Новейшее исследование установило, что в ядре Земли может храниться объем водорода, эквивалентный 9–45 океанам, что существенно меняет представления о происхождении воды на нашей планете.
Об этом сообщает ProIT
Инновационные методы изучения состава ядра
Из-за экстремальных условий и недоступности ядра Земли точный анализ его состава остается сложной задачей. Традиционные методы, основанные на оценке содержания водорода через расширение кристаллической решетки гидридов железа, давали очень разнородные результаты. В новой работе ученые использовали ионный подход: образцы железа, имитирующие земное ядро, и гидратированное силикатное стекло, из которого состояли первичные магматические океаны, поместили в алмазные ковадла. Там они подвергались воздействию температуры свыше 4800°C и давления до 111 ГПа, что максимально приближает условия к земному ядру. Для анализа состава применили атомно-зондовую томографию (АЗТ), которая обеспечивает трехмерное картографирование элементного состава с нанометровым разрешением.
Результаты, которые меняют представления о происхождении воды
Исследователи обнаружили, что в наноструктурах, богатых на Si-OH, соотношение кремния и водорода почти 1:1. Учитывая известные данные о содержании кремния, это позволило оценить массовую долю водорода в ядре — от 0,07% до 0,36%. Такое количество водорода эквивалентно 9–45 современным океанам воды, что значительно больше, чем считалось ранее. Это открытие ставит под сомнение гипотезу о кометном происхождении воды на Земле, так как результаты подтверждают, что значительная часть воды могла сформироваться уже на ранних этапах акреции планеты в результате взаимодействия водорода с кислородом.
Наличие водорода в ядре свидетельствует о том, что он попал туда еще до окончательного формирования ядра, а не был доставлен кометами на более позднем этапе. Ученые считают, что это согласуется с моделью поглощения водорода, когда вода доставлялась вместе с планетезималами и зародышами планет, а первичная атмосфера активно взаимодействовала с магматическим океаном.
“То, что Земля накопила большую часть своей воды на месте в процессе своего формирования, правдоподобно с точки зрения динамики, поскольку вода была доставлена планетезималами и зародышами планет, и согласуется с моделью поглощения водорода, которая включает взаимодействие между первичной атмосферой и магматическим океаном. Это также согласуется с идеей, что Земля могла быть построена в основном из энстатитовых хондритоподобных материалов, которые, помимо изотопной схожести с Землей, содержат достаточное количество водорода, чтобы обеспечить более трех океанов воды и земные изотопные характеристики водорода”, — отмечают авторы исследования.
В то же время ученые подчеркивают определенные ограничения своего исследования. В частности, остаточный водород в камере АЗТ мог повлиять на точность измерений, а растрескивание образцов могло привести к ошибкам в сборе данных. Также существует неопределенность относительно количества кремния в ядре и исходной концентрации водорода во время формирования Земли.
Ранее другие исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул (Массачусетс) находили доказательства утечки материала из внутреннего ядра на поверхность и изменений в скорости вращения ядра, что также может влиять на геологические процессы и продолжительность суток.
Анализ APT восстановленного металла, взятого с поверхности наноструктуры, богатой на Si-OH/Nature
Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature.