6 Minute
Imaginează-ți cel mai comun element din univers încuiat acolo unde niciun coș, țeavă sau sondă nu poate ajunge. La suprafață, Pământul pare bogat în apă și evident din punct de vedere al hidrogenului — oceane, ploaie și molecule organice sunt peste tot. Dar ce-ar fi dacă cea mai mare parte a hidrogenului planetei n-ar fi părăsit niciodată adâncurile sale? Lucrări noi de laborator sugerează că miezul ar putea fi un depozit mult mai mare de hidrogen decât se credea, iar această posibilitate schimbă modul în care gândim proveniența apei Terrei și evoluția planetei.
Pe scurt: hidrogenul se amestecă ușor cu fierul topit în condiții extreme. Pe larg: în condiții apropiate celor din miezul timpuriu al Pământului, hidrogenul se dizolvă în aliajele bogate în fier și se leagă de siliciu și oxigen, devenind practic sechestrat în inima metalică a planetei. Acest proces ar putea ascunde cantități enorme din element — nu doar urme, ci chiar zeci de ori mai mult hidrogen decât conțin toate oceanele lumii.
Recrearea condițiilor din miez la scară mică
Cercetătorii conduși de Dongyang Huang de la Universitatea Peking au folosit o nicovală de diamant pentru a presa mostre mici la presiuni de aproximativ 111 gigapascali în timp ce le încălzeau la circa 5.100 Kelvin. Aceste presiuni și temperaturi se apropie de toleranțele interiorului adânc al Pământului — miezul exterior începe la aproximativ 136 gigapascali, iar temperatura miezului este estimată între circa 5.000 și 6.000 K. În interiorul nicovalei, o sferă mică de fier era încorporată într-un geam silicat hidratat. Sub compresie și căldură extreme, proba s-a topit, componentele s-au amestecat, iar fierul, siliciul, oxigenul și hidrogenul s-au comportat așa cum ar fi făcut-o în stadiile topite și formative ale planetei.
Este o replică imperfectă. Experimentele cu nicovală de diamant pot rula doar pentru secunde sau minute, iar presiunile de vârf au fost puțin sub valorile cele mai profunde ale miezului. Totuși, acea fereastră efemeră este suficientă pentru a observa reacții chimice și comportamentul de divizare a elementelor în moduri care ne informează modelele. În experiment, hidrogenul s-a mutat în aliajul de fier și acolo s-a legat de siliciu și oxigen — un analog probabil pentru modul în care hidrogenul ar fi putut fi prins în miezul aflat în formare cu miliarde de ani în urmă.
Geofizicienii au suspectat de mult timp că miezul conține elemente ușoare deoarece măsurătorile seismice arată că acesta este mai puțin dens decât fierul pur. Siliciul este deja suspectat că reprezintă între 2 și 10 procente din miez în greutate. Folosind acele estimări ale siliciului și legarea hidrogen-siliciu observată în laborator, echipa lui Huang a estimat că hidrogenul ar putea reprezenta aproximativ 0,07 până la 0,36 procente din masa miezului.
Cifrele contează. Acea fracțiune se traduce în aproximativ 1,35 până la 6,75 sextilioane de kilograme de hidrogen — între aproximativ 9 și 45 de ori hidrogenul blocat în oceanele Terrei. Gândește-te la planeta care pare uscată de la distanță, în timp ce ascunde un rezervor metalic enorm al celui mai ușor element în adâncuri.
De ce este important: origini, cicluri și comparații planetare
Hidrogenul sechestrat schimbă simultan mai multe narațiuni. În primul rând: originea apei Terrei. Dacă atât de mult hidrogen a fost capturat în miez în timpul acreției, atunci o parte semnificativă a apei Terrei ar fi putut fi livrată și „prinsă” în fazele principale ale formării planetei, mai degrabă decât să sosească ulterior prin comete înghețate. Aceasta rescrie cronologiile pentru livrarea volatilor și are implicații pentru modul și momentul în care s-au format oceanele și atmosferele de la suprafață.
În al doilea rând: chimia și dinamica miezului. Hidrogenul încorporat în aliajele de fier schimbă densitatea, comportamentul la topire și conductivitatea electrică — factori legați direct de modul în care câmpul magnetic al Pământului este generat și susținut. Un miez care conține hidrogen ar putea modifica modelele de convecție termică și chimică din miezul exterior, schimbând înțelegerea noastră despre istoria geomagnetică.
În al treilea rând: o perspectivă planetară mai largă. Dacă hidrogenul este atras ușor în miezurile metalice în timpul formării, atunci planetele stâncoase care par aride la observații îndepărtate ar putea, de asemenea, să ascundă rezervoare interne de volatili. Aceasta influențează modul în care interpretăm observațiile exoplanetelor și care lumi ar putea găzdui oceane subterane sau procese controlate de volatili.
Lucrarea lui Huang este măsurată în afirmații. Echipa observă că obținerea unor răspunsuri definitive va necesita mai multe experimente ce acoperă gama completă de presiuni și temperaturi ale miezului, modele îmbunătățite ale partiționării elementelor și constrângeri mai bune asupra chimiei acreției din primii ani ai Terrei. Totuși, rezultatul este izbitor: hidrogenul pe care îl găsim în oceane și roci ar putea fi doar un mic eșantion din inventarul real al Pământului.
Perspective de la experți
„Dacă aceste rezultate se confirmă, ele impun o re-evaluare a bilanțurilor de volatili în timpul formării planetare,” spune Dr. Leah Rivera, o geochimistă planetară la Universitatea din Arizona. „Hidrogenul din miez schimbă nu doar proveniența apei, ci și modul în care planetele pierd sau rețin volatili în timp. Asta este fundamental pentru înțelegerea locuibilității.”
Vor urma mai multe lucrări de laborator. Cercetătorii vor crește presiunile și temperaturile, vor explora compoziții diferite de aliaje și vor rafina modul în care hidrogenul, siliciul și oxigenul interacționează în condiții asemănătoare miezului. În paralel, seismologia, geomagnetismul și fizica mineralelor la presiuni înalte vor testa consecințele unui miez care conține hidrogen. Planeta își păstrează secretele adânc. Dar cu fiecare experiment, vălul se ridică puțin câte puțin, iar chimia interioară a Terrei începe să capete sens.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu