В ядре Земли обнаружена неожиданная находка

Американские учёные смоделировали поведение водорода в самом сердце нашей планеты — и обнаружили, что там может скрываться удивительная форма материи: сверхионный водород, который течёт подобно жидкости и одновременно проводит электричество. Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.

Исследователи изучили две кристаллические структуры железо-водородного сплава: гексагональную плотноупакованную (ГПУ) и объёмноцентрированную кубическую (ОЦК). В обычных условиях ОЦК-структура уступает ГПУ по устойчивости и отличается более высокой реакционной способностью. Стабильной она становится лишь при экстремальных параметрах — температуре свыше 6400 кельвинов, содержании водорода от 20% и давлении порядка 3,6 миллиона атмосфер. Однако такие запредельные условия, как показали расчёты, скорее превратят вещество в подобие «огненной железной каши», полностью расплавив его, нежели позволят сформировать устойчивую структуру.

Именно поэтому авторы работы считают более реалистичным сценарий, при котором сверхионная фаза водорода существует в ГПУ-структуре — она способна сосуществовать с жидким веществом внешнего ядра. Кроме того, учёные зафиксировали резкий радиальный градиент концентрации водорода: его количество стремительно падает на границе между внешним и внутренним ядром.

Как подчёркивают исследователи, обмен водородом между слоями ядра не сводится к простой кристаллизации — элемент непрерывно перераспределяется, порождая так называемую химическую плавучесть. Именно она поддерживает работу геодинамо — механизма, генерирующего магнитное поле Земли. Внутреннее ядро планеты прирастает примерно на миллиметр в год, а распределение водорода между его слоями определяется в первую очередь температурой, а не давлением.