Почему Земля всегда горячая?

Откуда берётся и почему не исчезает тепло в недрах Земли?

Температура ядра Земли является высокой и удивительно стабильной. Это можно объяснить несколькими процессами. Во-первых, высокая температура ядра Земли обусловлена первородным запасом тепла и постоянным подогревом от распада радиоактивных элементов в центральных областях.

На ранних стадиях формирования Земли, планета находилась в жидком состоянии и имела очень высокую температуру. Все тяжелые радиоактивные элементы "тонули" в жидком состоянии, достигая центральных областей. Примером такого элемента может служить уран-238, который тонул бы в жидком железе почти так же, как базальтовый камень в воде. Присутствие этих тяжелых элементов делает плотность железного ядра Земли равной около 12,5 г/см³, вместо обычной плотности железа, равной 7,8 г/см³.

Распады радиоактивных элементов, таких как ²³⁸U и ²³²Th, являются источником тепла в недрах Земли на протяжении миллиардов лет. Эти распады подогревают железное ядро Земли, удерживая его температуру в районе 6000 °C. Они частично компенсируют рассеяние первородного тепла Землей.

Важно отметить, что эта гипотеза была подтверждена в 2005 году с высокой достоверностью в эксперименте колаборации KamLAND. Эксперимент обнаружил электронные антинейтрино, вызванные распадами радиоактивных элементов ²³⁸U и ²³²Th из центра Земли. Модели состава Земли предполагают, что радиогенная мощность этих распадов составляет около 16 ТВт, что приблизительно равно половине общей измеренной скорости рассеивания тепла Землей (то есть количества тепла, которое Земля отдает в космос).

Таким образом, высокая температура ядра Земли объясняется комбинацией изначальных запасов тепла и постоянного подогрева от распада радиоактивных элементов. Этот процесс поддерживает стабильную температуру ядра Земли на протяжении длительного времени.

Распады радиоактивных элементов, такие как уран-238 и торий-232, являются спонтанными процессами, при которых происходит выделение энергии в виде тепла. Эти элементы находятся в центральных областях Земли и их распады являются главным источником радиогенного тепла. При распаде происходит превращение радиоактивных элементов в более стабильные изотопы, сопровождающееся высвобождением энергии. Эта энергия в основном преобразуется в тепло и увеличивает температуру окружающих материалов, включая железное ядро Земли.

Кроме радиоактивных элементов, существует также гравитационный разогрев Земли. Под воздействием силы тяжести масса Земли оказывает давление на центральные области. Это приводит к увеличению плотности и сжатию материи, что в теории может вызывать повышение температуры. Однако, по сравнению с радиоактивным теплом, вклад гравитационного разогрева невелик. Повышение температуры жидких и твёрдых тел при увеличении давления практически не заметно.

Таким образом, тепло в недрах Земли не исчезает из-за постоянного подогрева от радиоактивных распадов элементов, таких как уран и торий, а также благодаря минимальному влиянию гравитационного разогрева. Эти механизмы обеспечивают стабильность температуры ядра Земли и являются фундаментальными факторами, формирующими внутреннюю структуру и эволюцию нашей планеты.

Источник