Czytaj dalej

Ziemia istnieje już 4 miliardy 600 milionów lat. Szmat czasu, a jednak, z jakiegoś powodu jej wnętrze nie ostygło i wciąż zaskakuje aktywnością.

Krótko. Wnętrza wielu planet pozo­stają roz­grzane w związku z zacho­dze­niem reakcji jądro­wych, a ściślej mówiąc procesów radio­ge­nicz­nych. W przy­padku Ziemi są to głównie rozpady izotopów uranu, toru i potasu.

Nieco dłużej. Ile może stygnąć kamień? Nawet jeżeli jest całkiem dorodny – powiedzmy wiel­ko­ści planety – to miliony, nie mówiąc o miliar­dach lat, powinny z nawiązką wystar­czyć do jego zupeł­nego wyzię­bie­nia i zesta­le­nia. Pod­po­wiada nam to intuicja pod­pie­rana przez nie­zwy­cię­żoną drugą zasadę ter­mo­dy­na­miki. Wszyscy zdajemy sobie sprawę, że każde ciało oddaje swoje ciepło oto­cze­niu, a każde ognisko musi kiedyś zgasnąć.

Mimo to, na przekór zdrowemu roz­sąd­kowi, głęboko pod powierzch­nią skorupy ziem­skiej zdaje się panować wieczny żar. Spójrzmy na samo jądro naszej planety. Niklowo-żelazna kula o średnicy 7 tys. kilo­me­trów, sku­pia­jąca w sobie prawie 1/3 masy całego globu, pozo­staje stale roz­pa­lona do ponad 5,5 tys.°C. Po upływie 4,6 miliarda lat wnętrze naszej planety wciąż generuje grube terawaty energii i parzy niewiele słabiej od powierzchni Słońca. I żeby nie było wąt­pli­wo­ści, ciepło z płaszcza i jądra jak naj­bar­dziej wycieka, choćby w procesie kon­wek­cji. Roz­to­piona materia pod naszymi stopami nie­zmor­do­wa­nie wędruje ku górze, oddając część posia­da­nej tem­pe­ra­tury, następ­nie gęst­nieje i znów zaczyna opadać do centrum. (Nie dotyczy to jednak samego jądra wewnętrz­nego. Mimo ogrom­nych tem­pe­ra­tur, wystar­cza­ją­cych do bez­pro­ble­mo­wego roz­to­pie­nia każdego metalu, miaż­dżące ciśnie­nie utrzy­muje je pod postacią ciała stałego). Wyda­wa­łoby się, że nor­mal­nie taki proces powinien już dawno wychło­dzić nasz świat i dopro­wa­dzić do jego geo­lo­gicz­nej śmierci.

Czy jest możliwe, że planety po prostu tak powoli wytra­cają energię, pozy­skaną jeszcze w procesie swoich burz­li­wych narodzin? Okazuje się, że… tak. Choć nie udałoby się to bez pomocy własnego auto­no­micz­nego źródła zasi­la­nia, pod postacią reakcji jądro­wych. Żeby nie było nie­po­ro­zu­mień (z czym się spo­tka­łem): nie chodzi o procesy ter­mo­ją­drowe, czyli fuzję jąder ato­mo­wych typową dla wnętrz gwiazd. Planety nie posia­dają dosta­tecz­nej masy (ani odpo­wied­niego paliwa, w naszym przy­padku), aby zapewnić warunki konieczne do pod­trzy­ma­nia syntezy. Dys­po­nu­jemy nato­miast domiesz­kami ciężkich pro­mie­nio­twór­czych izotopów, które chętnie ulegają spon­ta­nicz­nym rozpadom, czemu towa­rzy­szy wydzie­le­nie kon­kret­nych porcji energii.

Docie­kliwi czy­tel­nicy mogą się zasta­na­wiać, skąd u licha posia­damy wiedzę na temat reakcji jądro­wych dzie­ją­cych się kom­plet­nie poza naszym wzrokiem. Rze­czy­wi­ście jest to dość nie­ty­powe, ponieważ spora część obecnych modeli geo­lo­gicz­nych powstała przy użyciu detek­to­rów neutrin, a ściślej mówiąc anty­neu­trin elek­tro­no­wych. Naj­czę­ściej koja­rzymy te drob­niut­kie, prze­ni­ka­jące przez wszystko cząstki ze źródłami kosmicz­nymi (np. neutrina sło­neczne), jednak ich emisja towa­rzy­szy wielu zja­wi­skom fizycz­nym, zwłasz­cza poszcze­gól­nym rozpadom jądrowym. W 2005 roku zespół obsłu­gu­jący japoński detektor KamLand zaczął wyła­py­wać te geo­neu­trina, na pod­sta­wie których dokonał skru­pu­lat­nej oceny zjawisk wystę­pu­ją­cych wewnątrz Ziemi. Zgodnie z aktu­al­nym modelem rozpady jąder generują do 20 tera­wa­tów energii, przy czym około 40% tej wartości pochodzi z rozpadu uranu-238, kolejne 40% z rozpadu toru-232 i 20% z rozpadu potasu-40.

Należy zwrócić uwagę na jeszcze dwa fakty. Po pierwsze, nasze teorie doty­czące bilansu ciepl­nego Ziemi nie są pełne i wciąż pozo­sta­wiają pole do dyskusji. Pro­mie­nio­twór­czość to potężna siła, ale praw­do­po­dob­nie nie odpo­wiada za całość gene­ro­wa­nej energii. Po drugie, rozpady izotopów wystę­pują w płaszczu naszej planety, ale nie w jądrze. Zdaniem fizyków i geologów, uran, tor oraz potas prak­tycz­nie nie wystę­pują w ścisłym rdzeniu Ziemi, toteż całe ciepło radio­ge­niczne musi powsta­wać nieco wyżej.

Jaka jest więc pra­wi­dłowa odpo­wiedź na tytułowe pytanie? Wydaje się, że jądro w istocie płonie pier­wot­nym żarem sta­no­wią­cym relikt po naro­dzi­nach planety. Nie ostygło jednak, ponieważ pozo­staje otulone grubą warstwą roz­to­pio­nych skał, nie­ustan­nie pod­grze­wa­nych roz­pa­dami jądro­wymi. Płaszcz można tu więc postrze­gać nawet nie jako kołdrę, a koc elek­tryczny z własnym zasilaniem.

Czy to wszystko oznacza, że Ziemia nigdy nie zamar­z­nie? Oczy­wi­ście nie, ale proces stu­dze­nia jej wnętrza jest nie­wia­ry­god­nie powolny. Uwzględ­nia­jąc tempo odda­wa­nia ciepła i całą resztę, kom­pletne zasty­gnię­cie jądra potrwa od 55 do 90 miliar­dów lat. Na nasze szczę­ście, bowiem wysoka tem­pe­ra­tura i ruchy kon­wek­cyjne bilionów ton roz­to­pio­nego żelaza to warunek ist­nie­nia ziem­skiej magnetosfery.

Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.