Radioaktivität der Erde: Die innere Energie unseres Planeten

Terrestrische Radioaktivität

Die innere Radioaktivität der Erde ist hauptsächlich auf den Zerfall von zurückzuführenradioaktive Isotope (natürlich vorkommende radioaktive Isotope wie Uran-238, Thorium-232 und Kalium-40). Bei diesen Zerfällen entstehen Alpha-, Beta- und Gammastrahlen, wodurch thermische Energie im Erdmantel und in der Erdkruste freigesetzt wird.

Diese durch den radioaktiven Zerfall von Radioisotopen freigesetzte Energie spielt eine grundlegende Rolle dabei, einen Teil des Erdmantels in einem teilweise geschmolzenen Zustand zu halten und die Mantelkonvektion zu konditionieren, die die Bewegung der Lithosphärenplatten antreibt. Ohne diese innere Wärmequelle, die Plattentektonik, wären die Bildung von Meeresrücken und die vulkanische Aktivität auf lange Sicht stark eingeschränkt, wenn nicht sogar unmöglich.

Die Verteilung radioaktiver Isotope ist nicht homogen: Bestimmte Elemente wie Uran und Thorium sind in der kontinentalen Kruste konzentriert, während Kalium-40 im oberen Erdmantel häufiger vorkommt. Diese Heterogenität beeinflusst die lokale Verteilung des Wärmeflusses und die geologische Dynamik verschiedener Regionen der Erde.

Tabelle: Viskosität des Erdmantels nach Tiefe

Die Viskosität ist nicht einheitlich und hängt stark von der Tiefe, der Temperatur, dem Druck und der mineralogischen Zusammensetzung ab. Zum Vergleich: Honig hat eine Viskosität von etwa 10Pa·s, sodass sogar der obere Erdmantel etwa 10 Pa·s beträgt 10¹⁸ist um ein Vielfaches zähflüssiger als Honig, kann aber dennoch über Millionen von Jahren langsam fließen.

• Quellen: Karato & Wu (1993),Rheologie des Oberen Mantels, Science 260: 771–778; Mitrovica & Forte (2004),Briefe zur Erd- und Planetenwissenschaft225:177–191.

Auswirkungen auf die innere Erwärmung und die Mantelkonvektion

Radioenergie erzeugt ainterne Heizung (konvektiver Wärmefluss im Erdmantel)was zu konvektiven Bewegungen des Mantels führt. Diese Bewegungen verursachen die Verschiebung von Lithosphärenplatten, befeuern Plattentektonik und vulkanische Phänomene. Die erzeugte Wärmemenge kann für die gesamte Erde auf etwa 20 TW geschätzt werden.

Tabelle: Wichtigste radioaktive Isotope und ihr Beitrag zur Erdheizung

• Quellen: Jaupart et al. (2007),Physik der Erde und des Planeteninneren160:3–30; Turcotte & Schubert (2014),Geodynamik, 3^eAusgabe.