En planets inre värme kommer från två huvudsakliga källor:överbliven energi som samlats in från kollisioner mellan planetesimaler under planetens ansamling och det efterföljande sönderfallet av radioaktiva element inbäddade i det materialet.

Uran (U), torium (Th) och kalium har bidragit avsevärt till jordens interna energibudget, och storleken på det bidraget är en viktig begränsning för interiörens utveckling. Men eftersom de är belägna djupt inne i jorden, har överflöd av dessa element hittills varit svårt att uppskatta.

I deras studie publicerad i Geophysical Research Letters Abe et al. presentera nya, betydligt snävare begränsningar för förekomsten av uran och torium som mäts med hjälp av ett unikt observationsfönster:detektering av terrestra elektronantineutrinos. Dessa antineutrinos emitteras under beta-sönderfallet av 238U och 232Th och passerar sedan obehindrat genom jorden. En liten del av dessa partiklar kan sedan mätas med ett experiment som kallas Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND).

KamLAND, baserat i Hida, Gifu, Japan, ligger 1 000 meter under jorden i ett övergivet gruvschakt. Den använder ett stort kärl med vätska för att inducera beta-sönderfallsreaktionen, där en inkommande antineutrino träffar en atomkärna och omvandlar en proton till en neutron och en positron. Dessa partiklar kan sedan observeras av detektorn.

KamLAND var ursprungligen avsett att observera antineutrinos som släpps ut av Japans kommersiella kärnreaktorer. Men efter kärnkraftsolyckan i Fukushima 2011 stängdes alla dessa reaktorer. Den plötsliga frånvaron av artificiellt producerade antineutrinos ökade dramatiskt KamLANDs känslighet för de av naturligt ursprung. Totalt presenterar författarna 18 års data, varav nästan hälften har registrerats sedan Japans reaktorer stängdes.

Forskarna jämför det observerade antineutrinoflödet med de som förutspås av tre modeller för överflöd av uran och torium i manteln. Dessa modeller motsvarar tre nivåer av värme som tillförs interiören:låg (10–15 terawatt), medium (17–22 terawatt) och hög (mer än 25 terawatt). De överväger två varianter av varje modell:en med radioisotoper fördelade jämnt över manteln och en med dem koncentrerade vid gränsen mellan kärnan och manteln.

Data exkluderar båda varianterna av högvärmemodellen med mer än 97 % konfidens. Eftersom denna modell konstruerades för att ge den värme som krävs för att stödja mantelkonvektion, tyder det på att vår förståelse av denna konvektion kan kräva viss modifiering. + Utforska vidare

Ett steg framåt för att lösa reaktor-neutrinoflödesproblemet

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av Eos, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.