Tuesday, January 25, 2011

Na poczatku byl Uran i Tor

W poprzednim wpisie postawilem hipoteze mowiaca, ze znaczna liczba radiopierwiastkow znajdujaca sie w jadrze Ziemi jest rzeczywista przyczyna oscylacji ziemskiej temperatury. Chodzilo mi glownie o uran gdyz glownym sprawca periodycznych ochlodzen  i ocieplen byl powstajacy z niego pluton Pu-239, ktory podlegal procesowi rozszczepienia neutronami. Izotopy uranu, U-238, U-235 obok rozpadu alfa podlegaja takze spontanicznej fragmentaryzacji czyli rozszczepieniu i ten ostatni proces moze grac glowna role w produkcji pierwiastkow ciezszych o liczbie masowej wiekszej od 60 na Naszej Drogiej Planecie. Ilosci uranu, ktore wynikaly z obliczen wzbudzily podejrzenia wsrod doborowego grona moich czytelnikow. Uran uwazany jest bowiem ze pierwiastek rzadki. Wiemy tez, ze nie jest to pierwiastek pochodzenia slonecznego gdyz dla jego powstania konieczne jest duze stezenie neutronow, ktorego w Sloncu raczej sie nie spodziewamy. Jest tak dlatego, ze reakcje jadrowe prowadzace od pierwiastkow lzejszych (np. zelaza) do ciezszych (takich jak uran, tor, zloto, platynowce itp) sa reakcjami endotermicznymi. Aby uzyskac zadawalajaca wydajnosc ciezszych jader i przesunac rownowage w kierunku produktow musimy zapewnic wysokie stezenie neutonow w srodowisku reakcji. To zas jest mozliwe np we wnetrzu ostatnich stadiow gwiazdy supernowej badz w hipotetycznej materii pierwotnej znanej jako ylem lub polineutron. Tak wiec wszystkie pierwiastki o liczbie masowej wiekszej niz 60 musialy powstac poza Naszym Ukladem Slonecznym i w jakis sposob dostanc sie w sklad materii planetarnej Ziemi. Zauwazmy, ze nawet przyjmujac, moim zdaniem bledny, poglad klasycznych geologow, mowiacy, ze wiekszosc pierwiastkow radioaktywnych umiejscowiona jest w skorupie ziemskiej (czemu przeczy jednorodnosc stumienia ciepla wychodzacego na powierzchni Ziemi) , to ilosci uranu, toru czy potasu K-40 znajdujace sie w skorupie ziemskiej wcale nie sa male. Skorupa  ziemska ma grubosc okolo 30 km (mniej pod oceanami) z czego 15 km stanowia granity a druga polowe bazalty. Granit zawiera 4g/tone uranu, 13 g/tone toru i 4.1 g/tone izotopu K-40. Bazalt jest znacznie ubozszy w te pierwiastki zawierajac okolo 0.6 g/tone U, 2 g/tone Th i 1.5 g/tone K-40.  Jeszcze mniejsze stezenia tych pierwiastkow zawiera perydotyt stanowiacy plaszcz Ziemi. Dla uproszczenia wezmy pod uwage tylko granity. Warstwa granitowa zwana Sialem (od Si-Al) ma gestosc okolo 3000 kg/m^3. Jej objetosc mozna oszacowac na 7.6x10^18 m^3.  Calkowita masa granitu w skorupie wynosi wiec okolo 2.3x10^19 ton. W tym: uranu 9.2x10^13 ton, toru 3.0 x 10^14  ton oraz potasu K-40 9.4x10^13 ton. Wcale nie tak malo! Sa to zreszta dane dotyczace zawartosci radiopierwiastkow w skorupie ziemskiej obecnie. Jesli wziasc za dobra monete bajdurzenia geologow mowiacych, ze najstarsze skaly na Ziemi  maja okolo 4 mld (10^9) lat to ilosc ta co najmniej sie podwoji.  Uran, tor i inne ciezkie pierwiastki musza byc pochodzenia poza-ukladowego i kwestia jest tylko jaki byl mechanizm generacji planet okolo-slonecznych.  Jak wiemy, nasz uklad planetarny jest niemal jednoplaszczyznowy (Pluton nieco odstaje). Taka konfiguracja nie jest wymuszona wzgledami mechaniki cial niebieskich. Gdyby przyjac hipoteze (powszechna wsrod geofizykow), ze planety powstaly w wyniku kondensacji pylu kosmicznego wokol Slonca to trudno wyjasnic dlaczego ten proces preferowal wlasnie plaszczyzne rownikowa Slonca zamiast  pozwolic aby centra nukleacji powstaly w miare jednorodnie wokol gwiazdy. W dodatku zalazki planetarne musialy posiadac pewna predkosc poczatkowa ( w kierunku prostopadlym do promienia wodzacego wychodzacego z centrum Slonca) . Inaczej oddzialywanie newtonowskie spowodowaloby ich spadek na gwiazde. Osobiscie uwazam, ze "Na poczatku byl Uran" albo raczej spory asteroid zawierajacy duza ilosc pierwiastkow ciezkich, ktory ulegl nie-elastycznemu rozpraszaniu przez Slonce trafiajac w przekroj czynny owej gwiazdy. Asteroid ow powstal jakis czas temu (ale chyba nie podczas Big Bang) byc moze przy okazji wybuchu supernowej. Podczas kolizji ze Sloncem rozpadl sie on na kilka czesci, ktore zabraly tez pewna ilosc materii slonecznej. Gdyby zderzenie to bylo elastyczne to oczywiscie asteroid okrazylby Slonce i odlecial dalej w Kosmos. Ze wzgledu jednak na to, ze fragmenty jego stracily pewna energie kinetyczna i nabraly masy rabujac z niej  Slonce, mogly z nich powstac krople  materii o miesznym skladzie, ktore znalazly sie w stanie zwiazanym ze Sloncem silami grawitacyjnymi. W ten sposob powstal nasz uklad planetarny przy czym zalazki planetarne o wiekszej gestosci umiescily sie na orbitach blizej Slonca a te zlozone z materii o nizszej gestosci znalazly sie od niego dalej. Zauwazmy, ze Kosmos jest w zasadzie wielka proznia, w ktorej poruszac sie moga obiekty o najrozmaitszym ksztalcie. To, ze nasze bratnie planety i Ziemia sa niemal doskonalymi kulami zawdzieczamy temu samemu zjawisku, ktore powoduje, ze krople deszczu sa kuliste podobnie jak kulki rozlanej rteci. To napiecie powierzchniowe zmusilo przyszle planety do obrania ksztaltu kuli. Z tego wynika, ze w poczatkowym, post-kolizyjnym stadium, wszystkie planety byly plynami. Wiemy tez, ze Ziemia i zapewne inne planety maja strukture warstwowa. Sa  one zbudowane z warstw materialu o gestosci wzrastajacej w miare zblizania sie do centrum planety. Taka struktura "cebulowa" nie moze jednak powstac jesli nie ma uprzednio w  planecie ciezkiego centrum, ktore wywola dzialanie porzadkujace materie wewnatrz -planetarna wedlug kryterium gestosci. Na Ziemi mozemy, na przyklad sporzadzic mieszanine powiedzmy wody, oleju i rteci, potem ja zhomogenizowac i odstawic. Wkrotce zobaczymy znowu rozdzielenie faz. Na dole zlewki bedzie rtec , wyzej woda a najwyzej olej.  Takie spontaniczne rozdzielenie nie byloby mozliwe bez ziemskiego pola grawitacyjnego. W Kosmosie mielibysmy "mleko" skladajace sie z kropli stosownych materialow gdyz nie byloby tam wyroznionego kierunku (pomijajac pola grawitacyjne odleglych obiektow). Inaczej mowiac, "cebulowa" struktura Ziemi mowi nam, ze pierwotny plyn zlozony ze stopionych metali i innych pierwiastkow znajdowal sie pod porzadkujacym  wplywem wlasnego ciezkiego centrum, ktorym zapewne byl fragment asteroidu zawierajacy metale ciezkie, ktore obecnie tworza jadro. I znowu okazuje sie jak nieslychanymi wrecz szczesciarzami na skale kosmiczna jestesmy my jako mieszkancy Naszej Ukochanej Planety. Nie tylko Najwyzszy trafil celnie w przekroj czynny Slonca ale w dodatku siedzimy wlasnie na tym szrapnelu z kosmicznego pocisku, ktory wyladowal w strefie kosmicznego komfortu wokol naszego Slonca. Odrobine dalej (np Mars)  a zycie nie mialoby szansy ze wzgledu na zbyt niskie temperatury powierzchni. Troche blizej (Merkury czy Wenus) i nie moglibysmy na tej planecie wytrzymac ze wzgledu na wysokie temperatury i silne promieniowanie. A tak jak jest siedzimy sobie jak u Pana Boga za piecem i mozemy sie najwyzej martwic, ze od czasu do czasu to ogrzewanie "siada" i nastepuje wymiana gatunkow.

Tuesday, January 18, 2011

Na poczatku byl uran?

   Klasyczna geologia czy geofizyka uczy nas, ze przynajmniej czesc ciepla generowanego we wnetrzu Ziemi pochodzi z hamowania w jej wnetrzu produktow rozpadu pierwiastkow promieniotworczych. Wedlug klasykow (patrz np Takeuchi H, Uyeda S., Kanamori H, "Debate about the Earth" Freeman et al 1970) , glownymi producentami radioaktywnego ciepla sa uran, tor i potas. Wedlug szkoly klasycznej pierwiastki te sa rozmieszczone glownie w skorupie ziemskiej. Plaszcz i jadro sa natomiast praktycznie wolne od pierwiastkow radiaktywnych. Nie znalazlem nigdzie przekonywujacego uzasadnienia tego pogladu z wyjatkiem danych o skladzie skal granitowych , bazaltowych i perodytytu (oliwinu). Nie ma tez wyraznego uzasadnienia tezy o zelazno-niklowym skladzie wnetrza jadra. Wiemy, ze oszacowanie szybkosci straty ciepla przez Ziemie wykonane przez lorda Kelvina (W. Thomson) wskazywalo na to, ze Nasza Droga Planeta powinna byc juz kompletnie zimna jesli istotnie liczy sobie az 5 mld lat. Dlaczego zatem mamy jeszcze plynne jadro zewnetrzne i skad pochodzi cieplo, ktore zapewnia wysoka temperature tego jadra ( okolo 3000-5000K)  tego nikt nie komentuje. Nie jest tez jasne w jaki sposob Ziemia uzyskala taka obfitosc roznych pierwiastkow naturalnych (o ile dobrze pamietam  az dziewiecdziesiat dwa). Jesli Nasza Planeta powstala z materii slonecznej wybitej ze Slonca przejsciem jakiegos kosmicznego pocisku to skad pojawily sie tutaj pierwiastki, ktorych obecnosc na Sloncu jest nieudowodniona?  Slonce sklada sie w wiekszosci z wodoru i helu a z tych pierwiastkow trudno jest utworzyc pierwiastki ciezsze od zelaza. Energia wiazania na nukleon osiaga maksimum dla zelaza i niklu. Sa to najtrwalsze pierwiastki ukladu okresowego. Utworzenie pierwiastkow ciezszych od zelaza (A=56, Z =26) jest juz energetycznie niekorzystne. Jesli zas Ziemia i pozostale planety sa efektem kondensacji pylu kosmicznego i meteorytow , takze zreszta nieznanego pochodzenia, to jak to sie stalo, ze mamy na Ziemi pierwiastki, ktorych obecnosci w materii kosmicznej dotad nie stwierdzono?  Jak wykazuja pomiary, strumien ciepla dochodzacy do powierzchni Ziemi z wewnatrz wynosi okolo 1.5x 10^(-6) cal/(cm^2 sec) = 6.28x10^(-2) W/m^2 = 1.99x10^6 J/m^2/rok  i jest praktycznie identyczny zarowno na ladzie jak i na dnie oceanow. To zas przeczy hipotezie o dominujacej generacji ciepla pochodzenia radioaktywnego w skorupie ziemskiej. Ta ostatnia jest bowiem ciensza na dnie oceanow od skorupy ladowej i wobec tego tam strumien ciepla powinien byc mniejszy. Wyjasnic to mozna przyjmujac hipoteze, podana uprzednio,  ze glowne zrodlo wewnatrz-ziemskiego ogrzewania lezy w jadrze Ziemi a pierwiastki promieniotworcze rozproszone w skorupie stanowia tylko niewielki dodatek do ogolnej energetyki cieplnej planety. Ja sklonny jestem przypuszczac, ze glownymi zrodlami ciepla sa uran i tor umieszczone w jadrze Ziemi , ktore to pierwiastki ulegaja dwu procesom o znaczeniu energiodawczym. Pierwszy to naturalny rozpad promieniotworczy, prowadzacy do produkcji He-4  i dalszych elementow rodziny radiopierwiastkow oraz spontaniczne rozszczepienie na lzejsze pierwiastki. Drugi to katalizowane neutronami rozszepienie  plutonu-239, ktory to pierwiastek jest generowany w jadrze w wyniku reakcji neutronow z uranem-238. Ten ostatni proces stanowi ow dodatkowy impuls energetyczny decydujacy o wzroscie temperatury powierzchni Ziemi w stosunku do energetycznego "tla". Dziala on  przez okolo 15-20 tysiecy lat, a nastepnie ustaje na jakies 100-120 tysiecy lat. Ostatnie takie "wylaczenie nastapilo jakies 6000 lat temu i obecnie znajdujemy sie okresie postepujacego schladzania naszej planety, ktore bedzie trwalo jeszcze ponad 100 tysiecy lat.  Sklonny jestem przypuszczac, ze obfitosc roznych pierwiastkow jaka obserwujemy na Ziemi zawdzieczamy wlasnie produktom rozszczepienia pierwiastkow ciezkich, takich jak uran czy tor. Obfitosc wodoru we wnetrzu Ziemi  moze byc zas skutkiem ubocznym naturalnego rozpadu beta neutronow generowanych w czasie aktu rozszczepienia i nie zuzytych w pore na produkcje plutonu badz innego materialu rozszczepialnego z obecnych w jadrze izotopow uranu. Uran posiada takze rozne od U-238 izotopy, ktore ulegaja rozpadowi oraz rozszczepieniu. Podobnie tor. Dla uproszczenia jednak pomine je jako potencjalne paliwo atomowe. Pomine takze cieplo wytwarzane przez inne pierwiastki radioaktywne, ktore oczywiscie daja tez pewien wklad do calkowitego efektu energetycznego. Jak wiemy izotop U-238 ulega rozpadowi alfa wedlug reakcji:
 U-238 = Th-234 + He-4 + kwant promieniowania gamma
z okresem polrozpadu wynoszacym 4.46x10^9 roku. To odpowiada stalej rozpadu wynoszacej , L=1.554x10^(-10)  1/rok = 4.925x10^(-18) 1/sec .  Energia rozpadu  jadra U-238 wynosi 4.27 MeV = 6.84x10^(-13) J i tyle tez powstanie (na atom) energii cieplnej pod warunkiem ze energia kinetyczna helionu oraz kwantu gamma zostanie calkowicie przetworzona na cieplo we wnetrzu Ziemi.  Znacznie wiecej energii, bo okolo 200 MeV = 320x10^(-13) J  powstaje w wyniku naturalnego i spontanicznego rozszczepienia jadra U-238. Powstaja wtedy neutrony oraz rozne jadra fragmentaryczne o masie atomowei powyzej 70 (czyli ciezsze od zelaza czy niklu). Jednakze czas polrozszczepienia jest znacznie dluzszy i wynosi 8x10^15 lat co oznacza, ze procesy rozpadu alfa sa znacznie czestsze niz procesy rozszczepienia. Dlatego ten element procesu energetycznego bedzie takze dalej  pominiety dla uproszczenia rachunkow chociaz sam proces rozszczepienia  moze byc glownym zrodlem generacji ciezkich pierwiastkow w jadrze Ziemi. Znajac calkowita ilosc energii cieplnej jaka opuszcza powierzchnie Ziemi w ciagu sekundy, Q, oraz ilosc energii generowanej w wyniku rozpadu alfa jadra uranu-238, q,  mozemy oszacowac (z nadmiarem) ilosc atomow uranu-238 , ktora znajduje sie obecnie we wnetrzu Ziemi , ze wzoru Q=q N L . Latwo obliczyc, ze wydatek energetyczny Ziemi wynosi okolo 3.2023x10^13 W . Liczba aktualnie istniejacych atomow U-238 wynosi wiec 9.5x 10^42 = 1.6 x10^19 moli = 3.8x 10^18 kg = 3.8x10^15 ton metrycznych. Dla porownania: calkowita masa jadra wewnetrznego wynosi okolo  1.5x10^23 kg = 1.5x10^20 ton. Tak wiec nawet gdyby calkowity uran zostal umieszczony w jadrze wewnetrznym to stanowilby on  tam tylko 0.0025% wagowego. Wiemy, ze wiek najstarszych skal na Ziemi w formie obecnej oceniany jest na 4.5 -5 mld lat. Mozemy wiec tez obliczyc ile mielismy uranu we wstepnej fazie istnienia Ziemi. Ilosc ta wynosi 3.8x10^15 ton x Exp[ 1.554x10^(-10) x 4.5 x10^9]= 7.65x10^15 ton. Jest to z grubsza dwa razy wiecej niz obecnie ale nawet wtedy uran stanowil tylko nieznaczny procent (0.005%) masy jadra Ziemi. Tak wiec mozemy z dobrym uzasadnieniem twierdzic, ze rozpad radioaktywny alfa uranu w jadrze moze tlumaczyc generacje podstawowej ilosci ciepla geotermicznego Ziemi i ze zapewne jego naturalne rozszczepienie dostarczylo Ziemi jej pierwiastki ciezkie (ciezsze od zelaza i niklu) obecne w jadrze a pewnie takze i w wyzszych warstwach Ziemi. Jednakze trudno powiedziec ile lat liczy sobie faktycznie  Nasza Planeta jesli wliczyc w to faze plynna i goraca zakladana, jako wstepne stadium, przez geologow. Gdybysmy chcieli zalozyc, ze w poczatkowej fazie formowania Ziemi  stanowila ona kule uranu  (obecnie jadro wewnetrzne) o masie rownej masie obecnego jadra wewnetrznego, na ktorej kondensowaly sie lzejsze pierwiastki pochodzace z pylu kosmicznego badz wytracone z korony Slonca przez nieznanego sprawce to otrzymamy, ze od chwili kreacji Ziemi jako zalazka planety do chwili obecnej uplynelo okolo 113 mld lat. Czyzby tyle wiec czasu uplynelo od momentu stworzenia swiata lub raczej naszego systemu planetarnego? Astrofizycy oceniaja rzad wielkosci czasu, ktory uplynal od momentu Wielkiego Wybuchu ( o ile ten istotnie mial miejsce) jako odwrotnosc parametru Hubble'a . Wspomniane 113 mld lat odpowiada wartosci tego parametru wynoszacej okolo 9 km/(sec Mpc). Jest to znacznie nizej niz ogolnie przyjety zakres tej wielkosci (od 40 do 100 km/s/Mpc) ale zwazywszy na liczne przyblizenia poczynione uprzednio oraz na to, ze "stala" Hubble'a nie jest dokladnie znana nie jest to tez wielkosc calkowicie niemozliwa.


Wednesday, January 12, 2011

Nie kazdego serce grzeje

Jak wspomnialem uprzednio ( http://bobolowisko.blogspot.com/2010/12/bijace-serce-gei.html ) Nasza Szanowna Planeta zdaje sie posiadac celowa budowe wewnetrzna zmierzajaca do tego aby zapewnic istotom zywym czyli jej biosferze mozliwosc powstania, przezycia pewnego okresu doskonalenia a nastepnie pozbycia sie owego zyciowego eksperymentu w celu umozliwienia rozpoczecia kolejnego etapu doswiadczenia. Jak twierdza geolodzy, Ziemia posiada budowe "cebulowa", w ktorej kolejne sferyczne warstwy posiadaja wzrastajaca gestosc srednia w miare zblizania sie do centrum Ziemi. My jako pasazerowie tego pojazdu kosmicznego zaznajomieni jestesmy jedynie ze skorupa ziemska i atmosfera. Skorupa ta sklada sie z warstwy o grubosci okolo 15 km granitu spoczywajacego na okolo 15 kilometrowej  warstwie bazaltu. Nasze bezposrednie rozpoznanie wnetrza skorupy to jakies 3.5 kilometrowe wydrazenie w postaci najglebszej kopalni. Inaczej mowiac, nasza znajomosc nawet tej nam najblizszej warstwy gornej "cebuli" jest raczej powierzchowna. Ponizej skorupy lezy tak zwany plaszcz Ziemi czyli okolo 3000 kilometrowa warstwa szkla -mineralu oliwinu (perydotyt) bedacego roztworem stalym tlenkow magnezu MgO i zelaza Fe2O3 w krzemianie magnezu, MgSiO3.  To szklo oddziela skorupe i nas od jadra Ziemi, ktore podobno sklada sie z plynnej "atmosfery metalicznej" o grubosci okolo 2000 km i temperaturze okolo 2500 stop. Celsjusza oraz stalego centrum o promieniu 1270 km i temperaturze 3000-6000 stop. Celsjusza. Z czego faktycznie sklada sie jadro wewnetrzne i zewnetrzne tego oczywiscie nie wiemy. Geolodzy przypuszczaja, ze najwazniejszymi skladnikami tego srodowiska jest nikiel i zelazo. Ja osobiscie uwazam, ze nie moze to byc prawda z tego wzgledu, ze metale te nawet w warunkach normalnych maja gestosci zbyt niskie: zelazo ma gestosc w stanie stalym rowna 7.86 g/cm^3 = 7860 kg/m^3 a nikel  rowna 8.9 g/cm^3 = 8900 kg/m^3. Temperatura z reguly obniza gestosc metali. Oczywiscie wewnatrz szczelnej, szklanej, okraglej "butli" jadra moze panowac wysokie cisnienie, ktore z reguly sprzyja wzrostowi gestosci, ale scisliwosc metali nie jest duza. Mozna je traktowac jako neutralna plazme zlozona z elektronow przewodnictwa oraz dodatnio naladowanych jader, ktore mozna przedstawic jako naladowane sztywne kule. Taki uklad nie odznacza sie zbytnia scisliwoscia. Tymczasem szacowana gestosc jadra zewnetrznego waha sie w granicach 9- 14 g/cm^3 a jadra wewnetrznego od 16.8 do 17.2 g/cm^3.  Moim zdaniem w gre wchodza pierwiastki ciezsze, ktore takze wystepuja na Ziemi. Tabela na planszy wymienia najciezsze metale trwale , ktore sa lepszymi kandydatami na wypelnienie Ziemi. Zloto, wolfram, platynowce (platyna , osm czy iryd) oraz uran - to pierwiastki, ktore maja znacznie lepsze warunki naturalne do wypelnienia roli jadra. Tak czy inaczej Nasza Szanowna Planeta bardzo przypomina w swojej  koncepcji  owinieta w recznik butelke z goraca woda, ktora niegdys kladziono do lozka chorego aby go rozgrzac. Wedlug klasycznej geologii Ziemia w swoich poczatkach, czyli jakies 5 mld (5x10^9) lat temu,  przeszla przez stadium goracej kuli plynu- mieszaniny pierwiastkow o temperaturze rzedu 6000 stop. Celsjusza. W tej faze nastapilo rozwarstwienie materialu na widoczne obecnie "cebulowate"  sektory o symetrii sferycznej oraz jego schlodzenie. Z biegiem czasu  ciezsze skladniki zgrupowaly sie blizej centrum a na powierzchni powstala "szlaka" czyli obecna skorupa ziemska. Tak sie tez jakos  szczesliwie zlozylo, ze nie zdazylismy stracic w owej wysoko-temperaturowej fazie wstepnej calej wody, ktora jako skladnik lzejszy mogla przeciez  odparowac w Kosmos wraz z inymi gazami. Obecne cieplo, ktore dochodzi do powierzchni Ziemi z jej glebi moze pochodzic, wedlug geologow,  z niecalkowitego jeszcze schlodzenia wnetrza globu oraz z ciepla generowanego w wyniku rozpadu naturalnych pierwiastkow radioaktywnych. Te ostatnie sa zgromadzone w skorupie ziemskiej i stanowia dodatek do granitow i bazaltow , w ktorych wystepuja w ilosciach sladowych (rzedu  kilku gramow na tone). Rozpuszczalnosc pierwiastkow radioaktywnych w perodycie jest niewielka (rzedu miligramow na tone). Calkowity strumien ciepla z powierzchni Ziemi wynosi okolo 1.5x 10-6 cal./cm^2/sec i jest niemal identyczny w dowolnym punkcie powierzchni Ziemi wlaczajac dno oceanow. Jesli wziac pod uwage, ze skorupa ziemska jest ciensza po oceanami, to wynik ten wydaje sie przeczyc hipotezie o tym, ze wszystkie pierwiastki radioaktywne sa rozmieszczone w skorupie. Tam gdzie skorupa jest ciensza oczekujemy mniejszej liczby rozpadow radionuklidow a wiec i mniejszej generacji ciepla. Moim zdaniem sluszniej byloby przyjac, ze glownym zrodlem ciepla jest jadro Ziemi i ze cieplo to pochodzi, przynajmniej czesciowo, z rozpadu pierwiastkow promieniotworczych tam sie znajdujacych (np uranu) oraz byc moze takze z reakcji jadrowych rozszczepienia, podobnych do tych, ktore zachodza w reaktorach czy bombach atomowych. Takie tlumaczenie implikuje, ze naturalne rozpady radioaktywne zachodzace w skorupie ziemskiej pelnia tylko role marginesowa w operacji ziemskiego grzejnika. Glowne zrodlo lezy w jadrze Ziemi. Tlumaczyloby to takze obserwowane oscylacje sredniej temperatury powierzchni Ziemi gdyz, jak juz wspomnialem, przebieg reakcji rozszczepienia plutonu powstalego w uranie  moze miec charakter periodyczny. Tak wiec w czasie gdy reakcja rozszczepienia zastartuje i biegnie, jadro dostarcza energii cieplnej powyzej poziomu generowanego przez rozpad naturalnych radionuklidow. Z biegiem czasu paliwo plutonowe ulega wyczerpaniu a srodowisko reaktora zatruciu. Reakcja sie zatrzymuje i nastepuje stopniowe schlodzenie powierzchni Ziemi obserwowane w postaci okresu lodowcowego trwajacego okolo 100 tysiecy lat.W tym czasie  srodowisko reaktora oczyszcza sie (przez dyfuzje do powierzchni jadra zewnetrznego) z produktow rozszczepienia a ilosc plutonu ulega regeneracji ze znajdujacego sie w jadrze w nadmiarze uranu. Mamy do czynienia wiec z reaktorem powielajacym pracujacym periodycznie. Stad biora sie okresy ocieplenia i ochlodzenia klimatu obserwowane na danych glacjologicznych. Mamy tego pecha, ze obecnie jestesmy wlasnie w rozwijajacym sie okresie schlodzenia Naszej Planety a wiec takze w okresie zmierzchu ludzkiej cywilizacji i obecnej biosfery. Podejrzewam takze, ze obserwowany, niemal liniowy, zanik ziemskiego pola magnetycznego jest zwiazany z tymze procesem. Zanik pola magnetycznego oznacza bowiem dla nas sterylizacje powierzchni planety przez promieniowanie kosmiczne a takze szanse na zwiekszenie liczby mutacji w istniejacej jeszcze populacji.  Jak widac Wielki Inzynier pomyslal takze o koniecznosci dezynfekcji stolu laboratoryjnego przed kolejnym doswiadczeniem. Poczatek okresu "awaryjnego wylaczenia ogrzewania" wewnatrz-ziemskiego rozpoczal sie juz jakis czas temu  i jeszcze potrwa co najmniej jakies 90 tysiecy lat. Zmiany zachodza wolno gdyz uklad ma pewna bezwladnosc cieplna a dodatkowe czynniki, jak efekt cieplarniany czy wybuchy wulkanow, narzucaja na trend pewne fluktuacje. Nie mniej wyrok juz zapadl i my mozemy sie tylko cieszyc, ze nie doczekamy epoki lodowcowej juz "za naszych czasow".  Bedziemy natomiast odczuwac coraz wyrazniej konsekwencje awarii ogrzewania w postaci "zim stulecia" oraz skrocenia okresow wegetacji roslin. Klimat ladowy ulegnie oziebieniu a wzgledem niego oceany beda cieplejsze bowiem beda mialy dostep do glebszych warstw Ziemi dzieki cienszej warstwie plaszcza pod oceanami. Jest to efekt schladzajacego sie kaloryfera, w ktorym rura doprowadzajaca jest jeszcze ciepla ale zeberka sa juz chlodne. Woda parujaca z oceanow bedzie sie kondensowac w zimie w postaci wyjatkowo obfitych opadow sniegu. Bedziemy tez swiadkiem odbudowy lodowcow w gorach na ladzie oraz topnienia lodow przybiegunowych. Obecna cywilizacja bedzie w stanie przeciwdzialac skutkom ochlodzenia tylko w bardzo ograniczonym stopniu. Osobiscie radzilbym juz teraz myslec o przeniesienu sie w okolice podzwrotnikowe. Z tych bowiem regionow rozpoczal sie okolo 20 tysiecy lat temu triumfalny rozwoj cywilizacji homo sapiens sapiens i nalezy przypuszczac, ze historia sie powtorzy tyle, ze zapewne z innym "homo".
   Rownania opisujace produkcje neutronow i Pu-239 w jadrze Ziemi przewiduja w zasadzie trzy mozliwosci, ktorych wybor zalezy od parametrow zagadnienia takich jak wielkosc wspolczynnikow kinetycznych oraz wartosci poczatkowe stezenia U-238 oraz neutronow. Parametry te sa trudne do oszacowania gdyz nieznany jest nam sklad jadra Ziemi. W kazdym razie mamy dwa oczekiwane monotoniczne rozwiazania: jedno opisujace wybuchowy rozwoj reakcji rozszczepienia- prowadzacy zapewne do wybuchu Naszego Globu i drugie, przewidujace calkowite wygaszenie reakcji rozszczepienia. Istnieje jednak takze mozliwosc, ze przy pewnym doborze parametrow poczatkowych przez Wielkiego Konstruktora (znowu ta niezwykla wrecz koincydencja szczesliwych zbiegow okolicznosci!), reakcje moga nabrac charakteru periodycznego, ktory pozwoli na wyjasnienie obserwowanych periodycznosci zmian temperatury powierzchni Ziemi. Analiza zagadnienia przedstawiona jest na planszy.Temperatura powierzchni Ziemi zalezy oczywiscie od mocy generowanej w wewnatrz-ziemskim reaktorze jadrowym i wobec tego oscyluje w pewnych stalych granicach. Niestety nieznajomosc skladu chemicznego jadra oraz wspolczynnikow kinetycznych rownan ruchu ukladu powoduje, ze mozemy obecnie, co najwyzej, modelowac zachowanie ukladu dobierajac owe wspolczynniki dowolnie. Rysunek na planszy pokazuje jedna z mozliwosci. Ksztalt krzywej jest zblizony w charakterze do krzywej uzyskanej z pomiarow glacjologow i pokazanej w cytowanym uprzednim wpisie. Tak jak tam mamy do czynienia z sekwencja kolejnych maksimow przedzielonych studniami o niecalkiem symetrycznym przebiegu. W obu wypadkach maksima i minima leza na podobnej lub tej samej glebokosci. Jak jednak juz wspomnialem, model tu przedstawiony jest bardzo uproszczony i nie bierze pod uwage mozliwosci zatrucia reaktora oraz spadku wydajnosci reakcji rozszczepienia przy wzroscie temperatury srodowiska. Powyzsze rozwazania oparte sa na badaniach wlasnych. Nie mniej warto tez spojrzec na reprodukowane z monografii  Seinfeld'a i Pandis'a "Atmospheric Chemistry and Physics- from Air Polution to Climate Change" , Wiley 2006, str. 1030 rysunki przedstawiajace ostatnie 18 000 oraz ostatnie 160 000 lat ziemskiej temperatury. Jak latwo zauwazyc ostatni okres ocieplenia rozpoczal sie jakies 20 000 lat temu, po uprzedniej likwidacji flory i fauny okresu lodowcowego (mamuty, neandertalczycy, tygrysy szablaste itp). Maksymalna temperatura zostala osiagnieta jakies 5500-6000 lat temu ( przypominam, ze zgodnie z Biblia i kalendarzem zydowskim jest to czas "poczatku swiata" kiedy to zylo sie nam jak w Raju). Od tego momentu jestesmy w okresie oziebienia, z fluktuacjami , co oznacza wedlug mojej interpretacji, ze ogrzewanie pochodzace z reakcji rozszczepienia zostalo wylaczone i weszlismy w stadium dlugotrwajacego schlodzenia klimatu, ktore to zaowocuje nowa epoka lodowcowa oraz likwidacja wiekszosci biosfery. Z tego wzgledu powinnismy raczej cieszyc sie z efektu cieplarnianego gdyz gazy cieplarniane dzialaja jak koldra przykrywajaca martwe juz cialo denata. Co prawda nie przywroca mu one zycia ale spowolnia chlodzenie zwlok.

Izjasz 24:1 Oto Pan spustoszy ziemie i zniszczy ja , sprawi zamieszanie na jej powierzchni i rozproszy jej mieszkancow.


UZUPELNIENIA
Rozwazajac hipoteze "peczniejacej Ziemi" oraz kwestie z tym zwiazane warto jest ocenic jak sluszne sa opinie o wysokim cisnieniu panujacym we wnetrzu oliwinowej pilki. W tym cely ocenmy cisnienie panujace w jadrze zewnetrznym, ktore w opinii geofizykow/geologow jest plynem zlozonym glownie z zelaza z domieszkami siarki i krzemu. Czy jest to twierdzenie prawdziwe tego nie wiemy bo nikt probki materii stamtad nie pobral. Wiemy jednak, ze objetosc jadra zewnetrznego wynosi okolo 1.66x10^20 m^3 (objetosc warstwy kulistej zawartej pomiedzy plaszczem z oliwinu a stalym jadrem wewnetrznym). Gestosc jadra zewnetrznego waha sie w pewnych granicach. Tutaj przyjmiemy, ze wynosi ona 10 g/cm^3.  Tak wiec calkowita masa jadra zewnetrznego wynosi 1.66x10^24 kg. Aby obliczyc cisnienie w tym "granacie" musimy obliczyc liczbe moli elementow tam sie znajdujacych. Skladu jednak nie znamy wiec mozemy tylko okreslic granice cisnienia.  Gdyby cala objetosc byla wypelniona najlzejczym pierwiastkiem czyli wodorem to mielibysmy wtedy 1.66x10^27 moli wodoru. W wysokich temperaturach wodor stracilby zapewne elektron walencyjny wiec ogolna liczba moli neutralnej plazmy wodorowej bylaby dwa razy wieksza (czyli 3.32x10^27 moli).  Mozemy teraz uzyc wzoru dla kinetycznej czesci cisnienia (pomijajac czlon oddzialywania, ktory zreszta obnizalby cisnienie) . W temperaturze 2773 K cisnienie wodoru , wypadku gdyby to on stanowil wypelnienie jadra zewnetrznego, wynosiloby 461 GPa = 4.55x10^6 atm. Podobne obliczenie dla wypelnienia z czystego zelaza daje cisnienie 16.5 GPa= 163119 atm a dla czystego uranu cisnienie 5.8 GPa = 57571 atm. . Sa to cisnienia duze w porownaniu z atmosferycznym ale tez gruba i silna jest skorupa owego "granatu" planetarnego.  Nie mniej nie wykluczalbym z gory mozliwosci pecznienia Ziemi.


Wednesday, January 5, 2011

Wspomnienia i refleksje

Swieta, Nowy Rok i zwiazane z tym przerwanie normalnego trybu dzialania spowodowaly, ze moje badania nad koncem obecnej cywilizacji nieco sie opoznily. Wroce do nich w najblizszym czasie. Teraz chcialbym sie tylko podzielic kilkoma refleksjami jakie przyszly mi na mysl w czasie swiatecznym. Nie tak dawno obejrzalem po raz ktorys wystep Zespolu Piesni i Tanca "Mazowsze", ktory odwiedzil nas w Minneapolis. Jest to zaspol odmienny od klasycznego wzoru z czasow Sygetynskiego. Przedstawienie jest znacznie bardziej dynamiczne w prezentacji a epizody taneczne czy choralne wyszly poz ramy Polski Centralnej i wlaczyly tworczo rowniez inne regiony Naszej Umeczonej Ojczyzny w tym te, ktore uprzednio byly reprezentowane przez "Slask". Nie wiem zreszta czy ten ostatni jeszcze istnieje. Co zwraca uwage to obnizenie wizualnej jakosci kobiet i mezczyzn wystepujacych w zespole. Najwyrazniej selekcja byla ostrzejsza z a czasow Sygetynskiego albo tez ilosc chetnych do wziecia udzialu w tancach i spiewach ludowych spadla i trzeba bylo brac co sie nawinelo. Musze przyznac, ze nie pogorszylo to jakosci wykonywania utworow. Jesli ktos siedzial dostatecznie daleko zeby twarze wystepujacych widziane byly nie ostro to nie mial powodow do narzekania. Przy okazji zwrocilem uwage na mnogosc i roznorodnosc utworow pochodzacych z roznych regionow kraju. Warto pamietac, ze owa roznorodnosc jest bezposrednim skutkiem systemu panszczyznianego, ktory ograniczal swobode poruszania sie chlopstwa. To zas owocowalo generacja odmian lokalnych ludnosci oraz tworczosci ludowej co jakze wzbogacilo nasza kulture.  Kiedy spotykam sie niekiedy z psioczeniem na stosunki spoleczne  Krolestwa Polskiego i Rzeczpospolitej Szlacheckiej  nie jestem pewien czy aktulani zwolennicy demokracji powszechnej zdaja sobie sprawe jak pozytecznym dla kraju i gospodarki narodowej byl system panszczyzniany. Dzieki niemu bowiem polska produkcja rolna byla konkurencyjna na rynkach zagranicznych a Nasz Wierny Lud byl poddawany procesowi rasowej sublimacji tworzacym specyficzne dla regionow odmiany Polakow. Nie bez znaczenia byly w tym  takze patriarchalne relacje miedzy dworem a chlopami, ktore sprzyjaly doskonaleniu rasy podwladnego ludu. Watek ten znalazl liczne odbicia w literaturze i sztuce (np "Halka"). Doprawdy szkoda, ze owe regionalne specyficznosci staja sie obecnie reliktem folklorystycznym.