Американские исследователи смоделировали поведение водорода во внутреннем ядре нашей планеты и пришли к выводу, что там может существовать так называемый сверхионный водород. Это вещество способно течь подобно жидкости и одновременно проводить электричество. Результаты работы опубликованы в журнале PNAS.

Что такое сверхионный водород

Учёные рассмотрели две кристаллические структуры железо-водородного сплава: гексагональную плотноупакованную (ГПУ) и объёмноцентрированную кубическую (ОЦК). В обычных условиях ОЦК-структура менее устойчива и более реакционноспособна. Она становится относительно стабильной лишь при температуре выше 6400 кельвинов, содержании водорода от 20% и давлении около 3,6 миллиона атмосфер. Однако, по расчётам авторов, такие экстремальные условия скорее приведут к полному расплавлению вещества, чем к сохранению упорядоченной структуры.

Поэтому исследователи считают более вероятным существование сверхионной фазы водорода именно в ГПУ-структуре. Она может сосуществовать с жидким веществом внешнего ядра.

Градиент и геодинамо

Моделирование также показало радиальный градиент концентрации водорода: его количество резко снижается на границе между внешним и внутренним ядром. Обмен элементом между слоями не ограничивается только процессом кристаллизации. Происходит постоянное перераспределение водорода, которое создаёт так называемую химическую плавучесть. Именно она помогает поддерживать работу геодинамо — механизма, генерирующего магнитное поле Земли.

Внутреннее ядро планеты растёт примерно на миллиметр в год. Распределение водорода между слоями, по данным исследователей, определяется прежде всего температурой, а не давлением.

Вкратце

Учёные смоделировали состояние водорода во внутреннем ядре Земли и предположили существование там сверхионной фазы — вещества, которое течёт как жидкость, но проводит электричество. Наиболее вероятной структурой для неё оказалась гексагональная плотноупакованная решётка. Перераспределение водорода между слоями ядра может поддерживать геодинамо и магнитное поле планеты. Работа опубликована в журнале PNAS.