Новітнє дослідження встановило, що у ядрі Землі може зберігатися об’єм водню, еквівалентний 9–45 океанам, що суттєво змінює уявлення про походження води на нашій планеті.
Про це розповідає ProIT
Інноваційні методи вивчення складу ядра
Через екстремальні умови та недоступність ядра Землі точний аналіз його складу залишається складною задачею. Традиційні методи, засновані на оцінці вмісту водню через розширення кристалічної ґратки гідридів заліза, давали дуже різнорідні результати. У новій роботі вчені використали іонний підхід: зразки заліза, що імітують земне ядро, та гідратоване силікатне скло, з якого складались первинні магматичні океани, помістили у алмазні ковадла. Там вони піддавалися впливу температури понад 4800°C і тиску до 111 ГПа, що максимально наближає умови до земного ядра. Для аналізу складу застосували атомно-зондову томографію (АТТ), яка забезпечує тривимірне картографування елементного складу з нанорозмірною роздільною здатністю.
Результати, які змінюють уявлення про походження води
Дослідники виявили, що у наноструктурах, багатих на Si-OH, співвідношення кремнію та водню майже 1:1. З огляду на відомі дані щодо вмісту кремнію, це дозволило оцінити масову частку водню у ядрі — від 0,07% до 0,36%. Така кількість водню еквівалентна 9–45 сучасним океанам води, що значно більше, ніж вважалося раніше. Це відкриття ставить під сумнів гіпотезу про кометне походження води на Землі, адже результати підтверджують, що значна частина води могла сформуватися вже на ранніх етапах акреції планети внаслідок взаємодії водню з киснем.
Наявність водню в ядрі свідчить, що він потрапив туди ще до остаточного формування ядра, а не був доставлений кометами на пізнішому етапі. Вчені вважають, що це узгоджується з моделлю поглинання водню, коли вода доставлялася разом із планетезималами та зародками планет, а первинна атмосфера активно взаємодіяла з магматичним океаном.
“Те, що Земля накопичила більшу частину своєї води на місці в процесі свого формування, правдоподібно з погляду динаміки, оскільки вода була доставлена планетезималами та зародками планет, і узгоджується з моделлю поглинання водню, що включає взаємодію між первинною атмосферою та магматичним океаном. Це також узгоджується з ідеєю, що Земля могла бути побудована в основному з енстатитових хондритоподібних матеріалів, які, крім ізотопної подібності до Землі, містять достатню кількість водню, щоб забезпечити понад три океани води та земні ізотопні характеристики водню”, — зазначають автори дослідження.
Водночас науковці наголошують на певних обмеженнях свого дослідження. Зокрема, залишковий водень у камері АТТ міг вплинути на точність вимірювань, а розтріскування зразків могло призвести до похибок у зборі даних. Також є невизначеність щодо кількості кремнію у ядрі та вихідної концентрації водню під час формування Землі.
Раніше інші дослідники з Океанографічного інституту Вудс-Хоул (Массачусетс) знаходили докази витікання матеріалу з внутрішнього ядра на поверхню та змін у швидкості обертання ядра, що також може впливати на геологічні процеси й тривалість доби.
Аналіз APT відновленого металу, взятого з поверхні наноструктури, багатої на Si-OH/Nature
Результати цього дослідження опубліковані в журналі Nature.