A terra gera calor. Quanto mais fundo você vai, quanto mais alta for a temperatura. A 25km de profundidade, as temperaturas chegam a 750 ° C; no centro, diz-se que é 4, 000 ° C. Os humanos têm feito uso de fontes termais desde a antiguidade, e hoje usamos tecnologia geotérmica para aquecer nossos apartamentos. Erupções vulcânicas, gêiseres e terremotos são todos sinais da usina de força interna da Terra.

O fluxo de calor médio da superfície da terra é 87mW / m ² - isso é, 1/10, 000º da energia recebida do sol, o que significa que a terra emite um total de 47 terawatts, o equivalente a vários milhares de usinas nucleares. A fonte do calor da Terra há muito permanece um mistério, mas agora sabemos que a maior parte é resultado da radioatividade.

O nascimento de átomos

Para entender de onde vem todo esse calor, temos que voltar ao nascimento dos elementos atômicos.

O Big Bang produziu matéria na forma de prótons, nêutrons, elétrons, e neutrinos. Demorou cerca de 370, 000 anos para os primeiros átomos se formarem - prótons atraíram elétrons, produzindo hidrogênio. De outros, núcleos mais pesados, como deutério e hélio, formado ao mesmo tempo, em um processo chamado de nucleossíntese do Big Bang.

A criação de elementos pesados ​​foi muito mais árdua. Primeiro, estrelas nasceram e núcleos pesados ​​se formaram por acreção em seu cadinho de fogo. Este processo, chamado de nucleossíntese estelar, levou bilhões de anos. Então, quando as estrelas morreram, esses elementos se espalham pelo espaço para serem capturados na forma de planetas.

A composição da Terra é, portanto, altamente complexa. Felizmente para nós, e nossa existência, inclui todos os elementos naturais, do átomo mais simples, hidrogênio, a átomos pesados ​​como o urânio, e tudo mais, carbono, ferro - toda a tabela periódica. Dentro das entranhas da terra está toda uma panóplia de elementos, dispostos em várias camadas semelhantes a cebola.

Sabemos pouco sobre o interior de nosso planeta. As minas mais profundas atingem no máximo 10 km de profundidade, enquanto a terra tem um raio de 6, 500km. Conhecimento científico de níveis mais profundos foi obtido por meio de medições sísmicas. Usando esses dados, geólogo dividiu a estrutura da Terra em vários estratos, com o núcleo no centro, sólido por dentro e líquido por fora, seguido pelos mantos inferior e superior e, finalmente, a crosta. A terra é feita de pesados, elementos instáveis ​​e, portanto, radioativos, o que significa que há outra maneira de descobrir suas profundezas e entender a fonte de seu calor.

O que é radioatividade?

A radioatividade é um fenômeno natural comum e inevitável. Tudo na terra é radioativo, ou seja, tudo produz partículas elementares espontaneamente (os humanos emitem alguns milhares por segundo). Nos dias de Marie Curie, ninguém tinha medo de radioatividade.

Pelo contrário, dizia-se que tinha efeitos benéficos:os cremes de beleza foram certificados como radioativos e a literatura contemporânea exaltava as propriedades radioativas da água mineral. Maurice Leblanc escreveu sobre uma fonte termal salvando seu protagonista Arsène Lupin durante uma de suas aventuras:"A água continha tanta energia e poder que a tornava uma verdadeira fonte da juventude, propriedades decorrentes de sua incrível radioatividade. "(Maurice Leblanc, "La demoiselle aux yeux verts", 1927)

Existem vários tipos de radioatividade, cada uma envolvendo a liberação espontânea de partículas e emitindo energia que pode ser detectada na forma de depósitos de calor. Aqui, estaremos falando sobre decadência "beta", onde um elétron e um neutrino são emitidos. O elétron é absorvido assim que é produzido, mas o neutrino tem a surpreendente capacidade de penetrar em uma ampla variedade de materiais. Toda a Terra é transparente para os neutrinos, portanto, a detecção de neutrinos gerados pela decadência radioativa dentro da Terra deve nos dar uma ideia do que está acontecendo em seus níveis mais profundos.

Esses tipos de partículas são chamados de geoneutrinos, e eles fornecem uma maneira original de investigar as profundezas da Terra. Embora detectá-los não seja uma tarefa fácil, uma vez que os neutrinos interagem pouco com a matéria, alguns detectores são substanciais o suficiente para realizar esse tipo de pesquisa.

Geoneutrinos surgem principalmente de elementos pesados ​​com meias-vidas muito longas, cujas propriedades são agora totalmente compreendidas por meio de estudos de laboratório:principalmente urânio, tório e potássio. A decadência de um núcleo de urânio-238, por exemplo, libera uma média de 6 neutrinos, e 52 megaeletronvolts de energia carregados pelas partículas liberadas que então se alojam na matéria e depositam calor. Cada neutrino carrega cerca de dois megaeletronvolts de energia. De acordo com medidas padronizadas, um megaeletronvolt é equivalente a 1,6 10 ^-13 joules, então levaria cerca de 10 ²⁵ decai por segundo para atingir o calor total da terra. A questão é, esses neutrinos podem ser detectados?

Detectando geoneutrinos

Na prática, temos que fazer medições agregadas no local de detecção de fluxos vindos de todas as direções. É difícil determinar a origem exata dos fluxos, uma vez que não podemos medir sua direção. Temos que usar modelos para criar simulações de computador. Conhecer o espectro de energia de cada modo de decaimento e modelar a densidade e a posição dos vários estratos geológicos que afetam o resultado final, obtemos um espectro geral de neutrinos esperados que então deduzimos do número de eventos previstos para um determinado detector. Esse número é sempre muito baixo - apenas um punhado de eventos por quiloton de detector por ano.

Duas experiências recentes foram adicionadas à pesquisa:KamLAND, um detector pesando 1, 000 toneladas métricas sob uma montanha japonesa, e Borexino, que está localizado em um túnel sob a montanha Gran Sasso na Itália e pesa 280 toneladas métricas. Ambos usam "cintiladores líquidos". Para detectar neutrinos da terra ou do cosmos, você precisa de um método de detecção que seja eficaz em baixas energias; isso significa excitar átomos em um líquido cintilante. Neutrinos interagem com prótons, e as partículas resultantes emitidas produzem luz observável.

KamLAND anunciou mais de 100 eventos e Borexino cerca de 20 que podem ser atribuídos a geoneutrinos, com um fator de incerteza de 20-30%. Não podemos identificar sua fonte, mas esta medição geral - embora bastante aproximada - está em linha com as previsões das simulações, dentro dos limites das baixas estatísticas obtidas.

Portanto, a hipótese tradicional de uma espécie de reator nuclear no centro da Terra, consistindo em uma bola de urânio em fissão, como aquelas em usinas nucleares, agora foi excluído. A fissão não é uma radioatividade espontânea, mas é estimulada por nêutrons lentos em uma reação em cadeia.

Agora existem novos, detectores mais eficazes em desenvolvimento:SNO + do Canadá, e Juno da China, o que irá melhorar nosso conhecimento sobre geoneutrinos.

"Longe de diminuir, adicionar o invisível ao visível apenas enriquece o último, dá significado, completa. "(Paul Claudel, "Posições e proposições", 1928)

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.