Дослідники експериментально проаналізували розподіл водню між розплавленим залізом та силікатним розплавом при високих тисках і температурах. Вони виявили, що за таких умов водень стає сидерофільним, тож масова частка цього елементу в ядрі Землі може становити від 0,3 до 0,6. Стаття про це надрукована у журналі Nature Communications.
Shad.off / Depositphotos
Що відомо про склад земного ядра?
Існуючі моделі формування ядра Землі дозволяють припустити, що у надрах нашої планети метали врівноважені розплавленими силікатами в глибокому «магмовому океані». У цих умовах тиск досягає 60 гігапаскалей, а температура 4000 Кельвінів. Ядро в основному складається із заліза, але його густина, зокрема густина його рідкої частини, нижча за очікувану. Це вказує на присутність великої кількості легких елементів. Хоча водень може бути одним із них, експерименти та теорія щодо того, як він розподіляється між металами і силікатами, а отже, яка його кількість присутня в ядрі, є суперечливими.
Який експеримент провели дослідники?
Науковці скористалися діамантовими ковадлами, які нагріли за допомогою лазера. Це дозволило досягти тиску у 30-60 гігапаскалей та температури у 3100-4600 Кельвінів. Тонкий пласт заліза затисли між силікатним матеріалом, що містить воду, і піддали цим умовам. У результаті дослідникам вдалося змоделювати взаємодію між ядром та мантією під час формування Землі.
Що показали результати?
Виявилося, що за цих умов водень стає сидерофільним, тобто розчиняється у залізі. Дослідники розрахували кількість водню, який буде вбудований із силікатів у металеве ядро, базуючись на трьох різних моделях його формування. Вони виявили, що масова частка водню, включеного у ядро, складатиме 0,3–0,6, залишаючи в океані магми 700 частинок води на мільйон. Крім того, багате на водень рідке ядро сумісне із сейсмологічними спостереженнями. Велика кількість води, що відповідає 0,9–1,7% маси Землі, повинна була опинитися на планеті під час її акреції. Також дослідники роблять висновок, що у будь-яких екзопланет земної групи та супутників, маса яких становить більше 10% маси Землі, буде присутня велика кількість водню у металевих ядрах.