感覺被騙很多年！你以為的地球核心，和真實的完全不一樣

想象地球上所有海洋，覆蓋地球約70%，主要由氫組成。現在再乘以九。研究人員最近估計，這可能就是地球核心中氫氣的含量，可能使其成為地球上最大的氫氣儲量。而且，9個氫“海洋”是他們計算的最低限;核心中可能有多達45個海洋的氫氣。

科學家們周二在《自然通訊》雜志上報道，氫原子可能占地球總核心重量的0.36%到0.7%。北京大學地球與空間科學學院助理教授黃東陽表示，這表明地球大部分水——即地球的主要氫氣來源——是在形成時獲得的，而非一些科學家所說的彗星撞擊后，表面會留下水。

黃在一封電子郵件中說：“地球核心在地球歷史的最初一百萬年內儲存了大部分水分。”其次是地幔和地殼，“地表——生命所在——是其中最少的，”他說。

46億多年前，圍繞太陽的巖石、氣體和塵埃碰撞形成了一個年輕的行星。隨著時間推移，這些碰撞塑造了地球的核心、地幔和地殼。在地球深處，承受巨大壓力，一個致密、熾熱且流動的金屬核心開始翻騰。它主要由鐵和鎳制成，為地球的保護磁場提供能量。

“氫只有在地球主要生長階段可用并參與核心形成時，才能進入形成核心的金屬液體，”德克薩斯州萊斯大學地球、環境與行星科學系地球系統科學教授達斯古普塔（Rajdeep Dasgupta）表示。他未參與這項新研究。

研究氫的起源和分布是理解行星形成和地球生命進化的關鍵。科學家們長期以來一直在思考地球熔融金屬引擎中可能埋藏了多少氫，并分析了鐵中的化學相互作用，試圖估算金屬核心的氫儲量。但核心太深，無法直接觀測，其高壓條件也難以在實驗室中復現。

黃博士表示，總體而言，氫難以量化，“因為它是最輕且最小的元素，意味著其量化超出常規分析方法的能力范圍”。

核心的低密度曾暗示氫含量豐富，盡管科學家們很難確定氫的含量，相較于其他已知且較易測量的元素，如硅和氧。此前的研究通過X射線衍射觀察鐵晶體中的晶格結構推斷核心氫的含量，鐵晶體在存在氫時晶格結構膨脹得更大。但研究指出，這些解釋差異很大，從重量上的10百萬分之一到10,000百萬分之一（或0.1個海洋到120多個海洋）不等。

“這項技術與以往的方法本質上不同，”黃博士說。研究人員將樣品磨成直徑約20納米的針狀，然后置于精細控制的高電壓下。接著，樣品的原子被電離并逐一計數，他解釋道。

為了做出新的估算，科學家們進行了模擬核心溫度和壓力的實驗，使用鐵作為液態金屬核心的替代品。他們用激光在一種稱為鉆石鐵砧電池的高壓裝置中熔化鐵，然后利用原子探針斷層掃描直接觀察氫和其他核心元素，該掃描儀捕捉三維圖像并測量原子尺度上的化學成分。

黃博士表示，這種方法依賴于對地球核心原子排列方式以及硅、氧和氫如何擴散的假設。他們的實驗揭示了氫在納米結構中與硅和氧的相互作用，氫與硅的比例大致為1：1。通過結合樣品中這些比例的觀測與先前對核心硅的估計，研究人員能夠近似地估算核心氫的含量。

他們觀察到鐵納米結構中硅、氧和氫之間的相互作用，為熱量如何從核心釋放到地幔，啟動地球磁場構建過程提供了線索，“這對于將地球發展為適居之地至關重要”，黃博士說。

然而，科學家們提醒說，確認和微調這一估計還需要更多工作，因為這種間接方法存在不確定性，且無法解決可能影響核心氫計算的其他化學相互作用。

事實上，東京大學理學院教授廣瀨圭表示，他研究地球核心成分，但未參與這項新研究，其核心氫的含量可能遠高于新估計。

一個不確定點是鐵樣品中減壓過程中逸出了多少氫;這一損失在其他研究中已有記錄，但未納入新計算。廣瀨此前的研究估計氫占地球核心重量的0.2%到0.6%，“比這篇新論文提出的還多”，他在郵件中說。

如果作者的測量和假設成立，“這將表明氫氣在整個地球生長過程中被輸送”，達斯古普塔說。廣瀨說，來自星云的氣體以及彗星和小行星的水也可能是地球氫的來源。

達斯古普塔說，氫是地球生命的重要元素，“與碳、氮、氧、硫和磷并列”，他的研究探討了這些揮發性元素在地球形成過程中的作用。“這篇新論文無疑將為我們未來關于這一話題的綜合和討論提供參考。”