بزرگ‌ترین ذخیره‌ی هیدروژن زمین شاید در اعماق هسته‌ی آن پنهان شده باشد

پایگاه خبری تحلیلی افق میهن (ofoghmihan.ir):

از بیرون، زمین شبیه یک سیاره “هیدروژن” نیست. اما این ظاهر فریبنده به این معنا نیست که سیاره ما از فراوان ترین عنصر جهان محروم است. هیدروژن، ترکیب شده با اکسیژن، درست جلوی چشم ما قرار دارد: به شکل آب.

به گزارش افق میهن و به نقل از sciencealert; با این حال، طبق یک مطالعه جدید، ممکن است مقادیر زیادی هیدروژن در هسته زمین به دام افتاده باشد. هیدروژن متصل به یک آلیاژ آهن فشرده که در هسته سیاره جاسازی شده است.

این چنده؟
تا ۴۵ برابر بیشتر از حدود ۱۵۰ کوئینتیلیون کیلوگرم هیدروژنی که در آب اقیانوس های زمین وجود دارد. اگر این تخمین درست باشد، هسته زمین بزرگترین مخزن هیدروژن در کل سیاره است.

البته این ذخیره سازی چیزی نیست که بتوانیم روزی به آن دسترسی داشته باشیم. اما دانستن اینکه چقدر هیدروژن در هسته زمین به دام افتاده است می تواند به دانشمندان کمک کند تا تاریخ شکل گیری سیاره ما، نحوه ایجاد میدان مغناطیسی زمین و حتی منشا آب زمین را بهتر درک کنند.

در این رابطه، تیمی به سرپرستی دونگ یانگ هوانگ، زمین شناس دانشگاه پکن در چین می نویسد:
چنین مقداری مستلزم آن است که زمین بیشتر آب خود را در طول مراحل اصلی برافزایش سیاره‌ای به دست آورد، نه از طریق برخوردهای دنباله‌دار در طول دوره برافزایش اواخر.

از آنجایی که نه تنها دسترسی به هسته زمین، بلکه حتی نزدیک شدن به آن غیرممکن است، درک ما از ترکیب داخلی سیاره به آزمایشات آزمایشگاهی، شبیه سازی ها و محاسبات نظری متکی است.

تحقیقات انجام شده توسط هوانگ و همکارانش یکی از دقیق ترین و قابل اعتمادترین نمونه ها در این زمینه است. آنها با استفاده از یک “سلول سندان الماس”، یک توپ کوچک آهنی محصور در شیشه سیلیکات آبدار را تا ۱۱۱ گیگا پاسکال تحت فشار قرار دادند و همزمان آن را تا دمای حدود ۵۱۰۰ کلوین گرم کردند.
برای مقایسه، فشار قسمت های بالایی هسته زمین حدود ۱۳۶ گیگا پاسکال و دمای آن بین ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ کلوین برآورد شده است.

اگرچه فشار آزمایش کمی کمتر از فشار واقعی هسته زمین است، اما به اندازه کافی به شرایط واقعی نزدیک است تا رفتار عناصر را در چنین محیط شدیدی بازتولید کند.

در این محدوده دما، نمونه کاملا ذوب شد و هیچ ماده جامدی باقی نماند. همه مواد کاملا مخلوط شدند. در این مخلوط آشفته، آهن، سیلیکون، اکسیژن و هیدروژن آزادانه در حال حرکت بودند و سیستم رفتاری شبیه به هسته مذاب اولیه زمین از خود نشان داد.

این نزدیک‌ترین چیزی است که دانشمندان می‌توانند به نمونه‌ای از هسته زمین در آزمایشگاه برسند، حتی اگر برای مدت کوتاهی پایدار باشد.

نتایج نشان داد که هیدروژن به راحتی با آهن مخلوط می شود و سپس با اکسیژن و سیلیکون موجود در ترکیب پیوند برقرار می کند. میلیاردها سال پیش، زمانی که هسته زمین در حال شکل گیری بود، هیدروژن می توانست دقیقاً به این شکل در آن به دام افتاده باشد.

می دانیم که هسته زمین از آهن خالص ساخته نشده است. نحوه انعکاس امواج لرزه ای نشان می دهد که چگالی آن کمتر از حد انتظار برای آهن خالص است. مطالعات قبلی نشان داده است که بین ۲ تا ۱۰ درصد از وزن هسته ممکن است سیلیکون باشد.

بر اساس این تخمین ها و نحوه پیوند هیدروژن با سیلیکون در آزمایش سندان الماس، تیم تحقیقاتی محاسبه کردند که بین ۰.۰۷ تا ۰.۳۶ درصد از جرم هسته زمین هیدروژن است.

این مقدار معادل ۹ تا ۴۵ برابر کل هیدروژن موجود در تمام آب اقیانوس های زمین است. این به معنای حدود ۱.۳۵ تا ۶.۷۵ سیستیلیون کیلوگرم هیدروژن است.

دانشمندان مدت‌ها گمان می‌کردند که هسته زمین میزبان مقادیر قابل توجهی هیدروژن است، اما تعیین مقدار دقیق آن همیشه دشوار بوده است. این تحقیق نشان می دهد که اگرچه زمین از بیرون به نظر یک سیاره فقیر از هیدروژن است، هیدروژنی که می بینیم ممکن است تنها بخش کوچکی از کل ذخایر آن باشد.

درک مقدار هیدروژن محبوس شده در هسته به دانشمندان کمک می کند تا نحوه ورود آب به زمین و نحوه ذخیره و بازیافت آن را طی میلیاردها سال بازسازی کنند. اگر هیدروژن و اکسیژن بتوانند در طول زمان به داخل و خارج از هسته حرکت کنند، ممکن است آب بسیار عمیق‌تر از آنچه که فقط در سطح اقیانوس‌ها می‌بینیم در ساختار زمین بافته شود.

و اگر این فرآیند یک پدیده رایج است، شاید سیارات سنگی دیگر – حتی آنهایی که از دور خشک و بی آب به نظر می رسند – در اعماق آنها آب پنهان شده باشند.