最新实验表明，地球核心可能蕴藏着大量的生命必需元素“海洋”

在我们的脚下三千公里深处，除了翻滚的熔岩和炽热的铁镍金属，可能还隐藏着一个惊人的秘密：那里或许蕴藏着相当于地表所有海洋水量总和九倍的氢。

这一发现不仅仅刷新了我们对地球内部构造的认知，更像是一块拼图，填补了关于地球生命起源和宜居性演化的关键空白。

长期以来，科学家们都知道地核主要由铁和镍组成，但密度数据表明，那里一定还混杂着一些较轻的元素，如硅、氧、硫、碳和氢。

然而，氢作为宇宙中最轻、最小的元素，一直是最难以捉摸的“幽灵”。

它到底有多少？又是如何潜入地心的？这些问题困扰了地质学界几十年。

最近，北京大学地球与空间科学学院的黄东阳助理教授及其团队，利用一种前所未有的原子级探测技术，给出了一个震撼的答案：地核可能是地球上最大的“水库”。

捕捉地心幽灵：原子尺度的侦探游戏

要探测地核的化学成分，简直比登天还难。

我们无法直接钻探到那里，也没法把地核样本拿出来放在显微镜下。

因此，科学家们必须在实验室里重建地核的极端环境——那里的压力相当于数百万倍的大气压，温度高达数千摄氏度。

以往的研究通常依赖X射线衍射技术，通过观察铁晶体结构的膨胀来推测氢的存在。

这种方法虽然有效，但误差巨大，估算出的氢含量从“几乎没有”到“相当于120个海洋”不等，范围之宽令人咋舌。

黄东阳团队决定另辟蹊径。

他们使用了一种名为“金刚石压砧”的装置，利用两颗金刚石对微小的铁样本施加极高的压力，并用激光加热以模拟地核环境。

但真正的突破在于他们如何“看”这些样本。

研究人员使用了一种叫做原子探针断层扫描（APT）的技术。

他们将实验后的样本削成比头发丝细几千倍的针状（直径约20纳米），然后利用电场将原子一个个剥离并电离，再通过探测器记录下每一个原子的身份和位置。

这就像是把一座大楼拆成一块块砖头，然后数清楚里面到底有多少块是红色的，多少块是蓝色的。

这种“逐个原子计数”的方法，让科学家们首次在原子尺度上直接观测到了氢在高温高压铁熔体中的行为。

九个海洋的震撼：颠覆地球水源说

实验结果令人惊讶。

研究发现，在模拟的地核条件下，氢倾向于与铁分离，转而富集在富含硅和氧的微小结构中。

通过分析这些纳米结构中氢、硅、氧的比例（发现氢和硅的比例约为1:1），并结合已知的地核硅含量，团队计算出地核中的氢含量大约占其总重量的0.36%到0.7%。

这个数字听起来微不足道，但考虑到地核的巨大质量，这意味着那里储存的氢相当于地球表面所有海洋水量的9到45倍。

这一发现对“地球之水来自何方”的经典争论投下了一枚重磅炸弹。

长期以来，一种流行的理论认为，地球形成初期是干燥的，水主要是后来通过富含冰的彗星和小行星撞击带到地球表面的。

但这项新研究表明，地球的大部分水（作为氢的主要来源）实际上是在地球形成的最早阶段——即所谓的吸积期——就已经存在了。

正如莱斯大学的地球系统科学教授拉杰迪普·达斯古普塔所言，这意味着氢是在地球主要的生长阶段，就随着金属铁一起沉入了地心。

换句话说，地球不仅是被“砸”湿的，它可能天生就是“湿”的。

宜居星球的隐形引擎

地核中这些海量的氢，绝不仅仅是沉睡的宝藏，它们可能是地球磁场得以维持的关键燃料。

我们知道，地球磁场是保护大气层免受太阳风剥离、保护地表生命免受致命辐射的隐形护盾。

而磁场的产生依赖于地核内部流体的运动和热对流。

黄东阳指出，氢与硅、氧等轻元素在液态外核中的分布和运动，直接影响着地核的热传导效率和对流模式。

这些轻元素就像是地核这台巨型发电机的“添加剂”，改变了熔融金属的物理性质，从而驱动了长达数十亿年的磁场运作。

如果没有这些藏在深处的氢，地球可能早已像火星一样，磁场消失，大气逃逸，变成一颗死寂的红色荒漠。

当然，科学探索永远充满了不确定性。

并未参与该研究的东京大学教授广濑圭（Kei Hirose）提醒我们，这项新估算可能仍然是保守的。

在实验样品的减压和冷却过程中，氢这种极其活跃的元素可能会发生逃逸，导致测量结果偏低。

广濑圭此前的研究甚至认为，地核中的氢含量可能更高。

此外，还有许多未解之谜等待解开：这些深部的氢是否会通过地幔柱上升，重新回到地表参与水循环？它们在地球早期的化学演化中扮演了什么角色？

无论最终的数字是多少，这项研究都强有力地证明了，地球不仅表面生机勃勃，其深部核心也是一个充满活力和化学反应的动态世界。

当我们凝视浩瀚的大海时，或许应该意识到，那只是地球庞大水库的冰山一角，真正的“海洋”正深埋在我们的脚下，在烈火与重压之中，默默守护着这颗蓝色星球的生命奇迹。