Il calore interno di un pianeta proviene da due fonti principali:l'energia residua accumulata dalle collisioni tra i planetesimi durante l'accrescimento del pianeta e il successivo decadimento degli elementi radioattivi incorporati in quel materiale.

L'uranio (U), il torio (Th) e il potassio hanno contribuito in modo significativo al bilancio energetico interno della Terra e l'entità di tale contributo è un vincolo chiave per l'evoluzione dell'interno. Tuttavia, poiché si trovano nelle profondità della Terra, l'abbondanza di questi elementi è stato finora difficile da stimare.

Nel loro studio pubblicato in Lettere di ricerca geofisica , Abe et al. presentare nuovi vincoli significativamente più severi sulle abbondanze di uranio e torio misurate utilizzando una finestra di osservazione unica:la rilevazione degli antineutrini elettronici terrestri. Questi antineutrini vengono emessi durante il decadimento beta di 238U e 232Th e quindi passano liberi attraverso la Terra. Una piccola frazione di queste particelle può quindi essere misurata mediante un esperimento chiamato Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND).

KamLAND, con sede a Hida, Gifu, in Giappone, si trova a 1.000 metri sottoterra in un pozzo minerario abbandonato. Utilizza una grande vasca di liquido per indurre la reazione di decadimento beta, in cui un antineutrino in arrivo colpisce un nucleo atomico e converte un protone in un neutrone e un positrone. Queste particelle possono quindi essere osservate dal rivelatore.

KamLAND aveva originariamente lo scopo di osservare gli antineutrini emessi dai reattori nucleari commerciali del Giappone. Tuttavia, dopo l'incidente nucleare di Fukushima del 2011, questi reattori sono stati tutti chiusi. L'improvvisa assenza di antineutrini prodotti artificialmente aumentò notevolmente la sensibilità di KamLAND a quelli di origine naturale. In totale, gli autori presentano 18 anni di dati, quasi la metà dei quali è stata registrata dalla chiusura dei reattori giapponesi.

I ricercatori confrontano il flusso di antineutrino osservato con quelli previsti da tre modelli per l'abbondanza di uranio e torio all'interno del mantello. Questi modelli corrispondono a tre livelli di calore aggiunto all'interno:basso (10–15 terawatt), medio (17–22 terawatt) e alto (più di 25 terawatt). Considerano due varianti di ciascun modello:una con radioisotopi distribuiti uniformemente in tutto il mantello e una con essi concentrati al confine nucleo-mantello.

I dati escludono entrambe le variazioni del modello ad alta temperatura con confidenza superiore al 97%. Poiché questo modello è stato costruito per fornire il calore necessario per supportare la convezione del mantello, suggerisce che la nostra comprensione di questa convezione potrebbe richiedere alcune modifiche. + Esplora ulteriormente

Un passo avanti nella risoluzione del problema del flusso reattore-neutrino

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di Eos, ospitata dall'American Geophysical Union. Leggi la storia originale qui.