Геологи искали этот ответ 100 лет: почему пропали легкие элементы Земли и где они скрывались
Геологи 100 лет бились над одной загадкой. В недрах Земли запасы водорода, азота, углерода и благородных газов (например, гелия) оказались куда скуднее, чем в Солнце или некоторых метеоритах. Куда они делись? Ответ предложили исследователи из Китая. Ученые считают, что пропавшие элементы не исчезли, а сконцентрированы во внутреннем ядре планеты, пишет портал Arstechnica.
Хранилища в центре планеты
Атмосферное давление в 3,5 млн раз слабее, чем во внутреннем ядре. В подобных условиях железо меняет свойства и трансформируется в электрид. Это редкая форма металла, которая наделена свойством впитывать легкие элементы, словно губка. Процесс шел не менее 2 млрд лет и может идти до сих пор.
Это объясняет странность, которую фиксируют сейсмологи: ядро Земли на 5–8% менее плотное, чем положено чистому железу.
Что такое электриды?
Металлы устроены просто. Атомы образуют решетку, а электроны свободно гуляют между ними, создавая «электронное море».
У электридов иная картина. В их структуре есть пустоты – неядерные аттракторы, где электроны заперты в одиночестве, не принадлежа ни одному атому. Это наделяет материал уникальными чертами. Например, за счет отрицательных зарядов таких электронов происходит стабилизация легких элементов. Это позволяет металлу буквально всасывать их.
Первым металлом, замеченным в роли электрида под давлением, считается натрий. При 200 гигапаскалях (2 млн атмосфер) он теряет блеск и проводимость и трансформируется в стеклоподобный изолятор.
Электриды-катализаторы
Электриды ускоряют химические реакции. Изолированные электроны легко создают и разрывают связи между атомами.
В арсенале химиков уже есть ряд стабильных при обычных условиях электридов. Например, майенит, случайно обнаруженный в Токийском институте наук при изучении цемента.
К 2019 году на его основе заработал пилотный завод, выпускающий 20 т аммиака в год (компонент удобрений), причем процесс стал чище и результативнее.
Открытия и вопросы
В 2024-м британские химики случайно получили электрид из ионов кальция. Проводником тока он не стал, зато способен заменить дорогой палладий. Но есть проблема, которая мешает промышленному внедрению. Этот электрид чрезвычайно чувствителен к воздуху и водной среде.
Ученые отмечают, что электриды изучены слабо. Никто пока не способен предсказать, какой материал станет электридом. Ученые действуют вслепую. Возможно, будущее за алгоритмами машинного обучения, которые распознают таких кандидатов лучше людей.
Полезно знать
Вращение внутреннего ядра Земли происходит независимо от мантии и коры. В 2009-м ученые заметили, что скорость вращения изменилась – произошло замедление. Некоторые факты также показали, что процесс пошел в обратном направлении.
Исследователи полагают, что у ядра есть свой цикл вращения, который длится 70 лет. Раз в три с половиной десятилетия происходит замедление и смена направления. Если гипотеза верна, то в 2044 году ученые зафиксируют очередной разворот.
