آیا ممکن است بزرگترین ذخیره آب زمین نه در اقیانوسها، بلکه در اعماق هسته فلزی سیاره پنهان باشد؟
پژوهش فوریه ۲۰۲۶ در Nature Communications نشان میدهد هسته زمین حاوی مقادیر قابلتوجهی هیدروژن است که اگر با اکسیژن واکنش دهد، میتواند معادل ۹ تا ۴۵ برابر حجم اقیانوسهای زمین آب تولید کند. این کشف، درک ما از چرخه عمیق آب و منشأ آب زمین را تغییر میدهد. هیدروژن میتواند به مرور به گوشته نفوذ کرده، آب تولید کند و فعالیتهای آتشفشانی و تولید ماگما را تقویت کند و چشمانداز تازهای از ساختار داخلی زمین و ذخایر پنهان آب ارائه دهد.
چنین پژوهشهای نوآورانه در چارچوب رویکرد علمی «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» در حوزه علومپایه همواره مورد حمایت قرار میگیرند و جشنواره همواره به دنبال پشتیبانی از ایدهها و یافتههای تازه است.
هیدروژن در هسته زمین: آیا منبع پنهان آب سیاره ماست؟
وقتی درباره آب زمین صحبت میکنیم، معمولاً ذهن به اقیانوسها، دریاها و یخچالهای طبیعی میرود، اما این آب سطحی تنها بخش کوچکی از چرخه عمیق آب سیاره است. دانشمندان با بهرهگیری از روشها و پژوهشهای علومپایه، سالها بررسی کردهاند که آیا در لایههای عمیق زمین، بهویژه هسته، عناصری مانند هیدروژن وجود دارند که در شرایط مناسب بتوانند آب تولید کنند. پژوهش جدید نشان میدهد پاسخ مثبت است و هسته زمین ممکن است بخشی از ذخایر پنهان آب سیاره را در خود نگه دارد.
هیدروژن در هسته زمین: فراتر از آهن و نیکل
در گذشته تصور میشد هسته زمین تقریباً از آهن و نیکل تشکیل شده باشد، اما مطالعات ژئوفیزیکی پیشرفته نشان میدهد عناصر سبکتری نیز حضور دارند. این عناصر شامل سیلیکون، اکسیژن، گوگرد و احتمالاً هیدروژن در هسته زمین هستند. سؤال اصلی این است: دقیقاً چه میزان هیدروژن در هسته زمین وجود دارد؟ پاسخ دادن به این پرسش دشوار است، زیرا فشار و دمای شدید هسته باعث میشود اندازهگیری و تخمین دقیق ذخایر هیدروژن در هسته بسیار چالشبرانگیز باشد.
محدودیت روشهای قدیمی در اندازهگیری هیدروژن
برآوردهای قدیمی از هیدروژن در هسته زمین معمولاً غیرمستقیم بودند. پژوهشگران هیدروژن را به آهن اضافه میکردند و تغییرات حجمی را اندازه میگرفتند تا میزان جذب هیدروژن را تخمین بزنند، روشی که خطای زیادی داشت و شرایط واقعی هسته زمین را به طور کامل بازسازی نمیکرد.
در همین راستا، «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» با رویکرد علمی خود در علومپایه، فضایی فراهم میکند تا پژوهشگران روشهای تازه و ایدههای خلاقانه خود را پی بگیرند.
روش جدید شبیهسازی هسته زمین چگونه انجام شد؟
در مطالعه جدید، تیم تحقیقاتی خردههای آهن را در مادهای شیشهای حاوی هیدروژن قرار داد و میان دو الماس فشار داد تا شرایط اعماق زمین شبیهسازی شود. سپس با تاباندن لیزر، دما تا ۴۸۲۶ درجه سانتیگراد رسید، نزدیک به شرایط اولیه شکلگیری هسته. در این وضعیت، مواد ذوب شدند و تودههایی از آهن با سیلیکون، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شد؛ محیطی شبیه زمین جوان با اقیانوس ماگما.
پس از سرد شدن، پژوهشگران توزیع عناصر را بررسی کردند و شواهد مستقیم از حضور هیدروژن در هسته زمین به دست آوردند. این روش دقیق، اهمیت هیدروژن برای چرخه عمیق آب و فعالیتهای زمینشناسی را روشن میکند و نشان میدهد ذخایر پنهان آب هسته چقدر میتوانند قابل توجه باشند.
نسبت یکبهیک سیلیکون و هیدروژن در هسته زمین
پس از سرد کردن سریع نمونهها، پژوهشگران با بهرهگیری از روشهای علومپایه، بهویژه شیمی، فیزیک و متالورژی، توزیع عناصر را بررسی کردند و دریافتند سیلیکون و هیدروژن در هسته زمین در ساختارهای خاصی متمرکز شدهاند و نسبت اتمی آنها تقریباً یک به یک است. این یافته اهمیت زیادی دارد، زیرا تحقیقات پیشین نشان میداد هسته زمین بین ۲ تا ۱۰ درصد وزنی سیلیکون دارد و بنابراین میتوان مقدار هیدروژن را تخمین زد. نتایج نشان میدهد ۰٫۰۷ تا ۰٫۳۶ درصد وزن هسته از هیدروژن تشکیل شده است. اگرچه این عدد کوچک به نظر میرسد، با توجه به جرم عظیم هسته، معادل دهها اقیانوس آب است و اهمیت ذخایر پنهان هیدروژن در چرخه عمیق آب زمین را نشان میدهد.
جدول برآورد میزان هیدروژن در هسته زمین
| پارامتر | مقدار تخمینی |
| درصد وزنی هیدروژن در هسته | ۰٫۰۷ تا ۰٫۳۶ درصد |
| درصد وزنی سیلیکون در هسته | ۲ تا ۱۰ درصد |
| معادل حجمی آب احتمالی | ۹ تا ۴۵ اقیانوس زمین |
| منبع علمی | Nature Communications (2026) |
چگونه هیدروژن در هسته زمین به آب تبدیل میشود
هیدروژن موجود در هسته زمین به صورت آب مایع نیست، زیرا فشار فوقالعاده بالا اجازه تشکیل مولکولهای پایدار H₂O را نمیدهد. اما اگر این ذخایر هیدروژن در هسته زمین به مرور به سمت گوشته حرکت کنند، با اکسیژن فراوان موجود در آن واکنش میدهند و آب تشکیل میشود. از آنجا که اکسیژن یکی از فراوانترین عناصر گوشته است، این واکنش کاملاً امکانپذیر است و نشان میدهد چگونه چرخه عمیق آب زمین میتواند با ذخایر هیدروژن هسته مرتبط باشد.
چگونه آب عمیق هسته زمین فعالیتهای آتشفشانی را تحریک میکند؟
آب در ساختار سنگهای گوشته نقش کلیدی دارد و حضور آن باعث کاهش دمای ذوب سنگها میشود؛ به عبارت ساده، سنگهای مرطوب راحتتر ذوب میشوند. اگر بخشی از هیدروژن در هسته زمین به آب تبدیل شود، میتواند تولید ماگما را افزایش دهد و فعالیتهای آتشفشانی سطح زمین را تقویت کند. این پدیده بخشی از چرخه عمیق آب است، مفهومی که گردش آب بین هسته، گوشته و پوسته زمین را بررسی میکند و اهمیت ذخایر پنهان هیدروژن و آب را در فعالیتهای زمینشناسی برجسته میکند. چنین درک علمی، حاصل تحقیقات علومپایه در حوزههای زمینشناسی، شیمی و فیزیک است که امکان تحلیل دقیق رفتار آب در ساختارهای عمیق زمین را فراهم میآورد.
تأثیر کشف هیدروژن هسته زمین بر منشأ آب سیاره ما
برای سالها، نظریه غالب این بود که آب زمین عمدتاً از برخورد شهابسنگها و دنبالهدارهای یخی به زمین اولیه منتقل شده است. اما اگر زمین از ابتدا مقدار قابل توجهی هیدروژن در هسته زمین ذخیره کرده باشد، بخشی از آب میتواند منشأ درونی داشته باشد. این دیدگاه تازه نه تنها مدلهای شکلگیری زمین را بازتعریف میکند، بلکه میتواند برای دیگر سیارات سنگی مانند مریخ و زهره نیز اهمیت داشته باشد؛ شاید آنها نیز دارای ذخایر پنهان هیدروژن در هسته خود باشند که چرخه آب درونی را فعال نگه میدارد.
آیا نتایج پژوهش هیدروژن در هسته زمین قطعی است؟
گرچه روش این پژوهش نسبت به مطالعات قبلی دقیقتر بوده است، اما همچنان مبتنی بر شبیهسازی آزمایشگاهی است. شرایط واقعی در عمق هزاران کیلومتری زمین پیچیدهتر از آن چیزی است که در آزمایشگاه بازسازی میشود. با این حال، این مطالعه یکی از مستقیمترین شواهد موجود از ذخایر هیدروژن در هسته زمین را ارائه میدهد و مسیر پژوهشهای آینده درباره نقش این هیدروژن و چرخه عمیق آب زمین را روشن میکند.
«هیدروژن هسته زمین و ذخایر پنهان آب: جمعبندی یافتهها»
اگر این نتایج تأیید شوند، باید پذیرفت که ساختار داخلی زمین بسیار پیچیدهتر از تصور پیشین ماست. وجود هیدروژن در هسته زمین میتواند نقش مهمی در چرخه عمیق آب، تولید ماگما و حتی پایداری بلندمدت اقیانوسهای سطحی داشته باشد. این کشف علمی نشان میدهد که داستان آب زمین هنوز کامل نوشته نشده است و بخشی از پاسخ نه تنها در برخوردهای کیهانی، بلکه در اعماق تاریک و داغ ذخایر پنهان هیدروژن در هسته زمین نهفته است.
این نتایج با اهداف و رویکرد علمی «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» همسو هستند و نشان میدهند که تمرکز بر علومپایه، کلید فهم سازوکارهای عمیق زمین است.
منبع: Science News
