Experimenten met hoge temperatuur en hoge druk met een diamanten aambeeld en chemicaliën om de kern van de jonge aarde te simuleren, tonen voor het eerst aan dat waterstof onder extreme omstandigheden sterk kan binden met ijzer. Dit verklaart de aanwezigheid van aanzienlijke hoeveelheden waterstof in de kern van de aarde die miljarden jaren geleden als water uit bombardementen is aangekomen.

Gezien de extreme diepten, betrokken temperaturen en drukken, we zijn fysiek niet in staat om direct heel ver de aarde in te tasten. Dus, om diep in de aarde te kijken, onderzoekers gebruiken technieken met seismische gegevens om zaken als samenstelling en dichtheid van ondergronds materiaal vast te stellen. Wat opvalt zolang dit soort metingen plaatsvinden, is dat de kern voornamelijk van ijzer is, maar zijn dichtheid, in het bijzonder dat van het vloeibare deel, lager is dan verwacht.

Dit bracht onderzoekers ertoe te geloven dat er naast het ijzer een overvloed aan lichte elementen moet zijn. Voor de eerste keer, onderzoekers hebben het gedrag van water onderzocht in laboratoriumexperimenten met metallische ijzer- en silicaatverbindingen die de metaal-silicaat (kern-mantel) reacties tijdens de vorming van de aarde nauwkeurig simuleren. Ze ontdekten dat wanneer water ijzer ontmoet, het grootste deel van de waterstof lost op in het metaal, terwijl de zuurstof reageert met ijzer en in de silicaatmaterialen terechtkomt.

"Bij de temperaturen en drukken die we aan het oppervlak gewend zijn, waterstof bindt niet met ijzer, maar we vroegen ons af of het mogelijk was onder extremere omstandigheden, " zei Shoh Tagawa, een doctoraat student aan de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen aan de Universiteit van Tokyo tijdens de studie. "Zulke extreme temperaturen en drukken zijn niet gemakkelijk te reproduceren, en de beste manier om ze in het laboratorium te bereiken, was door een aambeeld van diamant te gebruiken. Dit kan drukken van 30-60 gigapascal geven bij temperaturen van 3, 100-4, 600 Kelvin. Dit is een goede simulatie van de vorming van de kern van de aarde."

Het team, onder professor Kei Hirose, gebruikte metaal en waterhoudend silicaat analoog aan die gevonden in de kern en mantel van de aarde, respectievelijk, en comprimeerde ze in het diamanten aambeeld terwijl het monster tegelijkertijd werd verwarmd met een laser. Om te zien wat er in de steekproef gebeurde, ze gebruikten beeldvorming met hoge resolutie met een techniek die secundaire ionenmassaspectroscopie wordt genoemd. Hierdoor konden ze hun hypothese bevestigen dat waterstofbruggen met ijzer, wat het schijnbare gebrek aan oceaanwater verklaart. Van waterstof wordt gezegd dat het ijzerminnend is, of siderofiel.

"Deze bevinding stelt ons in staat om iets te onderzoeken dat ons op een vrij diepgaande manier beïnvloedt, " zei Hirose. "Dat waterstof onder hoge druk siderofiel is, vertelt ons dat veel van het water dat tijdens massale bombardementen naar de aarde kwam tijdens de vorming ervan vandaag de dag in de kern zou kunnen zijn als waterstof. We schatten dat er daar beneden wel 70 oceanen aan waterstof zijn opgesloten. Was dit als water aan de oppervlakte gebleven, de aarde heeft misschien nooit land gekend, en het leven zoals we het kennen, zou nooit zijn geëvolueerd."