การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ครั้งใหม่สัญญาว่าจะปรับเปลี่ยนความเข้าใจองค์ประกอบภายในของโลกและต้นกำเนิดขององค์ประกอบระเหยที่จำเป็นสำหรับชีวิตอย่างสมบูรณ์ นักวิจัยระบุว่าแกนโลกอาจมีแหล่งกักเก็บไฮโดรเจนจำนวนมหาศาล โดยมีปริมาตรโดยประมาณที่แตกต่างกันระหว่าง 9 ถึง 45 เท่าของปริมาณน้ำที่มีอยู่ในมหาสมุทรทั้งหมดบนพื้นผิวโลกรวมกัน ข้อสรุปได้มาจากการทดลองขั้นสูงที่จำลองสภาวะความดันและอุณหภูมิสุดขั้วที่มีอยู่ในใจกลางโลก
ข้อมูลระบุว่าไฮโดรเจนนี้ไม่ได้อยู่ในรูปของน้ำของเหลว แต่ละลายในโลหะผสมที่ประกอบเป็นแกนกลาง คาดว่าองค์ประกอบนี้คิดเป็น 0.07% ถึง 0.36% ของมวลรวมของภาคกลางของโลก ความเข้มข้นนี้แม้จะดูเหมือนเป็นเปอร์เซ็นต์เพียงเล็กน้อย แต่ก็แปลเป็นสสารจำนวนมหาศาลในระดับดาวเคราะห์ ซึ่งบ่งบอกว่าองค์ประกอบภายในของโลกมีองค์ประกอบแสงมากกว่าแบบจำลองทางธรณีวิทยาที่เสนอก่อนหน้านี้มาก
การศึกษานี้ยืนยันทฤษฎีสำคัญเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์ที่เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน หลักฐานแสดงให้เห็นว่าน้ำและไฮโดรเจนถูกรวมเข้าไว้ในดาวเคราะห์ในช่วงแรกของการก่อตัว ในขณะที่โลกยังคงสะสมมวลและสร้างความแตกต่างของชั้นต่างๆ สิ่งนี้ขัดแย้งกับสมมติฐานที่ว่าน้ำส่วนใหญ่จะมาถึงในภายหลัง โดยเกิดจากการชนของดาวหางและดาวเคราะห์น้อยในช่วงเวลาที่เรียกว่าการทิ้งระเบิดในช่วงปลาย
การจำลองสภาวะสุดขั้วในห้องปฏิบัติการ
เพื่อให้บรรลุผลดังกล่าว ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ห้องแรงดันสูงเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรในแกนโลกขึ้นมาใหม่ ในการจำลองเหล่านี้ พฤติกรรมของไฮโดรเจนและซิลิคอนได้รับการวิเคราะห์เมื่อถูกบีบอัดขนาดมหึมา คล้ายกับพฤติกรรมที่เกิดขึ้นลึกหลายพันกิโลเมตร มีวัตถุประสงค์เพื่อสังเกตว่าองค์ประกอบเหล่านี้มีปฏิกิริยาอย่างไรกับเหล็กซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของนิวเคลียส
การทดสอบพบว่าภายใต้สภาวะเฉพาะเหล่านี้ ไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะละลายได้ง่ายในเหล็กหล่อและยังคง “ติดอยู่” ในโครงสร้างแร่ที่เกิดขึ้น กระบวนการละลายนี้จะสร้างสารประกอบที่มีความเสถียรซึ่งจะดักจับธาตุที่อยู่ลึกเข้าไปภายใน เพื่อป้องกันไม่ให้หลุดออกไปในเนื้อโลกหรือเปลือกโลก วิธีการดังกล่าวทำให้สามารถคำนวณความจุของแกนกลางได้โดยไม่จำเป็นต้องเก็บตัวอย่างทางกายภาพโดยตรง ซึ่งเป็นไปไม่ได้ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน
การวิจัยใช้วิธีการเปรียบเทียบเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูล โดยกำหนดสถานการณ์ความอิ่มตัวที่แตกต่างกัน:
– สถานการณ์อนุรักษ์นิยมคาดการณ์ปริมาณไฮโดรเจนเทียบเท่ากับมหาสมุทรเก้าแห่งทั่วโลก
– สถานการณ์ความอิ่มตัวสูงสุดแสดงปริมาตรที่สอดคล้องกับ 45 มหาสมุทร
– การแปรผันโดยตรงขึ้นอยู่กับสัดส่วนขององค์ประกอบแสงอื่นๆ เช่น ซิลิคอน ที่มีอยู่ในส่วนผสมของโลหะ
– ความหนาแน่นสุดท้ายที่สังเกตได้ในแบบจำลองเกิดขึ้นพร้อมกับการอ่านค่าแผ่นดินไหวในแกนกลางของโลกในปัจจุบัน
ผลกระทบต่อวิวัฒนาการทางธรณีวิทยาและสนามแม่เหล็ก
การมีอยู่จำนวนมากของไฮโดรเจนในแกนกลางมีผลโดยตรงต่อการเปลี่ยนแปลงภายในของโลกและต่อการสร้างสนามแม่เหล็กของโลก แกนกลางชั้นนอกประกอบด้วยโลหะในสถานะของเหลว เคลื่อนที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งในทางกลับกัน ก็สร้างเกราะป้องกันแม่เหล็กที่ปกป้องโลกจากรังสีดวงอาทิตย์ การนำองค์ประกอบเบาเข้ามา เช่น ไฮโดรเจน จะทำให้ความหนาแน่นและความหนืดของของเหลวเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพและความเสถียรของจีโอไดนาโมตามธรรมชาติ
นอกจากนี้ การเคลื่อนตัวของการพาความร้อนในเนื้อโลกซึ่งรับผิดชอบการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกและภูเขาไฟ ยังได้รับปัจจัยความร้อนและสารเคมีจากแกนกลางอีกด้วย อุณหพลศาสตร์ของส่วนลึกภายในได้รับผลกระทบจากการมีอยู่ของไฮโดรเจน ซึ่งสามารถเอื้อให้เกิดการปลดปล่อยความร้อนทิ้งและทำให้แกนกลางทำงานได้นานกว่าที่ประกอบด้วยเหล็กและนิกเกิลบริสุทธิ์เพียงอย่างเดียว พลวัตนี้ตอกย้ำมุมมองที่ว่าน้ำและวัฏจักรระเหยบนโลกเป็นระบบบูรณาการที่เชื่อมต่อพื้นผิวกับชั้นที่ลึกกว่า
การสังเกตแผ่นดินไหวเป็นเวลานานบ่งชี้แล้วว่าแกนกลางของโลกมีความหนาแน่นน้อยกว่าทรงกลมของเหล็กบริสุทธิ์เล็กน้อย ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “การขาดดุลความหนาแน่น” นักธรณีฟิสิกส์เกิดความสนใจ การยืนยันว่าไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นธาตุผสมหลักถือเป็นทางออกที่ดีสำหรับปริศนานี้ โดยเติมเต็มช่องว่างในแบบจำลองความหนาแน่นที่ยอมรับในปัจจุบัน
ความแตกต่างระหว่างอ่างเก็บน้ำผิวน้ำและอ่างเก็บน้ำลึก
จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องแยกแยะธรรมชาติของไฮโดรเจนที่พบบนพื้นผิวออกจากที่สะสมอยู่ในแกนกลาง ในมหาสมุทร ไฮโดรเจนเชื่อมโยงกับโมเลกุลของน้ำ ทำให้เกิดออกซิเจน (H2O) ในสถานะของเหลว ในแกนกลางนั้นมีสถานะเป็นโลหะหรือละลายในแร่ธาตุภายใต้แรงกดดันที่เกินกว่าบรรยากาศนับล้าน มันไม่ใช่มหาสมุทรใต้ดินที่สามารถเดินเรือได้ แต่เป็นแหล่งสำรองอะตอมที่รวมเข้ากับเมทริกซ์ที่เป็นหินและโลหะ
นักวิทยาศาสตร์เปรียบเทียบการค้นพบนี้กับแหล่งกักเก็บอื่นๆ ที่รู้จักกันดีในชั้นเนื้อโลก ซึ่งแร่ธาตุ เช่น ริงวูดไดต์ มีความสามารถในการกักเก็บน้ำไว้ในโครงสร้างผลึกของพวกมัน อย่างไรก็ตาม ปริมาตรที่เป็นไปได้ของแกนกลางมีมากกว่าปริมาณสำรองของเนื้อโลกมาก ทำให้ภาคกลางกลายเป็นแหล่งสะสมไฮโดรเจนที่ใหญ่ที่สุดในโลก การศึกษาในอนาคตจะพยายามปรับปรุงการประมาณค่าเหล่านี้โดยใช้เทคนิคแผ่นดินไหววิทยาใหม่ๆ เพื่อทำแผนที่ความผิดปกติของความหนาแน่นได้แม่นยำยิ่งขึ้น
การตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลอง “โลกเปียก” นับตั้งแต่การก่อตัวได้เปลี่ยนมุมมองต่อความสามารถในการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์ หากน้ำเป็นส่วนประกอบที่รวมตัวเข้ากับแกนกลางระหว่างการก่อตัวของดาวเคราะห์หิน ก็เป็นไปได้ว่าดาวเคราะห์นอกระบบในระบบสุริยะอื่นอาจมีไฮโดรเจนสำรองภายในจำนวนมหาศาล ซึ่งอาจส่งผลต่อชั้นบรรยากาศและศักยภาพในการดำรงชีวิตตลอดพันล้านปีทางธรณีวิทยา