研究証實近半地熱為原生態

研究証實近半地熱為原生態
趙路
2011年07月21日08:13
來源：《科學時報》

　　位於日本深山中的傳感器探測到的中微子數量表明，在地球表面釋放的熱量中，有一半來自於放射性元素的衰變。

　　（圖片提供：The KamLAND Collaboration）

　　本報訊地球形成已然有45億多年的時間，但它現在依然處在冷卻的過程中。一項新的研究顯示，我們這顆行星內部的熱量隻有一半源自天然的放射現象。其余的則是地球最初由氣體、塵埃和其他物質合並而成時留下的原始熱量。此前曾有研究由間接証據推算出類似的數值。這項新研究是首次根據實際觀測得出結論，有助於研究地球的形成和演變過程。

　　新的發現來自於在一座日本山脈深處進行的試驗。仙台市東北大學的粒子物理學家Itaru Shimizu和他的同事利用中微子更為直接地估算出由地球內部產生的放射性熱量總數。（中微子是一種不帶電、質量極小、穿透力極強的基本粒子，可由多種方式，特別是在某類放射性衰變時產生。）由於中微子可以穿透幾乎任何障礙，即使放射性物質位於地下深處，也能依據觀測到的中微子數量，推算出放射性物質的數量和分布情況。

　　這種熱量主要來自於放射性元素——例如鈾和釷——的衰變過程，而非地球形成時所剩的殘留熱量。

　　在2002年3月至2009年11月之間，位於神岡庄附近池野山地下深處的傳感器共探測到了841個中微子。研究小組推斷，其中大約485個中微子是由核電站以及其他反應堆，還有核廢料所產生的。另外245個中微子則可能是由宇宙射線撞擊大氣中的氣體分子所形成的。因此，隻有111個中微子與地球內部的天然放射現象有關。研究人員在有7月有17日的《自然—地球科學》雜志網絡版上報告了這一研究成果。利用另一項分析技術，他們將中微子的總數削減至106。

　　盡管數量不多，但是研究小組估計，每秒鐘大約有由鈾-238和釷-232的放射性衰變所產生的430萬個中微子穿過每平方厘米的地球表面。Shimizu表示，所有這些放射性現象產生的持續不斷的熱量大約為20萬億瓦。之前的研究表明，鉀-40的放射性衰變——相關粒子無法被日本傳感器探測到——提供了另外4萬億瓦的熱量。研究小組估計，總的來看，這些放射性熱量大約佔地球表面釋放熱量的54%。

　　之前估算的放射性熱量與新的數據大體相當。但它們基於對地球化學成分的推論，這種方法源自對隕石的分析——推測起來，它們代表了太陽系形成時的塵埃與氣體團中所有比例的元素。因此美國帕薩迪納市加利福尼亞理工學院的行星物理學家David Stevenson認為，研究小組對於地球放射性熱量的新的估算是一項重要的研究成果。“很高興看到這一評估結果來自於一項實測研究。”

　　Stevenson指出，由於放射性衰變按照一個已知的速度進行，因此這一發現揭示了地球正在失去多少熱量，以及過去損失熱量的比率。他特別強調，這些數據可能為地球構造板塊的移動速度會隨著時間而改變提供了深刻的認識——這種移動正是由地球的熱量來提供動力的。他說：“板塊構造是地球控制其熱量輸出的寫照。”此外，平均而言，熱量輸出還對一些地球物理進程產生了影響，例如火山運動的速度。

　　科學界通常認為，太陽系是45億多年前從一片氣體塵埃雲中誕生的，其中一部分塵埃在引力作用下收縮成為地球。地球在最初形成時是熾熱熔融的狀態，此后因為原始熱量流失而逐漸冷卻。同時，地球內部鈾、釷、鉀等放射性同位素的衰變，持續產生出新的熱量。

　　這項研究加深了人們對地球熱量產生和流失情況的認識，可望為地質研究提供幫助。地球內部熱量是地質運動的原動力，火山、地震、山脈的形成與變遷，都是地球熱量釋放的體現。

　　Stevenson表示，在未來的歲月中，地球的內部放射性熱量和其原始熱量都將減少。這顆行星如今每10億年冷卻約100攝氏度，因此最終——或許幾十億年之后，一顆垂死的太陽所發出的羸弱的光芒將照射到一顆大陸已經凍結的死亡行星上。

http://scitech.people.com.cn/BIG5/15207835.html