Woher stammt die Wärme im Erdinnern?

  • 18. July 2011

Geoneutrinos zufolge geht nur die Hälfte der Energie auf radioaktive Zerfälle zurück.

Das Konsortium der am Kamioka Liquid-scintillator Antineutrino Detector (Kamland) beteiligten Forscher haben jetzt die Auswertung der mehrere Jahre andauernden Messung von Geoneutrinos vorgelegt. Demnach lässt sich die hohe Temperatur im Erdinnern nicht alleine durch die Zerfallswärme radioaktiver Isotope erklären, rund fünfzig Prozent müssen vielmehr noch von der Entstehung des Planeten übrig sein oder vielleicht sogar aus anderen Quellen stammen.

Kern des Kamland-Anti-Elektron-Neutrino-Detektors ist ein Tank, der mit einer szintillierenden Flüssigkeit gefüllt ist (Querschnitt, links). Mehr als 1800 Photomultiplier (Einsatz, rechts) fangen die Lichtsignale auf, die bei der Kollision von Antineutrinos mit Protonen entstehen

Abb.: Der Kern des Kamland-Anti-Elektron-Neutrino-Detektors ist ein Tank, der mit einer szintillierenden Flüssigkeit gefüllt ist (Querschnitt, links). Mehr als 1800 Photomultiplier (Einsatz, rechts) fangen die Lichtsignale auf, die bei der Kollision von Antineutrinos mit Protonen entstehen. (Bild: Tohoku U.)

Mit Kamland untersuchten die Forscher ursprünglich Neutrino-Oszillationen von Teilchen aus den japanischen Kernkraftwerken. 2005 gelang jedoch auch der Nachweis und die Untersuchung von Geoneutrinos, die vom Zerfall etwa von Uran, Thorium und Kalium im Mantel und der Kruste der Erde stammen. Somit, so die Hoffnung, ließe sich der Anteil dieser Prozesse an den 44 Terawatt an Wärme bestimmen, die unser Planet derzeit ans All abgibt. Diesen Wert bestimmten Geologen anhand von Temperaturmessungen in insgesamt 20.000 Bohrlöchern weltweit.

Zusätzliche Neutrino-Messwerte erhielten die Wissenschaftler vom Borexino-Experiment im italienischen Gran-Sasso-Massiv. Durch die Steigerung der Empfindlichkeit des Kamland-Experiments aufgrund verschiedener Faktoren im Verlauf der letzten Jahre ließ sich der Beitrag radiogenischer Wärme auf 20 plusminus 8,8 Terawatt bestimmen. Damit ist mit einer statistischen Sicherheit von mehr als 97 Prozent ausgeschlossen, dass die abgegebene Erdwärme alleine aus radioaktiven Zerfällen stammt. Der Wert ist genau genug, um Geophysikern als Grundlage dienen kann, um ihre Modelle für die Schichtung der Erde und die darin ablaufenden Prozesse zu verfeinern.

LBL / OD

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