|
Ядро Земли содержит водорода на 45 океанов
|
|
|
|
Ученым давно известно, что ядро Земли в основном состоит из железа, но его плотность недостаточно высока, чтобы быть чистым железом, а это означает, что в ядре также присутствуют более легкие элементы. В частности, предполагается, что это крупный резервуар водорода. Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, подтверждает эту идею, поскольку результаты показывают, что в ядре содержится до 45% запасов водорода в мировом океане. Эти результаты также опровергают идею о том, что большая часть воды на Земле изначально была доставлена кометами.
|
|
|
|
Из-за экстремальных условий в ядре Земли и его удаленности от поверхности анализ его состава представляет трудности. Кроме того, многие методы не подходят для определения водорода, поскольку это самый легкий и мелкий элемент. Более ранние оценки основывались на косвенных методах, таких как определение состава водорода по расширению кристаллической решетки в гидридах железа. Эти трудности привели к крайне неопределенным оценкам содержания водорода в ядре, охватывающим четыре порядка величины.
|
|
|
|
Команда, участвовавшая в новом исследовании, использовала другой подход, используя нагреваемые лазером алмазные ячейки-наковальни для моделирования условий в активной зоне при высоком давлении и температуре до 111 ГПа и около 5100 Кельвинов. Команда ученых поместила похожие на ядра образцы железа и водосиликатного стекла, представляющие ранние магматические океаны Земли, в ячейки алмазной наковальни, чтобы вызвать плавление, аналогичное условиям в ядре.
|
|
|
|
|
|
|
Затем они использовали атомно-зондовую томографию (APT) для создания трехмерной карты состава в наноразмерном разрешении. Это помогло команде определить, сколько кремния, кислорода и водорода содержится в образцах, и какие наноструктуры, богатые Si-O-H, образовались во время закалки.
|
|
|
|
Команда обнаружила, что молярное соотношение кремния и водорода в этих структурах было близко к 1:1. Эта информация позволила им оценить процентное содержание водорода в ядре, поскольку количество кремния относительно хорошо известно. Их результаты показали, что ядро Земли содержит около 0,07–0,36 мас.% водорода, что эквивалентно объему 9-45 океанов воды.
|
|
Происхождение воды на Земле
|
|
|
|
Одним из основных выводов этой работы является то, что большая часть воды на Земле, по-видимому, была получена во время ранней аккреции, когда водород взаимодействовал с кислородом. Это противоречит теории о том, что она в основном поступает из более поздних комет. Команда ученых объясняет, что водород был бы в основном обнаружен в более мелких слоях Земли, если бы он поступал с комет. Однако наличие водородного резервуара в ядре указывает на то, что водород, скорее всего, поступал еще до того, как ядро полностью сформировалось.
|
|
|
|
"То, что Земля аккумулировала большую часть своей воды на месте в процессе своего формирования, правдоподобно с динамической точки зрения, поскольку вода доставлялась планетезималями и планетарными зародышами, и совместимо с моделью поглощения водорода, предполагающей взаимодействие между первичной атмосферой и магматическим океаном. Это также согласуется с идеей о том, что Земля, возможно, была построена в основном из материалов, похожих на энстатитовые хондриты, которые, помимо их изотопного сходства с Землей, содержат достаточное количество водорода, чтобы обеспечить более трех океанов воды и земные изотопные признаки водорода", - пишут авторы исследования.
|
|
|
|
Команда ученых предупреждает, что в ходе исследования были определенные ограничения. Например, остаточный водород в камере APT мог привести к искусственному завышению содержания измеренного водорода. Также существуют некоторые неопределенности в содержании кремния в ядре и предположении о достаточном количестве водорода во время аккреции Земли. Разрушение образцов также могло привести к ошибкам при сборе данных APT.
|
|
|
|
Источник
|
