Diamantstäd. Högtrycksstädets yttre metallhölje och inre diamanttänder. Kredit:Hirose et al.
Högtemperatur- och högtrycksförsök med ett diamantstäd och kemikalier för att simulera kärnan på den unga jorden visar för första gången att väte kan binda starkt med järn under extrema förhållanden. Detta förklarar förekomsten av betydande mängder väte i jordens kärna som kom som vatten från bombardemang för miljarder år sedan.
Med tanke på de extrema djupen, temperaturer och tryck inblandade, vi är inte fysiskt kapabla att sonda särskilt långt in i jorden direkt. Så, för att kika djupt inne i jorden, forskare använder tekniker som involverar seismiska data för att fastställa saker som sammansättning och densitet av underjordiskt material. Något som har stått ut så länge som den här typen av mätningar har ägt rum är att kärnan huvudsakligen är gjord av järn, men dess densitet, särskilt den för den flytande delen, är lägre än väntat.
Detta fick forskare att tro att det måste finnas ett överflöd av ljuselement vid sidan av järnet. För första gången, forskare har undersökt vattnets beteende i laboratorieexperiment med metalliskt järn och silikatföreningar som exakt simulerar metallsilikat (kärnmantel) reaktioner under jordens bildning. De fann att när vatten möter järn, majoriteten av vätet löses upp i metallen medan syret reagerar med järn och går in i silikatmaterialen.
"Vid de temperaturer och tryck vi är vana vid ytan, väte binder inte till järn, men vi undrade om det var möjligt under mer extrema förhållanden, "sa Shoh Tagawa, en doktorsexamen student vid institutionen för jord- och planetvetenskap vid University of Tokyo under studien. "Sådana extrema temperaturer och tryck är inte lätta att reproducera, och det bästa sättet att uppnå dem i labbet var att använda ett städ av diamant. Detta kan ge tryck på 30-60 gigapascal vid temperaturer på 3, 100–4, 600 kelvin. Detta är en bra simulering av jordens kärnbildning. "
Isotopavbildningslabb vid Hokkaido University. Forskningen var ett samarbete mellan institutioner, inklusive Hokkaido University. Upphovsman:Hisayoshi Yurimoto
Laget, under professor Kei Hirose, använt metall och vattenbärande silikat analogt med dem som finns i jordens kärna och mantel, respektive, och komprimerade dem i diamantstädet samtidigt som provet upphettades med en laser. För att se vad som hände i provet, de använde högupplöst bildbehandling med en teknik som kallas sekundär jonmasspektroskopi. Detta gjorde att de kunde bekräfta sin hypotes att vätebindningar med järn, vilket förklarar den uppenbara bristen på havsvatten. Väte sägs vara järnälskande, eller siderofil.
Prov från högtrycksexperiment. Högupplösta kemiska analyser med sekundär jonmasspektroskopi visade överflödet av vatten kvar i silikatsmält efter komprimering med flytande järnmetall. Upphovsman:Tagawa et al.
"Detta fynd gör att vi kan utforska något som påverkar oss på ett ganska djupt sätt, "sa Hirose." Att väte är siderofilt under högt tryck berättar att mycket av vattnet som kom till jorden i massbombardemang under dess bildning kan vara i kärnan som väte idag. Vi uppskattar att det kan finnas så mycket som 70 oceaners värde av väte inlåst där nere. Hade detta stannat på ytan som vatten, jorden kanske aldrig har känt land, och livet som vi känner det skulle aldrig ha utvecklats. "
