Результаты исследований указывают на возможное наличие значительных запасов водорода в земном ядре, вероятно, доставленного туда метеоритами в процессе бомбардировок, произошедших миллиарды лет назад. Без удержания водорода в ядре, формирование континентов могло не состояться, и Земля представляла бы собой водную планету.
Работа опубликована в журнале Nature Communications. Изучение недр нашей планеты напрямую невозможно, поэтому ученые прибегают к моделированию внутренних процессов. Для определения плотности и состава ядра используются данные сейсморазведки. Ядро состоит преимущественно из железа, но его плотность оказалась меньше ожидаемой.
В связи с этим ученые обратили внимание на возможное наличие в ядре, помимо железа, значительного количества легких элементов. Японские исследователи из Токийского университета впервые провели лабораторные эксперименты, в которых изучалось поведение воды при взаимодействии с металлическим железом и силикатами. Данные эксперименты позволяют точно воспроизвести реакции металл-силикат (или ядро-мантия), которые происходили во время формирования Земли.
Взаимодействие воды и железа при экстремальных температурах и давлении приводит к тому, что значительное количество водорода растворяется в металле. Кислород, в свою очередь, реагирует с железом, образуя силикатные соединения. Для установления этого факта исследователям потребовалось воспроизвести в лабораторных условиях экстремальные параметры, не встречающиеся на поверхности Земли использовали алмазную наковальню, при помощи которой можно создавать давление в 30-60 гигапаскалей и температуру от 3100 до 4600 кельвинов.
Для проведения эксперимента были задействованы металл и водородосодержащий силикат, состав, схожий с компонентами ядра и мантии планеты. В дальнейшем исследователи создали условия экстремального давления и провели визуализацию высокого разрешения, используя метод масс-спектрометрии вторичных ионов.
В результате они выяснили, по результатам исследований предполагается, что значительное количество водорода, доставленного на Землю метеоритами, могло оказаться в ее ядре. Этот объем очень велик: эксперты полагают, что если бы этот водород находился на поверхности, формирование континентов было бы невозможно, и вся планета представляла бы собой океан.