Незважаючи на те, що водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті, на поверхні Землі він здається дефіцитним ресурсом, який зустрічається переважно у зв’язаному стані в складі води світового океану. Проте новітні геофізичні дослідження фундаментально змінюють це уявлення, вказуючи на те, що видима гідросфера є лише верхівкою айсберга, тоді як справжня скарбниця водню прихована глибоко під нашими ногами. Група вчених під керівництвом геолога Дун’яна Хуана з Пекінського університету опублікувала в журналі Nature Communications результати дослідження, які свідчать про те, що ядро нашої планети може містити колосальні запаси цього елемента, замкненого в щільно упакованій структурі легованого заліза. Згідно з розрахунками, кількість прихованого в надрах водню може в 45 разів перевищувати його вміст у всіх океанах Землі разом узятих, що перетворює ядро на найбільший резервуар цього леткого елемента на планеті, пише T4.
Оскільки безпосередній доступ до ядра Землі залишається неможливим через екстремальні умови глибин, сучасна наука покладається на високоточні лабораторні симуляції та теоретичне моделювання для реконструкції складу планетарних надр. У своєму експерименті команда Хуана використала алмазну комірку з ковадлом для відтворення умов ранньої Землі, стискаючи зразок заліза, оточений гідратованим силікатним склом. Дослідникам вдалося досягти тиску в 111 гігапаскалів і нагріти зразок до температури близько 5100 Кельвінів, що максимально наближено до реальних умов у ядрі, де тиск починається від 136 гігапаскалів, а температура коливається в межах 5000–6000 Кельвінів. У цьому екстремальному середовищі зразок перейшов у повністю розріджений стан, утворивши однорідну суміш, де залізо, кремній, кисень і водень вільно взаємодіяли, імітуючи процеси в розплавленому ядрі молодої планети.
Результати експерименту продемонстрували високу схильність водню до утворення зв’язків із залізом, а також із кремнієм та киснем у складі металевого сплаву, що підтверджує гіпотезу про поглинання водню ядром під час його формування мільярди років тому. Сейсмічні дані вже давно вказували на те, що ядро Землі має меншу густину, ніж чисте залізо, що передбачає наявність легких елементів, зокрема кремнію, частка якого оцінюється від 2 до 10 відсотків. Спираючись на ці дані та спостережувану в лабораторії поведінку водню, вчені підрахували, що цей елемент може складати від 0,07 до 0,36 відсотка загальної маси ядра. У перерахунку на абсолютні величини це означає, що в металевому серці планети законсервовано від 1,35 до 6,75 секстильйонів кілограмів водню.
Це відкриття має далекосяжні наслідки для розуміння еволюції нашої планети, зокрема походження води на ній. Наявність настільки масивного внутрішнього резервуара свідчить про те, що Земля, ймовірно, отримала основну частину своєї води та водню ще на етапах головної акреції, а не внаслідок пізнього бомбардування кометами, як вважалося раніше. Розуміння хімічного складу ядра також проливає світло на механізми генерації магнітного поля та глобальний кругообіг летких речовин, припускаючи, що вода може бути набагато глибше інтегрована в структуру планети, ніж ми звикли вважати. Якщо подібний механізм захоплення водню ядром є універсальним, це дає підстави припускати, що й інші кам’янисті планети, які на перший погляд здаються сухими та безживними, можуть приховувати у своїх надрах гігантські запаси води та водню.
Читайте також: Колонізація Марса змінить людей на істот, кардинально відмінних від землян
