De inwendige warmte van een planeet is afkomstig van twee hoofdbronnen:resterende energie die wordt vergaard door botsingen tussen planetesimalen tijdens de aangroei van de planeet en het daaropvolgende verval van radioactieve elementen die in dat materiaal zijn ingebed.

Uranium (U), thorium (Th) en kalium hebben aanzienlijk bijgedragen aan het interne energiebudget van de aarde, en de omvang van die bijdrage is een belangrijke beperking voor de evolutie van het interieur. Omdat ze zich echter diep in de aarde bevinden, was de overvloed van die elementen tot nu toe moeilijk in te schatten.

In hun studie gepubliceerd in Geophysical Research Letters , Abe et al. presenteren nieuwe, aanzienlijk strengere beperkingen op de abundanties van uranium en thorium gemeten met behulp van een uniek observatievenster:de detectie van terrestrische elektronen-antineutrino's. Deze antineutrino's worden uitgestoten tijdens het bètaverval van 238U en 232Th en gaan dan onbelast door de aarde. Een klein deel van deze deeltjes kan vervolgens worden gemeten met een experiment dat de Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND) wordt genoemd.

KamLAND, gevestigd in Hida, Gifu, Japan, ligt 1000 meter onder de grond in een verlaten mijnschacht. Het gebruikt een groot vat met vloeistof om de bètavervalreactie te induceren, waarbij een binnenkomend antineutrino een atoomkern raakt en een proton omzet in een neutron en een positron. Deze deeltjes kunnen vervolgens door de detector worden waargenomen.

KamLAND was oorspronkelijk bedoeld om antineutrino's te observeren die werden uitgestoten door de commerciële kernreactoren van Japan. Na het kernongeval in Fukushima in 2011 werden deze reactoren echter allemaal stilgelegd. De plotselinge afwezigheid van kunstmatig geproduceerde antineutrino's verhoogde de gevoeligheid van KamLAND voor die van natuurlijke oorsprong dramatisch. In totaal presenteren de auteurs 18 jaar aan gegevens, waarvan bijna de helft is geregistreerd sinds de sluiting van de Japanse reactoren.

De onderzoekers vergelijken de waargenomen antineutrino-flux met die voorspeld door drie modellen voor de overvloed aan uranium en thorium in de mantel. Deze modellen komen overeen met drie niveaus van warmte die aan het interieur wordt toegevoegd:laag (10-15 terawatt), gemiddeld (17-22 terawatt) en hoog (meer dan 25 terawatt). Ze beschouwen twee variaties van elk model:een met radio-isotopen die uniform door de mantel zijn verdeeld en een waarbij ze geconcentreerd zijn op de kern-mantelgrens.

De gegevens sluiten beide varianten van het high-heat-model uit met een betrouwbaarheid van meer dan 97%. Omdat dit model is geconstrueerd om de warmte te leveren die nodig is om mantelconvectie te ondersteunen, suggereert dit dat ons begrip van deze convectie enige aanpassing vereist. + Verder verkennen

Een stap voorwaarts in het oplossen van het reactor-neutrinofluxprobleem

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Eos, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.