Zemské jádro je plné unikátního superionického vodíku, který pohání magnetické pole Země

Země se podobá vrstvené struktuře, kde každá vrstva směrem k jádru má odlišné složení a zvyšuje se v ní tlak i teplota. Zatímco povrch Měsíce nebo nejhlubší oceánské propasti navštívilo jen několik desítek lidí, zemské jádro zůstává pro lidstvo neprobádaným, extrémním prostředím.

Země se podobá vrstvené struktuře, kde každá vrstva směrem k jádru má odlišné složení a zvyšuje se v ní tlak i teplota. Zatímco povrch Měsíce nebo nejhlubší oceánské propasti navštívilo jen několik desítek lidí, zemské jádro zůstává pro lidstvo neprobádaným, extrémním prostředím. Nedávná studie se zaměřila na jeden z nejzáhadnějších materiálů v těchto hlubinách: superionický vodík, neobyčejnou formu vodíku, která se chová jako kapalina a zároveň vede elektrický proud.

Vědci zjistili, že tento superionický vodík by mohl být v zemském jádře hojně zastoupen, přestože se nikde jinde na Zemi nevyskytuje. Pro lepší pochopení této neobvyklé formy prvku a jeho termodynamiky modelovali tři typy superionického vodíku, včetně dvou typů slitin železa a vodíku. Tyto slitiny zahrnují vodík proudící krystalickými mřížkami železa uspořádanými buď v hexagonální těsně uspořádané (HCP) nebo prostorově centrované kubické (BCC) formě.

Výpočty ukázaly, že fáze BCC superionického vodíku má vyšší volnou energii, je tedy méně stabilní a reaktivnější než fáze HCP. Naopak fáze HCP vykazuje větší termodynamickou stabilitu. Modelování naznačuje, že k posunu stability může dojít za extrémnějších podmínek, kdy by se fáze BCC mohla stát stabilnější než HCP, pokud teplota překročí 6 100 stupňů Celsia a obsah vodíku přesáhne 20 % při tlaku 3,6 milionu atmosfér. Tyto podmínky jsou však natolik extrémní, že by mohly materiál roztavit do železné břečky, což naznačuje, že struktura HCP je pravděpodobnější vnitřnímu jádru Země.

Výzkum také odhalil, že ve vnitřním jádře existuje radiální koncentrační gradient vodíku, kdy jeho složení prudce klesá směrem ke středu. Tento gradient může pohánět superionický vodík k hranici vnitřního jádra, kde ztrácí svůj superionický status a znovu se rozděluje do kapalné směsi, aby obohatil vnější jádro. Tento proces, spolu s krystalizací vnitřního jádra, přispívá k chemickému vztlaku, který je důležitým zdrojem energie pohánějící geodynamo – mechanismus generující magnetické pole Země. Další výzkum bude zahrnovat i jiné lehké prvky, jako je kyslík a uhlík, pro komplexnější pochopení složení, dynamiky a vývoje jádra. Celkově se zdá, že rozdělení různých typů vodíku v jádře je primárně řízeno teplotou, nikoli tlakem.