Phát hiện mới cho thấy lõi Trái Đất có thể chứa những 'đại dương' hydro khổng lồ

Nói cách khác, khí hydro có thể chiếm khoảng 0,07% đến 0,36% tổng trọng lượng lõi Trái Đất, theo nghiên cứu mới. Điều này cho thấy Trái Đất đã thu được phần lớn nước – nguồn hydro chính của hành tinh – khi Trái đất hình thành, chứ không phải sau này thông qua các vụ va chạm sao chổi khiến nước đọng lại trên bề mặt hành tinh như một số nhà khoa học đã nhận định, theo tác giả chính của nghiên cứu, Dongyang Huang - trợ lý giáo sư tại Trường Khoa học Trái Đất và Vũ trụ thuộc Đại học Bắc Kinh.

“Lõi Trái Đất sẽ lưu trữ phần lớn lượng nước trong một triệu năm đầu tiên của lịch sử Trái Đất” – nhà khoa học Huang nói với CNN trong một email. Trong khi đó, cũng theo nhà khoa học này thì: “Bề mặt (Trái đất) – nơi sự sống cư ngụ – chứa ít nước nhất”.

Hơn 4,6 tỷ năm trước, đá, khí và bụi xung quanh Mặt trời của chúng ta đã va chạm nhau để hình thành một hành tinh non trẻ. Theo thời gian, những va chạm này đã định hình lõi, lớp phủ và vỏ Trái Đất. Ở sâu bên trong Trái Đất và dưới áp suất khổng lồ, một lõi kim loại đặc, nóng và lỏng bắt đầu chuyển động. Được cấu tạo chủ yếu từ sắt và niken, nó cung cấp năng lượng cho từ trường bảo vệ của Trái Đất.

Các nhà khoa học sử dụng phương pháp mới để ước lượng lượng hydro trong lõi Trái đất - Ảnh: Getty

“Hydro chỉ có thể đi vào chất lỏng kim loại tạo thành lõi nếu nó có sẵn trong các giai đoạn tăng trưởng chính của Trái Đất và tham gia vào quá trình hình thành lõi” - Rajdeep Dasgupta, giáo sư khoa học hệ thống Trái Đất thuộc khoa Khoa học Trái Đất, Môi trường và Hành tinh tại Đại học Rice ở Texas (Mỹ), cho biết. Dasgupta không tham gia vào nghiên cứu mới này.

Nghiên cứu nguồn gốc và sự phân bố của hydro là chìa khóa để hiểu sự hình thành hành tinh và sự tiến hóa của sự sống trên Trái Đất. Các nhà khoa học từ lâu đã tự hỏi có bao nhiêu hydro có thể được chôn vùi trong lõi kim loại nóng chảy của Trái đất, và đã phân tích các tương tác hóa học trong sắt để cố gắng ước tính lượng hydro dự trữ trong lõi. Nhưng lõi Trái đất nằm quá sâu để có thể được quan sát trực tiếp, và điều kiện áp suất cao của nó rất khó tái tạo trong phòng thí nghiệm.

Nhìn chung, hydro rất khó định lượng “vì nó là nguyên tố nhẹ nhất và nhỏ nhất, có nghĩa là việc định lượng nó vượt quá khả năng của các phương pháp phân tích thông thường” - Huang cho biết.

Để tạo ra ước tính mới, các nhà khoa học đã tiến hành các thí nghiệm mô phỏng nhiệt độ và áp suất lõi Trái đất, sử dụng sắt làm chất thay thế cho lõi kim loại lỏng. Họ nung chảy sắt bằng tia laser trong một thiết bị áp suất cao gọi là buồng nén kim cương, sau đó quan sát trực tiếp khí hydro và các nguyên tố lõi khác bằng phương pháp chụp ảnh cắt lớp thăm dò nguyên tử. Phương pháp này thu được hình ảnh 3D và đo thành phần hóa học ở cấp độ nguyên tử.

“Kỹ thuật này về cơ bản khác với các phương pháp trước đây” - Huang nói. Các nhà nghiên cứu mài các mẫu sắt thành hình dạng của cây kim với đường kính khoảng 20 nanomet, sau đó đặt chúng dưới điện áp cao được kiểm soát chính xác. Tiếp theo, các nguyên tử trong mẫu được ion hóa và đếm từng cái một.

Cách tiếp cận này dựa trên các giả định về cách các nguyên tử được sắp xếp trong lõi Trái đất và cách silicon, oxy và hydro phân tán ở đó. Các thí nghiệm của họ đã hé lộ cách hydro tương tác với silic và oxy trong cấu trúc nano khi kim loại nguội đi, với tỷ lệ hydro so với silic xấp xỉ 1:1. Bằng cách kết hợp các quan sát về tỷ lệ này trong các mẫu với các ước tính trước đó, các nhà nghiên cứu sau đó đã có thể ước tính lượng hydro trong lõi.

Anh Duy