Nyolc év múlva tudni fogjuk, mennyi ideje van hátra a Földnek

A Föld planetáris energiája két forrásból érkezik:

1. az egyik az úgynevezett primordiális energia, ami még a bolygó születéséből maradt hátra,
2. a másik pedig a nukleáris energia, ami a természetes radioaktív bomlásból keletkező hőt jelenti.

Ezek a források azonban végesek: sokáig nem tudtuk, pontosan meddig is tartanak, de amerikai kutatók most biztosak benne, hogy legkésőbb nyolc év múlva tisztában leszünk vele, mennyi ideje van hátra a Földnek.

Ezen energiák nélkül ugyanis már nem sok remény van az életre a bolygón: elég, ha csak a mágneses térre gondolunk, ami nélkül a kozmikus sugárzás és a napszél elérné a bolygó felszínét, ez pedig az egész emberiséget veszélyeztetné.

Ráadásul jó esélyünk lenne arra, hogy az egész atmoszféránk eltűnne egy nagyobb napszél következtében, valószínűleg ez történt valaha a Marson is.

Mikor fogy ki a Föld a szuszból?

A primordiális és nukleáris energia már 4,6 milliárd éve működteti a Földet, kutatók pedig mindig is kíváncsiak voltak, hogy pontosan mikor jön el az a pillanat, amikor a bolygó már nem képes energiát előállítani.

A Marylandi Egyetem, a cseh Charles Egyetem és a Kínai Geológiai Akadémia tudósai az úgynevezett geoneutrínók vizsgálatával becsléseik szerint 2025-re már képesek lesznek megmondani, mennyi ideje van hátra bolygónknak. A kutatásról a Nature Scientific Reports tudományos folyóiratban jelentettek meg tanulmányt.

A geoneutrínók a Föld mélyén, főleg az urán és a tórium radioaktív bomlása következtében jönnek létre a földkéreg és földköpeny háromezer kilométer vastagságú rétegében. Ezek a részecskék árulkodhatnak a bolygó belsejében zajló folyamatokról, többek között arról is, mennyi ideig tart még a radioaktív bomlás, és meddig nyerhetünk még energiát a primordiális folyamatokból.

Geoneutrínókat – statisztikailag jelentős mennyiségben – először az olasz atomfizikai intézet Gran Sasso laboratóriumában, a BOREXINO nevű neutrínódetektorral sikerült észlelni még hét éve, 2010-ben.

A neutrínók nem kötnek bele semmibe

A geoneutrínók megfigyelésével az a probléma, hogy nagyon specifikus megfigyelőközpontok kellenek hozzá. Egy kisebb irodaépületnyi detektorra van szükség, amit a mindenféle radioaktív helyszínektől messze, nagyjából 1,6 kilométerrel a föld alá kell helyezni, hogy a légkörbe érkező kozmikus sugárzás se zavarjon be az észlelésbe.

Eddig nagyon lassú és körülményes folyamat volt az antineutrínók megfigyelése, ugyanis a központokban csak akkor lehet őket észrevenni, ha egyikük hidrogénatomhoz ütközik. Ez pedig igen ritkán fordul elő, hiszen a neutrínók alapvetően semleges, töltéssel nem rendelkező részecskék, ezért egymillió neutrínóból jó, ha egy eltalál valami olyat, amivel kölcsönhatásba lép, és megfigyelhető.

Nagyjából évente 16 ilyen eseményt sikerült feljegyezni, ezeket is a japán KamLAND és az olasz BOREXINO segítségével.

Begyorsul a kutatás

Csakhogy hamarosan újabb detektorok kezdik el kutatni a geoneutrínókat: a kanadai SNO+ már épül, a japán Jinping Földalatti Laboratórium már működik, és a kínai Jiangmen Földalatti Neutrínó Obszervatórium (JUNO) is kutatja ezeket a részecskéket.

A Marylandi Egyetem kutatói szerint a mostani megfigyelésekkel és a 8 évnyi új kutatással 2025-re így már összegyűlik majd annyi adatunk róluk, hogy képesek legyünk megjósolni, meddig elég az „üzemanyag” a Föld belsejében.

Hogy mi történik egy ilyen detektorban? Mivel a neutrínórészecskék semlegességük miatt jellemzően egyenes vonalban haladnak úgy, hogy nagyon-nagyon ritkán ütköznek más részecskékkel, a megfigyelőállomásokon nagy mennyiségű célanyagon, jellemzően folyadékon keresztül ütköztetik őket, és ezen eseményeket rögzítik.

Így is rendkívül ritka eseményről van szó, ezért halad ilyen lassan a geoneutrínó-kutatás is.

Ha már tudni fogjuk, hogy mennyi radioaktív energia van a Földben, az árulkodik a bolygó fogyasztási mennyiségéről a múltban, és segít megjósolni, hogy mennyi üzemanyag-tartaléka van még hátra

– írta sajtóközleményében William McDonough, a Marylandi Egyetem geológiaprofesszora.

Felrajzolják a Föld belsejének hőtérképét

Egy friss, a Nature Communications tudományos folyóiratban megjelent tanulmány szerint azt is képesek lehetünk megállapítani a geoneutrínók segítségével, hogy pontosan mekkora a bomló radioaktív anyagok aránya a Föld belsejében.

Azt több száz kilométer mélyről érkező kőzetekből tudjuk, hogy a radioaktív bomlás az urán, tórium és kálium instabil típusaiból érkezik, és azt is, hogy az uránium bomlásából érkező geoneutrínó például nagyobb energiával rendelkezik, mint a kálium bomlásából eredő. Ebből következik, hogy ha a geoneutrínó mennyiségén kívül az energiamennyiségét is megmérjük, arról is kapunk információt, hogy a három elemből melyik milyen arányban van jelen a Föld mélyén.

A kutatók ehhez folyadék helyett gázzal töltenék fel a detektorokat, és megfigyelnék a beérkező geoneutrínók irányát (amit nagyon nehezen térít el bármilyen részecske pontosan a semlegessége miatt) és az energiaszintjét is, hogy megrajzolhassák a Föld belsejének hőtérképét.

(Kiemelt kép forrása: Flickr/Argonne National Laboratory)