據美國物理學家組織網7月17日報道，一個以日本東北大學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，根據多年觀測數據重新計算了地球內部放射性元素產生的熱量。研究發(fā)現，地球自身熱量大約有一半來自放射性物質衰變，另一半則是從地球剛形成時保存至今的原始熱量。新數據不僅和目前公認的地質物理模型預測相一致，還有助于完善這些模型。該研究發(fā)表在最近出版的《自然?地質科學》雜志上。
海洋底層擴展、大陸板塊運動、地球外核融化、產生地磁場，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。地質學家根據來自全球2萬多個鉆井的溫度測量數據，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）。當地球內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。領導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分部的斯圖亞特?弗里德曼介紹說：“KamLAND是專門設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。”
KamLAND有一個裝有1000噸發(fā)光礦物油的球體，當一個反中微子撞上KamLAND探測儀內部的質子時，將產生兩個信號。第一個信號由于反中微子將質子轉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、地域性地質因素等，根據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例屬于來自地球內部的鈾或釷的放射性衰變，再結合自意大利格瑞?薩索國家實驗室Borexino探測儀數據，以不低于97%的置信度，計算出鈾和釷對地球熱量的貢獻約為20太瓦，而根據模型推測另有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％來自放射性物質衰變，而剩余部分應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生和流失情況的認識，可為地質研究提供幫助。如果能在全球設立更多地球中微子探測儀，尤其在大洋島嶼上，將有助于科學家們改進模型。
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