НОВОСТИ В УКРАИНЕ
В ядре Земли может содержаться объем водорода, эквивалентный от 9 до 45 мировых океанов. Другими словами, водород может составлять примерно от 0,36% до 0,7% общей массы ядра планеты. Об этом пишет KSL со ссылкой на исследование, опубликованное недавно в журнале Nature Communications.
По словам ведущего автора исследования, доцента Школы наук о Земле и космосе Пекинского университета Дуньяна Хуана, такой вывод свидетельствует о том, что наша планета получила большую часть своей воды — основного источника водорода — во время формирования, а не позже из-за ударов комет, которые оставили бы воду на поверхности, как предполагали ученые ранее.
«Ядро Земли хранило большую часть воды в течение первого миллиона лет истории планеты. По объему воды следующими являются мантия и кора. Поверхность — там, где существует жизнь, — содержит меньше всего водорода», — отметил он.
По мнению ученых, более 4,6 миллиарда лет назад камни, газ и пыль вокруг Солнца столкнулись и образовали молодую планету. Со временем эти столкновения сформировали ядро, мантию и кору Земли. В глубинах планеты под огромным давлением начало двигаться плотное, горячее и жидкое металлическое ядро. Оно состоит преимущественно из железа и никеля и питает защитное магнитное поле Земли.
«Водород мог попасть в металлическую жидкость, формировавшую ядро, только если он был доступен во время основных фаз формирования Земли и участвовал в образовании ядра», — пояснил профессор наук о системах Земли кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах Университета Райса в Техасе Раджип Дасгупта, который не участвовал в исследовании.
Отмечается, что изучение происхождения и распределения водорода является ключевым для понимания формирования планет и эволюции жизни на Земле. Ученые давно интересовались, сколько водорода может быть скрыто в расплавленном металлическом ядре Земли, и анализировали химические взаимодействия в железе, чтобы оценить водородный резервуар ядра. Однако ядро расположено слишком глубоко для прямого наблюдения, а условия высокого давления сложно воспроизвести в лаборатории.
В целом водород трудно количественно определить, «поскольку это самый легкий и самый маленький элемент, а его измерение выходит за пределы возможностей стандартных аналитических методов», отметил Хуан.
Наблюдения на атомном уровне
По словам Хуана, новая методика принципиально отличается от предыдущих. Исследователи заостряли образцы железа – основного компонента ядра – до формы игл диаметром примерно 20 нанометров, а затем помещали их под контролируемое высокое напряжение. Далее атомы образцов ионизировались, и их подсчитывали.
Чтобы получить новую оценку, ученые провели эксперименты, воспроизводившие температуру и давление ядер. Они плавили железо лазерами в устройстве высокого давления, которое называется алмазной наковальней, а затем непосредственно наблюдали водород и другие элементы ядра с помощью атомно-зондовой томографии, которая создает трехмерные изображения и измеряет химический состав на атомном уровне.
Такой подход основан на предположениях о том, как атомы расположены в ядре Земли и как в нем распределяются кремний, кислород и водород, отметил Хуан. Их эксперименты показали, как водород взаимодействует с кремнием и кислородом в наноструктурах во время охлаждения металла, причем соотношение водорода к кремнию составляло примерно 1:1. Соединив наблюдения этих соотношений в образцах с предварительными оценками содержания кремния в ядре, исследователи смогли приблизительно определить количество водорода в ядре.
Выводы ученых не окончательны
Взаимодействие кремния, кислорода и водорода в наноструктурах железа, которое они наблюдали, дает подсказки о том, как тепло могло передаваться из ядра в мантию, запуская процесс формирования магнитного поля Земли, «которое является незаменимым для превращения Земли в пригодную для жизни место», отметил Хуан.
В то же время ученые предупредили, что для подтверждения и уточнения этой оценки необходимы дальнейшие исследования, поскольку косвенный подход содержит неопределенности и не учитывает другие химические взаимодействия, которые могут влиять на расчеты количества водорода в ядре.
Действительно, количество водорода в ядре может быть значительно больше, чем свидетельствует новая оценка, считает профессор Школы наук Токийского университета Кей Хиросе, который исследует состав ядра Земли, но не участвовал в новой работе.
Одной из неопределенностей является то, сколько водорода в образцах железа улетучилось при снижении давления; такие потери были зафиксированы в других исследованиях, но не были учтены в новых расчетах, пишет издание.
Если измерения и гипотеза авторов подтвердятся, «это будет означать, что водород поступал на протяжении всего формирования Земли», сказал Дасгупта. Газ и вода из комет и астероидов также могли быть источниками водорода Земли, добавил Хиросе.
Другие новости о Земле
Ранее УНИАН рассказывал, что Земля имеет гигантский «хвост», простирающийся в ночную сторону планеты на более чем два миллиона километров. Отмечалось, что, по заключению ученых, феномен, известный как магнитохвост, образуется благодаря взаимодействию магнитосферы Земли с солнечным ветром – потоком заряженных частиц, которые непрерывно вылетают из Солнца. Когда этот поток ударяется о магнитное поле нашей планеты, он сжимает его с дневной стороны и вытягивает на ночной, формируя длинную «слезообразную» структуру.
