Половину тепла обеспечивают радиоактивные реакции в недрах нашей планеты
Наша матушка-Земля не просто дышит — это дыхание еще и горячее! Примерно половину земного тепла обеспечивают радиоактивные реакции, происходящие в недрах нашей планеты. Экспериментально уточнить эту теорию удалось сотрудникам Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) совместно с физиками МГУ, Курчатовского института и МИФИ, работающим в составе международной группы ученых на нейтринном детекторе Борексино (Borexino) в Италии. Они сделали это, регистрируя геонейтрино — так называемые «частицы-призраки», которые выделяются в мантии и литосфере.
Тепловые потоки, идущие из Земли, оказывают влияние на интенсивность магнитного поля планеты, непрекращающуюся вулканическую активность, движение тектонических плит. В течение последних 200 лет у ученых не было более-менее точного ответа на вопрос: что же стоит за происхождением этого тепла? Только в начале XX века стало понятно, что значительный вклад в полное тепловыделение (кроме того, что у нашей планеты имеется так называемое изначальное тепло, оставшееся еще со времени ее образования) может вносить и радиоактивность — процесс распада элементов урана, тория и калия в недрах Земли.
Теоретики предсказывали, что доля радиоактивности Земли может составлять примерно половину от общего ее теплового потока, но экспериментально это не было доказано.
Сделать это удалось благодаря 10-летней работе группы ученых на нейтринном детекторе Borexino, который построен в тоннеле под горным массивом Гран-Сассо в Центральной Италии.
— Нейтрино, или «частицы-призраки» по определению фантаста и популяризатора науки Айзека Азимова, крайне неохотно взаимодействуют с веществом, что делает их регистрацию очень трудным делом, — поясняет руководитель группы Borexino в ЛЯП ОИЯИ Олег СМИРНОВ. — Начинали мы работу на Borexino, изучая солнечные нейтрино, которые образуются в глубине Солнца в результате слияния ядер. Чем они нам интересны? Это единственные частицы, которые доходят до Земли с момента своего рождения всего за 8 минут! Получается, что они — слепок того, что сейчас происходит в ядре Солнца! Регистрируя их, мы понимаем, какие именно ядерные реакции там происходят. Это, в частности, нужно людям для уточнения природы процессов, происходящих на всех других звездах, от которых нейтрино до нас не долетают.
Есть нейтрино, которые излучают рукотворные ядерные реакторы, а есть те, которые рождаются в глубинах Земли в результате распада радиоактивных элементов. Их называют геонейтрино. Каждую секунду через каждый квадратный сантиметр земной поверхности просачиваются несколько миллионов геонейтрино. Именно они являются сегодня меткой процессов радиоактивных распадов в глубинах Земли. Но «поймать» их, как и все остальные, можно только по вспышкам света, сопровождающим взаимодействия нейтрино в веществе детектора. Этот процесс «отлова» происходит в детекторе: нейтрино проходят через резервуар со специальной жидкостью, где происходят их взаимодействия с другими частицами, фотодетекторы фиксируют эти световые вспышки, а мы потом анализируем и систематизируем всю полученную информацию.
Исследуя потоки геонейтрино, ученые еще раз доказали маловероятность теории о наличии в недрах Земли естественного ядерного реактора.
— Если бы он там был, наш детектор обязательно показал бы исходящие из него потоки нейтрино, — говорит Смирнов.
— Итак, новые данные о мощности потоков нейтрино, а значит, радиоактивности Земли, фактически доказали значительный вклад радиоактивности в общий тепловой поток. Как это может отразиться на жизни планеты?
— Это позволяет нам сделать некоторые выводы о будущем геофизики Земли.
Несмотря на то что планета остывает, у нас присутствует дополнительный источник для подогрева, который на несколько миллиардов лет может гарантировать нам неизменность геофизической картины мира.
