“地球内部的秘密：50%热量来源仍是未解谜团”

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双虎家居【科技在线】 图中是地球内部结构，目前科学家通过多项测量仍未发现50%地球内部热量的具体来源。 地球热量流动地图。 北京时间8月17日消息，据国外媒体宣传，在炎热夏季，当你躺着可能感受不到来自地下的热量，但事实上有相当多的热量来自于地下 地球深处。地下热量相当于能量总耗的3倍，并驱动着重要的地质过程，例如：地壳板块运动和表面附近岩浆流动等。但尽管如此，大约一半的地下热量仍是一个未解谜团。 中微子是一种极低质量微粒，在地球内部放射过程中释放出来，科学家认为，中微子可能提供揭晓50%地下热量的重要线索，然而问题是科学家几乎无法采集到中微子。目前，科学家在近期发表的《自然通讯》杂志上撰文指出，现在新做法已能够做到这一些。 地球内部已知热量源自放射性衰变，以及地球初形成时的余热。依据岩石样本成分的测量报告，源自放射性衰变的地球内部热量具有很高的不明确性，占地球内部总热量的25-90%。 神秘粒子 放射性物质中的原子具有不稳定原子核，这意味着通过释放核辐射，它们可以分裂(衰减至稳定状态)，其中一点核辐射可以转换为热量。这种辐射包含具有特殊能量的不同微粒，它们取决于所释放的物质 包括中微子。当放射性元素在地壳和地幔中衰变时，会释放出 地球-中微子 。事实上，每秒地球会辐射1万亿个这样的微粒进入太空，测量这些能量将揭晓何种物质制造它们，从而呈现地球隐藏内部结构的具体成分。 地球内部首要放射来源是不稳定的铀、钍和钾，这是我们基于地面以下200公里处的岩石样本所掌握的，然而隐藏在地下更深处的放射来源尚不清楚。我们知道当铀衰变时释放地球-中微子的能量将远大于钾分裂时释放的能量，因为此通过测量地球-中微子能量，我们能够知道它们来自于什么类型的放射性物质。事实上，这是一种更简单的做法计算地球内部状况，而不是一个从地面向下钻探几十公里深。 遗憾的是，地球-中微子是非常难以探测的，它们不像内部探测器与普通物质发生交互关系，它们仅是直接穿过普通物质。这就是为什么2003年科学家设置一个巨大地下探测器装满大约1000吨液体，才观测到地球-中微子，该探测器能记录液体中与原子发生碰撞的中微子。 此后仅有一项实验采用类似的技术观测到地球-中微子，这两项测量表明，大约一半的地球内部热量是放射性活动过程产生的，铀和钍衰变可以解释该放射活动，然而，剩下50%的地球内部热量仍是一个未解谜团。 迄今为止，测量数据仍无法测量钾衰变产生的热量，该过程释放的中微子能量很低，所以热量的剩余部分来自于钾衰变过程。 我们新研究表明，我们通过测量地球-中微子源自的地球方向，以及它的能量，能够绘制出地球内部热量流动地图。这听起来很简单，但是存在的技术挑战非常大，需要新的粒子探测技术。 我们提议采用充气 时间投影探测器 ，启动该探测器，能够制造地球-中微子与探测器内部气体碰撞的3d图像，该过程从一个气体原子中分解出一个电子。这种电子运动可随着时间的推移而被跟踪，重建该过程的时间维度。之后高分辨率成像技术能重建该运动的两个空间维度，在当前采用的液体探测器中，短距离碰撞可以释放粒子(因为它们处于液体之中)，但是粒子传递的方向不能明确。 类似的探测器，在更小的范围内，可用于测量中微子的相互作用，并用于搜寻暗物质。我们计算表明，该探测器的体积大小需要满足放射性钾产生地球-中微子的条件，预计探测器重量为20吨。为了地绘制地幔成分地图，该探测器的质量应当达到200吨，目前我们已建造这样的探测器原型，并积极扩大建造规模。 用这种做法测量地球-中微子将有助于绘制地球内部热量流动，通过判断放射性元素浓度，将帮助我们理解地球内核演变，并且，还将揭晓长时间存在的谜团 产生地球磁场的外核中，驱动对流的热量来源。地球磁场对于保护地球生命免遭太阳有害辐射具有重要作用。

我们不太了解地球内部的情况。 这些新的测量让科学家兴奋不已，测量数据最终将揭示地球内部隐藏的运行情况。