Ученых всегда волновал вопрос, откуда Земля получает свое внутренне тепло. Узнав источники этого тепла, они попытались выяснить, какой же из них главный. Как недавно выяснили в своем исследовании японские и американские специалисты, примерно половину тепла Земля получает от ядерного распада элементов в недрах земной коры и столько же хранит с момента своего образования.
Ученые под руководством доктора Итару Шимицу (Itaru Shimizu) из Университета Тохоку в Сендае при помощи нейтринного детектора вычислили количество тепла, которое выделяется из недр Земли в результате распада радиоактивных элементов. «Этот процесс дает примерно 50% от общего количества тепла, которое выделяет наша планета, а это – примерно 44 тераватт. Остальное тепло Земля получила еще в момент своего образования, то есть 4,5 миллиарда лет назад», -- пишут авторы исследования. Так, по их расчетам, в результате ядерного распада урана-238, тория-232 и калия-40 выделяется тепло, энергия которого составляет 24 тераватт.
Поймать нейтрино
Свои исследования Шимицу и его коллеги проводили в рамках крупного проекта KamLAND Collaboration по измерению потоков нейтрино в недрах Земли. С марта 2002 года по ноябрь 2009 года потоки фиксировал специальный детектор, расположенный на километровой глубине в шахте Камиока, в толще горы Икенояма на острове Хонсю. За это время ученые уловили 841 нейтрино. Как объясняет Шимицу, нейтрино – это особые элементарные частицы, которые не имеют массы покоя и электрического заряда, они не способны отрывать электроны от атома и расщеплять ядра. Нейтрино практически не взаимодействует с веществом, поэтому проходят сквозь толщу земной коры никак не видоизменяясь.
Из 841 частицы, которую уловили ученые, почти половина поступала от атомных станций и радиоактивных отходов. Источником еще 245 частиц стали космические лучи, пронизывающие Землю. Остальные 111 частиц, говорит Шимицу, – как раз и образовались в результате ядерного распада урана, тория и калия, и именно они дают 24 тераватт тепла.
Остывание Земли
Эту величину очень важно было вычислить по многим причинам, говорят авторы исследования. Поскольку распад радиоактивных элементов происходит с определенной скоростью, по тому количеству тепла, которое сейчас выделяет Земля, можно узнать, сколько тепла она теряла раньше и с какой скоростью продолжит остывать.
По словам одного из авторов исследования Дейвида Стивенсона из Калифорнийского Технологического Института в Пасадене, их данные также позволяют рассчитать, как будет происходить движение литосферных плит, то есть, как будет меняться расположение материков и очертания океанов. «Движение литосферных плит во многом зависит от количества внутреннего тепла Земли. С количеством этого тепла связана и вулканическая активность», -- говорит Стивенсон.
По его словам, сейчас наша планета остывает приблизительно со скоростью 100 градусов на каждый миллиард лет. Остывание Земли происходит из-за того, что со временем уменьшается количество тепла, которое образуется в результате распада радиоактивных элементов в ее недрах, постепенно рассеивается и тепло, которое Земля хранит с момента своего образования. Так, считает Стивенсон, вероятнее всего, через несколько миллиардов лет, когда затухающие лучи умирающего солнца уже не смогут согревать Землю, внутреннее тепло нашей планеты точно так же иссякнет, и она превратится в холодное и замерзшее небесное тело.
О том, как ученым удалось поймать нейтринные потоки и подсчитать, сколько тепла образуется в результате ядерного распада элементов в земной коре, можно прочитать в последнем номере журнала Nature Geoscience.
