Мало хто знає, що солідна частина тепла випускається не тільки Сонцем, а й земними глибинами. Якщо порівняти кількість тепла з надр зі споживанням енергії в усьому світі, виявиться, що перше перевищує друге в три рази. Багато геологічні процеси відбуваються завдяки такому джерелу тепла, наприклад, руху тектоніки і протягом магми під Землею. Проте, вчені не можуть зрозуміти, що є джерелом цієї половини тепла.

Вирішити цю загадку, як вважають фахівці, можуть нейтрино, що володіють вкрай невеликою масою, які випромінюються внаслідок радіоактивних процесів надр планет. Складність полягає в практичну неможливість їх піймання. Журнал Nature Communications опублікував статтю, у якій викладено новий спосіб, у якого є всі шанси зловити частинку.

невловимі частки

Радіоактивним матеріалами притаманні атоми з нестабільними ядрами, які здатні розщепнутися, викидаючи радіацію, частково перетвориться в тепло. Склад радіації може бути різний залежно від виду випромінює її матеріалу, в тому числі нейтрино. При розпаді в земній корі і мантії радіоактивні частинки породжують «геонейтрино». Щомиті наша планета випромінює численні трильйони цих частинок в космічний простір. Вимірявши їх енергію, можна більше дізнатися про їх виробляє речовину, а отже, про те, що знаходиться в земних надрах.

Уран, торій, калій – основні нестабільні джерела радіоактивності на нашій планеті. Це стало відомо завдяки дослідженням зразків порід на глибині Землі в 200 км. Що знаходиться нижче цього рівня – дізнатися неможливо, просто рівень технічного прогресу не дозволяє. Відомо, що, розпадаючись, уран випромінює геонейтрино, яким притаманне велика кількість енергії. Це означає, що, вимірявши енергію цієї загадкової частинки, вчені зможуть визначити з якого матеріалу вони утворилися. Погодьтеся, це простіше, чим просвердлити сотні кілометрів вглиб Землі.

Як вже було сказано, геонейтрино знайти практично нереально. Все тому, що взаємодія зі звичайними речовинами у нього відсутня, частка просто пролітає через них. Вперше дана частка була зафіксована в 2003 році, і зроблено це було за допомогою гігантського підземного детектора, наповненого 1 тис. тонн рідини. Детектор вимірює нейтрино шляхом реєстрації їх зіткнення з атомами в рідини.

З того часу ця невловима частинка спостерігалася лише одного разу із застосуванням аналогічної технології. З обох вимірів можна зробити висновок, що лише половина тепла Землі, утвореного радіоактивністю, виходить внаслідок розпаду урану і торію. Що призводить до випромінювання решти тепла – неясно.

Нові технології

Експерти припустили, що теплові потоки земних нутрощів можна покласти на карту, вимірявши напрямку проходження геонейтрино і х енергії. Це можна досягти, якщо вкласти велику кількість сил і створити нові методи виявлення частинок.

Фахівці схиляються в сторону газових камер з детекторами «тимчасової проекції», що будують тривимірні зображення геонейтрино, які стикаються з газами всередині камери і вибивають електрони з газових атомів. Тим часом можна було б стежити за переміщеннями електрона, щоб відтворити один вимір процесу (час). Рекострукцию двох просторових вимірів переміщення електрона можлива завдяки технології візуалізації. Зараз застосовуються такі рідинні детектори, де зіштовхуються і розлітаються частки проробляють невеликий шлях через знаходження в рідинної середовищі, що не дозволяє відстежити їх напрямок.

Більш компактні версії таких детекторів знайшли застосування в вимірі нейтронних взаємодій і пошуку темної матерії. Експерти вирахували, що виявити геонейтрино з калію можна за допомогою детектора вагою в 20 тонн. Картування складу мантії з першого разу можливо лише в тому випадку, якщо він буде важити в 10 разів більше. Будівництво зразка подібного детектора вже завершено, зараз вчені ведуть роботи по його масштабування.

Вимірявши геонейтрино, можна отримати відображення теплового потоку в земних надрах. Оцінка вмісту радіоактивних елементів посприяє розумінню еволюційних процесів ядра. Крім того, це можна використовувати при розгадки таємниці теплового джерела, що забезпечує конвекційні процеси в зовнішньому ядрі, яке є джерелом геомагнітного поля планети. Розуміння процесів поля важливо для захисту атмосферних шарів Землі, які оберігають організми від впливу згубного сонячного випромінювання.