Почему никто не знает, откуда берется половина тепла в недрах Земли?

13 Августа 2017 в 21:00, Илья Хель 12 467 просмотров 30

Лежа на солнышке теплым летним днем, не всегда осознаешь, что значительное количество тепла исходит из глубины Земли. Это тепло эквивалентно более чем трехкратному потреблению энергии всего мира и движет важными геологическими процессами, такими как движение тектонических плит и течение магмы у поверхности Земли. Но, несмотря на это, где именно рождается до половины этого тепла, остается загадкой.

Считается, что нейтрино определенного типа — частицы с чрезвычайно низкой массой — излучаемые радиоактивными процессами в недрах Земли, могут стать важным ключом к решению этой тайны. Проблема в том, что их почти невозможно поймать. Но в новой статье, опубликованной в журнале Nature Communications, ученые изложили способ, который может сработать.

Известные источники тепла в недрах Земли — это радиоактивный распад и остаточное тепло с тех времен, когда планета только сформировалась. Объем нагрева от радиоактивности, рассчитанный на основе измерений состава образцов горных пород, пока не определен — 25-90% общего потока тепла.

Неуловимые частицы

Атомы радиоактивных материалов имеют нестабильные ядра, а значит могут расщепляться (распадаться до стабильного состояния) с выбросом радиации — часть которой преобразуется в тепло. Эта радиация состоит из различных частиц определенных энергий — в зависимости от того, какой материал их испустил — включая нейтрино. Когда радиоактивные элементы распадаются в коре и мантии Земли, они испускают «геонейтрино». По сути, каждую секунду Земля испускает более триллиона триллионов таких частиц в космос. Измерение их энергии могло бы рассказать о том, какое вещество их производит, а значит и о составе недр Земли.

Основными известными источниками радиоактивности на Земле являются нестабильные типы урана, тория и калия — это мы узнали, изучая образцы пород на глубине 200 километров под поверхностью. Что скрывается ниже этой глубины, непонятно. Мы знаем, что геонейтрино, излучаемые при распаде урана, имеют больше энергии, чем излучаемые при распаде калия. Таким образом, измеряя энергию геонейтрино, мы могли бы узнать, из какого типа радиоактивного материала они исходят. Фактически это гораздо более простой способ выяснить, что находится внутри Земли, чем сверлить десятки километров ниже поверхности планеты.

К сожалению, геонейтрино чрезвычайно сложно обнаружить. Вместо того чтобы взаимодействовать с обычным веществом, таким как то, что внутри детекторов, они просто пролетают через него. Именно поэтому потребовался гигантский подземный детектор, наполненный 1000 тонн жидкости, чтобы впервые наблюдать геонейтрино в 2003 году. Такие детекторы измеряют нейтрино, регистрируя их столкновение с атомами в жидкости.

С тех пор лишь один другой эксперимент сумел наблюдать геонейтрино, используя аналогичную технологию. Оба измерения полагают, что порядка половины земного тепла, вызванного радиоактивностью (20 тераватт), можно объяснить распадом урана и тория. Источник оставшихся 50% остается неизвестным.

Однако измерения до сих пор не смогли измерить вклад распада калия — нейтрино, излучаемые в этом процессе, имеют слишком низкую энергию. Может быть так, что остальная часть тепла исходит из распада калия.

Новые технологии

Новые исследования позволяют предположить, что ученые могут составить карту тепловых потоков изнутри Земли, измеряя направление, в котором приходят геонейтрино, а также их энергию. Звучит просто, но технологически эта задача крайне сложная и требует новых методов обнаружения частиц.

Ученые предлагают использовать заполненные газом камеры с детекторами «временной проекции». Такие детекторы создают трехмерную картину геонейтрино, сталкивающихся с газом внутри камеры и выбивающих электрон из атома газа. Движение этого электрона можно отслеживать с течением времени, чтобы восстановить одно измерение процесса (время). Технологии визуализации с высоким разрешением могли бы затем реконструировать два пространственных измерения движения этого электрона. В используемых в настоящее время жидкостных детекторах, частицы, которые сталкиваются и разлетаются, проходят небольшую дистанцию (потому что находятся в жидкости), и направление их невозможно определить.

Подобные детекторы меньших масштабов в настоящее время используются для точного измерения нейтринных взаимодействий и поиска темной материи. Ученые рассчитали, что размер детектора, необходимый для обнаружения геонейтрино из радиоактивного калия, составит 20 тонн. Чтобы правильно картировать состав мантии с первого раза, он должен быть в 10 раз массивнее. Прототип такого детектора уже построен и ведется работа над его масштабированием.

Измерение геонейтрино таким образом может помочь отобразить тепловой поток в недрах Земли. Это поможет нам понять эволюцию внутреннего ядра путем оценки концентрации радиоактивных элементов. Это могло бы также помочь разгадать давнюю тайну того источника тепла, который обеспечивает конвекцию (перенос тепла движением жидкостей) во внешнем ядре, которое генерирует геомагнитное поле Земли. Это поле имеет жизненно важное значение для сохранения нашей атмосферы, которая защищает жизнь на Земле от вредного излучения солнца.

Довольно странно, что мы так мало знаем о происходящем под землей, но мы продолжаем исследовать. Что еще могут скрывать тайные недра нашей планеты?

Почему никто не знает, откуда берется половина тепла в недрах Земли?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

30 комментариев

  1. uran

    Жизнь - продукт процесса мутаций (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. Dinosaur

    Нахера напридумывать новых непонятных и неуловимых элементов, если вы и о старых и известных почти ничего не знаете?? Если оценки тепла от известной радиоактивности разняться от 25 до 90 (!) процентов, то и 100% в пределах статистической ошибки. Тогда никаких новых велосипедов и не надо. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  3. Aladdin

    интересно каким образом получены образцы пород с глубины 200км???

    • LowerMaryon

      Может с лавой вышло (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • TOPER

        Человеки смогли пробурить только 12 262 метра на Кольской сверхглубокой, глубже дырок в мире не делали.
        Так что 200 км из лавы вызывает впорос: а почему не с 123 км или с 334 км?
        Лажа это все, вот пробурят дырку до ядра, тогда пусть и пишут про нейтрино/шмейтрино.

        • HotReboot

          Такие предположения возникают когда в каком либо предмете полный ноль. В данном случае в геофизике.

  4. macss

    Ну например: При взрыве Чебаркульского метеорита обнаружены следы
    антивещества. Взрыв Тунгусского метеорита очень похож с Чебаркульским.
    Взрывы на поверхности Солнца невозможно предсказать.
    Взрывы вулканов на Земле непредсказуемы, при этом эти
    взрывы происходят в Разных точках очага лавы.
    Землетрясения непредсказуемы. При этом афтешоки(повторные
    землетрясения) происходят в разных частях очага землетрясения.
    Это как на войне, снаряд в одно и то же место не попадает.
    Выводы; Непредсказуемость + разные точки Взрывов,
    огромная мощность взрывов - к этим параметрам
    подходит только одно вещество на свете, антивещество!
    Ведь только 2 грамма антивещества при аннигиляции
    выделяют энергию равную 60 атомных бомб Хиросимы.
    При этой реакции выделяется огромное количество
    фотонов. Так по следу Тунгусского метеорита в Африке
    и Европе зарегестрировано свечение атмосферы.
    При взрывах вулканов и землетрясениях сопровождается
    свечением атмосферы. Взрывы на Солнце сопровождаются
    увеличением светового потока.
    Откуда поступает антивещество?С метеоритами.

    • Badross

      Кто обнаружил антивещество, какими приборами, какие это были элементы и как долго они сохраняли стабильность, почему не аннигилировали?

      • macss

        Кто обнаружил антивещество? Я !
        Стабильность? Так Тунгусский/Чебаркульский метеориты
        взорвались при достижении определенной температуры в
        несколько тысяч градусов. При взрывах в землетрясениях
        и извержениях вулканов давление на глубине 10 -40 км
        + температура провоцируют взрывы. На поверхности
        Солнца давление и температура полностью соответствуют
        параметрам взрыва.
        Если посмотреть Статистику извержений вулканов и
        количество землетрясений + мощность, то напрашивается
        грустный вывод; При дальнейшем увеличении этих взрывов
        в Геометрической прогрессии... планету Земля ждет
        судьба Фаэтона!
        Выход один единственный... Всемирный Потоп!
        Что поделаешь, не всегда лекарство оказывается сладким.

      • resurrected

        Достаточно было первого вопроса )

      • HotReboot
  5. karlsonx88

    Это все от ядерных захоронений и сельских туалетов! Мне батя сказал, а он не врёт (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  6. olegon

    Дык вроде внутреннее тепло Земли происходит от гравитационных сил.
    Земля вращается с бешеной скоростью вокруг своей оси (солнечный луч бежит по экватору со скоростью 1600км/час) да еще и по эллипсу вокруг Солнца. Тяжелое ядро разогревается силами гравитации, т.к. его центр масс постоянно сдвигается по кругу, всегда ориентируясь на Солнце и подтягиваясь к нему. Под таким натиском все атомы тяжелого ядра перемещаются конечно вся масса ядра греется и держит свою примерно постоянную температуру...
    Ах да, здесь конечно есть некоторый гиростабилизирующий эффект (сырое яйцо при прокрутке быстрее прекращает вращение чем вареное), скорее всего именно от него наша Земля потихоньку замедляет скорость своего вращения... Курите исследования в эту сторону, распад ядер это вторичный эффект....

    • kirfoton

      Не от вращения самого, а от приливных сил. На приливы и отливы , и не только в воде а и в глубинах земли тратится энергия, переходящая в тепло. Лунные приливы наверное дают максимальных эффект, на втором месте солнечные.

    • kirfoton

      немного невнимательно читал, вы то же самое написали что и я только своими словами

  7. olegon

    I'm sorry, вернее Луна в основном своей гравитацией на ядро Земли воздействует...

  8. kirfoton

    Тепло, идущее с глубин земли - в среднем 1 ватт на площадку размером 4 X 5 метров . Давно собираюсь рассчитать и проверить версию, но как - то руки не доходят. Хочется проверить версию, что это тепло - просто осталось с древних времён благодаря теплоизоляции земной коры - она словно шуба , сохраняет его. Надо провести грамотный теплотехнический расчёт. Кто рассчитывал теплоизоляцию зданий, тот вероятно сможет и это рассчитать ...

    • olegon

      Глубинное тепло 1 ватт на 20 кв.метров не факт что в каждой точке Земли.
      Скорее всего это значение многократно выше по окружности наибольшей амплитуды приливной волны а минимальное значение близко к полюсам но не совсем там - планета ведь наклонена по оси. В Оймяконе в Якутии полюс холода в северном полушарии, но это место совсем не близко от северного полюса.
      В южном полушарии тоже полюс холода не прямо на южном полюсе.
      Хотя казалось бы, полюса холода должны точно соответствовать географическим полюсам, но это не так.
      Похоже что приливная волна ядра Земли в полюсах холода минимальной амплитуды и поэтому глубинного тепла там минимум.

      • kirfoton

        Даже если где - то и в 10 раз больше, это ни в какое сравнение не идёт с теплом, получаемым от солнца - 1000 ватт на кв. метр. в солнечную, и 30 - 60 ватт в пасмурную погоду.

    • bari

      "Давно собираюсь рассчитать и проверить версию, но как - то руки не доходят."
      Оператор бетономешалки? Срочно увольняйтесь, освобождайте руки и приступайте к "расчётам" !

      • kirfoton

        Ага, уволишься ... Раб современный может только перебежать от одного рабовладельца до другого .

  9. botan

    Хм круговорот. Ядро - давление - тепло _ и тут все забывают остаток)))) он как скорлупа но он и задерживает нейтрино образуя радиоактивные элементы. Часть поподает в ядро часть наружу через разломы. Так я представляю.... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  10. RikasEpta

    Какие нах нейтрино, посмотрите что происходит со спутниками Юпитера под действием его гравитации и остальных небесных тел, их так плющит что они наплевали ему кольца.
    Возьми два камня и потри, что выделяется - тепло, вот и вся соль.

  11. zegelkranz

    всегда думал что ядро горячее из-за трения (внешние слои земли вращаются с иной скоростью чем ядро, у солнца так же тут вроде статья была), из-за сжатия гравитацией и остаточное тепло с махровых времен. Нейтрино? ну окей...

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.