Het splitsen van water in waterstof en zuurstof is een belangrijk thema in de ontwikkeling van schone, overvloedige energiebron. Een nieuwe studie onder leiding van een internationale onderzoeksgroep onthulde dat wanneer water de ijzeren kern van de aarde ontmoet, de extreem hoge drukken en temperaturen die aan de kern-mantelgrens bestaan, kunnen er natuurlijk voor zorgen dat water zich splitst in waterstof en een supergeoxideerd ijzerdioxide. Zowel de vrijgekomen waterstof als de vastgehouden zuurstof in het dioxide hebben veel verstrekkende implicaties en gevolgen, inclusief het gedrag van de kern-mantelgrens als een enorme waterstofgenerator, de scheiding van de diepe water- en waterstofkringlopen van de aarde, en de ophoping van zuurstofrijke plekken.

Het artikel, gepubliceerd in de Nationale wetenschappelijke recensie , is het resultaat van een internationale samenwerking tussen het Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) in China en Carnegie Institution for Science in Washington, gelijkstroom, en Afdeling Geowetenschappen, Stanford universiteit. Ze voerden experimentele studies bij hoge druk en temperatuur uit en theoretische berekeningen over de reactie tussen water en ijzer en onderzochten de reactieproducten met synchrotron-röntgenbronnen bij de Advanced Photon Source, Argonne Nationaal Laboratorium. Ze observeerden een reeks tussenliggende ijzeroxiden en ijzerhydride, met het eindproduct van waterstof en het nieuwe supergeoxideerde ijzerdioxide.

De auteurs stellen dat, op basis van onze kennis van water in de platen die in het diepe binnenste zinken als gevolg van platentektoniekbeweging, 300 miljoen ton water per jaar zou naar beneden kunnen worden afgevoerd en ijzer in de kern ontmoeten. Dit zou een grote hoeveelheid vrije waterstof kunnen genereren op de kern-mantelgrens 2900 kilometer onder het oppervlak. Zo'n rijke waterstofbron ligt ver buiten ons bereik. Maar om de geochemie van diepe vluchtige stoffen te begrijpen, moet de terugkeer van waterstof naar het oppervlak worden bestudeerd als vrije waterstof, als koolstofhydriden door reacties met koolstof, als hydriden door reactie met stikstof, zwavel, en halogenen, of als water na recombinatie met zuurstof op weg naar boven.

Verder, de auteurs wijzen erop dat een continue accumulatie van supergeoxideerd ijzerdioxide aan de kern-mantelgrens gedurende de geschiedenis van de aarde aanzienlijke domeinen kan creëren die detecteerbaar zijn door seismische sondes. Dergelijke domeinen kunnen voor onbepaalde tijd op de kern-mantelgrens blijven zonder verstoring. Echter, ze zijn niet op hun plaats in termen van hun sterk geoxideerde chemie in de gereduceerde omgeving nabij de ijzeren kern. Bij oververhitting van de kern, er kan een enorme hoeveelheid zuurstof vrijkomen en naar de oppervlakte uitbarsten, veroorzaakte een kolossale episode zoals de Grote Oxidatie Gebeurtenis 2,4 miljard jaar geleden, die zuurstof in de atmosfeer pompte en aërobe leven mogelijk maakte.

"Deze nieuw ontdekte watersplitsingsreactie in het midden van de aarde beïnvloedt de geochemie van de atmosfeer tot het diepe binnenste, " zei de hoofdauteur Ho-kwang Mao. "Veel eerdere theorieën moeten nu opnieuw worden onderzocht."