地核或藏地球最大氢库，科学家揭秘惊人储量

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一项新研究发现，地球核心所含的氢元素总量高达海洋的45倍，让它成为地球上最大的氢储存库。

研究人员发现，这么多氢是在约45亿年前地球核心刚形成的时候进入的，而非在核心形成后通过彗星砸到地球上来。这一发现或能终结关于氢元素何时及如何抵达地球的争议。

"地球上的氢（包括地核中的氢）是在行星形成过程中被输送的，这是一个已确立的假说，"该研究的主要作者、北京大学地球与空间科学学院助理教授黄东阳在一封电邮里跟《生活科学》说。"大家争论的焦点是，氢是在地球形成的哪个阶段进来的。"

这场争论一直持续，因为地球深处的氢极难量化。氢是宇宙里最小最轻的元素，因此大多数技术都不具备足够的分辨率，无法在地球核心这类高温高压环境中准确探测到它。

但黄表示，估算核心深处锁着多少氢，是理解这些氢最初是如何到达那里的关键。

以前的研究使用了一种叫做X射线衍射的技术来估算地核中的氢含量。该方法通过分析材料怎样散射X射线，来量化材料中的矿物质和其他物质。因为地核几乎完全由铁构成，科学家在实验室中将氢添加到铁样本中，并测量铁晶体结构膨胀了多少，来算出地核里能捕获多少氢。

黄教授说，在这种情况下，X射线衍射的缺点在于它做了几个关键假设。首先，它假设研究人员准确了解铁晶体结构以及它们在特定条件下如何反应。其次，它假设地核中的硅和氧在溶解到铁中时不会让晶体结构变形——但事实证明，它们确实会。

在这项新研究中，黄及其同事采用了一种称为原子探针层析成像的替代方法。这项技术可以“绘制出元素周期表中所有元素的三维纳米级成分分布图”，并且“非常适合高压样品”，黄表示。

研究人员模拟了地球核心形成时可能存在的条件。首先，他们在微小的铁金属样品上涂覆含水硅酸盐玻璃，以模拟被岩浆覆盖的地核。接着，他们把这个东西放进金刚石对顶砧——这种装置通过两个金刚石晶体对压，产生类似地核的极端压力。为了制造高温环境，科学家们使用激光将物体加热到约8730华氏度（4830摄氏度）。

研究人员在这种情况下用了原子探针断层扫描技术。他们发现，在极端条件下，氢、氧和硅会同时溶进铁晶体结构里，用以前没人知道的方式改变了这些晶体。

关键是，实验里等量的氢和硅从“岩浆”进了“核心”，这让研究人员估算出氢占地球核心重量的0.07%到0.36%。

2月10日（周二）发表在《自然通讯》上的研究显示，地核的氢含量是海洋的9到45倍。如果彗星在地核形成后才把氢带到地球，那氢大多会留在地球浅层。但研究发现地核是地球上最大的氢储存库，说明氢是在地核完全形成之前就被送来的，黄博士说。

“这是头一回搞清楚氢是怎么进到地核的。”他说。

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