O calor interior de um planeta vem de duas fontes principais: energia restante acumulada de colisões entre planetesimais durante a acreção do planeta e o subsequente decaimento de elementos radioativos embutidos nesse material.
O urânio (U), o tório (Th) e o potássio contribuíram significativamente para o orçamento interno de energia da Terra, e a magnitude dessa contribuição é uma restrição fundamental na evolução do interior. No entanto, por estarem localizados nas profundezas da Terra, a abundância desses elementos tem sido difícil de estimar.
Em seu estudo publicado na Geophysical Research Letters, Abe et al. apresentam novas restrições significativamente mais rígidas sobre as abundâncias de urânio e tório medidos usando uma janela observacional única: a detecção de antineutrinos de elétrons terrestres. Esses antineutrinos são emitidos durante o decaimento beta de 238U e 232Th e, em seguida, passam livremente pela Terra. Uma pequena fração dessas partículas pode ser medida por um experimento chamado Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND).
A KamLAND, com sede em Hida, Gifu, Japão, está localizada a 1.000 metros de profundidade em um poço de mineração abandonado. Ele usa uma grande cuba de líquido para induzir a reação de decaimento beta, na qual um antineutrino de entrada atinge um núcleo atômico e converte um próton em um nêutron e um pósitron. Essas partículas podem então ser observadas pelo detector.
O KamLAND foi originalmente destinado a observar antineutrinos emitidos pelos reatores nucleares comerciais do Japão. No entanto, após o acidente nuclear de Fukushima em 2011, esses reatores foram todos desligados. A súbita ausência de antineutrinos produzidos artificialmente aumentou dramaticamente a sensibilidade do KamLAND aos de origem natural. No total, os autores apresentam 18 anos de dados, quase metade dos quais foram registrados desde o desligamento dos reatores do Japão.
Os pesquisadores comparam o fluxo de antineutrinos observado com os previstos por três modelos para a abundância de urânio e tório dentro do manto. Esses modelos correspondem a três níveis de calor adicionados ao interior: baixo (10 a 15 terawatts), médio (17 a 22 terawatts) e alto (mais de 25 terawatts). Eles consideram duas variações de cada modelo: uma com radioisótopos distribuídos uniformemente por todo o manto e outra com eles concentrados na fronteira núcleo-manto.
Os dados excluem ambas as variações do modelo de alta temperatura com mais de 97% de confiança. Como esse modelo foi construído para fornecer o calor necessário para suportar a convecção do manto, isso sugere que nossa compreensão dessa convecção pode exigir algumas modificações.
Publicado em 03/09/2022 11h51
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