Warum niemand weiß, Woher kommt die Hälfte der Wärme in den Eingeweiden der Erde?

In der Sonne Liegend warmen Sommertag, nicht immer bewusst, dass eine erhebliche Menge an Wärme kommt aus der Tiefe der Erde. Diese Wärme entspricht dem mehr als dreifachen Stromverbrauch der ganzen Welt und bewegt den wichtigsten geologischen Prozesse, wie die Bewegung der tektonischen Platten und innerhalb von Magma an der Erdoberfläche. Aber trotzdem, wo es geboren wird, bis die Hälfte dieser Wärme, bleibt ein Rätsel.

Es wird Angenommen, dass Neutrinos eines bestimmten Typs — Teilchen mit extrem geringer Masse — die emittierten radioaktiven Prozessen im Erdinneren, kann ein wichtiger Schlüssel zur Lösung dieses Geheimnisses. Das Problem ist, dass Sie fast unmöglich zu fangen. Aber in einem neuen Artikel veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications, erläuterten die Wissenschaftler eine Methode, die funktionieren könnte.

Bekannte Quellen der Wärme im Erdinneren ist der radioaktive Zerfall und Restwärme aus der Zeit, als der Planet nur gebildet. Der Umfang der Erwärmung von Radioaktivität, berechnet auf der Grundlage von Messungen der Zusammensetzung der Gesteinsproben, noch nicht definiert — 25 bis 90% der gesamten Wärmestrom.

Ausweichenden Partikel

Die Atome radioaktiver Stoffe haben instabile Kerne, so können Sie sich (in einem stabilen Zustand zerfallen) mit der Emission der Strahlung — Teil der in Wärme umgewandelt wird. Diese Strahlung besteht aus verschiedenen Teilchen bestimmter Energie — je nachdem, welches Material Sie gab — einschließlich der Neutrinos. Wenn radioaktive Elemente zerfallen in der Erdkruste und Erdmantel, die Sie emittieren «геонейтрино». In der Tat, jede Sekunde die Erde strahlt mehr als eine Billion Billionen solcher Teilchen in den Weltraum. Die Messung Ihrer Energie könnte sagen, welche Substanz Sie produziert und damit über die Zusammensetzung und den Eingeweiden der Erde.

Die Wichtigsten bekannten Quellen Radioaktivität auf der Erde sind instabile Arten von Uran, Thorium und Kalium — das haben wir gelernt, durch das Studium der Gesteinsproben in einer Tiefe von 200 Kilometer unter der Oberfläche. Was verbirgt sich unterhalb dieser Tiefe, ist unklar. Wir wissen, dass геонейтрино emittiert beim Zerfall von Uran, haben mehr Energie als abgestrahlten beim Zerfall von Kalium. So, die messende Energie геонейтрино, könnten wir herausfinden, welche Art von radioaktivem Material Sie stammen. In der Tat ist es viel einfacher Weg, um herauszufinden, was im inneren der Erde, als die Bohrung von zehn Kilometern unter der Oberfläche des Planeten.

Leider геонейтрино extrem schwierig zu erkennen. Anstatt zu interagieren mit gewöhnlicher Materie, so wie das, was innerhalb der Detektoren, Fliegen Sie einfach durch Sie. Deshalb brauchte ein riesiger unterirdischer Detektor, gefüllt mit 1000 Tonnen Flüssigkeit, um zum ersten mal zu beobachten геонейтрино im Jahr 2003. Solche Detektoren Neutrinos Messen, registrieren Ihre Kollision mit den Atomen in Flüssigkeiten.

Seitdem nur ein anderes Experiment konnte beobachten геонейтрино, mit einer ähnlichen Technologie. Beide Dimensionen wird angenommen, dass etwa die Hälfte der Wärme, die durch Radioaktivität (20 Terawatt), erklären Sie sich mit dem Zerfall von Uran und Thorium. Die Quelle der restlichen 50% bleibt unbekannt.

Messung Jedoch bisher nicht Messen konnten den Beitrag der Zerfall von Kalium — Neutrinos, die von dem in diesem Prozess eine zu geringe Energie. Kann es sein, dass der Rest der Wärme kommt aus dem Zerfall von Kalium.

Neue Technologien

Neue Studien lassen vermuten, dass die Wissenschaftler eine Karte der wärmeströme von innen Erde und misst die Richtung, in die kommen геонейтрино, sondern auch Ihre Energie. Klingt einfach, aber diese technologisch äußerst schwierige Aufgabe und erfordert neue Methoden zur Erkennung von Partikeln.

Forscher schlagen vor, mit Gas gefüllten Kammer mit Detektoren «temporäre Projektion». Solche Detektoren erzeugen ein dreidimensionales Bild геонейтрино Umgang mit dem Gas innerhalb der Kammer und выбивающих Elektron aus dem Atom des Gases. Die Bewegung dieser Elektronen kann im Laufe der Zeit zu verfolgen, um wieder eine Dimension des Prozesses (Zeit). Imaging-Technologie mit hoher Auflösung rekonstruieren könnten dann zwei räumlichen Dimensionen der Bewegung dieses Elektrons. In den derzeit verwendeten flüssigen Detektoren, die die Teilchen, die kollidieren und Fliegen, gehen eine kleine Strecke (weil die sind in der Flüssigkeit), und die Richtung Sie nicht bestimmen können.

Ähnliche Detektoren kleineren Umfang derzeit werden für die genaue Messung der Neutrino-Wechselwirkungen und die Suche nach der dunklen Materie. Wissenschaftler haben berechnet, dass die Größe des Detektors, das für die Erfassung геонейтрино von radioaktivem Kalium, beträgt 20 Tonnen. Um richtig Kartierung der Zusammensetzung des Mantels beim ersten mal, er muss 10 mal schwerer. Ein Prototyp eines solchen Detektors ist bereits gebaut und die Arbeit an seiner Skalierung.

Dimension геонейтрино kann somit helfen anzuzeigen Wärmefluss im Erdinneren. Es wird uns helfen zu verstehen, die Entwicklung inneren Kern durch die Beurteilung der Konzentration von radioaktiven Elementen. Es könnte auch helfen, entwirren Sie eine langjährige Geheimnis Wärmequelle, bietet die Konvektion (Wärmeübertragung Bewegung von Flüssigkeiten) in den äußeren Kern generates durch das Erdmagnetfeld der Erde. Dieses Feld ist von entscheidender Bedeutung für die Erhaltung unserer Atmosphäre schützt das Leben auf der Erde vor der schädlichen Strahlung der Sonne.

Ziemlich seltsam, dass wir so wenig wissen über die Vorgänge unter der Erde, aber wir sind weiterhin zu untersuchen. Noch verbergen die geheimen Untergrund unseres Planeten?