.jpg)
Группа ученых из Китая и Швейцарии провела эксперимент, который позволяет предположить, что ядро Земли может содержать колоссальные запасы водорода, по объему эквивалентные 45 мировым океанам. Эти данные ставят под сомнение устоявшуюся теорию о том, что вода на планете имеет преимущественно кометное происхождение.
На протяжении долгого времени ученые знали, что плотность земного ядра ниже, чем плотность чистого железа, что указывает на присутствие в нем более легких элементов, включая водород. Хотя большая часть поверхности Земли покрыта водой, молекула которой содержит водород, ряд исследований предполагает, что основные запасы этого элемента хранятся глубоко внутри планеты еще с момента ее формирования около 4,5 миллиарда лет назад. Однако точная оценка количества водорода в ядре всегда была сложной задачей из-за экстремальных условий и недоступности.
Чтобы преодолеть эти трудности, команда ученых из Пекинского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха применила новый подход. В своем исследовании они использовали лазерный нагрев в алмазных наковальнях для воссоздания условий, царящих в недрах планеты. В отличие от предыдущих методов, основанных на рентгеновской дифракции и имевших значительные погрешности, ученые сфокусировались на моделировании процессов разделения металла и силиката.
В ходе эксперимента образцы железа, служащего аналогом материала ядра, и гидратированного силикатного стекла, имитирующего древний магматический океан, подвергались давлению до 111 гигапаскалей и нагреву до 6000 градусов Цельсия. Это позволило смоделировать плавление, схожее с процессами, происходившими при формировании планеты. Для анализа полученных результатов применялась атомно-зондовая томография, которая дала возможность создать трехмерную карту состава образцов с нанометровым разрешением. Особое внимание ученые уделили наноструктурам, богатым кремнием, кислородом и водородом, которые образовались в ходе эксперимента.
Анализ показал, что молярное соотношение кремния и водорода в этих структурах близко к 1:1. Экстраполируя эти данные на всю планету, ученые пришли к выводу, что ядро Земли может содержать от 0,07 до 0,36 процента водорода по массе. В пересчете на объем это соответствует количеству воды, достаточному, чтобы заполнить от 9 до 45 земных океанов. Такой результат укрепляет гипотезу, что именно ядро является крупнейшим резервуаром водорода на планете.
Если основные запасы водорода находятся в ядре, это поддерживает теорию его внутреннего происхождения. Водород мог накапливаться еще на ранних этапах формирования планеты в ходе аккреции, что противоречит альтернативной гипотезе о позднем заносе водорода и воды кометами, которые столкнулись с Землей уже после образования ее коры.
Авторы работы признают наличие определенных ограничений в своем исследовании. Например, остаточный водород в камере томографа мог повлиять на точность измерений, а также сохраняется неопределенность относительно точного содержания кремния в ядре. Однако полученные данные открывают новые перспективы для изучения глубинной геохимии и истории формирования планеты.
