Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

Радиогенный тепловой поток также указывает на то, что общее содержание урана на планете составляет около 0,000002 %. Те мантийные породы, к которым у нас есть доступ, содержат примерно такое же количество урана. Таким образом, можно утверждать, что они действительно являются репрезентативными для мантии, то есть идея об эффективном перемешивании мантии подтверждается. Но здесь таится загадка. В обнаженных мантийных породах преобладает минерал оливин – силикат, состоящий из магния и железа, а содержание урана в нем значительно выше, чем в классе каменных метеоритов, называемых энстатитовыми хондритами. Долгое время считалось, что эти метеориты состоят из того же вещества, из которого состоит и Земля, однако основную часть этих метеоритов составляет другой силикат – пироксен. Возникает вопрос: где на Земле может прятаться это вещество с преобладанием пироксена – может быть, глубоко в карманах мантии? Или состав планеты отличается от состава энстатитовых хондритов?

Соотношение оливина и пироксена в мантии Земли имеет решающее значение для точного определения места и времени образования планеты из солнечной туманности. Выделение оливина происходит при несколько более высокой температуре, чем выделение пироксена; это значит, что если бы планета находилась ближе к Солнцу или образовалась раньше, когда температуры были выше, оливина было бы больше.

Мы все еще далеки от окончательного ответа на этот вопрос. С учетом количества обнаруженных геонейтрино у оценщиков радиогенного теплового потока остается довольно большое поле работы: точность определения количества тепла в 20 тераватт имеет погрешность ±9 тераватт, что затрудняет окончательный выбор модели мантии по ее составу или сценарию перемешивания. С помощью детекторов KamLAND и «Борексино» вряд ли удастся положить конец дебатам на эту тему.

Третий детектор, который должен был начать работу в 2018 году, может иметь решающее значение. Глубоко под землей в Нейтринной обсерватории Садбери (англ. Sudbury Neutrino Observatory, SNO; Онтарио, Канада) расположен детектор SNO+. Это устройство примерно того же размера, что и KamLAND, но, находясь на глубине 2 километра под землей, детектор лучше защищен от мюонов космических лучей. И он не окружен ядерными реакторами. При более низком уровне фона SNO+ должен ловить геонейтрино пачками – разумеется, в переносном смысле, поскольку нейтрино вообще трудно поймать.

Но и это только начало. В идеале мы хотим нанести на карту места происхождения геонейтрино и получить более детальную картину распределения урана и тория, а также построить точную модель мантии и узнать, какова степень ее однородности и перемешивания. Для этого надо уметь отсеивать геонейтрино из других источников, таких как кора и ядро, для чего потребуется сеть детекторов, которые будут ловить нейтрино, приходящие из разных мест и под разными углами. Такой навык позволил бы нам получить больше сведений об особых участках мантии, таких как мантийные суперплюмы[1] под Африкой и Тихим океаном, которые считаются ответственными за возникновение аномальных областей вулканизма (см. главу 5).

Проходя через эти суперплюмы, сейсмические волны резко теряют скорость – это позволяет предположить, что они имеют меньшую вязкость и, скорее всего, более высокую температуру. Объяснить это можно тем, что суперплюмы содержат большое количество подвергающихся распаду урана и тория. Если это так, то они могут быть источниками дополнительного рождения геонейтрино.