Ο Μεγαλύτερος Αποθεματικός Υδρογόνου της Γης Κρύβεται στον Πυρήνα της
Ο πυρήνας της Γης μπορεί να είναι ο μεγαλύτερος αποθεματικός υδρογόνου στον πλανήτη.
Μια νέα μελέτη υποστηρίζει ότι ο πυρήνας της Γης περιέχει έως και 45 φορές περισσότερο υδρογόνο από ότι οι ωκεανοί, καθιστώντας τον τον μεγαλύτερο αποθεματικό υδρογόνου στον πλανήτη.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτή η τεράστια ποσότητα υδρογόνου εισήλθε στον πυρήνα κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του, περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, και δεν έφτασε μέσω κομητών που βομβάρδισαν τη Γη αφού ο πυρήνας είχε ήδη δημιουργηθεί. Αυτό το εύρημα μπορεί να λύσει τη διαμάχη σχετικά με το πότε και πώς παραδόθηκε το υδρογόνο στον πλανήτη μας.
“Το ότι το υδρογόνο στη Γη, συμπεριλαμβανομένου του υδρογόνου στον πυρήνα, παραδόθηκε κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του πλανήτη είναι μια καθιερωμένη υπόθεση”, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Dongyang Huang , επίκουρος καθηγητής στη Σχολή Επιστημών της Γης και του Διαστήματος στο Πανεπιστήμιο του Πεκίνου στην Κίνα. “Αυτό που διαφοροποιεί την κοινότητα είναι το πότε παραδόθηκε το υδρογόνο κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της Γης.”
Αυτή η συζήτηση συνεχίζεται επειδή το υδρογόνο βαθιά μέσα στη Γη είναι εξαιρετικά δύσκολο να ποσοτικοποιηθεί. Το υδρογόνο είναι το μικρότερο και ελαφρύτερο στοιχείο στο σύμπαν, επομένως οι περισσότερες τεχνικές δεν έχουν την ανάλυση για να το ανιχνεύσουν σωστά σε περιβάλλοντα υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας, όπως ο πυρήνας της Γης.
Ωστόσο, η εκτίμηση της ποσότητας υδρογόνου που είναι κλειδωμένη μέσα στον πυρήνα είναι το κλειδί για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το υδρογόνο έφτασε εκεί εξαρχής, είπε ο Huang.
Προηγούμενη έρευνα χρησιμοποίησε μια τεχνική που ονομάζεται περίθλαση ακτίνων Χ για να εκτιμήσει την ποσότητα υδρογόνου στον πυρήνα της Γης. Αυτή η μέθοδος ποσοτικοποιεί τα μέταλλα και άλλες ουσίες μέσα σε ένα υλικό αναλύοντας τον τρόπο με τον οποίο αυτό το υλικό διασκορπίζει τις ακτίνες Χ. Επειδή ο πυρήνας της Γης είναι σχεδόν εξ ολοκλήρου φτιαγμένος από σίδηρο, οι επιστήμονες πρόσθεσαν υδρογόνο σε ένα δείγμα σιδήρου στο εργαστήριο και μέτρησαν την επέκταση της κρυσταλλικής δομής του σιδήρου για να υπολογίσουν πόσο υδρογόνο θα μπορούσε να παγιδευτεί μέσα στον πυρήνα.
Το μειονέκτημα της περίθλασης ακτίνων Χ σε αυτή την περίπτωση είναι ότι κάνει μερικές κρίσιμες υποθέσεις, είπε ο Huang. Πρώτον, υποθέτει ότι οι ερευνητές έχουν μια ακριβή κατανόηση των κρυσταλλικών δομών του σιδήρου και πώς αντιδρούν υπό ορισμένες συνθήκες. Δεύτερον, υποθέτει ότι το πυρίτιο και το οξυγόνο, τα οποία υπάρχουν και τα δύο στον πυρήνα, δεν παραμορφώνουν την κρυσταλλική δομή όταν διαλύονται στον σίδηρο — κάτι που, όπως αποδεικνύεται, κάνουν.
Στη νέα μελέτη, ο Huang και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μια εναλλακτική μέθοδο γνωστή ως ατομική τομογραφία ανιχνευτή. Αυτή η τεχνική μπορεί να “παρέχει τρισδιάστατη νανοκλίμακα σύνθετη χαρτογράφηση όλων των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα” και είναι “ιδανική για δείγματα υψηλής πίεσης”, είπε ο Huang.
Οι ερευνητές προσομοίωσαν τις συνθήκες που πιθανότατα υπήρχαν όταν σχηματιζόταν ο πυρήνας της Γης. Για να ξεκινήσουν, επικάλυψαν ένα μικροσκοπικό δείγμα σιδήρου μετάλλου με ένυδρο πυριτικό γυαλί για να μοντελοποιήσουν τον πυρήνα που καλύπτεται από μάγμα. Στη συνέχεια, τοποθέτησαν αυτό το αντικείμενο μέσα σε ένα κελί διαμαντιού – μια συσκευή στην οποία δύο κρύσταλλοι διαμαντιού συμπιέζονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν ακραία πίεση παρόμοια με αυτή που βρίσκεται στον πυρήνα της Γης. Για να δημιουργήσουν συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν λέιζερ που θέρμαναν το αντικείμενο σε περίπου 4.830 βαθμούς Κελσίου.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ατομική τομογραφία ανιχνευτή σε αυτό το πλαίσιο. Ανακάλυψαν ότι υδρογόνο, οξυγόνο και πυρίτιο διαλύονται στις κρυσταλλικές δομές του σιδήρου ταυτόχρονα υπό ακραίες συνθήκες, τροποποιώντας έτσι τους κρυστάλλους με άγνωστους μέχρι πρότινος τρόπους.
Το κρίσιμο είναι ότι ίσες ποσότητες υδρογόνου και πυριτίου εισήλθαν στον “πυρήνα” από το “μάγμα” στο πείραμα, γεγονός που βοήθησε τους ερευνητές να εκτιμήσουν ότι το υδρογόνο αποτελεί το 0,07% έως 0,36% του πυρήνα της Γης κατά βάρος.
Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν την Τρίτη (10 Φεβρουαρίου) στο περιοδικό Nature Communications, υποδηλώνουν ότι ο πυρήνας της Γης περιέχει εννέα έως 45 φορές περισσότερο υδρογόνο από τους ωκεανούς του πλανήτη. Εάν οι κομήτες είχαν παραδώσει υδρογόνο στη Γη μετά την ολοκλήρωση του σχηματισμού του πυρήνα, το υδρογόνο θα εμφανιζόταν κυρίως στα πιο ρηχά στρώματα της Γης. Όμως το εύρημα ότι ο πυρήνας είναι το μεγαλύτερο αποθεματικό υδρογόνου της Γης υποδηλώνει ότι το υδρογόνο παραδόθηκε πριν σχηματιστεί πλήρως ο πυρήνας, είπε ο Huang.
“Αυτή είναι η πρώτη φορά που εντοπίστηκε ο μηχανισμός με τον οποίο το υδρογόνο εισέρχεται στον πυρήνα”, είπε.