Земля, сформировавшаяся, как и другие планеты Солнечной системы, из единого газопылевого облака около 4,5 миллиарда лет назад, все время с этого момента остается горячей. Планета получает тепло из двух основных источников: первый - распад радиоактивных элементов в недрах Земли (например, урана и тория), а второй - это тепло, оставшееся со времени формирования планеты.
Авторы новой работы оценивали, каков вклад каждого из этих двух источников, изучая антинейтрино, рождающиеся в результате распада радиоактивных элементов. Исследователи анализировали данные, собранные нейтринным детектором KamLAND на острове Хонсю в Японии. Нейтрино - это очень легкие элементарные частицы, которые участвуют только в двух из четырех фундаментальных взаимодействиях - слабом и гравитационном. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с другими типами вещества, поэтому их трудно обнаружить.
В период с марта 2002 года по ноябрь 2009 года детектор KamLAND зарегистрировал 841 случай рождения нейтрино. Источником 485 из них оказались атомные реакторы и захоронения ядерных отходов, а еще 245 образовались в результате столкновения космических лучей с молекулами газов в земной атмосфере. Из оставшихся 111 случаев рождения нейтрино 5 оказались сомнительными, так что ученые заключили , что радиоактивный распад дал только 106 событий образования этих элементарных частиц.
Учитывая, насколько слабо нейтрино взаимодействуют с другими типами материи, из полученных данных ученые определили приблизительную интенсивность их образования в недрах планеты. Согласно их оценкам, ежесекундно сквозь квадратный сантиметр поверхности Земли проходит 4,3 миллиона нейтрино. Из этих данных ученые вычислили примерную интенсивность процессов распада и количество образующегося тепла - оно оказалось приблизительно равно 20 тераваттам. Распад радиоактивного кальция дополнительно дает еще около 4 тераватт. Все вместе эти процессы дают около 54 процента всего исходящего из недр Земли тепла. Соответственно, остальное тепло осталось с момента образования планеты.
В более ранних работах были получены примерно такие же оценки, однако до сих пор специалисты опирались не на изучение процессов, происходящих внутри планеты, а на анализ состава метеоритов, также сформировавшихся около 4,5 миллиарда лет назад.