研究表明，地核的氢储量相当于 45 个海洋

一项新的科学发现有望彻底重塑对地球内部组成和生命必需的挥发性元素起源的理解。研究人员发现，地球核心可能蕴藏着巨大的氢储量，其储量估计为地球表面所有海洋水量总和的 9 至 45 倍。这些结论是通过模拟地球中心存在的极端压力和温度条件的高级实验得出的。

数据表明，这种氢并不是以液态水的形式存在，而是溶解在构成核心的金属合金中。据估计，该元素占行星中心区域总质量的0.07%至0.36%。这种浓度虽然按百分比计算似乎很小，但在行星尺度上转化为大量物质，这表明地球内部的轻元素比以前提出的地质模型要丰富得多。

这项研究证实了关于大约 45 亿年前发生的行星形成的重要理论。有证据表明，水和氢在地球形成的早期阶段就被融入其中，而地球仍在积累质量并分化其各层。这与大多数水会较晚到达的假设相矛盾，这些水是在所谓的晚期轰炸期间由彗星和小行星撞击带来的。

实验室极端条件模拟

为了实现这些结果，科学家团队使用高压室重现了地核的恶劣环境。在这些模拟中，分析了氢和硅在遭受巨大压缩时的行为，类似于在数千公里深处发生的情况。目的是观察这些元素如何与原子核的主要成分铁相互作用。

测试表明，在这些特定条件下，氢往往很容易溶解在铸铁中，并保持“捕获”在所得矿物结构中。这种溶解过程会产生稳定的化合物，将元素困在内部深处，防止其逃逸到地幔或地壳中。该方法使得计算核心的存储容量成为可能，而无需直接收集物理样本，而这在当前技术中是不可能的。

该研究使用比较方法来验证数据，建立不同的饱和情景：

– 保守的情景预计氢的含量相当于全球九个海洋。

– 最大饱和度情景表明体积相当于 45 个海洋。

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– 变化直接取决于金属混合物中存在的其他轻元素（例如硅）的比例。

– 模拟中观察到的最终密度与地核当前的地震读数一致。

对地质和磁演化的影响

地核中大量存在的氢对行星的内部动力学和地球磁场的产生有直接影响。外核由液态金属组成，移动时产生电流，进而形成磁屏蔽，保护地球免受太阳辐射。氢等轻元素的引入改变了这种流体的密度和粘度，影响了这种天然地球发电机的效率和稳定性。

此外，负责板块构造和火山活动的地幔中的对流运动接收来自地核的热和化学输入。内部深处的热力学受到氢的影响，氢可以促进废热的释放，并使核心保持比仅由纯铁和镍组成的更长时间的活性。这种动态强化了这样一种观点，即地球上的水和挥发物循环是一个将地表与深层连接起来的综合系统。

长期的地震观测已经表明，地核的密度略低于纯铁球体应有的密度。这种被称为“密度赤字”的现象引起了地球物理学家的兴趣。确认氢作为主要合金元素为这个谜团提供了一个优雅的解决方案，填补了目前公认的密度模型的空白。

地表油藏与深层油藏的区别

区分地表氢和地核氢的性质至关重要。在海洋中，氢与水分子结合，形成液态氧 (H2O)。在地核中，它以金属状态存在或在超过数百万个大气压的压力下溶解在矿物中。它不是一个可航行的地下海洋，而是一个融入岩石和金属基质的原子储备。

科学家们将这一发现与地幔中其他已知的储层进行了比较，这些储层中的矿物（如尖伍德石）能够在其晶体结构中保留水分。然而，地核的潜在体积远远超过地幔的储量，从而巩固了中心区域作为地球上最大的氢沉积物的地位。未来的研究将寻求使用新的地震学技术来完善这些估计，以更准确地绘制密度异常图。

“湿地球”模型自形成以来的验证改变了对行星宜居性的看法。如果水是岩石行星形成过程中融入核心的成分，那么其他太阳系中的系外行星也可能拥有大量的内部氢储备，这可能会影响它们的大气层以及在数十亿地质年里维持生命的潜力。