La scissione dell'acqua in idrogeno e ossigeno è un tema importante nello sviluppo di soluzioni pulite, abbondante fonte di energia. Un nuovo studio condotto da un gruppo di ricerca internazionale ha rivelato che quando l'acqua incontra il nucleo di ferro della Terra, le pressioni e le temperature estremamente elevate esistenti al confine nucleo-mantello possono naturalmente causare la scissione dell'acqua in idrogeno e biossido di ferro super ossidato. Sia l'idrogeno rilasciato che l'ossigeno trattenuto nel biossido hanno molte implicazioni e conseguenze di vasta portata, compresi i comportamenti del confine nucleo-mantello come un enorme generatore di idrogeno, la separazione dei cicli dell'acqua e dell'idrogeno della Terra profonda, e l'accumulo di cerotti ricchi di ossigeno.

L'articolo, pubblicato in Rassegna scientifica nazionale , è il risultato di una collaborazione internazionale tra il Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) in Cina e Carnegie Institution for Science a Washington, DC, e Dipartimento di Geoscienze, Università di Stanford. Hanno condotto studi sperimentali ad alta pressione-temperatura e calcoli teorici sulla reazione tra acqua e ferro e hanno sondato i prodotti di reazione con sorgenti di raggi X di sincrotrone presso l'Advanced Photon Source, Laboratorio Nazionale Argonne. Hanno osservato una serie di ossidi di ferro di composizione intermedia e idruro di ferro, con il prodotto finale di idrogeno e il nuovo biossido di ferro super ossidato.

Gli autori sostengono che, basato sulla nostra conoscenza dell'acqua nelle lastre che subduce nell'interno profondo a causa del movimento tettonico delle placche, 300 milioni di tonnellate di acqua all'anno potrebbero essere portate giù e incontrare il ferro nel nucleo. Questo potrebbe generare una grande quantità di idrogeno libero al confine nucleo-mantello a 2900 chilometri sotto la superficie. Una fonte di idrogeno così ricca è ben oltre la nostra portata. Ma comprendere la geochimica dei volatili profondi comporterà lo studio del ritorno dell'idrogeno in superficie come idrogeno libero, come idruri di carbonio attraverso reazioni con il carbonio, come idruri per reazione con azoto, zolfo, e alogeni, o come acqua dopo essersi ricombinata con l'ossigeno durante la salita.

Per di più, gli autori sottolineano che l'accumulo continuo di biossido di ferro superossidato al confine nucleo-mantello nel corso della storia della Terra può creare domini considerevoli rilevabili dalle sonde sismiche. Tali domini possono rimanere al confine nucleo-mantello indefinitamente senza disturbo. Però, sono fuori luogo in termini di chimica altamente ossidata nell'ambiente ridotto vicino al nucleo di ferro. In caso di surriscaldamento del nucleo, una quantità enorme di ossigeno potrebbe essere rilasciata ed eruttare in superficie, causando un episodio colossale come il Grande Evento di Ossidazione 2,4 miliardi di anni fa, che pompava ossigeno nell'atmosfera e consentiva lo sviluppo della vita aerobica.

"Questa reazione di scissione dell'acqua scoperta di recente nella Terra di mezzo influenza la geochimica dall'atmosfera all'interno profondo, " ha detto l'autore principale Ho-kwang Mao. "Molte teorie precedenti devono essere riesaminate ora".