Nghiên cứu: Lõi Trái đất có thể chứa lượng hydro tương đương 45 đại dương

Phát hiện này củng cố giả thuyết rằng phần lớn nước đã được Trái đất hấp thụ ngay trong giai đoạn hình thành ban đầu, thay vì đến sau này thông qua các vụ va chạm với sao chổi như một số giả thuyết trước đây.

Tác giả chính của nghiên cứu cho biết lõi Trái đất có thể đã chứa phần lớn lượng nước ngay trong những triệu năm đầu tiên của lịch sử hành tinh. Theo ông, sau lõi là lớp phủ và lớp vỏ về mức độ chứa nước, trong khi bề mặt lại là nơi có ít nước nhất.

Dấu vết của hydro

Khoảng 4,6 tỷ năm trước, các khối đá, khí và bụi xoay quanh Mặt trời va chạm và kết tụ thành Trái đất sơ khai. Theo thời gian, quá trình này hình thành nên lõi, lớp phủ và lớp vỏ. Ở sâu bên trong, dưới áp suất và nhiệt độ cực lớn, lõi kim loại bắt đầu chuyển động và tạo ra từ trường bảo vệ hành tinh.

Theo chuyên gia, hydro chỉ có thể hòa vào kim loại lỏng tạo nên lõi nếu nó hiện diện trong những giai đoạn phát triển sớm nhất của Trái đất và tham gia trực tiếp vào quá trình hình thành lõi.

Tuy nhiên, việc xác định lượng hydro trong lõi là thách thức lớn do không thể quan sát trực tiếp và khó tái tạo điều kiện áp suất cực cao trong phòng thí nghiệm. Hydro cũng là nguyên tố nhẹ và nhỏ nhất, khiến việc định lượng vượt quá khả năng của nhiều phương pháp phân tích truyền thống.

Các nghiên cứu trước đây dựa trên nhiễu xạ tia X đã đưa ra ước tính rất khác nhau, dao động từ 10 phần triệu đến 10.000 phần triệu theo trọng lượng, tương đương từ 0,1 đến hơn 120 “đại dương” hydro.

Quan sát ở cấp độ nguyên tử

Trong nghiên cứu mới, nhóm sử dụng phương pháp chụp ảnh cắt lớp nguyên tử, cho phép dựng hình ảnh 3D và đo thành phần hóa học ở cấp độ nguyên tử. Các mẫu sắt được nung chảy bằng tia laser trong buồng nén kim cương để mô phỏng nhiệt độ và áp suất lõi Trái đất.

Mẫu sau đó được mài thành dạng kim siêu nhỏ, đặt dưới điện áp cao để ion hóa và đếm từng nguyên tử. Kết quả cho thấy tỷ lệ hydro so với silicon trong cấu trúc nano sắt xấp xỉ 1:1. Kết hợp với các ước tính trước đây về hàm lượng silicon trong lõi, nhóm nghiên cứu tính toán được lượng hydro tương ứng.

Dù vậy, các nhà khoa học lưu ý phương pháp này vẫn dựa trên các giả định và có những bất định nhất định. Một số tương tác hóa học khác có thể chưa được tính đến.

Nếu các kết quả được xác nhận, phát hiện này sẽ củng cố giả thuyết rằng hydro đã hiện diện trong suốt quá trình hình thành Trái đất. Ngoài khí từ tinh vân, nước từ sao chổi và tiểu hành tinh cũng có thể là nguồn cung cấp hydro cho hành tinh.

Hydro là một trong những nguyên tố thiết yếu cho sự sống, cùng với carbon, nitơ, oxy, lưu huỳnh và phốt pho.