Ziemia przechowuje ogromne ilości wodoru – znacznie więcej niż wcześniej sądzono – głęboko w swoim jądrze. Nowe badanie pokazuje, że jądro zawiera aż do 45 razy więcej wodoru niż wszystkie oceany razem wzięte, co rozwiązuje długotrwałą debatę na temat tego, w jaki sposób ten niezbędny pierwiastek dostał się na naszą planetę. To odkrycie to coś więcej niż tylko liczby, ono na nowo definiuje nasze rozumienie powstawania Ziemi i mechanizmów dostarczania kluczowych pierwiastków.
Długotrwały spór
Przez dziesięciolecia naukowcy debatowali, kiedy wodór dotarł do Ziemi. Czy doszło do tego na wczesnym etapie formowania się planety, czy później, w wyniku uderzeń komet? Trudność polega na pomiarze wodoru głęboko w Ziemi. Jest to najmniejszy element, przez co jego dokładne wykrycie pod ekstremalnym ciśnieniem i temperaturą jest prawie niemożliwe.
Nowe podejście: tomografia z sondą atomową
Poprzednie oceny opierały się na dyfrakcji promieni rentgenowskich, która obejmuje analizę sposobu, w jaki materiały rozpraszają promienie rentgenowskie, w celu ilościowego określenia ich składu. Jednakże w metodzie tej przyjęto krytyczne założenia dotyczące struktur krystalicznych żelaza i zachowania innych pierwiastków rdzenia, takich jak krzem i tlen. Nowe badanie przezwycięża te ograniczenia dzięki zastosowaniu tomografii z sondą atomową. Ta najnowocześniejsza technika tworzy trójwymiarowe nanomapy składu pierwiastkowego nawet w ekstremalnych warunkach.
Aby zasymulować powstawanie rdzenia, badacze wcisnęli próbkę metalicznego żelaza pomiędzy dwa diamenty, aby wytworzyć ogromne ciśnienie, a następnie podgrzali ją do prawie 5000°C (8730°F). Tomografia z sondą atomową wykazała, że wodór, tlen i krzem rozpuszczają się w kryształach żelaza w tym samym czasie, zmieniając ich strukturę w nieznany wcześniej sposób.
Kluczowe wnioski: wczesne pojawienie się wodoru
Wyniki pokazują, że wodór stanowi 0,07–0,36% masy jądra Ziemi. Stężenie to sugeruje, że wodór został włączony podczas początkowego formowania się planety, a nie dodany później przez komety. Gdyby głównym źródłem były komety, wodór byłby skoncentrowany w bardziej powierzchniowych warstwach, a nie w jądrze. To pierwsze badanie mające na celu określenie mechanizmu przedostawania się wodoru do jądra Ziemi.
„Po raz pierwszy zidentyfikowano mechanizm przedostawania się wodoru do jądra” – mówi główny autor Dongyan Huang.
To odkrycie ma charakter nie tylko akademicki. Zrozumienie, w jaki sposób wodór znalazł się w jądrze Ziemi, mogłoby zapewnić wgląd w ewolucję planet, rozmieszczenie pierwiastków na innych planetach skalistych, a nawet warunki niezbędne do powstania życia. Jądro Ziemi pozostaje obszarem odkryć, a badania te stanowią znaczący krok naprzód w odkrywaniu jego tajemnic.
