از بیرون که نگاه کنیم، زمین چندان سیارهای «هیدروژندار» به نظر نمیرسد؛ اما این ظاهر فریبنده به این معنا نیست که سیارهی ما از فراوانترین عنصر جهان بیبهره است. هیدروژن، در پیوند با اکسیژن، درست جلوی چشم ما قرار دارد: به شکل آب.
به گزارش انتخاب و به نقل از sciencealert ؛ با این حال، بر اساس یک پژوهش تازه، ممکن است مقادیر عظیمی از هیدروژن در هستهی زمین زندانی شده باشد؛ هیدروژنی که به آلیاژ فشردهی آهنیِ نهفته در قلب سیاره متصل است.
این مقدار چقدر است؟
تا ۴۵ برابر بیش از حدود ۱۵۰ کوینتیلیون کیلوگرم هیدروژنی که در آب اقیانوسهای زمین وجود دارد. اگر این برآورد درست باشد، هستهی زمین بزرگترین مخزن هیدروژن در کل سیاره به شمار میآید.
البته این ذخیره چیزی نیست که روزی بتوانیم به آن دسترسی پیدا کنیم. اما دانستن اینکه چه مقدار هیدروژن در هستهی زمین گرفتار شده، به دانشمندان کمک میکند تاریخ شکلگیری سیارهی ما، نحوهی ایجاد میدان مغناطیسی زمین، و حتی منشأ آب زمین را بهتر درک کنند.
در همین راستا، تیمی به سرپرستی «دونگیانگ هوانگ»، زمینشناس دانشگاه پکن در چین، مینویسد:
«چنین مقداری مستلزم آن است که زمین بخش عمدهی آب خود را در مراحل اصلی تجمع سیارهای به دست آورده باشد، نه از طریق برخورد دنبالهدارها در دورهی الحاق دیرهنگام.»
از آنجا که نهتنها دسترسی به هستهی زمین، بلکه حتی نزدیک شدن به آن غیرممکن است، درک ما از ترکیب درونی سیاره بر آزمایشهای آزمایشگاهی، شبیهسازیها و محاسبات نظری تکیه دارد.
پژوهش انجامشده توسط هوانگ و همکارانش از دقیقترین و قابلاعتمادترین نمونهها در این زمینه است. آنها با استفاده از «سلول سندان الماسی»، یک گلولهی کوچک آهنی را که در شیشهی سیلیکاتیِ آبدار محصور شده بود، تحت فشاری تا ۱۱۱ گیگاپاسکال قرار دادند و همزمان آن را تا دمای حدود ۵۱۰۰ کلوین گرم کردند.
برای مقایسه، فشار بخشهای بالایی هستهی زمین حدود ۱۳۶ گیگاپاسکال و دمای آن بین ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ کلوین برآورد میشود.
اگرچه فشار آزمایش اندکی کمتر از فشار واقعی هستهی زمین است، اما آنقدر به شرایط واقعی نزدیک است که رفتار عناصر در چنین محیط افراطیای را بهخوبی بازسازی کند.
در این محدودهی دمایی، نمونه بهطور کامل ذوب شد و هیچ مادهی جامدی باقی نماند؛ همهی اجزا کاملاً با هم مخلوط شدند. در این آشفتهمخلوط، آهن، سیلیکون، اکسیژن و هیدروژن آزادانه حرکت میکردند و سامانه رفتاری شبیه به هستهی مذاب اولیهی زمین از خود نشان میداد.
این نزدیکترین چیزی است که دانشمندان میتوانند در آزمایشگاه به نمونهای از هستهی زمین دست یابند، حتی اگر این حالت فقط برای مدت کوتاهی پایدار بماند.
نتایج نشان داد هیدروژن بهراحتی با آهن مخلوط میشود و سپس با اکسیژن و سیلیکون موجود در ترکیب پیوند برقرار میکند. میلیاردها سال پیش، زمانی که هستهی زمین در حال شکلگیری بود، هیدروژن میتوانست دقیقاً به همین شیوه در آن به دام بیفتد.
ما میدانیم که هستهی زمین از آهن خالص تشکیل نشده است؛ نحوهی بازتاب امواج لرزهای نشان میدهد چگالی آن کمتر از حد انتظار برای آهن خالص است. بررسیهای پیشین نشان دادهاند که بین ۲ تا ۱۰ درصد وزن هسته ممکن است از سیلیکون باشد.
بر اساس این برآوردها و نحوهی پیوند هیدروژن با سیلیکون در آزمایش سندان الماسی، تیم پژوهشی محاسبه کرد که بین ۰٫۰۷ تا ۰٫۳۶ درصد جرم هستهی زمین را هیدروژن تشکیل میدهد.
این مقدار برابر است با ۹ تا ۴۵ برابر کل هیدروژن موجود در تمام آب اقیانوسهای زمین؛ یعنی حدود ۱٫۳۵ تا ۶٫۷۵ سکستیلیون کیلوگرم هیدروژن.
دانشمندان مدتهاست گمان میکنند که هستهی زمین میزبان مقادیر قابلتوجهی هیدروژن است، اما تعیین دقیق این مقدار همواره دشوار بوده است. این پژوهش نشان میدهد که اگرچه زمین از بیرون سیارهای کمهیدروژن به نظر میرسد، اما هیدروژنی که میتوانیم ببینیم شاید تنها بخش کوچکی از کل ذخایر آن باشد.
درک میزان هیدروژن محبوس در هسته به دانشمندان کمک میکند مسیر ورود آب به زمین و نحوهی ذخیره و بازیافت آن را در طول میلیاردها سال بازسازی کنند. اگر هیدروژن و اکسیژن بتوانند در گذر زمان به هسته وارد شوند و از آن خارج شوند، آنگاه آب ممکن است بسیار عمیقتر از آنچه فقط در اقیانوسهای سطحی میبینیم، در ساختار زمین تنیده شده باشد.
و اگر این فرایند پدیدهای رایج باشد، شاید سیارات سنگی دیگر نیز—حتی آنهایی که از دور خشک و بیآب به نظر میرسند—در اعماق خود آب پنهان داشته باشند.
