想象地球上所有海洋，覆蓋地球約70%，主要由氫組成?，F(xiàn)在再乘以九。研究人員最近估計(jì)，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(chǔ)量。而且，9個(gè)氫“海洋”是他們計(jì)算的最低限;核心中可能有多達(dá)45個(gè)海洋的氫氣。

科學(xué)家們周二在《自然通訊》雜志上報(bào)道，氫原子可能占地球總核心重量的0.36%到0.7%。北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院助理教授黃東陽(yáng)表示，這表明地球大部分水——即地球的主要?dú)錃鈦?lái)源——是在形成時(shí)獲得的，而非一些科學(xué)家所說(shuō)的彗星撞擊后，表面會(huì)留下水。

黃在一封電子郵件中說(shuō)：“地球核心在地球歷史的最初一百萬(wàn)年內(nèi)儲(chǔ)存了大部分水分?！逼浯问堑蒯：偷貧?，“地表——生命所在——是其中最少的，”他說(shuō)。

46億多年前，圍繞太陽(yáng)的巖石、氣體和塵埃碰撞形成了一個(gè)年輕的行星。隨著時(shí)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(gè)致密、熾熱且流動(dòng)的金屬核心開(kāi)始翻騰。它主要由鐵和鎳制成，為地球的保護(hù)磁場(chǎng)提供能量。

“氫只有在地球主要生長(zhǎng)階段可用并參與核心形成時(shí)，才能進(jìn)入形成核心的金屬液體，”德克薩斯州萊斯大學(xué)地球、環(huán)境與行星科學(xué)系地球系統(tǒng)科學(xué)教授達(dá)斯古普塔（Rajdeep Dasgupta）表示。他未參與這項(xiàng)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(jìn)化的關(guān)鍵?？茖W(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)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(xué)相互作用，試圖估算金屬核心的氫儲(chǔ)量。但核心太深，無(wú)法直接觀測(cè)，其高壓條件也難以在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)。

黃博士表示，總體而言，氫難以量化，“因?yàn)樗亲钶p且最小的元素，意味著其量化超出常規(guī)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(xué)家們很難確定氫的含量，相較于其他已知且較易測(cè)量的元素，如硅和氧。此前的研究通過(guò)X射線衍射觀察鐵晶體中的晶格結(jié)構(gòu)推斷核心氫的含量，鐵晶體在存在氫時(shí)晶格結(jié)構(gòu)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(wàn)分之一到10,000百萬(wàn)分之一（或0.1個(gè)海洋到120多個(gè)海洋）不等。

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

為了做出新的估算，科學(xué)家們進(jìn)行了模擬核心溫度和壓力的實(shí)驗(yàn)，使用鐵作為液態(tài)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(cè)量原子尺度上的化學(xué)成分。

黃博士表示，這種方法依賴于對(duì)地球核心原子排列方式以及硅、氧和氫如何擴(kuò)散的假設(shè)。他們的實(shí)驗(yàn)揭示了氫在納米結(jié)構(gòu)中與硅和氧的相互作用，氫與硅的比例大致為1：1。通過(guò)結(jié)合樣品中這些比例的觀測(cè)與先前對(duì)核心硅的估計(jì)，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(jié)構(gòu)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(dòng)地球磁場(chǎng)構(gòu)建過(guò)程提供了線索，“這對(duì)于將地球發(fā)展為適居之地至關(guān)重要”，黃博士說(shuō)。

然而，科學(xué)家們提醒說(shuō)，確認(rèn)和微調(diào)這一估計(jì)還需要更多工作，因?yàn)檫@種間接方法存在不確定性，且無(wú)法解決可能影響核心氫計(jì)算的其他化學(xué)相互作用。

事實(shí)上，東京大學(xué)理學(xué)院教授廣瀨圭表示，他研究地球核心成分，但未參與這項(xiàng)新研究，其核心氫的含量可能遠(yuǎn)高于新估計(jì)。

一個(gè)不確定點(diǎn)是鐵樣品中減壓過(guò)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(jì)算。廣瀨此前的研究估計(jì)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(shuō)。

如果作者的測(cè)量和假設(shè)成立，“這將表明氫氣在整個(gè)地球生長(zhǎng)過(guò)程中被輸送”，達(dá)斯古普塔說(shuō)。廣瀨說(shuō)，來(lái)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(lái)源。

達(dá)斯古普塔說(shuō)，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(fā)性元素在地球形成過(guò)程中的作用?！斑@篇新論文無(wú)疑將為我們未來(lái)關(guān)于這一話題的綜合和討論提供參考?！?/p>