水到底在哪里?


二次离子质谱高分辨率化学分析表明,硅酸盐熔体经液态铁金属压缩后残留大量水分。Tagawa等人。

涉及金刚石砧和化学物质的高温和高压实验,以模拟幼体的核心在极端条件下首次氢化氢气粘合。

这就解释了在地核中存在大量的氢,这些氢是在数十亿年前的爆炸中形成的水。

考虑到极端的深度、温度和压力,我们不能从物理上直接探测到地球深处。因此,为了窥视地球内部的深处,研究人员使用地震数据等技术来确定地下物质的组成和密度。在进行这种测量的过程中,有一件事一直引人注目,那就是地核主要是由铁构成的,但它的密度,特别是液体部分的密度,比预期的要低。

这使得研究人员相信在铁的旁边一定有丰富的轻元素。这是研究人员第一次在涉及金属铁和硅酸盐化合物的实验室实验中检测了水的行为,这些化合物精确地模拟了地球形成过程中的金属-硅酸盐(核-地幔)反应。他们发现,当水遇到铁时,大部分的氢会溶解到金属中,而氧气与铁反应并进入硅酸盐材料。

在温度和压力我们习惯于从表面上看,氢气不与铁,但我们想知道如果它是可能的在更极端的情况下,“说Shoh Tagawa,博士生的东京大学地球和行星科学研究。“这样的极端温度和压力不容易再现,在实验室实现它们的最好方法是使用一个钻石做的砧。在3100 - 4600开尔文的温度下,可以产生30-60千帕斯卡的压力。这是对地核形成的很好的模拟。”

Kei Hirose教授领导的研究小组分别使用了类似于地核和地幔中发现的金属和含水硅酸盐,并将它们压缩到钻石砧中,同时用激光加热样品。为了了解样本中发生了什么,他们使用了高分辨率成像技术,该技术被称为二次离子质谱。这使他们能够证实他们的假说,即氢键与铁结合,这就解释了海水明显缺乏的原因。氢被认为是亲铁的,或亲铁的。

“这一发现让我们探索以相当深刻的方式影响我们的东西,”Hirose说。“氢气在高压下是氢化的,告诉我们,在其形成过程中,大众轰击的大部分水可能是今天的核心。我们估计可能有70个海洋的氢气锁定的氢气在那里。如果这留在水面,地球可能从来没有知道的土地,而且我们知道它永远不会进化。“

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杂志文章

Tagawa, Naoya Sakamoto, Kei Hirose, Shunpei Yokoo, John Hernland, Yasuo Ohishi和Hisayoshi Yurimoto。氢混入地核的实验证据。自然通讯。DOI: 10.1038 / s41467 - 021 - 22035 - 0https://www.nature.com/articles/s41467-021-22035-0

天体生物学

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