浙江
想象地球上所有海洋，覆盖地球约70%，主要由氢组成。现在再乘以九。研究人员最近估计，这可能就是地球核心中氢气的含量，可能使其成为地球上最大的氢气储量。而且，9个氢“海洋”是他们计算的最低限;核心中可能有多达45个海洋的氢气。
科学家们周二在《自然通讯》杂志上报道，氢原子可能占地球总核心重量的0.36%到0.7%。北京大学地球与空间科学学院助理教授黄东阳表示，这表明地球大部分水——即地球的主要氢气来源——是在形成时获得的，而非一些科学家所说的彗星撞击后，表面会留下水。
黄在一封电子邮件中说：“地球核心在地球历史的最初一百万年内储存了大部分水分。”其次是地幔和地壳，“地表——生命所在——是其中最少的，”他说。
46亿多年前，围绕太阳的岩石、气体和尘埃碰撞形成了一个年轻的行星。随着时间推移，这些碰撞塑造了地球的核心、地幔和地壳。在地球深处，承受巨大压力，一个致密、炽热且流动的金属核心开始翻腾。它主要由铁和镍制成，为地球的保护磁场提供能量。
“氢只有在地球主要生长阶段可用并参与核心形成时，才能进入形成核心的金属液体，”德克萨斯州莱斯大学地球、环境与行星科学系地球系统科学教授达斯古普塔（Rajdeep Dasgupta）表示。他未参与这项新研究。
研究氢的起源和分布是理解行星形成和地球生命进化的关键。科学家们长期以来一直在思考地球熔融金属引擎中可能埋藏了多少氢，并分析了铁中的化学相互作用，试图估算金属核心的氢储量。但核心太深，无法直接观测，其高压条件也难以在实验室中复现。
黄博士表示，总体而言，氢难以量化，“因为它是最轻且最小的元素，意味着其量化超出常规分析方法的能力范围”。
核心的低密度曾暗示氢含量丰富，尽管科学家们很难确定氢的含量，相较于其他已知且较易测量的元素，如硅和氧。此前的研究通过X射线衍射观察铁晶体中的晶格结构推断核心氢的含量，铁晶体在存在氢时晶格结构膨胀得更大。但研究指出，这些解释差异很大，从重量上的10百万分之一到10,000百万分之一（或0.1个海洋到120多个海洋）不等。
“这项技术与以往的方法本质上不同，”黄博士说。研究人员将样品磨成直径约20纳米的针状，然后置于精细控制的高电压下。接着，样品的原子被电离并逐一计数，他解释道。
为了做出新的估算，科学家们进行了模拟核心温度和压力的实验，使用铁作为液态金属核心的替代品。他们用激光在一种称为钻石铁砧电池的高压装置中熔化铁，然后利用原子探针断层扫描直接观察氢和其他核心元素，该扫描仪捕捉三维图像并测量原子尺度上的化学成分。
黄博士表示，这种方法依赖于对地球核心原子排列方式以及硅、氧和氢如何扩散的假设。他们的实验揭示了氢在纳米结构中与硅和氧的相互作用，氢与硅的比例大致为1：1。通过结合样品中这些比例的观测与先前对核心硅的估计，研究人员能够近似地估算核心氢的含量。
他们观察到铁纳米结构中硅、氧和氢之间的相互作用，为热量如何从核心释放到地幔，启动地球磁场构建过程提供了线索，“这对于将地球发展为适居之地至关重要”，黄博士说。
然而，科学家们提醒说，确认和微调这一估计还需要更多工作，因为这种间接方法存在不确定性，且无法解决可能影响核心氢计算的其他化学相互作用。
事实上，东京大学理学院教授广濑圭表示，他研究地球核心成分，但未参与这项新研究，其核心氢的含量可能远高于新估计。
一个不确定点是铁样品中减压过程中逸出了多少氢;这一损失在其他研究中已有记录，但未纳入新计算。广濑此前的研究估计氢占地球核心重量的0.2%到0.6%，“比这篇新论文提出的还多”，他在邮件中说。
如果作者的测量和假设成立，“这将表明氢气在整个地球生长过程中被输送”，达斯古普塔说。广濑说，来自星云的气体以及彗星和小行星的水也可能是地球氢的来源。
达斯古普塔说，氢是地球生命的重要元素，“与碳、氮、氧、硫和磷并列”，他的研究探讨了这些挥发性元素在地球形成过程中的作用。“这篇新论文无疑将为我们未来关于这一话题的综合和讨论提供参考。”
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