Geoneutrinos können zeigen, wie viel Kraftstoff die Erde im Tank hat

Unser Planet erhält einen Großteil seiner Energie von der Sonne, aber einige der wichtigsten Naturereignisse der Erde - wie die Plattentektonik und das Magnetfeld - sind auf Brennstoff angewiesen, der tief im Erdinneren gespeichert ist. Und obwohl Geologen längst eingeschätzt haben, wie viel von diesem Treibstoff noch übrig ist, um unseren Planeten am Laufen zu halten, ist die Realität, dass wir keine wirkliche Vorstellung davon haben, wie viel wir noch haben. Dank eines ernsthaft geschickten Experiments, an dem Antineutrinos beteiligt sind, haben wir jetzt vielleicht innerhalb eines Jahrzehnts eine Antwort.

Wenn wir über den Brennstoff der Erde sprechen, haben wir es nicht mit fossilen Brennstoffen oder anderen Materialien zu tun, die der Mensch für Energie gewinnt und verbrennt. Stattdessen haben wir es mit etwas viel grundlegenderem zu tun, einer Mischung aus urzeitlicher Energie aus der Erdformation und Kernenergie, die durch den Zerfall radioaktiver Elemente erzeugt wird. Zu wissen, wie viel Erde noch übrig ist, wird grundlegende Fragen zur Funktionsweise unseres Planeten klären.

"Wir können eine einfache Perspektive haben - wir müssen wissen, ob wir" leer laufen "oder genügend Treibstoff haben, um den Erdmotor anzutreiben." William McDonough, Geologe an der University of Maryland und Teil der Forscher, die dies wünschen Maßnahme der Kraftstoffvorrat der Erde, sagte Inverse. „Vor ungefähr 150 Jahren fragten die Leute, wie lange die Sonne scheint. Dies führte zu Fragen zu den Details des Glanzprozesses (d. H. Zum Kernbrennen im Kern der Sonne). Es hat auch zu ähnlichen grundlegenden Kuriositäten in Bezug auf die Erde geführt. “

Die hier angewandte Methode ist extrem wählerisch. Geplant sind Partikel, die als Geoneutrinos bezeichnet werden, eine spezielle Art von Antineutrino, die durch den Zerfall radioaktiver Elemente wie Uran und Thorium freigesetzt wird. Wenn diese Geoneutrinos in einem Detektor mit einem Wasserstoffatom kollidieren, können die Forscher anhand einer verräterischen Signatur alle Ereignisse zusammenstellen und die Rate des radioaktiven Zerfalls innerhalb der Erde abschätzen, was wiederum die Abschätzung des Brennstoffvorrates der Erde ermöglicht.

"Null ermittelte Ereignisse pro Jahr waren mein Leben vor 2005."

Das ist alles gut und gut, aber subatomare Teilchen, die so klein und schwach interagierend sind wie Geoneutrinos, sind nicht leicht zu erkennen. Sie benötigen einen Detektor, der so groß ist wie ein kleines Gebäude, das sich über eine Meile unter der Erde befindet, um es vor kosmischen Neutrinos zu schützen, die die Messungen stören würden. Selbst dann haben wir mit Stromdetektoren nur durchschnittlich 16 Sichtungen pro Jahr. Wiederum wählerisch bis zum Äußersten, und sogar 16 pro Jahr verbessern die Art, wie die Dinge früher waren.

"Null ermittelte Ereignisse pro Jahr waren mein Leben vor 2005", sagte McDonough. Die Zahl steigt jedoch erheblich, da drei riesige neue Detektoren in China und Kanada voraussichtlich die Anzahl der jährlichen Erkennungen auf über 500 erhöhen werden. Ein Datenwert von wenigen Jahren würde potenziell Tausende von Datenpunkten bedeuten, mehr als genug für die Forscher, sich zuversichtlich über die Rate des Thorium- und Uranzerfalls zu fühlen. „Diese Experimente dauern ein Jahrzehnt oder Jahrzehnte. Daher erhöhen wir unsere Anzahl der Beobachtungen alle zwei Jahre um mehr als 1000! Darauf kommt es an."

Das ist etwas, was wir, sobald wir es entdeckt haben, erstaunlich finden werden, dass wir es überhaupt nicht gekannt haben

Hier gibt es eine Menge guter Grundlagenforschung, denn McDonough und seine Kollegen hoffen, große Fragen zur Milliardengeschichte der Erde beantworten zu können, wie schnell sie durch den Brennstoff gebrannt wird und wie viel noch übrig ist. Die Antworten, die die Forscher zu entdecken hoffen, könnten auch unmittelbarere Vorteile haben.

"Wir können bessere Vorhersagen über die wirtschaftlichen Ressourcen und die Elemente auf der Erde treffen", sagte McDonough Inverse. „Wie viel Uran haben wir auf der Erde, um Atomkraftwerke zu betreiben? Wie viel Niob, Lithium und / oder Lanthan gibt es auf der Erde? Dies sind alles Elemente, auf die wir gewöhnlich von diesen Tagen angewiesen sind. Wir nutzen die Elemente, um Energie zu erzeugen, unsere Laptops anzutreiben, unsere GPS-Chips zum Laufen zu bringen und unsere Batterien für unsere Hybridautos herzustellen. “

Das letzte Beispiel bietet tatsächlich eine gute Analogie für das, was McDonough und seine Forscherkollegen erreichen wollen. Die Erkennung von Geoneutrinos ist zwar keine leichte Arbeit, aber es ist sehr wichtig, um herauszufinden, wie viel Erde sich in ihrem sprichwörtlichen Tank befindet. Das ist etwas Grundlegendes für die Funktionsweise unseres Planeten. Was wir entdeckt haben, wird es erstaunlich finden, dass wir es überhaupt nicht gekannt haben.

"Es ist wie ein Autofahrer", sagte McDonough. „Er / sie weiß zwei wichtige Dinge über sein / sein Auto - wie viel Kraftstoff noch übrig ist und wie schnell er / sie seinen Kraftstoff verbraucht hat. Es ist eine einfache Anfrage, was sich in dem Panzer von Mutterschiff Erde befindet und wie schnell wir ihn benutzt haben."