Когда Земля сформировалась миллиарды лет назад, её металлическое ядро было окружено океаном расплавленной породы, который со временем остыл и закристаллизовался, образовав мантию. Сегодня, когда глубокие мантийные плюмы поднимаются к поверхности и вызывают извержения вулканов, лава может содержать водород из недр планеты. Об этом пишет издание Phys.org.
Водород существует в двух стабильных формах: обычный лёгкий водород и более тяжёлый дейтерий. В большинстве вулканических пород соотношение изотопов водорода относительно нормальное, но в некоторых лавах, связанных с глубокими мантийными плюмами, доля дейтерия необычно низкая. Это редкое сочетание вызвало споры: образовалась ли такая сигнатура давно, когда замерзал ранний магматический океан, или она связана с утечкой водорода из металлического ядра.
Команда исследователей под руководством Вэньчжуна Вана из Университета науки и технологий Китая использовала компьютерное моделирование, чтобы воспроизвести условия на глубине тысяч километров под поверхностью Земли. Учёные изучили, как две формы водорода вели себя при остывании и кристаллизации расплавленной породы, и смоделировали их распределение в ранней мантии.
В статье, опубликованной в журнале Science Advances, исследователи пришли к выводу, что кристаллизация магматического океана не приводит к значительному фракционированию изотопов водорода в мантии. Это означает, что замерзание океана не объясняет аномальные сигнатуры. Учёные склоняются к версии утечки из ядра: водород с низким содержанием дейтерия, вероятно, просачивался из металлического ядра в мантию на протяжении миллиардов лет.
Дополнительным доказательством служит то, что в некоторых вулканических породах также наблюдается высокое соотношение гелия-3 к гелию-4. Гелий-3 — редкая форма, которая могла сохраниться в ядре Земли миллиарды лет. Однако точные механизмы переноса вещества из ядра в мантию остаются неясными, и исследователи называют это важной целью для будущих работ.