據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)7月17日報道，一個以日本東北大學(xué)為主的研究小組利用位于日本中部岐阜縣地下千米處的裝置KamLAND，根據(jù)多年觀測數(shù)據(jù)重新計算了地球內(nèi)部放射性元素產(chǎn)生的熱量。研究發(fā)現(xiàn)，地球自身熱量大約有一半來自放射性物質(zhì)衰變，另一半則是從地球剛形成時保存至今的原始熱量。新數(shù)據(jù)不僅和目前公認(rèn)的地質(zhì)物理模型預(yù)測相一致，還有助于完善這些模型。該研究發(fā)表在最近出版的《自然?地質(zhì)科學(xué)》雜志上。
海洋底層擴展、大陸板塊運動、地球外核融化、產(chǎn)生地磁場，這些都離不開熱量，地殼和地幔層放射性元素如鈾、釷和鉀的衰變是這些熱量形成的主要原因。地質(zhì)學(xué)家根據(jù)來自全球2萬多個鉆井的溫度測量數(shù)據(jù)，計算出從地球散失到太空中的熱量約為44太瓦（44萬億瓦特）。此前的研究人員利用通行的主體硅酸鹽地球模型計算出約8太瓦來自鈾-238（238U），8太瓦來自釷-232（232Th），4太瓦來自鉀-40（40K）。當(dāng)?shù)厍騼?nèi)部放射性元素衰變時，會發(fā)射地球中微子，中微子很難探測到。領(lǐng)導(dǎo)該研究的美國能源部勞倫斯?伯克利國家實驗室原子核科學(xué)分部的斯圖亞特?弗里德曼介紹說：“KamLAND是專門設(shè)計用于研究中微子的，我們能以高靈敏度把它們從背景干擾中分辨出來?！?/P>
KamLAND有一個裝有1000噸發(fā)光礦物油的球體，當(dāng)一個反中微子撞上KamLAND探測儀內(nèi)部的質(zhì)子時，將產(chǎn)生兩個信號。第一個信號由于反中微子將質(zhì)子轉(zhuǎn)變成了一個中子和一個額外的正電子（逆向β衰變），正電子瞬即和普通電子發(fā)生湮滅并發(fā)出閃光；第二個信號是兩個在億分之一秒后，質(zhì)子衰變成的中子發(fā)出伽瑪射線被捕獲。這種衰變“雙巧合”讓反中微子的相互作用與宇宙射線撞擊截然不同。而通過鑒別特征能量等因素，還能將周圍核電站發(fā)出的反中微子干擾排除。研究人員還考慮了放射性元素的分布、地域性地質(zhì)因素等，根據(jù)2002年3月到2009年11月之間探測到的841例中微子事件，排除730例干擾事件，剩下約111例屬于來自地球內(nèi)部的鈾或釷的放射性衰變，再結(jié)合自意大利格瑞?薩索國家實驗室Borexino探測儀數(shù)據(jù)，以不低于97%的置信度，計算出鈾和釷對地球熱量的貢獻(xiàn)約為20太瓦，而根據(jù)模型推測另有3太瓦熱量來自其他同位素衰變。
弗里德曼解釋說，在地球表面釋放的熱量中，有大約54％來自放射性物質(zhì)衰變，而剩余部分應(yīng)該是從地球誕生時保存至今的原始熱量。這項研究加深了人們對地球熱量產(chǎn)生和流失情況的認(rèn)識，可為地質(zhì)研究提供幫助。如果能在全球設(shè)立更多地球中微子探測儀，尤其在大洋島嶼上，將有助于科學(xué)家們改進(jìn)模型。
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