Ученые изучили возможность присутствия в земном ядре сверхионного водорода — особого состояния вещества, которое возникает только при крайне высоких температуре и давлении. В таком состоянии водород способен перемещаться подобно жидкости и проводить электрический ток. Моделирование показало, что этот элемент может содержаться в недрах планеты в значительных объемах.
Исследователи рассмотрели 3 варианта поведения водорода в железном ядре Земли. В 2 случаях он проходил через кристаллическую решетку железа с разным расположением атомов. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Расчеты показали, что структура с гексагональной плотной упаковкой атомов железа обладает большей термодинамической устойчивостью. Кубическая объемно-центрированная структура при определенных условиях также может быть стабильной. Для этого температура должна превышать 6 400 кельвинов, а доля водорода — 20% при давлении около 3,6 млн атмосфер.
При этом столь экстремальная среда может привести к плавлению вещества, поэтому преобладание кубической структуры в ядре сочли маловероятным. Авторы исследования полагают, что во внутреннем ядре Земли скорее распространена гексагональная фаза сверхионного водорода. Она может сосуществовать с жидкой смесью железа и водорода.
Моделирование также указывает на неравномерное распределение водорода внутри ядра. Его концентрация, как предполагается, заметно снижается по мере движения от внешних областей внутреннего ядра к его центру. Сверхионный водород может направляться к границе внутреннего ядра, где переходит в жидкую смесь и обогащает внешнее ядро.
Ученые считают, что обмен водородом между внутренним и внешним ядром происходит не только во время кристаллизации внутренней части планеты. На него влияет постоянное перераспределение сверхионного водорода, тогда как внутреннее ядро продолжает увеличиваться примерно на 1 мм в год. По мнению авторов, решающую роль в таком распределении играет температура, а не давление.
