Вчені виявили точку на Землі, де можуть бути заховані легкі елементи, які планета втратила.

Здається, що наша планета переживає нестачу деяких елементів, і дослідники вважають, що їм врешті-решт вдалося розкрити таємницю їх потенційного розташування.

Протягом майже ста років геофізики намагаються розгадати одну важливу загадку: куди поділися легкі елементи нашої планети? Справа в тому, що в порівнянні з кількістю елементів, які можна знайти на Сонці та в деяких метеоритах, на Землі відзначається значний дефіцит водню, вуглецю, азоту та сірки. Натомість, ми спостерігаємо надмірну присутність благородних газів, таких як гелій. У деяких випадках вміст цих легких елементів зменшується більш ніж на 99%, як зазначає Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами вчених, частина цієї невідповідності пояснюється втратами в Сонячній системі в процесі формування нашої планети. Але дослідники давно підозрювали, що відбувається і щось іще.

Нещодавно група вчених повідомила про можливе пояснення: ці елементи можуть ховатися глибоко у твердому внутрішньому ядрі нашої планети. За надвисокого тиску -- 360 гігапаскалів, що в 3,6 мільйона разів перевищує атмосферний тиск, -- залізо там поводиться дивно, перетворюючись на електрид: маловідому форму металу, здатну поглинати легші елементи.

За інформацією співавтора дослідження, теоретичного фізика з Центру передових досліджень у сфері науки та технологій високого тиску в Шанхаї Дака Янг Кіма, процес поглинання цих легких елементів міг відбуватися поступово протягом кількох мільярдів років, і можливо, триває й сьогодні.

Вважається, що це може пояснити, чому поширення сейсмічних хвиль через Землю свідчить про те, що щільність внутрішнього ядра на 5-8% нижча, ніж передбачалося, якби воно складалося виключно з металевих компонентів.

Електриди в даний час переживають свій розквіт: вони не лише здатні розкрити таємниці планетарних процесів, але й можуть бути отримані за умов кімнатної температури та тиску з численних елементів. Завдяки наявності джерела реактивних електронів, які легко передаються іншим молекулам, електриди виступають у ролі ідеальних каталізаторів і агентів, що сприяють здійсненню складних реакцій.

Наприклад, один з електридів уже використовується для каталізу виробництва аміаку -- ключового компонента добрив. Японські розробники стверджують, що цей процес споживає на 20% менше енергії, ніж традиційне виробництво. Тим часом хіміки відкривають нові електриди, які можуть призвести до дешевших і екологічніших методів виробництва фармацевтичних препаратів. Тепер учені прагнуть знайти більше таких цікавих матеріалів і зрозуміти хімічні правила, що керують утворенням.

Багато твердих матеріалів утворені з організованих атомних решіток, проте електриди мають свої особливості. У їхніх структурах присутні мініатюрні порожнини, де електрони можуть розміщуватись автономно.

Зовнішні електрони електридів вже не обертаються навколо конкретних атомів, але й не мають можливості вільно переміщуватися. Натомість вони затримуються в просторах між атомами, які називаються неядерними атракторами, надаючи матеріалам свої особливі характеристики. На думку науковців, у випадку заліза, що знаходиться в земному ядрі, негативно заряджені електрони стабілізують легші елементи в неядерних атракторах, що виникають під надзвичайно високим тиском, який у 3000 разів перевищує тиск на дні найглибших океанів. Вважається, що ці елементи проникають у метал, що пояснює їхню відсутність.

Першим металом, у якому було зафіксовано утворення електриду під високим тиском, став натрій, про що стало відомо ще в 2009 році. Згідно з відомостями хіміка-теоретика Стефано Рачіоппі з Кембридзького університету у Великобританії, за тиску 200 гігапаскалів натрій змінює свої властивості: він перетворюється з блискучого металу, здатного відбивати світло та проводити електрику, на прозорий, склоподібний матеріал, який виступає в ролі ізолятора. Це відкриття викликало велику здивованість у науковому середовищі.

За словами авторів дослідження, електриди також є ідеальними кандидатами на роль каталізаторів -- речовин, здатних прискорювати та знижувати енергію, необхідну для хімічної реакції. За останнє десятиліття вченим вдалося виявити кілька таких стабільних електридів, виготовлених із неорганічних сполук або органічних молекул, що містять атоми металів. Одним із найбільш значущих сьогодні вважається майєніт, виявлений 2003 року.

Майєніт -- це оксид алюмінату кальцію, що утворює кристали з дуже дрібними порами, відомими як клітини, які містять іони кисню. Якщо на нього пропустити пари металу кальцію або титану при високій температурі, він видалить кисень, залишивши тільки електрони, захоплені в цих місцях -- електрид.

Зазначимо, що на відміну від металевих електродів, що утворюються за високого тиску і переходять із провідників в ізолятори, майєніт від початку є ізолятором. Він також стає чудовим каталізатором, здатним віддавати електрони, щоб сприяти утворенню і розриву зв'язків у реакціях.

Незважаючи на те, що список електридів постійно розширюється, існує чимало нерозгаданих таємниць, пов'язаних із цими речовинами. Одне з ключових питань полягає в тому, чи є електрид у внутрішньому ядрі Землі. У недавньому дослідженні команда науковців на чолі з Кімом застосувала моделювання решітки заліза, щоб виявити можливі свідчення наявності неядерних атракторних ділянок. Однак їхня інтерпретація отриманих результатів викликає певні суперечки.

Нагадаємо, ми вже повідомляли про те, що в центрі Землі знаходиться елемент, який не належить до нашої планети: такі висновки зробили вчені-фізики.