Theo Live Science, một nghiên cứu quốc tế vừa giải đáp được câu đố thế kỷ về sự "mất tích" của các nguyên tố nhẹ của Trái Đất, khi mô tả về một trạng thái kỳ lạ của sắt ở lõi hành tinh: Electride.
So với Mặt Trời hay các thiên thạch sơ khai - đại diện cho vật liệu cấu thành các hành tinh trong Thái Dương hệ - Trái Đất bị thiếu hụt nghiêm trọng các nguyên tố nhẹ.
Sự bất thường về thành phần của Trái Đất có thể được giải thích bởi trạng thái kỳ lạ của sắt ở lõi - Ảnh: AlexLMX/iStock
Gần đây, manh mối đã được hé lộ khi các nhà địa vật lý tính toán khối lượng và thể tích lõi Trái Đất.
Họ nhận ra rằng nếu lõi chỉ làm từ sắt và niken nguyên chất, nó phải nặng và đặc hơn thực tế hiện tại. Theo các mô hình, lõi của hành tinh hiện nhẹ hơn 5-8% so với khối lượng mà đáng lẽ nó phải sở hữu.
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã tạo nên một mô phỏng máy tính dựa trên các quy tắc của lý thuyết lượng tử và thí nghiệm ép kim loại dưới áp suất cực cao bằng đe kim cương.
Kết quả cho thấy ở áp suất khổng lồ lên tới 360 gigapascal, các electron của sắt thay vì di chuyển tự do đã bị ép vào những hốc nhỏ giữa các nguyên tử, biến sắt thành một electride.
Đó là một trạng thái đặc biệt của sắt, trong đó nguyên tử sắt đã xuất hiện các vị trí tích điện âm cực mạnh, đóng vai trò như những "chiếc bẫy" giữ chặt các nguyên tử nhẹ như hydro, carbon và nitơ.
Điều này không chỉ giải mã sự thiếu hụt khối lượng của lõi mà còn giải thích tại sao Trái Đất lại "mất tích" hơn 99% các nguyên tố nhẹ so với thành phần của Mặt Trời hay các thiên thạch sơ khai.
Phát hiện về electride còn mở ra một cuộc cách mạng trong công nghệ vật liệu. Tại Nhật Bản và Brazil, các nhà khoa học đã ứng dụng loại vật liệu này để tạo ra chất xúc tác mới trong sản xuất amoniac, giúp tiết kiệm 20% năng lượng và giảm đáng kể lượng khí thải CO₂ so với phương pháp truyền thống.
Đặc tính dễ dàng hiến tặng electron của electride giúp phá vỡ các liên kết hóa học bền vững một cách hiệu quả, hứa hẹn trở thành chìa khóa cho các quy trình sản xuất dược phẩm và nhiên liệu xanh trong tương lai.
