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，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(xué)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(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)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(xué)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(nèi)儲存了大部分水分?！逼浯问堑蒯：偷貧?，“地表——生命所在——是其中最少的，”他說。

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(xué)地球、環(huán)境與行星科學(xué)系地球系統(tǒng)科學(xué)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(guān)鍵?？茖W(xué)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(xué)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(fù)現(xiàn)。

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(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(jié)構(gòu)推斷核心氫的含量，鐵晶體在存在氫時晶格結(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(shù)與以往的方法本質(zhì)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(shù)，他解釋道。

為了做出新的估算，科學(xué)家們進行了模擬核心溫度和壓力的實驗，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，這種方法依賴于對地球核心原子排列方式以及硅、氧和氫如何擴散的假設(shè)。他們的實驗揭示了氫在納米結(jié)構(gòu)中與硅和氧的相互作用，氫與硅的比例大致為1：1。通過結(jié)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(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，啟動地球磁場構(gòu)建過程提供了線索，“這對于將地球發(fā)展為適居之地至關(guān)重要”，黃博士說。

然而，科學(xué)家們提醒說，確認(rèn)和微調(diào)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(xué)相互作用。

事實上，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(shè)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(fā)性元素在地球形成過程中的作用?！斑@篇新論文無疑將為我們未來關(guān)于這一話題的綜合和討論提供參考?！?/p>