De aarde bevat een enorme hoeveelheid waterstof – veel meer dan eerder werd aangenomen – diep in de kern. Uit een nieuwe studie blijkt dat de kern tot 45 keer meer waterstof bevat dan alle oceanen samen, waarmee een al lang bestaand debat over de manier waarop dit cruciale element op onze planeet terecht is gekomen, wordt beslecht. Deze ontdekking gaat niet alleen over cijfers; het hervormt ons begrip van de vorming van de aarde en de leveringsmechanismen van sleutelelementen.
Het al lang bestaande debat
Tientallen jaren lang hebben wetenschappers ruzie gemaakt over wanneer waterstof de aarde bereikte. Werd deze vroeg afgegeven, tijdens de vorming van de planeet, of later, door komeetinslagen? De moeilijkheid ligt in het meten van waterstof diep in de aarde. Het is het kleinste element, waardoor nauwkeurige detectie onder extreme druk en hitte vrijwel onmogelijk is.
Een nieuwe aanpak: Atom Probe-tomografie
Eerdere schattingen waren gebaseerd op röntgendiffractie, waarbij wordt geanalyseerd hoe materialen röntgenstralen verstrooien om hun samenstelling te kwantificeren. Deze methode maakte echter cruciale aannames over ijzerkristalstructuren en het gedrag van andere kernelementen zoals silicium en zuurstof. Het nieuwe onderzoek omzeilt deze beperkingen door gebruik te maken van atoomsondetomografie. Deze geavanceerde techniek creëert 3D-kaarten op nanoschaal van de samenstelling van de elementen, zelfs onder extreme omstandigheden.
Om de vorming van de kern te simuleren, persten onderzoekers een monster ijzermetaal tussen twee diamanten om een enorme druk te creëren, en verhitten het vervolgens tot bijna 5.000 °C (8.730 °F). Atoomsondetomografie onthulde dat waterstof, zuurstof en silicium gelijktijdig oplossen in ijzerkristallen, waardoor hun structuur op voorheen onbekende manieren verandert.
Belangrijkste bevindingen: de vroege komst van waterstof
De resultaten laten zien dat waterstof 0,07% tot 0,36% van de kern van de aarde qua gewicht uitmaakt. Deze concentratie suggereert dat waterstof werd opgenomen tijdens de initiële vorming van de planeet, en niet later door kometen werd toegevoegd. Als kometen de primaire bron waren geweest, zou waterstof geconcentreerd zijn in ondiepere lagen, niet in de kern. De studie is de eerste die het mechanisme vastlegt waarmee waterstof de kern van de aarde binnendringt.
“Dit is de eerste keer dat het mechanisme achter de manier waarop waterstof de kern binnendringt werd geïdentificeerd”, zegt hoofdauteur van het onderzoek, Dongyang Huang.
Deze bevinding is niet alleen academisch. Begrijpen hoe waterstof in de kern van de aarde terechtkwam, zou inzicht kunnen verschaffen in de evolutie van de planeten, de verdeling van elementen op andere rotsachtige planeten en zelfs de omstandigheden die nodig zijn om leven te laten ontstaan. De kern van de aarde blijft een grens voor ontdekkingen, en deze studie markeert een belangrijke stap voorwaarts in het ontrafelen van de geheimen ervan.
