Miezul Pământului ar putea conține zeci de „oceane” dintr-un element esențial vieții, arată noi experimente. Ce ar însemna asta

Imaginează-ți toate oceanele Pământului, care acoperă aproximativ 70% din planetă și sunt alcătuite în mare parte din hidrogen. Acum înmulțește asta cu nouă. Aceasta ar putea fi cantitatea de hidrogen din miezul Pământului, transformându-l în cel mai mare rezervor de hidrogen al planetei, au estimat recent cercetătorii, potrivit CNN.

Iar nouă „oceane” de hidrogen reprezintă limita inferioară a calculului lor. Ar putea exista până la 45 de oceane de hidrogen blocat în miez. Cu alte cuvinte, hidrogenul ar putea reprezenta aproximativ 0,07% până la 0,36% din greutatea totală a miezului Pământului, au raportat oamenii de știință marți în jurnalul Nature Communications.

Aceasta sugerează că Pământul a dobândit cea mai mare parte a apei — principala sursă de hidrogen a planetei — în timp ce se forma, și nu mai târziu prin impacturi cu comete care ar fi lăsat apa la suprafață, a spus autorul principal al studiului, Dongyang Huang, profesor asistent la School of Earth and Space Sciences din cadrul Universității Peking.

„Suprafața Pământului, unde există viața, conține cea mai puțină apă”

„Miezul Pământului ar fi stocat cea mai mare parte a apei în primii un milion de ani din istoria planetei”, a declarat Huang pentru CNN. Următoarele în ordinea abundenței apei sunt mantaua și scoarța. „Suprafața — unde există viața — conține cea mai puțină apă”, a adăugat el.

Acum mai bine de 4,6 miliarde de ani, roci, gaze și praf din jurul Soarelui nostru s-au ciocnit pentru a forma o planetă tânără. În timp, aceste coliziuni au modelat miezul, mantaua și scoarța Pământului. În adâncul planetei și sub presiune enormă, un miez metalic dens, fierbinte și fluid a început să se agite. Format în principal din fier și nichel, acesta alimentează câmpul magnetic protector al Pământului.

„Hidrogenul poate intra în lichidul metalic care formează miezul doar dacă era disponibil în timpul principalelor faze de creștere ale Pământului și a participat la formarea miezului”, a spus Rajdeep Dasgupta, profesor de științe ale sistemelor Pământului la departamentul de Earth, Environmental and Planetary Sciences din cadrul Universității Rice, Texas. El nu a fost implicat în noul studiu.

Cel mai ușor și cel mai mic element

Studierea originii și distribuției hidrogenului este esențială pentru înțelegerea formării planetelor și a evoluției vieții pe Pământ. Oamenii de știință s-au întrebat mult timp cât de mult hidrogen ar putea fi ascuns în „motorul” metalic topit al Pământului și au analizat interacțiunile chimice în fier pentru a estima rezervorul de hidrogen al miezului. Dar miezul este prea adânc pentru observație directă, iar condițiile de presiune înalte sunt greu de replicat într-un laborator.

În general, hidrogenul este dificil de cuantificat „deoarece este cel mai ușor și cel mai mic element, ceea ce înseamnă că măsurarea lui depășește capacitatea metodelor analitice de rutină”, a spus Huang.

Densitatea scăzută din miez sugera anterior o abundență de hidrogen, deși era dificil pentru oameni de știință să determine cantitatea exactă comparativ cu alte elemente cunoscute din miez, mai ușor de măsurat, cum ar fi siliciul și oxigenul.

Cercetări anterioare au estimat cantitatea de hidrogen din miez folosind difracția cu raze X pentru a analiza structura rețelei cristaline a fierului, care se dilată mai mult în prezența hidrogenului. Dar aceste interpretări variau foarte mult, de la 10 părți pe milion în greutate până la 10.000 părți pe milion (sau 0,1 oceane până la peste 120 de oceane), conform studiului.

Observații la scară atomică

„Tehnica este fundamental diferită de metodele anterioare”, a spus Huang. Cercetătorii șlefuiesc probele în forme asemănătoare acelor, cu diametre de aproximativ 20 nanometri (0,0000007874 inch), apoi le plasează sub tensiune înaltă controlată fin. Apoi, atomii din probe sunt ionizați și numărați unul câte unul, a explicat el.

Pentru a crea noua estimare, oamenii de știință au efectuat experimente care replicau temperaturile și presiunile din miez, folosind fierul ca înlocuitor pentru miezul metalic lichid. Au topit fierul cu lasere într-un dispozitiv de presiune ridicată numit diamond anvil cell, apoi au observat direct hidrogenul și alte elemente din miez folosind atom probe tomography, care captează imagini 3D și măsoară compoziția chimică la scară atomică.

Această abordare se bazează pe presupuneri despre cum sunt aranjați atomii în miezul Pământului și cum se dispersează acolo siliciul, oxigenul și hidrogenul, a spus Huang. Experimentele lor au arătat cum interacționează hidrogenul cu siliciul și oxigenul în nanostructuri pe măsură ce metalul se răcește, raportul hidrogen-siliciu fiind aproximativ de 1 la 1. Combinând observațiile acestor rapoarte cu estimările anterioare privind siliciul din miez, cercetătorii au putut aproxima cantitatea de hidrogen din miez.

Cantitatea de hidrogen ar putea fi mult mai mare decât sugerează noua estimare

Interacțiunea observată între siliciu, oxigen și hidrogen în nanostructurile de fier oferă indicii despre modul în care căldura ar fi putut fi eliberată din miez către mantaua Pământului pentru a începe procesul de formare a câmpului magnetic al planetei, „care este indispensabil pentru transformarea Pământului într-un loc locuibil”, a spus Huang.

Totuși, oamenii de știință au avertizat că mai este nevoie de cercetări pentru a confirma și ajusta această estimare, deoarece abordarea indirectă include incertitudini și nu ia în considerare alte interacțiuni chimice care ar putea afecta calculul hidrogenului din miez.

De fapt, cantitatea de hidrogen din miez ar putea fi mult mai mare decât sugerează noua estimare, a spus Kei Hirose, profesor la School of Science, Universitatea din Tokyo, care studiază compoziția miezului Pământului, dar nu a fost implicat în noul studiu.

O zonă de incertitudine este cât de mult hidrogen din probele de fier a scăpat în timpul decomprimării; această pierdere a fost documentată în alte studii, dar nu a fost inclusă în noile calcule. Hirose estimase anterior că hidrogenul reprezintă 0,2% până la 0,6% din greutatea miezului Pământului, „mai mult decât propune această lucrare nouă”, a spus el prin e-mail.

Dacă măsurătorile și ipoteza autorilor se confirmă, „aceasta va sugera că hidrogenul a fost livrat pe parcursul întregii creșteri a Pământului”, a spus Dasgupta. Gazul din nebuloase, precum și apa din comete și asteroizi, ar fi putut fi de asemenea o sursă de hidrogen a planetei, a adăugat Hirose.

Hidrogenul este un element esențial pentru viața de pe Pământ, „alături de carbon, azot, oxigen, sulf și fosfor”, a spus Dasgupta, al cărui cercetări investighează rolul acestor elemente volatile în timpul formării Pământului. „Lucrarea nouă va contribui cu siguranță la viitoarele noastre discuții și sinteze pe această temă.”