Гранит науки - 2003-05-14

Радиоактивный калий может оказаться существенным источником тепла в земном ядре - это предположение американских химиков вносит дополнения в теории термальной эволюции планет и происхождения геомагнитных полей

У микрофона Марина Аствацатурян! Изотоп калий-40 с периодом полужизни 1.2 миллиарда лет, распадаясь, излучает тепло, если этот элемент присутствует в ядре нашей планеты, то он может быть ощутимым источником ее тепловой энергии. Строгое экспериментальное доказательство такого положения, естественно, невозможно, но ученые Университета Миннесоты (University of Minnesota) под руководством В Рама Мерти (V Rama Murthy) провели модельный опыт, результаты которого представлены в журнале Nature, а некоторые детали сообщает сетевое издание physicsweb. Рама Мерти с коллегами использовали железо и смесь серы с железом в качестве условного земного ядра, а калиево-силикатное стекло как его оболочку, скорлупу. Они измеряли коэффициент деления, т.е. концентрацию калия-40 в серной смеси, разделенную на его концентрацию в силикате, при значениях температуры и давления, близких к таковым глубоко в земной мантии. И обнаружили, что логарифм этого коэффициента обратно пропорционален температуре. Это означает, что калий-40 может проникать из силикатной скорлупы в железо-серное ядро, а выброс тепла возможен только в том случае, если калий-40 присутствует в достаточно высоких концентрациях в ядре.

Количество тепла в земном ядре важный фактор, определяющий поведение планеты в целом. Так, от него зависит обращение магнитного поля, движение пород в мантии, а следовательно, и движение поверхностных слоев Земли со всеми ее континентами и океанами. Радиоактивная природа нагревания земных недр всегда была одним из ключевых вопросов истории планеты отмечает редакционная статья Nature. Сразу после открытия в 19-м веке явления радиоактивности, английский физик лорд Кельвин (W.T.Kelvin) подсчитал, что для остывания до нынешнего состояния, Земле понадобилось всего 98 миллионов лет. Но уже в 1907 году американский ученый Б. Б. Болтвуд (B.B.Boltwood) пришел к выводу, что избыток тепла, поступающий от распада радиоактивных элементов Земли, означает, что планета на несколько миллиардов лет старше, чем считается. Сейчас говорят о том, что Земле 4 с половиной миллиарда лет. И известно, что уже 3 с половиной миллиарда лет назад у Земли уже было магнитное поле оно происходит от движения внутри ядра жидкого железа. Сам по себе калий-40 распадается слишком медленно для того, чтобы производить важное для формирования планеты тепло. Внутри Земли много калия, но неясно, сколько его проникло в ядро. Прежние подсчеты противоречили один другому. Исследователи под руководством Мерти считают, что причиной тому были экспериментальные проблемы. Нынешнее моделирование показывает, как может проникать калий в ядро Земли и что это дает.