Група вчених на чолі з професором Дуньянем Хуаном продемонструвала, що у залізному ядрі Землі може міститися колосальний запас водню — еквівалентний від 9 до 45 земних океанів, якби цей елемент вступив у реакцію з киснем. Результати, отримані за допомогою екстремальних лабораторних експериментів, суттєво коригують усталені уявлення про формування планети та джерело її водних ресурсів. Робота була опублікована на початку вересня 2026 року і вже отримала широке висвітлення в міжнародних наукових ЗМІ, включно з Live Science.

Як зазирнути в центр планети без бурового інструмента

Пряме відбір проб із ядра Землі на глибині понад 5 000 кілометрів фізично неможливе жодною існуючою технологією. Протягом десятиліть геологи та геофізики спиралися на сейсмічні хвилі, що відбиваються від внутрішніх меж планети. Ще в 1960-х роках аналіз цих хвиль дозволив встановити, що густина ядра нижча за густину чистого заліза та нікелю, а отже, до його складу обов'язково входять легші елементи. Однак точне визначення їхньої природи та кількості залишалося відкритим питанням: серед кандидатів згадувалися кремній, кисень, сірка та водень — найменший і най«прихованіший» із усіх.

Діамантові наковальні та атомарна томографія

Команда професора Хуана застосувала двоступеневу методику. На першому етапі зразки заліза та багатого на водень силікатного скла зажимали між діамантовими наковальнями та розігрівали лазерами до 4 800 °C при тиску 111 гігапаскалів — умовах, що відповідають межі між мантією та ядром. На другому етапі, після контрольованого охолодження, дослідники провели атомарну томографію: атоми фіксувалися по одному, що дозволило побудувати тривимірну карту розподілу елементів на нанорівні. Саме цей підхід дав змогу кількісно оцінити вміст водню в моделованому середовищі ядра.

Від молярного співвідношення до «океанів» у ядрі

Аналіз томографічних даних показав, що мольне співвідношення кремнію та водню в зразках становило приблизно 1:1. Оскільки масова частка кремнію в ядрі вже досить добре встановлена в геофізичній літературі, вчені перерахували пропорцію в масову частку водню: від 0,07 до 0,36 відсотка. Порівнявши цю величину з загальною масою зовнішнього та внутрішнього ядра (порядку 3,5 × 10²⁴ кг), дослідники отримали діапазон: у центрі планети зв'язаний водень, еквівалентний 9–45 земним океанам. Для порівняння — вся світова вода, включно з океанами, льодовиками та підземними водами, становить приблизно 1,4 × 10²¹ кг, тобто навіть нижня межа оцінки перевищує масу всієї поверхневої води в кілька разів.

Перегляд «кометної» гіпотези та первинності води

Відкриття має прямі наслідки для двох конкуруючих моделей походження води на Землі. Перша — «первинна вода»: якщо водень опустився в ядро на ранніх етапах акреції, значить, він присутній у складі протопланетного диска з самого початку, і вода могла формуватися вже в процесі диференціації. Друга — «кометна» гіпотеза, згідно з якою основну масу води на планету принесли льодові комети та астероїди в період пізнього важкого бомбардування. Команда Хуана зазначає, що «кометний» водень, за їхньою моделлю, мав залишитися в верхніх шарах мантії та земній корі, тоді як виявлений у ядрі водень вказує на більш раннє, «вбудоване» походження. Це не скасовує кометний внесок повністю, але суттєво звужує його частку в загальному водному балансі планети.

Суперечливі дані

Діапазон оцінок — від 9 до 45 океанів — сам по собі є джерелом розбіжностей у медіапросторі: частина видань акцентує верхню межу («45 океанів»), інші наводять повний інтервал. Крім того, автори дослідження наголошують, що всі висновки залишаються математичною екстраполяцією: експерименти проводилися на міліметрових зразках, а потім результати переносилися на ядро шириною понад 3 500 кілометрів. Умови в лабораторії (111 ГПа, 4 800 °C) лише наближено відтворюють реальні параметри межі мантія–ядро, де тиск досягає 135–140 ГПа, а температура — близько 5 500–6 000 °C. Таким чином, нижня межа оцінки (9 океанів) може бути ближчою до реальності, ніж верхня, але остаточний вердикт потребуватиме додаткових експериментів при вищих тисках та незалежного відтворення результатів іншими лабораторіями.

Що далі: шлях до підтвердження

Вчені зазначають, що для остаточного підтвердження висновків необхідні щонайменше три напрямки роботи: повторення експериментів на інших установках із діамантовими наковальнями, моделювання при тисках, що точніше відповідають реальним умовам ядра, а також перехресна перевірка з даними сейсмічної томографії та ізотопного аналізу метеоритної речовини. Якщо подальші дослідження підтвердять хоча б нижню межу оцінки, це стане одним із найбільших переглядів внутрішньої моделі Землі за останнє півстоліття та відкриє новий пласт питань про те, як саме формувалася водна оболонка, що зробила планету придатною для життя.