Чи витікає водень із ядра Землі? Нове дослідження розкриває таємниці вулканічної лави
Вчені припускають, що ядро Землі може бути джерелом водню, який впливає на хімічний склад вулканічної лави. Це відкриття ставить під сумнів попередні теорії про походження деяких геохімічних аномалій, спостережуваних у зразках лави.
Під час формування планети розплавлена магма, що оточувала металеве ядро, поступово охолоджувалася, формуючи мантію. Гарячі потоки речовини з надр Землі й досі піднімаються до поверхні, спричиняючи вулканічну активність у таких регіонах, як Ісландія та північ Канади.
Більшість базальтів, знайдених на дні океанів, мають типовий ізотопний склад. Однак деякі зразки лави, пов’язані з глибинними структурами, демонструють надзвичайно низький вміст дейтерію – важкого ізотопу водню. Ця аномалія протягом тривалого часу викликала суперечки серед науковців: чи є вона результатом первинної кристалізації магматичного океану, чи свідчить про прямий витік газів із розплавленого ядра планети в мантію.
Моделювання розкриває походження дейтерію
Щоб розібратися в цій загадці, геофізики з Китайського університету науки і технологій провели масштабне комп’ютерне моделювання. Вони відтворили термодинамічні умови, що панують на глибині тисяч кілометрів під поверхнею молодої Землі, і дослідили поведінку легкого водню (протію) та дейтерію під час поступового затвердіння гірських порід.
Результати моделювання показали, що під час охолодження магматичного океану обидва ізотопи водню розподілялися в мантії відносно рівномірно. Локальні відмінності у фракціонуванні на різних глибинах виявилися надто незначними, щоб пояснити аномально низький вміст дейтерію, який спостерігається в сучасних лавових потоках.
Ядро як потенційне джерело водню
Оскільки охолодження магми не може пояснити цю геохімічну аномалію, науковці схиляються до версії, що джерелом водню з низьким вмістом дейтерію є металеве ядро Землі. За цією гіпотезою, протягом мільярдів років ядро поступово виділяє водень у навколишню мантію.
Первинний гелій-3, що утворився ще на етапі формування Землі, міг зберегтися у своєму початковому стані лише глибоко в ядрі, де на нього не впливали процеси виходу газів на поверхню.
Вчені ще досліджують механізми, за якими водень може проникати з ядра в мантію. Припускається, що це може відбуватися під дією високого тиску та температури, або ж через хімічні реакції між розплавленим залізом ядра та силікатами мантії.
