Водород, самый лёгкий и самый распространённый элемент во Вселенной, привычно ассоциируется с космосом, звёздами, верхними слоями атмосферы. Но последние научные гипотезы переворачивают эту логику буквально с ног на голову. Крупнейший резервуар водорода на Земле, возможно, находится не где-то наверху, а в самом низу — в ядре планеты.
Идея не нова в том смысле, что геофизики давно подозревали присутствие лёгких элементов в земном ядре. Плотность ядра, рассчитанная по сейсмическим данным, немного ниже, чем следовало бы ожидать от чистого железо-никелевого сплава. Что-то лёгкое там точно есть. Кандидатов перебирали десятилетиями: кислород, сера, кремний. Водород обычно отодвигали на задний план — слишком уж он летучий, слишком склонен улетучиваться в космос. Но при колоссальном давлении и температурах, которые царят в ядре, водород ведёт себя совершенно иначе, чем на поверхности.
Суть гипотезы в том, что водород мог оказаться захваченным расплавленным железом ещё на этапе формирования Земли, когда планета собиралась из протопланетного диска. Молодая Земля была раскалённым шаром магмы, и водород в таких условиях растворяется в жидком металле куда охотнее, чем можно представить, оценивая его поведение при нормальном давлении. Если это произошло, то при дальнейшей дифференциации вещества — когда тяжёлые элементы тонули к центру, формируя ядро, — водород мог утонуть вместе с ними.
Самое поразительное в этой идее — масштаб. Если ядро действительно содержит водород в тех количествах, которые допускают расчёты, то речь идёт не о скромной примеси. Это был бы крупнейший резервуар водорода на всей Земле, превосходящий океаны, мантию и атмосферу вместе взятые.
Проверить это напрямую пока невозможно. Самая глубокая скважина, которую человек когда-либо бурил, — Кольская сверхглубокая — дошла до 12 с небольшим километров. До внешнего ядра оттуда ещё почти 2900 километров. Поэтому исследователи работают косвенными методами: эксперименты с железо-водородными сплавами при экстремальном давлении в алмазных наковальнях, моделирование на суперкомпьютерах, анализ сейсмических волн.
Есть и практический аспект, который добавляет этой теме остроты. Мир переживает всплеск интереса к так называемому «природному» или «геологическому» водороду — водороду, который генерируется естественными процессами внутри Земли и просачивается к поверхности. Если ядро содержит гигантские запасы этого элемента, то понимание механизмов его миграции через мантию может со временем изменить всё энергетическое уравнение. Пока, впрочем, это перспектива очень отдалённая.
Скептики указывают на очевидную проблему: водород чрезвычайно подвижен даже в кристаллической решётке металлов. Удерживать его миллиарды лет — задача нетривиальная, даже для ядра планеты. Но сторонники гипотезы возражают: при давлениях в сотни гигапаскалей водород может образовывать устойчивые соединения с железом, фактически встраиваясь в его структуру на атомарном уровне.
Вопрос о составе земного ядра — один из тех фундаментальных вопросов, которые наука пока не способна разрешить окончательно. Мы живём на планете, чьи недра знаем хуже, чем поверхность Марса. То, что крупнейший склад водорода может находиться буквально у нас под ногами, на глубине тысяч километров, звучит почти как научная фантастика. Но геофизика последних десятилетий показала: реальность обычно оказывается страннее любых выдумок.
Изображение носит иллюстративный характер
Идея не нова в том смысле, что геофизики давно подозревали присутствие лёгких элементов в земном ядре. Плотность ядра, рассчитанная по сейсмическим данным, немного ниже, чем следовало бы ожидать от чистого железо-никелевого сплава. Что-то лёгкое там точно есть. Кандидатов перебирали десятилетиями: кислород, сера, кремний. Водород обычно отодвигали на задний план — слишком уж он летучий, слишком склонен улетучиваться в космос. Но при колоссальном давлении и температурах, которые царят в ядре, водород ведёт себя совершенно иначе, чем на поверхности.
Суть гипотезы в том, что водород мог оказаться захваченным расплавленным железом ещё на этапе формирования Земли, когда планета собиралась из протопланетного диска. Молодая Земля была раскалённым шаром магмы, и водород в таких условиях растворяется в жидком металле куда охотнее, чем можно представить, оценивая его поведение при нормальном давлении. Если это произошло, то при дальнейшей дифференциации вещества — когда тяжёлые элементы тонули к центру, формируя ядро, — водород мог утонуть вместе с ними.
Самое поразительное в этой идее — масштаб. Если ядро действительно содержит водород в тех количествах, которые допускают расчёты, то речь идёт не о скромной примеси. Это был бы крупнейший резервуар водорода на всей Земле, превосходящий океаны, мантию и атмосферу вместе взятые.
Проверить это напрямую пока невозможно. Самая глубокая скважина, которую человек когда-либо бурил, — Кольская сверхглубокая — дошла до 12 с небольшим километров. До внешнего ядра оттуда ещё почти 2900 километров. Поэтому исследователи работают косвенными методами: эксперименты с железо-водородными сплавами при экстремальном давлении в алмазных наковальнях, моделирование на суперкомпьютерах, анализ сейсмических волн.
Есть и практический аспект, который добавляет этой теме остроты. Мир переживает всплеск интереса к так называемому «природному» или «геологическому» водороду — водороду, который генерируется естественными процессами внутри Земли и просачивается к поверхности. Если ядро содержит гигантские запасы этого элемента, то понимание механизмов его миграции через мантию может со временем изменить всё энергетическое уравнение. Пока, впрочем, это перспектива очень отдалённая.
Скептики указывают на очевидную проблему: водород чрезвычайно подвижен даже в кристаллической решётке металлов. Удерживать его миллиарды лет — задача нетривиальная, даже для ядра планеты. Но сторонники гипотезы возражают: при давлениях в сотни гигапаскалей водород может образовывать устойчивые соединения с железом, фактически встраиваясь в его структуру на атомарном уровне.
Вопрос о составе земного ядра — один из тех фундаментальных вопросов, которые наука пока не способна разрешить окончательно. Мы живём на планете, чьи недра знаем хуже, чем поверхность Марса. То, что крупнейший склад водорода может находиться буквально у нас под ногами, на глубине тысяч километров, звучит почти как научная фантастика. Но геофизика последних десятилетий показала: реальность обычно оказывается страннее любых выдумок.
