2015-01-13
1000
Радиоактивностью называют способность атомов к превращению, которое сопровождается испусканием излучения. При радиоактивном распаде испускается излучение трёх видов: α -, β - и γ - излучения.
Роль радиоактивности: установление возраста пород и как источник тепла в Земле.
Сравним относительные потери тепла с тем теплом, которое необходимо для поддержания в Земле высокой температуры. Наблюдения дают для тепловых потерь величину 2.4·1020 кал/год. Примем эту величину для оценки общей потери Земли за всю её историю. Тогда получим, что полная потеря тепла Землёй равна 1.1·1030 кал. Примем далее среднюю удельную теплоёмкость при постоянном давлении равной 0.3 кал/(г·ºС) и массу Земли равной 5.977·1027 г. Отсюда для разогрева Земли до 3000ºС необходимо 5.4·1030 кал. Таким образом, для разогрева недр Земли до высокой температуры необходимо гораздо большее количество тепла от внутренних источников, чем для поддержания современного теплового потока.
Распад радиоактивных изотопов сопровождается потерей энергии молекулярных связей. При этом энергия передаётся α- и β- частицами и излучается в виде γ- лучей. Вблизи распадающегося изотопа энергия переходит в тепло.
|
|
|
Заметную долю тепла, выделяемого в недрах Земли, в настоящее время создают изотопы U238, U235, Th232 и K40.
Скорость выделения тепла (кал/год) на 1г U, Th, K,
существующих в настоящее время
| 0 млрд. лет назад | 2 млрд. лет назад | 4 млрд. лет назад | Среднее за 4.5 млрд. лет | |
| U | 0.74 | 1.18 | 2.81 | 1.57 |
| Th | 0.2 | 0.22 | 0.24 | 0.22 |
| K | 2.6·10-5 | 7.4·10-5 | 21.4·10-5 | 10.6·10-5 |
Среднее содержание долгоживущих радиоактивных элементов в граните, базальте, хондритах и тепло, выделившееся в прошлом и настоящем в этих породах
| Состав, 10-6 | Выделившееся тепло, 10-8 кал/ (г ·год) n млрд. лет назад | |||||||
| U | Th | K | K/U | n = 0 | n = 2 | n = 4 | Среднее за 4.5 млрд. лет | |
| Гранит | 4.75 | 18.5 | ||||||
| Базальт | 0.60 | 2.7 | ||||||
| Хондриты | 0.012 | 0.0398 | 3.9 | 8.6 | 22.4 | 11.7 |
Какую же роль играли долгоживущие радиоактивные изотопы в первоначальном разогреве Земли, особенно в первый миллиард лет её существования? Примем, что скорость генерации тепла определяется хондритовой моделью и равна 21·10-8 кал/(г·год); удельную теплоёмкость примем равной 0.3 кал/(г·°С). Тогда (если не принимать во внимание потери тепла) температура Земли за первый млрд. лет должна была повыситься до 700°С. Если всё тепло, выделенной хондритовой Землёй за 4.5 млрд. лет останется целиком в Земле, тогда её средняя температура достигнет лишь 1800°С. Таким образом, вклад долгоживущих радиоактивных изотопов может объяснить только часть начального разогрева Земли. Поэтому, чтобы разогреть Землю до современной температуры, необходимы были и другие источники тепла.
