Ιταλοί επιστήμονες έχουν ανιχνεύσει για πρώτη φορά αντι-σωματίδια, γνωστά ως γεω-νετρίνα, τα οποία εκπέμπονται κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό του φλοιού της Γης.Οι μετρήσεις που έγιναν από έναν ανιχνευτή κάτω από την Ιταλική πόλη Ακουίλα, σε βάθος πάνω από ένα χιλιόμετρο, θα μας βοηθήσουν να προσδιορίσουμε εκτός των άλλων και τη χημική σύνθεση του εσωτερικού της Γης. Η ανακάλυψη θα μπορούσε, επίσης, να βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια των μοντέλων που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη των σεισμών αλλά και τις εκρήξεις των ηφαιστείων.
Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες έχουν στηριχθεί σε μετρήσεις των σεισμικών κυμάτων κατά τη διάρκεια των σεισμών, για να συμπεράνουν τις μηχανικές ιδιότητες του γήινου μανδύα και πυρήνα, αλλά η χημική τους σύσταση έχει παραμείνει ένα θέμα θεωρητικών υποθέσεων. Τα τελευταία ευρήματα, με τον ανιχνευτή Borexino, ανοίγουν τον δρόμο για τις πρώτες άμεσες μετρήσεις των χημικών στοιχείων που κρύβονται βαθιά κάτω από το φλοιό της Γης.
"Ο Borexino έχει ανοίξει ένα νέο παράθυρο το οποίο μας επιτρέπει να δούμε κατ ευθείαν στο εσωτερικό της Γης, σε βάθος μέχρι και χιλιάδες χιλιόμετρα,” αναφέρει ο Giovanni Fiorentini, που συμμετείχε στην έρευνα.
Τα γεωνετρίνα, τα οποία δεν έχουν σχεδόν καθόλου μάζα ούτε και ηλεκτρικό φορτίο, εκπέμπονται όταν ραδιενεργά στοιχεία στον μανδύα της Γης διασπώνται σε πιο σταθερές ουσίες. Η διάσπαση των ραδιενεργών στοιχείων, όπως το ουράνιο-238 και το θόριο-232, θεωρείται ότι συμβάλλουν περισσότερο από το 50% στη θερμότητα που παράγεται στο εσωτερικό του πλανήτη, αλλά το ακριβές ποσοστό είναι άγνωστο. Η θέρμανση οδηγεί σε ρεύματα μεταφοράς μέσα στο μανδύα, που επηρεάζουν τόσο την ηφαιστειακή δραστηριότητα όσο και τις τεκτονικές μετακινήσεις των πλακών.
Η μέτρηση του αριθμού των γεωνετρίνων που εκπέμπονται, καθώς και οι ενέργειές τους, θα μας βοηθήσει να προσδιορίσουμε τις αναλογίες των διαφόρων ραδιενεργών ουσιών στο γήινο μανδύα αλλά και την ποσότητα της θερμικής ενέργειας στο κέντρο της Γης στην οποία συμβάλλουν.
Το 2005, το KamLAND, μια αμερικανο-ιαπωνική επιστημονική συνεργασία, ανέφερε ότι είδε μια "ένδειξη" γεω-νετρίνων στον ανιχνευτή στο ορυχείο Kamioka στην Ιαπωνία, αλλά η μέτρηση αυτή δεν κρίθηκε οριστική, λόγω του υψηλού θορύβου από τους γύρω πυρηνικούς σταθμούς.
Η ιταλική ομάδα έκανε μεγάλες προσπάθειες για να αποκλεισθεί κάθε πιθανή σύγκρουση με το υπόβαθρο. Στο υπόγειο βάθους πάνω από ένα χιλιόμετρο, ο ανιχνευτής Borexino διαμέτρου 18 μέτρων είναι ένα από τα βαθύτερα εργαστήρια της Γης.
Η σφαίρα από ανοξείδωτο ατσάλι στο Borexino
Στην καρδιά του ανιχνευτή είναι μια σφαίρα από ανοξείδωτο χάλυβα, που περιέχει εξαιρετικά καθαρά κατάλληλα υγρά για την ανίχνευση και είναι επενδεδυμένος από 2.200 υάλινες ειδικές ‘λάμπες’, που η κάθε μία είναι ικανή να ανιχνεύει ένα μόνο φωτόνιο. Τα γεω-νετρίνα που διέρχονται από τον ανιχνευτή αλληλεπιδρούν με το υγρό και έτσι προκαλείται μια λάμψη του φωτός, η οποία μπορεί να διαβαστεί από έναν από τους χιλιάδες φωτο-αισθητήρες.
Γύρω από την εσωτερική σφαίρα είναι αρκετά ομόκεντρα στρώματα για την προστασία της από την ακτινοβολία υποβάθρου. Ενώ ολόκληρο το εσωτερικό τμήμα είναι τοποθετημένο σε μια εξωτερική δεξαμενή με 2.400 τόνους του νερού – που ισοδυναμεί σε όγκο με μια ολυμπιακή πισίνα – για να εξαλείψουν ουσιαστικά την πιθανότητα θορύβου.
Ο Giorgio Gratta, ένας φυσικός στο πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και συνεργάτης στο έργο KamLAND, χαρακτήρισε το έργο στην Ιταλία ως ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός. "Γνωρίζουμε περισσότερα για το τι βρίσκεται στο κέντρο του ήλιου από ό,τι στο κέντρο της Γης – τα μοντέλα μας είναι πραγματικά πολύ στοιχειώδη," λέει. "Τώρα με τους ανιχνευτές των γεω-νετρίνων μπορούμε πραγματικά να δούμε στην πράξη τι συμβαίνει μέσα τη Γη. Είναι σίγουρα πολύ συναρπαστικό. "
Με το συνδυασμό μετρήσεων τόσο από το Borexino όσο και από εργαστήρια σε διάφορες τοποθεσίες στη Γη, τελικά θα είναι δυνατό να προσδιοριστεί οι σχετικές ποσότητες ραδιενεργών υλικών κάτω από το φλοιό της Γης.
"Η ανακάλυψη σηματοδοτεί την έναρξη μιας νέας εποχής στη μελέτη των μηχανισμών που διέπουν το εσωτερικό της Γης”, λέει ο Bellini. "Μια εκτεταμένη μελέτη των γεω-νετρίνων σε διάφορα σημεία της Γης θα μας δώσουν πιο ακριβείς πληροφορίες σχετικά με τη θερμότητα που παράγεται από τον μανδύα της Γης και, επομένως, τις μεταγωγές της θερμότητας στα υποκείμενα ηφαιστειακά φαινόμενα, τις τεκτονικές μετακινήσεις, καθώς για το γεω-δυναμό, το οποίο έχει διασυνδέσεις με το μαγνητικό πεδίο της Γης. "
