Att dela vatten i väte och syre är ett huvudtema i utvecklingen av ren, riklig energikälla. En ny studie ledd av en internationell forskargrupp visade att när vatten möter jordens järnkärna, de extremt höga trycken och temperaturerna som finns vid gränsen mellan kärnan och manteln kan naturligt göra att vatten splittras till väte och en superoxiderad järndioxid. Både det frigjorda vätet och det kvarhållna syret i dioxiden har många långtgående konsekvenser och konsekvenser, inklusive beteendet hos gränsen mellan kärna och mantel som en enorm vätegenerator, separeringen av den djupa jordens vatten- och vätekretslopp, och ansamling av syrerika fläckar.

Artikeln, publiceras i National Science Review , är resultatet av ett internationellt samarbete mellan Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) i Kina och Carnegie Institution for Science i Washington, DC, och Institutionen för geovetenskap, Stanford University. De genomförde experimentella studier med högt tryck och temperatur och teoretiska beräkningar av reaktionen mellan vatten och järn och undersökte reaktionsprodukterna med synkrotronröntgenkällor vid Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory. De observerade en serie järnoxider med mellanliggande sammansättning och järnhydrid, med slutprodukten av väte och den nya superoxiderade järndioxiden.

Författarna hävdar att baserat på vår kunskap om att vatten i plattorna tränger in i det djupa inre som ett resultat av plattektoniska rörelser, 300 miljoner ton vatten per år skulle kunna föras ner och möta järn i kärnan. Detta kan generera en stor mängd fritt väte vid gränsen mellan kärnan och manteln 2900 kilometer under ytan. En sådan rik vätekälla ligger långt bortom vår räckhåll. Men att förstå geokemin hos djupflyktiga ämnen kommer att involvera att studera återgången av väte till ytan som fritt väte, som kolhydrider genom reaktioner med kol, som hydrider genom reaktion med kväve, svavel, och halogener, eller som vatten efter rekombination med syre på vägen upp.

Vidare, författarna påpekar att kontinuerlig ackumulering av superoxiderad järndioxid vid gränsen mellan kärnan och manteln genom jordens historia kan skapa betydande domäner som kan detekteras av seismiska sonder. Sådana domäner kan stanna vid kärn-mantelgränsen på obestämd tid utan störningar. Dock, de är malplacerade när det gäller deras starkt oxiderade kemi i den reducerade miljön nära järnkärnan. I händelse av överhettning av kärnan, en enorm mängd syre kan frigöras och bryta ut till ytan, orsakade en kolossal episod som den stora oxidationshändelsen för 2,4 miljarder år sedan, som pumpade ut syre i atmosfären och gjorde att aerobt liv kunde utvecklas.

"Denna nyupptäckta vattenklyvningsreaktion på mellanjorden påverkar geokemin från atmosfären till det djupa inre, ", sa huvudförfattaren Ho-kwang Mao. "Många tidigare teorier måste omprövas nu."