировать защиту атмосферы от солнечной радиации в геологических масштабах. Открытие связывает внутреннюю химию с явлениями, наблюдаемыми на поверхности.
Конвективные движения в мантии получают косвенный вклад от летучих элементов, таких как водород. Эта динамика лежит в основе тектоники плит и выделения ненужного тепла. Водохранилище подтверждает представление о глобальной гидрологической системе, включающей глубокие слои планеты.
Сравнение с известными резервуарами
Поверхностные океаны содержат водород в виде жидкой воды, но ядро превышает этот объём в несколько раз. Запасы представляют собой не жидкую воду, а интегрированные в минералы под сильным давлением. Ученые сравнивают находку с отложениями в промежуточных слоях, таких как мантия, где такие минералы, как рингвудит, удерживают воду.
Это различие подчеркивает, что ядро является уникальным отсеком для хранения водорода. Будущие исследования будут направлены на уточнение оценок с помощью нового моделирования и анализа сейсмических волн.
Перспективы будущих исследований
Достижения в области технологий высокого давления будут продолжать отображать химические взаимодействия в недрах Земли. Косвенные наблюдения посредством сейсмологии и компьютерного моделирования помогут подтвердить точные объемы. Исследование открывает возможности для исследования подобных резервуаров на других скалистых планетах.
Исследователи планируют интегрировать эти данные с моделями формирования планет. Улучшение понимания распределения водорода способствует появлению теорий об обитаемости экзопланет.
Детали ядерного состава
Внутреннее ядро состоит в основном из твердого железа, а внешнее ядро — жидкое. В этих условиях водород растворяется преимущественно в металлических фазах. Предполагаемая пропорция варьируется в зависимости от количества кремния, включенного во время начальной планетарной дифференциации.
Ученые отмечают, что водород немного снижает плотность ядра по сравнению с моделями из чистого железа и никеля. Это несоответствие объясняет недавние геофизические наблюдения.