半数地热来自放射性物质衰变

在深入地球内部热源的旅程中，日本东北大学的一支研究团队凭借位于岐阜县地下千米深处的装置KamLAND，取得了重大发现。他们通过多年观测数据重新计算了地球内部放射性元素产生的热量，揭示了地球自身热量大约有一半源于放射性物质的衰变，另一半则是地球诞生之初便存在的原始热量。这一突破性的研究不仅与当前地质物理模型预测相吻合，更有助于完善这些模型，被发表在《自然·地质科学》杂志上。

地球内部的热量对于众多自然现象至关重要，如海洋底层的扩展、大陆板块的漂移、地球外核的融化以及地磁场的产生。这些热量主要源于地壳和地幔层放射性元素的衰变，如、钍和钾。地质学家根据全球钻井的温度测量数据，计算出地球每年散失到太空中的热量约为44太瓦。

领导这项研究的斯图亚特·弗里德曼博士，来自美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室的原子核科学分部，他介绍了KamLAND装置的独特之处：当地球内部的放射性元素衰变时，会发射出难以探测的中微子。KamLAND专门设计用于研究中微子，能够高度灵敏地将其从背景干扰中分辨出来。

这个巨大的探测仪内装有一个含有1000吨发光矿物油的球体。当中微子与内部的质子发生碰撞时，会产生一系列复杂的反应，释放出独特的信号。这些信号不仅让研究人员能够确认中微子的存在，还能通过鉴别特征能量等因素，排除周围核电站产生的反中微子干扰。

研究团队还考虑了放射性元素的分布、地域性地质因素等，通过对2002年至2009年间探测到的841例中微子事件的分析，确定了大约111例来自地球内部的或钍的放射性衰变。结合其他实验室的数据，他们计算出和钍对地球热量的贡献约为20太瓦。他们还推测另有3太瓦的热量来自其他同位素的衰变。

弗里德曼解释说，地球表面释放的热量中，约有54%来自放射性物质的衰变，剩余的部分则是地球初始的原始热量。这项研究深化了人们对地球热量产生和流失机制的理解，为地质研究开辟了新的道路。如果全球能设立更多的地球中微子探测仪，特别是在大洋岛屿上，将有助于科学家们进一步完善相关模型，进一步揭开地球内部的奥秘。