Откуда берется внутреннее тепло Земли и остальных каменистых планет? С одной стороны, это тепло, оставшееся после образования Солнечной системы. С другой – это тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных изотопов. Это внутреннее тепло порождает вулканизм, тектонику плит и динамо-машину земного ядра. Именно оно генерирует магнитное поле нашего мира. Это поле защищает на планете Земля живые существа. И охраняет ее атмосферу от воздействия космических лучей и солнечного ветра.
Таким образом становится очевидно, что радиоактивные изотопы и тепло, которое они производят, являются фундаментальным компонентом для создания пригодной для жизни планеты. Но что это за изотопы? В основном их четыре: калий-40, торий-232, уран-235 и уран-238. Также следует упомянуть алюминий-26 и железо-60. Это два очень распространенных изотопа, которые в прошлом способствовали поддержанию внутреннего тепла у многих тел Солнечной системы. В том числе у некоторых астероидов. Эти два изотопа перестали играть существенную роль в нагреве каменистых планет миллиарды назад.
Ядерные батарейки на планете Земля
Зная все вышеперечисленное, мы можем спросить себя: одинаково ли распространены эти изотопы по всему Млечному Пути? И если нет, то что произошло бы, если бы в недрах каменистой планеты их было больше или меньше?
Калий-40 образуется в основном в результате s-процессов в массивных звездах. И считается, что его распределение в Галактике относительно однородно. Но его вклад во внутренний нагрев каменистых планет сильно отстает от вклада урана и тория (Насколько именно? Точно наука не знает). Торий и уран образуются в результате r-процессов в сталкивающихся нейтронных звездах. И, в меньшей степени, в сверхновых. Эти события происходят реже. Поэтому можно предположить, что в Млечном Пути есть области с большим количеством урана и тория, чем в других. По некоторым оценкам, распределение этих элементов в Галактике должно варьироваться от 30% до 300% количества, которое мы наблюдаем в нашей Солнечной системе.
Как охладить планету?
Очевидно, что планеты со временем остывают. По мере распада этих изотопов. Но не все механизмы охлаждения одинаково эффективны. Тектоника плит кажется отличным методом охлаждения такой планеты как Земля. Поскольку в настоящее время она тратит в два раза больше тепла, чем выделяется при радиоактивном распаде. Именно из-за этого ученые толком не знают количества тепла, содержащегося под земной корой. Примерные оценки говорят, что это значение составляет от 42 до 47 тераватт. Из которых 22 тераватта генерируется при распаде радиоактивных изотопов.
Однако эти цифры сильно различаются в зависимости от источника.
Четыре миллиарда лет назад недра Земли были теплее. И излучали в 3,5 раза больше тепла, чем сегодня. И большая часть этой энергии была рассеяна вулканизмом. Таким образом, механизмы охлаждения — тектоника плит и вулканизм — а также количество тепла, выделяемого в мантии, очень важны. Поскольку они, в свою очередь, обуславливают охлаждение ядра из железа и никеля, где магнитное поле генерируется жидким ядром.
Двигателем этой динамо-машины является не столько вращение планеты, сколько конвекционные течения в жидком ядре. Которые, в свою очередь, зависят от разницы температур с мантией. И наличия или отсутствия твердого ядра. (Интересный факт: на протяжении от 60% до 90% истории Солнечной системы у Земли не было твердого ядра. Из-за существовавших в ее недрах высоких температур).
Столько, сколько нужно
Изюминка текущей ситуации состоит в том, что если увеличить количество урана и тория внутри Земли сейчас, ее недра станут более горячими. И возрастет интенсивность вулканической деятельности. Повышенная вулканическая активность может привести к более эффективному выбросу летучих веществ из недр планеты. Это приведет к увеличению количества воды на ее поверхности. И образованию более плотной атмосферы. При этом (и это главное!), работа динамо-машины не обязательно будет усилена. А скорее наоборот. Если количество этих элементов будет слишком велико, динамо-машина полностью остановится. С ужасными последствиями для всех возможных форм жизни в этом мире. Точно так же каменистые планеты крупнее Земли с аналогичным составом будут производить больше тепла на единицу площади. И, безусловно, будут проявлять большую вулканическую активность.
Короче говоря возможно, что существует некая «обитаемая зона» относительно оптимального количества урана и тория в недрах каменистой планеты. Если их будет мало, внутренняя часть планеты будет охлаждаться быстрее. И ее атмосфера будет потеряна раньше, поскольку вулканизм уменьшится. Что приведет к ужасным последствиям для жизни. Но если тория и урана будет слишком много, динамо-машина перестанет работать. И планета останется без защитного магнитного поля.
Очевидно, что планета Земля имеет точно необходимый запас нужных изотопов. Ни больше, ни меньше…