У серці Землі — океан водню: нове дослідження змінює уявлення про походження води на планеті
Ми звикли думати, що головний резервуар водню на Землі — це океани. Але нове дослідження стверджує: найбільше водню приховано зовсім не у воді, а глибоко під нашими ногами — в ядрі планети. І його там у 9–45 разів більше, ніж у всіх земних океанах разом.
Це відкриття може поставити крапку в давній суперечці про те, коли й як водень потрапив на Землю.
Давня дискусія: комети чи формування планети?
Існують дві основні гіпотези. Перша стверджує, що водень (а отже, й вода) був доставлений на Землю кометами вже після формування ядра. Друга — що водень потрапив на планету ще під час її народження близько 4,5 мільярда років тому.
Нові дані схиляють терези на користь другого варіанта.
Якщо б водень прибув пізніше — разом із крижаними тілами, що бомбардували молоду Землю, — він переважно залишився б у верхніх шарах планети. Але якщо найбільший його запас міститься саме в ядрі, це означає, що водень був присутній ще тоді, коли ядро тільки формувалося.
Чому так складно «побачити» водень
Водень — найменший і найлегший елемент у Всесвіті. Виявити його в умовах надвисокого тиску й температури надзвичайно важко. Саме тому вчені десятиліттями не могли точно оцінити, скільки водню заховано в глибинах Землі.
Раніше дослідники використовували метод рентгенівської дифракції. Вони додавали водень до зразків заліза (адже ядро Землі переважно складається із заліза) і дивилися, як змінюється кристалічна структура металу. Але цей підхід мав обмеження: він ґрунтувався на припущеннях щодо поведінки кристалів заліза і не враховував повною мірою вплив інших елементів — зокрема кремнію та кисню.
Експеримент у «пекельних» умовах
Команда під керівництвом професора Дун’яна Хуана з Пекінського університету застосувала інший підхід — атомно-зондову томографію. Цей метод дозволяє створювати тривимірну карту розподілу елементів на нанорівні.
Щоб відтворити умови народження ядра, дослідники:
- покрили крихітний зразок заліза гідратованим силікатним склом — аналогом магми;
- помістили його в алмазну комірку, яка створює тиск, подібний до того, що існує в надрах Землі;
- нагріли систему лазерами до приблизно 4 830 °C.
Результат виявився несподіваним: водень, кремній і кисень одночасно розчинялися в залізі, змінюючи його структуру. Причому водень і кремній проникали в «ядро» експериментальної моделі в приблизно однакових кількостях.
На основі цих даних вчені оцінили, що частка водню в ядрі Землі становить від 0,07% до 0,36% за масою. Звучить небагато — але з огляду на гігантську масу ядра це означає колосальні обсяги.
Найбільший резервуар водню на планеті
Підрахунки показали, що в ядрі Землі може міститися у 9–45 разів більше водню, ніж у всіх океанах разом. Це робить ядро найбільшим «сховищем» водню на планеті. І головне — воно свідчить, що водень потрапив на Землю ще під час її формування, а не був принесений пізніше космічними тілами.
Чому це важливо
Розуміння того, коли і як водень опинився на Землі, допомагає краще пояснити походження води — а отже, і умов для життя. Крім того, це відкриття дає нове уявлення про хімічний склад глибин планети та процеси, які відбувалися під час її народження. Можливо, найбільший «океан» Землі ховається не на поверхні, а в самому її серці. І тільки зараз ми починаємо усвідомлювати його масштаб.