氢是如何进入原始地球的?

Question

背景

我读了(我所能理解的)这篇文章，作者Yuan和Steinle-Neumann“…使用先进的量子力学模拟硅酸盐和金属熔体，显示在高压和高温下，氢越来越多地融入到硅酸盐金属中，这是地核形成的条件。因此，在地核中氢的丰度很高。[…地球早期的吸积事件，特别是岩浆海洋的形成，对地球的化学演化和热演化有很大的影响。在岩浆海洋阶段，金属从硅酸盐中分离形成核，从地幔中除去了铁和镍以外的元素[…]。作为这一过程的结果，H、C、O和Si等轻元素进入了内核。”这篇文章接着提出了一个模型，解释了地球表面的轻元素如何最终被运输到核心，留下一个主要是硅酸盐的地壳，其中轻元素和金属主要被运输到核心:轻元素在高压下与铁形成弱键，并与铁在重力作用下分选。“我们发现，在低压(20 GPa和2500 K)下，氢是弱亲铁试剂，并随着压力的增加而变得更强，这表明氢在核心分离过程中大量被输送到核心，并在那里稳定。”

问题

在行星吸积盘的近真空中扩散的氢最初是如何发现自己被化学或引力束缚在形成中的地球上的?

据我所知，融入核心的机制需要极端的压力和温度——这很好地解释了它是如何从熔融表面深处到达核心的，但似乎不适合行星的形成。为什么被原始地球带走的氢没有像进入地球时一样迅速地从上层大气中蒸发掉，而永远不会在足够的压力下与铁形成化学结合?

在我看来，氢的中间化学键转变成不易挥发的形式可以解释这一点。我在其他地方读到过，地球上的水在吸积过程中被冲走的很少，但也许硅烷和烷烃或其他富氢化合物可能在吸积盘中形成，被冲走，然后在吸积行星的极端环境中被分解并与其他化学物质重新结合。或者在原地球的大气或表面可能有足够多的自由硅、C和其他对氢有亲和力的化学物质与氢结合，然后在对流到更高的温度和压力时分解。我的化学知识很薄弱，所以我不知道这两种解释是否合理。

Answer 1

你分享的文章并没有假设核心中的氢来自于原太阳星云中的氢。
事实上，它忽略了所有关于行星形成的现代文献，只是引用了实验室实验和分子动力学模拟关于富硅富氧相和富铁相之间氢分配的主题。在他们的设想中，氢被假定来自地幔中的水，正如你在图1中看到的，一开始几乎没有。
因此，他们假设的氢的数量通常与地幔的低氢(相对于太阳)初始条件一致:如果我们看看我们必须从原太阳星云开始的地方，我们会落在富氢的地方$\rm [H/O]\约2\times10^{3}$(通常取自太阳大气作为代理)。
然而，在他们的模拟中，他们从一个阶段的“岩石”成分开始，即某处的橄榄石类型岩石$\rm Fe_x Mg_{1-x}Si_yO_z$本质上是纯铁的另一相。它们有12个H原子扩散到377个原子周围，因此在模拟域中总H含量为3%。我猜，他们引用的富金属相中1%的抽象结果并不那么令人兴奋吧?

但让我们在这里包含一个关键的结果，氢与氧的比例当然会与原太阳星云有很大的不同，也就是说。[12/100] \ sim1美元%，这个较低的数字与你可能预期的原太阳值相比，来自于对岩石初始含水量的假设。
注意，我在这里比较的是原子序数，其中的1%是重量百分比。

如果你感兴趣，我可以补充一些讨论，关于在吸积过程中挥发物是如何到达地球的，但这将在接下来的几天发生。