Jak rychle chladne nitro Země?

14. leden 2012 | 06.00 |

KamLANDNaše Země vznikla asi před 4,6 miliardami let a stále si zachovává velký díl svého původního tepla, i když postupně chladne. Nové výzkumy odhalily, že celá polovina vnitřního tepla Země pochází z přirozených radioaktivních rozpadů. Zbytek je původní teplo z doby, kdy Země vznikala spojováním horkého oblaku plynů, prachu a dalších materiálů. Jak si Země svoji teplotu udržuje, když se nachází v okolním mrazivém vesmíru? Pokud by byla odkázána pouze na sebe, její chladnutí by bylo natolik rychlé, že by byla mrazivá už po několika miliónech let. Naštěstí je tu Slunce, jehož energii také Země získává – a jeho tepelný příspěvek by oddálil chladnutí Země několikanásobně. Převrat v úvahách o vnitřním teple Země přinesl objev radioaktivity jako přírodního zdroje tepla. Bylo zjištěno, že se rozpadají jednak nejtěžší prvky, jako uran či thorium, jednak některé středně těžké izotopy, např. draslík 40K. Jejich radioaktivní rozpad probíhá jen na povrchu, v zemské kůře, a nejde příliš do hloubky. Klasické druhy radioaktivního záření: alfa (jádra hélia), beta (elektrony) a gama (fotony krátké vlnové délky), vznikající při různých typech radioaktivních přeměn, nám při zkoumání rozložení radioaktivních prvků v zemském povrchu nepomohou, neboť je zadrží už celkem tenká vrstva zeminy. A tak se zkoumají tzv. antineutrina vznikající při beta rozpadu.  

Ani s těmito antineutriny to není tak jednoduché, jak to na první pohled vypadá, protože s okolní hmotou reagují velice málo. Naštěstí nepatrná pravděpodobnost záchytu neutrina ve hmotě se násobí obrovským počtem přeměňujících se atomů v Zemi, takže výsledkem může být pozorovatelně velký počet záchytů v měřicím přístroji. 

Při zkoumání antineutrin spolupracují laboratoře v Berkeley a detektor KamLAND (Kamioka Liquid‑scintillator Antineutrino Detector) hluboko v podzemí pod japonskými horami. V ojedinělých vzácných případech, kdy se antineutrino srazí s protonem v detektoru KamLANDu – nádrži vyplněné tisíci tunami scintilujícího minerálního oleje – vytvoří nezaměnitelný dvojitý signál.

První signál vznikne, když antineutrino přemění proton na neutron a pozitron (antielektron), který rychle zanikne srážkou s elektronem. Slabý záblesk světla při anihilaci pozitronu s elektronem zachytí více než 1 800 fotonásobičů umístěných v nádrži KamLANDu. O několik desítek nanosekund později se zachytí rozpadem vzniklý neutron na vodíku ve vodíkem bohatém oleji a vyzáří gama záření – druhý signál.

Tato "zpožděná koincidence" umožňuje rozlišit interakci antineutrina od signálů pozadí, jako třeba kosmického záření pronikajícího kilometrem skály obklopující detektor. 

Při identifikaci antineutrin však bylo uvažovat, že KamLAND je obklopen jadernými reaktory (KamLAND byl totiž původně navržen právě pro detekci antineutrin z více než 50 japonských reaktorů). Reaktory produkují elektronová neutrina, ale ta po cestě mohou "oscilovat" na mionová nebo tauonová neutrina. Reaktorová antineutrina lze však identifikovat podle charakteristických energií i jiných vlastností, například podle časově proměnného toku na rozdíl od časově stálého toku antineutrin.

KamLAND zachytil (v období let 2002 - 2009) 841 antineutrin, z nichž kolem 730 bylo reaktorových nebo z pozadí. Zbytek antineutrin bylo z radioaktivního rozpadu uranu či thoria v Zemi. Tyto výsledky byly kombinovány s daty z pokusu Borexino na Gran Sasso v Itálii pro určení příspěvku uranu a thoria k produkci zemského tepla. Fyzici odhadli, že v důsledku těchto radioaktivních rozpadů proniká každou sekundu každým centimetrem čtverečným povrchu Země 4,3 miliónu částic. Odpovídající tepelná energie je asi 24 TW, což je 54% tepla, které směřuje ven ze Země. Tento výsledek určuje rychlost, jakou Země ztrácí teplotu. Ta rychlost je podle výzkumníků asi 100°C za miliardu let, takže máme ještě dostatek času než nám naše planeta samovolně vychladne.

Zdroj:
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2011‑07/dbnl‑wkt071311.php

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

RE: Jak rychle chladne nitro Země? hiram 18. 01. 2012 - 01:48
RE: Jak rychle chladne nitro Země? vladimír wagner 02. 02. 2012 - 21:27
RE(2x): Jak rychle chladne nitro Země? fyzmatik 03. 02. 2012 - 06:38
RE: Jak rychle chladne nitro Země? vladimír wagner 02. 02. 2012 - 21:29