지구 핵은 바다보다 70배 수소를 품고 있다.
- 기초과학 / 편집국 기자 / 2021-05-22 11:20:44
3'40" 읽기
* 수소 혼합물은 지구 핵의 밀도가 낮은 이유 설명
* 수소, 핵의 최대 0.6% 중량 차지
우리 행성이 형성되었을 때, 처음에는 크게 미분화된 구조였다.
지속적인 충격과 증가하는 질량이 지구를 가열한 후 내부 층이 구별되기 시작했다.
무엇보다도 철과 니켈을 포함한 더 무거운 원소가 지구 중심부로 가라앉았고 규산염과 기타 암석을 형성하는 광물이 지구의 맨틀과 지각을 형성했다. 이론은 그렇다.
하지만 지구의 핵심은 여전히 수수께끼다.
지진 측정 결과 지구의 외부 액체 핵에는 철과 니켈 외에 다른 요소가 포함되어야 한다.
그 밀도는 순수한 금속 합금에 비해 낮다. 어떤 가벼운 요소가 차별화되는 핵에 가라앉아 있는지 논란의 여지가 있다.
수소가 찾고 있는 혼합물에 있을까?
이제 도쿄 대학의 쇼흐 타가와(Shoh Tagawa)가 이끄는 팀의 실험은 이것에 대해 더 많은 것을 밝힐 수 있다. 그들은 우리 지구 핵이 상대적으로 가벼운 이유가 수소 때문인지 조사했다. 연구진은 "수소는 철이 풍부한 지구 핵의 그럴듯한 혼합물 중 하나"라고 말했다.
정상 및 중간 고압에서 이 원소는 철이 아닌 규산염과 결합하는 경향이 있다.
“수소는 우리가 지구 표면에서 알고 있는 온도와 압력에서 철과 결합하지 않는다”고 Tagawa는 말했다. “하지만 우리는 이것이 더 극한 조건에서 다를 수 있는지 궁금했다.”
이를 위해 그들은 철과 수분이 풍부한 규산염을 다이아몬드 스탬프 셀에 30-60GPa 압력으로 넣고 혼합물을 2,800-4,300도까지 가열했다. 타가와는 "그것은 대략 지구의 핵 형성 조건과 일치한다"고 말했다.
높은 압력에서 수소는 금속을 좋아한다
놀라운 결과 :
이러한 극한 조건에서 물에서 방출된 수소는 규산염에 머무르지 않고 주로 용철에 용해되었다. 중량 비율이 5,300~26,000ppm으로 가벼운 요소의 혼합은 예상보다 훨씬 높았다.
대조적으로, 연구원들은 규산염 용융물에서 물 형태의 수소가 90~470ppm에 불과하다는 것을 발견했다.
"이 결과는 지구 핵 형성 과정에서 금속이 규산염에서 분리되는 조건하에서 수소의 강한 친수성(금속을 좋아하는) 성질을 보여준다"고 과학자들은 말했다. "이것은 수소가 지구 핵의 중요한 빛 요소가 될 수 있음을 시사한다.“
수소, 핵의 최대 0.6% 중량 차지
이 실험 데이터를 바탕으로 연구진은 모델을 사용하여 초기 단계에서 얼마나 많은 수소가 지구 내부에 들어갈 수 있었는지 재구성했다. 그들은 먼저 지구 구성의 영향으로 성장하는 젊은 지구에 축적될 수 있는 물의 양을 결정했다.
"그런 추정치와 관련된 많은 불확실성에도 불구하고, 우리는 약 487ppm의 원시 지구 수분 함량을 가정했다"고 팀은 말했다. 실험을 바탕으로 그들은 핵에 도착한 수소의 양을 계산했다.
결과 :
어떤 층화 시나리오가 사용되는지에 따라 지구의 핵은 0.3~0.6 중량 퍼센트의 수소를 포함해야 한다. 그다지 많다고 들리지는 않지만 지진 관측과 잘 맞을 것이다.
연구자들이 쓴 것처럼 그러한 수소의 비율은 지구 외핵에서 측정된 밀도 부족의 30~60%를 설명할 수 있기 때문이다. 그들의 결론은 연구자들이 동위 원소 비교를 기반으로 지구 핵으로 수소가 가라앉는 것을 가정 한 초기 연구에서도 뒷받침된다.
70개 바다를 위한 충분한 수소
동시에 이것은 또한 전 세계 모든 해양의 물을 합친 것보다 약 70배 많은 수소가 지구 핵에 저장된다는 것을 의미한다. 타가와의 동료 케이 히로세(Kei Hirose)는 "이 수소가 그 당시에 물로 표면에 남아 있었다면 지구에는 땅과 생명이 없었을 것이다. 그러면 우리 행성은 순수한 물 행성이 되었을 것이다”고 설명했다.
연구원들에 따르면, 그들의 결과는 우주의 다른 행성과 달에도 영향을 미칠 수 있다.
이 천체가 지구와 유사한 조건에서 형성되고 핵을 형성할 수 있을 만큼 크면 이들 천체 역시 금속 코어에 0.15중량% 이상의 수소를 함유할 수 있기 때문이다.
(Nature Communications, 2021; doi : 10.1038 / s41467-021-22035-0)
출처 : University of Tokyo
* 수소 혼합물은 지구 핵의 밀도가 낮은 이유 설명
* 수소, 핵의 최대 0.6% 중량 차지
지구의 핵은 전체 바다의 70배 넘는 수소를 포함하고 있다.
수소 혼합물, 지구 핵의 밀도가 낮은 이유 설명
숨겨진 저장고 :
지구의 금속 핵은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 수소를 포함하고 있다.
전 세계 모든 해양을 합친 것보다 70배나 많다. 이에 대한 증거는 연구자들이 어린 지구의 층화를 추적한 고압 실험 결과다. 지구 표면에서와 달리 수소가 30GPa(기가 파스칼) 이상의 압력에서 뜨거울 때 철에 우선적으로 결합하고 이를 통해 지구 중심부로 끌어들일 수 있음을 보여주었다.
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| ▲ 70개의 바다을 위한 충분한 수소가 지구의 금속 코어에 숨겨져 있을 수 있다. |
우리 행성이 형성되었을 때, 처음에는 크게 미분화된 구조였다.
지속적인 충격과 증가하는 질량이 지구를 가열한 후 내부 층이 구별되기 시작했다.
무엇보다도 철과 니켈을 포함한 더 무거운 원소가 지구 중심부로 가라앉았고 규산염과 기타 암석을 형성하는 광물이 지구의 맨틀과 지각을 형성했다. 이론은 그렇다.
하지만 지구의 핵심은 여전히 수수께끼다.
지진 측정 결과 지구의 외부 액체 핵에는 철과 니켈 외에 다른 요소가 포함되어야 한다.
그 밀도는 순수한 금속 합금에 비해 낮다. 어떤 가벼운 요소가 차별화되는 핵에 가라앉아 있는지 논란의 여지가 있다.
수소가 찾고 있는 혼합물에 있을까?
이제 도쿄 대학의 쇼흐 타가와(Shoh Tagawa)가 이끄는 팀의 실험은 이것에 대해 더 많은 것을 밝힐 수 있다. 그들은 우리 지구 핵이 상대적으로 가벼운 이유가 수소 때문인지 조사했다. 연구진은 "수소는 철이 풍부한 지구 핵의 그럴듯한 혼합물 중 하나"라고 말했다.
정상 및 중간 고압에서 이 원소는 철이 아닌 규산염과 결합하는 경향이 있다.
“수소는 우리가 지구 표면에서 알고 있는 온도와 압력에서 철과 결합하지 않는다”고 Tagawa는 말했다. “하지만 우리는 이것이 더 극한 조건에서 다를 수 있는지 궁금했다.”
이를 위해 그들은 철과 수분이 풍부한 규산염을 다이아몬드 스탬프 셀에 30-60GPa 압력으로 넣고 혼합물을 2,800-4,300도까지 가열했다. 타가와는 "그것은 대략 지구의 핵 형성 조건과 일치한다"고 말했다.
높은 압력에서 수소는 금속을 좋아한다
놀라운 결과 :
이러한 극한 조건에서 물에서 방출된 수소는 규산염에 머무르지 않고 주로 용철에 용해되었다. 중량 비율이 5,300~26,000ppm으로 가벼운 요소의 혼합은 예상보다 훨씬 높았다.
대조적으로, 연구원들은 규산염 용융물에서 물 형태의 수소가 90~470ppm에 불과하다는 것을 발견했다.
"이 결과는 지구 핵 형성 과정에서 금속이 규산염에서 분리되는 조건하에서 수소의 강한 친수성(금속을 좋아하는) 성질을 보여준다"고 과학자들은 말했다. "이것은 수소가 지구 핵의 중요한 빛 요소가 될 수 있음을 시사한다.“
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| ▲ 고압 실험은 다이아몬드 스탬프 셀의 샘플 챔버에서 수행됐다. © 2021 Hirose et al. |
수소, 핵의 최대 0.6% 중량 차지
이 실험 데이터를 바탕으로 연구진은 모델을 사용하여 초기 단계에서 얼마나 많은 수소가 지구 내부에 들어갈 수 있었는지 재구성했다. 그들은 먼저 지구 구성의 영향으로 성장하는 젊은 지구에 축적될 수 있는 물의 양을 결정했다.
"그런 추정치와 관련된 많은 불확실성에도 불구하고, 우리는 약 487ppm의 원시 지구 수분 함량을 가정했다"고 팀은 말했다. 실험을 바탕으로 그들은 핵에 도착한 수소의 양을 계산했다.
결과 :
어떤 층화 시나리오가 사용되는지에 따라 지구의 핵은 0.3~0.6 중량 퍼센트의 수소를 포함해야 한다. 그다지 많다고 들리지는 않지만 지진 관측과 잘 맞을 것이다.
연구자들이 쓴 것처럼 그러한 수소의 비율은 지구 외핵에서 측정된 밀도 부족의 30~60%를 설명할 수 있기 때문이다. 그들의 결론은 연구자들이 동위 원소 비교를 기반으로 지구 핵으로 수소가 가라앉는 것을 가정 한 초기 연구에서도 뒷받침된다.
70개 바다를 위한 충분한 수소
동시에 이것은 또한 전 세계 모든 해양의 물을 합친 것보다 약 70배 많은 수소가 지구 핵에 저장된다는 것을 의미한다. 타가와의 동료 케이 히로세(Kei Hirose)는 "이 수소가 그 당시에 물로 표면에 남아 있었다면 지구에는 땅과 생명이 없었을 것이다. 그러면 우리 행성은 순수한 물 행성이 되었을 것이다”고 설명했다.
연구원들에 따르면, 그들의 결과는 우주의 다른 행성과 달에도 영향을 미칠 수 있다.
이 천체가 지구와 유사한 조건에서 형성되고 핵을 형성할 수 있을 만큼 크면 이들 천체 역시 금속 코어에 0.15중량% 이상의 수소를 함유할 수 있기 때문이다.
(Nature Communications, 2021; doi : 10.1038 / s41467-021-22035-0)
출처 : University of Tokyo
[더사이언스플러스] 'No Science No future"
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