Πού κρύβεται το περισσότερο υδρογόνο της Γης; Η ανακάλυψη που επαναπροσδιορίζει την ιστορία του πλανήτη

Κοιτάζοντας τη Γη από το Διάστημα, το υγρό στοιχείο κυριαρχεί. Το απέραντο γαλάζιο των ωκεανών δίνει την εντύπωση πως οτιδήποτε σχετίζεται με το νερό –και κατ’ επέκταση με το υδρογόνο– βρίσκεται αποκλειστικά στην επιφάνεια του πλανήτη. Μια νέα, εξαιρετικά σημαντική γεωφυσική έρευνα, ωστόσο, έρχεται να ανατρέψει τα μέχρι τώρα δεδομένα. Σύμφωνα με τα τελευταία ευρήματα, το μεγαλύτερο απόθεμα υδρογόνου δεν κυματίζει στις ακτές των ηπείρων, αλλά παραμένει παγιδευμένο χιλιάδες χιλιόμετρα κάτω από τα πόδια μας, βαθιά στον πυρήνα της Γης.

Ο πυρήνας της Γης ως η μεγαλύτερη δεξαμενή υδρογόνου

Η μελέτη υποδεικνύει ότι ο φαινομενικά συμπαγής και μεταλλικός πυρήνας του πλανήτη μας λειτουργεί ως μια τεράστια, απρόσιτη αποθήκη. Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον γεωεπιστήμονα Dongyang Huang από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου (Peking University), προχώρησε σε εκτιμήσεις που εντυπωσιάζουν. Υπολόγισαν ότι η ποσότητα υδρογόνου στον πυρήνα θα μπορούσε να είναι έως και 45 φορές μεγαλύτερη από το συνολικό υδρογόνο που περιέχεται σε όλους τους ωκεανούς της Γης αθροιστικά. Σε απόλυτους αριθμούς, η ποσότητα αυτή αγγίζει τα 6,75 εξάκις εκατομμύρια κιλά, καθιστώντας το κέντρο της Γης τον απόλυτο ρυθμιστή αυτού του κρίσιμου χημικού στοιχείου.

Η γεωλογία θεωρούσε παραδοσιακά ότι ο πυρήνας αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από σίδηρο και νικέλιο, με μικρές μόνο προσμείξεις ελαφρύτερων στοιχείων, όπως το πυρίτιο. Η ακριβής του σύσταση αποτελεί έναν διαρκή επιστημονικό γρίφο, καθώς η άμεση παρατήρηση ή η λήψη γεωλογικών δειγμάτων παραμένει τεχνικά αδύνατη. Η μοναδική λύση για τους ερευνητές ήταν η εργαστηριακή προσομοίωση των ακραίων συνθηκών που επικρατούν στο κέντρο του πλανήτη.

Αναπαριστώντας την πρώιμη Γη στο εργαστήριο

Για να παρακάμψουν τους φυσικούς περιορισμούς, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια εξειδικευμένη διάταξη, γνωστή ως κύτταρο άκμονα διαμαντιού. Μέσα σε αυτή τη συσκευή, άσκησαν τρομακτική πίεση σε μια μικροσκοπική σφαίρα σιδήρου, η οποία περιβαλλόταν από ένυδρο πυριτικό γυαλί. Η πίεση ξεπέρασε τα 111 gigapascals, ενώ η θερμοκρασία ανήλθε περίπου στους 5.100 βαθμούς Κέλβιν.

Αν και η συγκεκριμένη πίεση είναι ελαφρώς χαμηλότερη από τα 136 gigapascals που υπολογίζεται ότι καταγράφονται στον πραγματικό πυρήνα, οι εργαστηριακές συνθήκες ήταν επαρκείς για να αναπαραστήσουν με εξαιρετική ακρίβεια το ακραίο, λιωμένο περιβάλλον της πρώιμης Γης. Υπό αυτές τις παραμέτρους, το δείγμα υγροποιήθηκε πλήρως. Τα συστατικά του αναμείχθηκαν ταχύτατα, επιτρέποντας στους επιστήμονες να παρατηρήσουν πώς ακριβώς αλληλεπιδρούν τα στοιχεία κατά την πλανητική διαμόρφωση. Το υδρογόνο ενώθηκε άμεσα με τον λιωμένο σίδηρο, καθώς και με το οξυγόνο και το πυρίτιο.

Αναλύοντας τα εργαστηριακά δεδομένα και συνδυάζοντάς τα με τα προϋπάρχοντα στοιχεία για τον τρόπο που διαδίδονται τα σεισμικά κύματα στο εσωτερικό του πλανήτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το υδρογόνο αντιστοιχεί τελικά στο 0,07% έως 0,36% της συνολικής μάζας του πυρήνα.

Νέα δεδομένα για την προέλευση του νερού

Η ανακάλυψη αυτή έχει βαθιές προεκτάσεις για το πώς κατανοούμε την προέλευση του νερού στη Γη. Η επικρατούσα επιστημονική θεωρία υποστήριζε για δεκαετίες ότι ο πλανήτης μας σχηματίστηκε ως ένας άνυδρος, στερεός βράχος και απέκτησε το νερό του μεταγενέστερα, κυρίως μέσα από τον συνεχή βομβαρδισμό κομητών και μετεωριτών.

Τα νέα δεδομένα, ωστόσο, υποστηρίζουν ένα εντελώς διαφορετικό μοντέλο: αν ο πυρήνας μπόρεσε να δεσμεύσει τόσο τεράστιες ποσότητες υδρογόνου, η Γη πρέπει να συγκέντρωσε τα δομικά υλικά του νερού κατά τη διάρκεια της κύριας φάσης της συσσώρευσης της. Επομένως, το νερό αποτελούσε εγγενές χαρακτηριστικό του πλανήτη από τη γέννησή του και δεν προήλθε αποκλειστικά από εξωτερικές πηγές.

Περαιτέρω, η κατανόηση αυτής της χημικής ισορροπίας στον πυρήνα θεωρείται κρίσιμη για την εξήγηση της λειτουργίας του μαγνητικού πεδίου της Γης, το οποίο προστατεύει τη ζωή από την επιβλαβή ηλιακή ακτινοβολία. Ο τρόπος με τον οποίο τα στοιχεία κινούνται και αναμειγνύονται στον λιωμένο πυρήνα τροφοδοτεί άμεσα το μαγνητικό πεδίο, διασφαλίζοντας την προστασία της βιόσφαιρας.

Εξωπλανήτες και μελλοντική έρευνα

Η σημασία της έρευνας δεν περιορίζεται αποκλειστικά στη δική μας διαστημική γειτονιά. Στον τομέα της αστροφυσικής, η αναζήτηση κατοικήσιμων εξωπλανητών βασίζεται ως επί το πλείστον στον εντοπισμό επιφανειακού νερού. Αν οι βραχώδεις πλανήτες έχουν την ικανότητα να αποθηκεύουν τόσο μεγάλο όγκο υδρογόνου στο εσωτερικό τους, τότε πλανήτες που φαίνονται εντελώς ξηροί στα τηλεσκόπια ενδέχεται να κρύβουν τεράστια, αόρατα αποθέματα νερού και υδρογόνου κάτω από τον φλοιό τους.

Η ανάλυση του Πανεπιστημίου του Πεκίνου προσφέρει μια νέα, κρίσιμη οπτική στη γεωφυσική. Αποδεικνύει ότι η ορατή επιφάνεια του πλανήτη αντικατοπτρίζει ένα ελάχιστο μόνο τμήμα της συνολικής χημικής του ταυτότητας. Ο μανδύας και ο πυρήνας διαμορφώνουν ένα εξαιρετικά δυναμικό, κλειστό σύστημα, του οποίου τις πραγματικές δυνατότητες μόλις τώρα αρχίζουμε να κατανοούμε σε βάθος.