La tierra genera calor. Cuanto más profundo vas cuanto mayor sea la temperatura. A 25 km de profundidad, las temperaturas suben hasta 750 ° C; en el núcleo, se dice que es 4, 000 ° C. Los seres humanos han estado haciendo uso de las fuentes termales desde la antigüedad, y hoy utilizamos tecnología geotérmica para calentar nuestros apartamentos. Erupciones volcánicas, los géiseres y los terremotos son signos de la potencia interna de la Tierra.

El flujo de calor promedio desde la superficie de la tierra es de 87 mW / m ² - es decir, 1/10, 000 de la energía recibida del sol, lo que significa que la tierra emite un total de 47 teravatios, el equivalente a varios miles de centrales nucleares. La fuente del calor de la tierra ha sido un misterio durante mucho tiempo, pero ahora sabemos que la mayor parte es el resultado de la radiactividad.

El nacimiento de los átomos

Para entender de dónde viene todo este calor, tenemos que remontarnos al nacimiento de los elementos atómicos.

El Big Bang produjo materia en forma de protones, neutrones electrones, y neutrinos. Tomó alrededor de 370, 000 años para que se formen los primeros átomos:los protones atraen electrones, produciendo hidrógeno. Otro, núcleos más pesados, como el deuterio y el helio, formado al mismo tiempo, en un proceso llamado nucleosíntesis del Big Bang.

La creación de elementos pesados ​​fue mucho más ardua. Primero, nacieron las estrellas y se formaron núcleos pesados ​​por acreción en su crisol de fuego. Este proceso, llamada nucleosíntesis estelar, tomó miles de millones de años. Luego, cuando murieron las estrellas, estos elementos se esparcen por el espacio para ser capturados en forma de planetas.

Por tanto, la composición de la tierra es muy compleja. Por suerte para nosotros y nuestra existencia, incluye todos los elementos naturales, desde el átomo más simple, hidrógeno, a átomos pesados ​​como el uranio, y todo lo que hay en el medio carbón, hierro:toda la tabla periódica. Dentro de las entrañas de la tierra hay toda una panoplia de elementos, dispuestas en varias capas similares a cebollas.

Sabemos poco sobre el interior de nuestro planeta. Las minas más profundas alcanzan como máximo 10 km, mientras que la tierra tiene un radio de 6, 500km. El conocimiento científico de niveles más profundos se ha obtenido a través de mediciones sísmicas. Usando estos datos, El geólogo dividió la estructura de la tierra en varios estratos, con el núcleo en el centro, sólido por dentro y líquido por fuera, seguido de los mantos inferior y superior y, finalmente, la corteza. La tierra está hecha de pesados elementos inestables y, por tanto, radiactivo, lo que significa que hay otra forma de conocer sus profundidades y comprender la fuente de su calor.

¿Qué es la radiactividad?

La radiactividad es un fenómeno natural común e ineludible. Todo en la tierra es radiactivo, es decir, todo produce espontáneamente partículas elementales (los humanos emitimos algunos miles por segundo). En los días de Marie Curie, nadie temía a la radiactividad.

De lo contrario, Se decía que tenía efectos beneficiosos:las cremas de belleza estaban certificadas como radiactivas y la literatura contemporánea ensalzaba las propiedades radiactivas del agua mineral. Maurice Leblanc escribió sobre una fuente termal que salvó a su protagonista Arsène Lupin durante una de sus aventuras:"El agua contenía tanta energía y poder que la convirtió en una verdadera fuente de juventud, propiedades derivadas de su increíble radiactividad ". (Maurice Leblanc, "La demoiselle aux yeux verts", 1927)

Hay varios tipos de radiactividad, cada uno implica la liberación espontánea de partículas y la emisión de energía que se puede detectar en forma de depósitos de calor. Aquí, hablaremos de la desintegración "beta", donde se emiten un electrón y un neutrino. El electrón se absorbe tan pronto como se produce, pero el neutrino tiene la sorprendente capacidad de penetrar una amplia gama de materiales. Toda la Tierra es transparente a los neutrinos, por lo que la detección de neutrinos generados por la desintegración radiactiva dentro de la Tierra debería darnos una idea de lo que está sucediendo en sus niveles más profundos.

Este tipo de partículas se llaman geoneutrinos, y proporcionan una forma original de investigar las profundidades de la Tierra. Aunque detectarlos no es fácil, dado que los neutrinos interactúan poco con la materia, algunos detectores son lo suficientemente importantes para realizar este tipo de investigación.

Los geoneutrinos surgen principalmente de elementos pesados ​​con vidas medias muy largas, cuyas propiedades ahora se comprenden a fondo a través de estudios de laboratorio:principalmente uranio, torio y potasio. La desintegración de un núcleo de uranio-238, por ejemplo, libera un promedio de 6 neutrinos, y 52 megaelectronvoltios de energía transportados por las partículas liberadas que luego se alojan en la materia y depositan calor. Cada neutrino transporta alrededor de dos megaelectronvoltios de energía. Según medidas estandarizadas, un megaelectronvoltio equivale a 1,6 10 ^-13 julios, por lo que tomaría alrededor de 10 ²⁵ decae por segundo para alcanzar el calor total de la tierra. La pregunta es, ¿Se pueden detectar estos neutrinos?

Detectando geoneutrinos

En la práctica, tenemos que tomar medidas agregadas en el sitio de detección de flujos provenientes de todas las direcciones. Es difícil determinar la fuente exacta de los flujos, ya que no podemos medir su dirección. Tenemos que usar modelos para crear simulaciones por computadora. Conociendo el espectro de energía de cada modo de desintegración y modelando la densidad y posición de los distintos estratos geológicos que afectan el resultado final, obtenemos un espectro general de neutrinos esperados que luego deducimos del número de eventos predichos para un detector dado. Este número es siempre muy bajo:solo un puñado de eventos por kilotón de detector por año.

Dos experimentos recientes se han sumado a la investigación:KamLAND, un detector que pesa 1, 000 toneladas métricas debajo de una montaña japonesa, y Borexino, que se encuentra en un túnel debajo de la montaña Gran Sasso en Italia y pesa 280 toneladas métricas. Ambos utilizan "centelleadores líquidos". Para detectar neutrinos de la tierra o el cosmos, necesita un método de detección que sea eficaz a bajas energías; esto significa excitar átomos en un líquido centelleante. Los neutrinos interactúan con los protones, y las partículas resultantes emitidas producen luz observable.

KamLAND ha anunciado más de 100 eventos y Borexino alrededor de 20 que podrían atribuirse a geoneutrinos, con un factor de incertidumbre del 20-30%. No podemos identificar su fuente, pero esta medición general, aunque bastante aproximada, está en línea con las predicciones de las simulaciones, dentro de los límites de las bajas estadísticas obtenidas.

Por lo tanto, la hipótesis tradicional de una especie de reactor nuclear en el centro de la tierra, que consiste en una bola de uranio fisión como las de las centrales nucleares, ahora ha sido excluido. La fisión no es una radiactividad espontánea, sino que es estimulada por neutrones lentos en una reacción en cadena.

Ahora hay nuevos, Se están desarrollando detectores más eficaces:SNO + de Canadá, y Juno de China, lo que mejorará nuestro conocimiento de los geoneutrinos.

"Lejos de disminuirlo, agregar lo invisible a lo visible solo enriquece a este último, le da sentido, lo completa "(Paul Claudel, "Positions et propositions", 1928)

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.