Spacer po jądrowej eksplozji
We wnętrzu Ziemi od 4,5 mld lat hula w najlepsze reaktor jądrowy, twierdzi
amerykański geochemik J. Marvin Herndon. Jeżeli to prawda, będziemy mieli do
czynienia z największym wydarzeniem od czasu odkrycia tektoniki płyt, uważają
geofizycy.

Być może żyjemy na obudowie bezpieczeństwa największego reaktora jądrowego. Wewnątrz
Ziemi, około 6 tys. km pod naszymi stopami, ma znajdować się zbita kula rozszczepiających
się atomów uranu, której średnica wynosi ponad 8 km. Przerażające? W ten sposób planety
produkują energię, nic w tym nadzwyczajnego – zapewnia J. Marvin Herndon, pomysłodawca
koncepcji georeaktora. Nie ma racji. Jego pomysł wywraca do góry nogami całą geofizykę.
Co na to środowisko geofizyków? Nic, zupełnie nic. Mimo że Herndon publikował swoje
prace w renomowanych czasopismach naukowych, został przez specjalistów zignorowany.
Zamiast dyskutować ze mną, testować moje pomysły, zlekceważono mnie. Nie tak powinno
wyglądać uprawianie nauki – powiedział „Wiedzy i Życiu" z goryczą Herndon.




Trzeba zgodzić się z jednym. Teoria georeaktora jednym pociągnięciem przekreśla dużą część
tego, nad czym przez niemal cały poprzedni wiek pracowali geofizycy. Od początku lat 40.
XX wieku uważa się, że wnętrze Ziemi to olbrzymia kula zestalonego żelaza (ewentualnie
żelaza z domieszką niklu). Ta twarda i gęsta bryła, nieco tylko mniejsza od Księżyca, to
wewnętrzne jądro Ziemi. Ma ono być zanurzone w ciekłej mieszaninie żelaza i niklu, czyli
w jądrze zewnętrznym. Tylko co jest źródłem energii, która drzemie w sercu Ziemi? Dzisiaj
uważa się, że żyjemy dzięki temu, co nasza planeta dostała przy narodzinach 4,5 mld lat temu.
Od tego czasu środek planety stygnie, ogrzewając Ziemię od środka. Źródłem ciepła, które
jest stopniowo uwalniane we wszystkich warstwach globu, są także rozpady izotopów
promieniotwórczych. Nie chodzi jednak o rozszczepienie jądra atomowego, czyli reakcję
zachodzącą wewnątrz reaktora atomowego, ale o spontaniczny i naturalny rozpad.

Czy chodzimy po bombie?

Zgodnie z teorią Herndona energia od 4,5 mld lat jest produkowana na miejscu, we wnętrzu
Ziemi. Na dowód tego cytuje on swoje badania składu izotopowego bazaltów, które można
znaleźć u wybrzeży Hawajów i Islandii. Bazalty są skałami wulkanicznymi wyrzuconymi
z głębin planety. Niektórzy przypuszczają, że mogą nawet pochodzić z granicy zewnętrznego
jądra Ziemi. Jeśli tak jest rzeczywiście, a we wnętrzu Ziemi zachodzi rozszczepienie uranu
(i plutonu), lekkie produkty tej reakcji powinny być obecne w wypychanej z czeluści planety
lawie. Z kolei izotopy ciężkie nie będą w stanie wydostać się z samego środka georeaktora do
jądra zewnętrznego. Od wielu lat obserwuje się izotopy helu-3 i helu-4 w bazaltach –
tłumaczy Herndon. Tak jak obecność He4 jest zrozumiała, bo jest on produktem naturalnego
rozpadu toru i uranu, tak He3 stanowi zagadkę. Rzeczywiście, do „produkcji" helu-4 nie
trzeba reakcji rozpadu, ale helu-3 nie sposób wyprodukować inaczej. On jest produktem
rozszczepienia. Nikt nie wie, jakim sposobem znalazł się we wnętrzu Ziemi – mówi autor
koncepcji georeaktora.

Herndon policzył też, jaki powinien być w bazaltach stosunek dwóch wspomnianych
izotopów helu w przypadku istnienia georeaktora. Symulacje komputerowe przeprowadzone
w renomowanym laboratorium fizyki jądrowej w Oak Ridge w USA wykazały, że dokładnie
taki, jak zmierzony w bazaltach. To jest dowód nie do odparcia – twierdzi Herndon. W Oak
Ridge National Laboratory Herndon sprawdził – używając oprogramowania, które służy do
symulowania rozmieszczania izotopów w rdzeniu reaktora jądrowego – czy w warunkach
panujących w samym sercu Ziemi w ogóle jest możliwa reakcja rozszczepienia. Okazało się,
że jak najbardziej. Co więcej, z symulacji wynika, że energia, którą produkowałby georeaktor,
zgadza się z energią, którą rzeczywiście oddaje Ziemia, i wynosi około czterech terawatów.
O tym, że reaktory atomowe nie są wyłącznie tworem ciągle pożądającego energii człowieka,
wiadomo od ponad 30 lat. W 1972 roku w Oklo (Gabon, Afryka) francuscy naukowcy
odnaleźli ślady wygasłego reaktora jądrowego. Przez prawie 200 mln lat, w miejscu, gdzie
z powodów geologicznych doszło do koncentracji rudy uranu, zachodziła jądrowa reakcja
łańcuchowa. Około 2 mld lat temu uranu zabrakło i reaktor wygasł. Takich naturalnych
reaktorów znaleziono jeszcze kilka. Za każdym razem – z oczywistych względów – tam,
gdzie była wystarczająca ilość izotopów rozszczepialnych. Pokłady rudy uranowej występują
w wielu miejscach na Ziemi, ale skąd duże ilości tego pierwiastka miałyby się wziąć
w samym środku Ziemi? Czy mogły – jako najcięższe z pierwiastków – utonąć w ciekłej,
a potem przypominającej plastelinę młodej kuli ziemskiej? Na to nie ma jednak dowodów, są
za to poszlaki, które temu przeczą.



Klucz do georeaktora

Uran chętnie wiąże się z krzemianami, a to oznacza powstanie kompleksów na tyle lekkich,
że trudno byłoby im opaść do wnętrza płynnej Ziemi. Dlatego geolodzy uważają, że uran
(a także ołów) nie opada w głąb planety dalej niż do płaszcza Ziemi. Koncentracja izotopów
ciężkich w samym centrum planety nie wydaje mi się możliwa – twierdzi Bruce Buffett,
geofizyk z University of British Columbia. Herndon się z tym nie zgadza, a jako dowód
pokazuje... dwa rodzaje meteorytów. Od około 1940 roku uważa się, że Ziemia jest podobna
do pewnego typu meteorytów, tzw. chondrytów. Spora część geofizyki opiera się na tym
założeniu. Tymczasem ja od 35 lat publikuję dowody na to, że Ziemia ma więcej wspólnego
z o wiele rzadziej spotykanymi chondrytami enstatytowymi – mówi „Wiedzy i Życiu". Po
jednej z opublikowanych na ten temat prac dostał list od Inge Lehmann: Podziwiam pańską
precyzję oraz siłę argumentacji opartą na dostępnych informacjach – napisała. Jest ona
niekwestionowanym autorytetem wśród geofizyków, odkąd w 1936 roku odkryła, że sam
środek naszej planety nie jest płynny, tylko stały.

Chondryty to bardzo stare kawałki skalne i dlatego uważa się, że odzwierciedlają one stan
Układu Słonecznego z wczesnej fazy jego rozwoju. Herndon uważa jednak, że warunki,
w jakich te skały powstawały, były inne niż te, które panowały na Ziemi. Według niego
chondryty enstatytowe powstawały w środowisku znacznie uboższym w tlen niż zwykłe
chondryty i dlatego są takie jak wewnętrzne planety Układu Słonecznego – w tym Ziemia.
Tak się składa, że w chondrytach enstatytowych uran jest bardziej skoncentrowany niż
w zwykłych chondrytach. W środowisku bogatym w tlen pierwiastki takie jak uran
rzeczywiście wiążą się z krzemianami w lekkie kompleksy, ale to się drastycznie zmienia,
gdy brakuje tlenu. Wtedy widać, że uran – jako ciężki – skoncentrowałby się w samym
środku Ziemi.

Powyższe rozważania są najważniejszym elementem teorii Herndona. Jeżeli Ziemia jest jak
chondryty enstatytowe, wówczas wszystko przechyla się na korzyść georeaktora. Jeżeli
jednak jest jak zwykłe chondryty, z koncepcji naturalnego reaktora nic nie zostaje, bo
w samym środku planety trudno będzie znaleźć gram materiału rozszczepialnego. Tymczasem
Herndon obliczył, że 64% całego uranu, który „przypadł" Ziemi w czasie jej formowania,
znalazło się w sercu planety, a to aż z nadmiarem wystarczy, żeby zaczął działać reaktor
jądrowy. Z wyliczeń wynika, że na początku kula uranu (czyli rdzeń georeaktora) miała
średnicę około 14?km. Do dzisiaj (czyli przez 4,5 mld lat) miało się go wypalić około 75%,
a to oznacza, że ziemski reaktor przestanie pracować za około 2 mld lat. Dla porównania:
szacunki dotyczące koncepcji jądra wewnętrznego jako kuli zestalonego żelaza mówią, że
energii w sercu Ziemi starczy jeszcze na 4 mld lat.

Dlaczego Ziemia nie wybucha?

Herndon wyjaśnia także, w jaki sposób georeaktor sam potrafi regulować swoją moc.
Rozszczepienie pojedynczego atomu uranu rozpoczyna się wchłonięciem neutronu. Im
neutronów więcej, tym więcej atomów może ulec rozszczepieniu. Skąd w sercu Ziemi biorą
się neutrony? Każdy akt rozszczepienia oznacza ich emisję. Reakcja rozszczepienia mogłaby
więc ciągle narastać (jej tempo ograniczałaby jedynie liczba atomów pierwiastka
rozszczepialnego), gdyby wszystkie neutrony trafiały w atomy izotopu rozszczepialnego.
Z kolei gdyby wszystkie neutrony wyłapywać, reakcja rozszczepienia natychmiast by ustała.
W elektrowni atomowej tempo zachodzenia reakcji (a więc liczba rozszczepień
przypadających na jednostkę czasu) jest regulowane przez pręty z materiału pochłaniającego
neutrony wprowadzane do rdzenia reaktora lub z niego wyciągane. Jak ten mechanizm miałby
działać w georeaktorze?

Produkty rozpadu uranu absorbują neutrony, a to spowalnia reakcję. Z definicji produkty
rozszczepienia są jednak lżejsze niż izotop wyjściowy, a to oznacza, że „wypływają" z jądra
Ziemi w kierunku warstw zewnętrznych (jeden ze współpracowników Herndona porównywał
ten proces do ucieczki bąbelków gazu w kieliszku szampana). Po chwili liczba wyłapujących
neutrony produktów rozszczepienia będzie na tyle mała, że reakcja znów ruszy z kopyta.
I historia się powtórzy, bo wraz ze zwiększeniem tempa procesu wzrośnie także liczba
wyłapujących neutrony produktów. To właśnie te wahania mocy georeaktora mogą według
Herndona tłumaczyć obserwowane zmiany pola magnetycznego Ziemi.

Uran – władca geomagnetyzmu

W teorii, w której środek Ziemi tworzy stałe jądro wewnętrzne, pole magnetyczne jest
generowane przez ruchy konwekcyjne i wirowe zachodzące w obrębie płynnego jądra
zewnętrznego (koncepcja tzw. dynama magnetohydrodynamicznego). Herndon twierdzi, że
w ten sposób nie da się jednak wyjaśnić wahań wartości ziemskiego pola magnetycznego.
A zmiany te mogą być naprawdę nagłe. W ciągu ostatnich kilkuset lat ziemskie pole
magnetyczne osłabło o kilkanaście procent. Tego typu zmiany pojawiają się co kilka,
kilkanaście tysięcy lat. Z kolei zamiana biegunów magnetycznych naszej planety
(przebiegunowanie) następuje średnio co 250 tys. lat. Zjawisko to także nie zostało
wyjaśnione na gruncie obowiązujących dzisiaj teorii.

Zarówno małe wahania natężenia pola, jak i zamiany biegunów można jednak zrozumieć,
przyjmując, że we wnętrzu Ziemi działa reaktor. Produkowane przez niego ciepło
wprawiałoby w ruch naładowane elektrycznie cząstki, a te byłyby źródłem pola
magnetycznego. Moc georeaktora (a więc i natężenie oraz kierunek pola magnetycznego) jest
jednak zmienna w czasie. Ta zmienność może, ale nie musi być cykliczna – dokładnie jak
obserwowane zmiany ziemskiego pola magnetycznego! Z kolei w przypadku teorii z twardym
jądrem z zastygłego żelaza taką cykliczność trudno zrozumieć, twierdzi Herndon. Zaznaczmy
tutaj, że choć zrozumieć to rzeczywiście trudno, jednak zrobić się da. Naukowcom
sprawdzającym koncepcję dynama za pomocą symulacji komputerowych udało się bowiem
„przebiegunować" pole magnetyczne Ziemi.

Gdyby teoria Herndona była prawdziwa, oznaczałoby to prawdziwą rewolucję w geofizyce.
Wagę takiego odkrycia uplasowałbym na równi z teorią tektoniki płyt – powiedział Hatten
Yoder, emerytowany dyrektor prestiżowego Geophysical Laboratory w Carnegie Institution
w Waszyngtonie. Yoder jest jednym z najbardziej znanych orędowników pomysłów
Herndona. Implikacje takiego odkrycia dotyczyłyby nie tylko Ziemi, ale także całego
Wszechświata. No bo skoro wewnątrz Ziemi miałby hulać reaktor jądrowy, to dlaczego nie
w innych planetach?

Inne światy – ten sam mechanizm

Dla twórcy koncepcji georeaktora przedrostek „geo" wydaje się tylko uwerturą. Na pewne
analogie pomiędzy Ziemią i Jowiszem wpadłem przypadkiem, tak właściwie dzięki mojemu
synowi – opowiada Herndon. To on jako nastolatek pokazał mi w książce popularnonaukowej
artykuł o tym, że Jowisz „wyświeca" dwa razy więcej energii, niż dostaje od Słońca. Takie
zjawisko odkryto już w latach 60. minionego wieku. Przez następne lata naukowcy rozważali
hipotezy (i zwykle dość szybko je eliminowali) wszelkich możliwych źródeł
wewnątrzplanetarnej energii. Ostatecznie trzeba było zgodzić się na to, że energia była dana
Jowiszowi w czasie formowania się planety około 4,5 mld lat temu. Przecież Jowisz spełnia
wszystkie warunki ku temu, aby mieć swój wewnętrzny reaktor jądrowy – twierdzi Herndon.

Kilka lat po odkryciu „nadprodukcji" energii Jowisza to samo zjawisko zaobserwowano
w przypadku Saturna i Neptuna. Herndon jest pewien, że także we wnętrzach tych planet
działają reaktory atomowe. Co więcej, mówi, że to samo dotyczy przynajmniej niektórych
księżyców. Ziemski Księżyc wydaje się zimny i ciemny, ale to tylko pozory.
W rzeczywistości już kilka lat temu NASA ogłosiła, że wnętrze naszego satelity jest gorące
i płynne, a to może oznaczać – przynajmniej dla Herndona – tylko jedno. Uran ma też
rozszczepiać się wewnątrz jowiszowego Io. Jak na księżyc, Io jest rzeczywiście globem
wyjątkowo aktywnym wulkanicznie. Skąd miałby brać energię, jak nie ze swego reaktora?

Herndon to bardzo nietypowy naukowiec. Z wykształcenia jest geochemikiem i gdy
zainteresował się źródłem energii drzemiącej głęboko pod Ziemią, pracował w University of
California w San Diego. Sam przyznaje, że jego pomysły były jednak zbyt rewolucyjne jak na
zamknięte i konserwatywne w swoich poglądach środowisko geofizyków. Zamiast stać się
obiektem debaty, akademickich sporów i naukowej, konstruktywnej krytyki, jego prace przez
lata były ignorowane. Co więcej, granty naukowe, z których Herndon się utrzymywał, nie
zostały odnowione i naukowiec nie miał z czego żyć. Postanowił odejść z uczelni, ale
zainteresowań nie zmienił.

Zatrudnił się jako inspektor-geolog w kopalni, a badania prowadził po pracy i za własne
pieniądze. Korzystał przy tym z dawnych znajomości naukowych, nie miał więc problemu
z przeprowadzeniem skomplikowanych symulacji na potężnych komputerach w Oak Ridge
National Laboratory. Swojej teorii, jak twierdzi, poświęca każdą wolną chwilę i każde
zaoszczędzone pieniądze. Z pasją opowiada o tym, co już zrobił, a czego musi jeszcze
dokonać. Obawiam się, że niedługo dojdę do granic możliwości pojedynczego człowieka.
Moje pomysły muszą być poddane dyskusji środowiska. Jeżeli są czegoś warte, a wierzę
głęboko że są, powinny się nimi zająć grupy ludzi. Sam już niewiele osiągnę – mówi.

Tomasz Rożek jest doktorem fizyki i dziennikarzem, zajmuje się popularyzacją nauki.
SAM CHCIAŁBYM WIEDZIEĆ...

Z DR. J. MARVINEM HERNDONEM, AUTOREM KONCEPCJI GEOREAKTORA,
ROZMAWIA TOMASZ ROŻEK

Jak w samym środku Ziemi dochodzi do zainicjowania reakcji rozszczepienia? Co daje
impuls?

Co prawda uran-238 naturalnie rozpada się przez przemianę alfa, ale bardzo niewielka jego
część rozszczepia się spontanicznie, bez potrzeby wchłonięcia neutronu z zewnątrz.
W odpowiednio dużej grupie atomów uranu wcześniej czy później jeden sam się rozszczepi,
emitując trzy neutrony. I tak zaczyna się reakcja łańcuchowa.

Jakie globy pana zdaniem mogą zawierać we wnętrzu reaktory atomowe? Jaki najmniejszy
ciężar musi mieć taki obiekt, aby zaszła w nim reakcja rozszczepienia?

Na to pytanie nie znam odpowiedzi. Wydaje mi się, że ciała wielkości Księżyca są
wystarczająco duże i wystarczająco ciężkie. Badanie księżycowych skał wskazuje, że w ciągu
pierwszych kilku milionów lat swojego istnienia Księżyc miał własne pole magnetyczne. Dla
mnie jest to bardzo sugestywne. Jeżeli chodzi o inne globy, Merkury też najpewniej generuje
swoje pole magnetyczne. To dzisiaj niewytłumaczalne. Z kolei na Marsie jest największy
wulkan Układu Słonecznego. Może także tam jest reaktor. Chciałbym to wiedzieć.

Co reaktory w sercach planet mają wspólnego z ewolucją gwiazd i ciemną materią?

Myślę, że każde pokolenie ma do rozwiązania wielką naukową zagadkę. Na początku XX
wieku taką tajemnicą był sposób, w jaki Słońce i inne gwiazdy wytwarzają energię. Jedną
z wielkich tajemnic naszego czasu jest kwestia ciemnej materii. Dzisiaj uważa się, że gwiazdy
zaczynają świecić, gdy siła grawitacji w samym ich środku ściśnie materię (a przez to
podniesie temperaturę) do poziomu wystarczającego, aby zaszła reakcja fuzji jądrowej.
W 1994 roku opublikowałem w „Proceedings of the Royal Society" w Londynie pracę,
w której podważam tę teorię. Przytaczam tam przykład bomby termojądrowej, która opiera
się przecież na fuzji. Tym, co stwarza warunki do zajścia w bombie tej reakcji, jest właśnie
wybuch jądrowy. Czyli w skrócie: to eksplozja jądrowa powoduje, że może rozpocząć się
fuzja.

A co z ciemną materią?

Odpowiem pytaniem. Co będzie, jeśli ciało niebieskie o rozmiarach gwiazdy nie ma
wystarczającej ilości materiału rozszczepialnego? Proszę pamiętać, że astronomowie
twierdzą, że szczególnie dużo ciemnej materii znajduje się w okolicach gwiazd o bardzo
małej zawartości metali. To zgadza się z moją koncepcją, w której ciemną materię tworzą
gwiazdy, w których metali ciężkich – takich jak uran – jest na tyle mało, że w konsekwencji
nie doszło do reakcji rozszczepienia inicjującej fuzję jądrową. Brak rozszczepienia oznacza
brak syntezy. Olbrzymi obiekt na zawsze zostanie ciemny.

Obliczony stosunek dwóch izotopów helu w bazaltach jest zgodny z przewidywaniami modelu
georeaktora. Ale prawdziwie niepodważalny dowód pojawi się dopiero wraz z badaniami
innych izotopów, charakterystycznych produktów reakcji rozszczepienia.

To prawda, ale to nie takie proste. Do tych izotopów, które możemy brać pod uwagę, należy
na przykład neon. I ten pierwiastek rzeczywiście jest w bazaltach oceanicznych, ale nie do
końca wiemy, ile powinno się go tam znajdować. Kłopot polega na tym, że neon stosunkowo
chętnie pochłania neutrony. Wtedy jeden jego izotop może przekształcić się w inny. Neon
może też się w ten sposób przeobrazić w zupełnie nowy pierwiastek. Możliwy jest także
scenariusz, w którym jakiś pierwiastek, pochłaniając neutron, zamienia się w neon.

Czyli w skrócie: badanie innych – poza helem – pierwiastków jest zbyt skomplikowane?

Moim zdaniem najbardziej przekonującym dowodem na istnienie georeaktora byłoby
zmierzenie antyneutrin produkowanych w olbrzymich ilościach w każdym reaktorze.
Z neonem może się udać, ale nie będzie to takie proste jak z helem. Jeszcze inną możliwością
jest badanie izotopu berylu-10, znajdowanego w niektórych bazaltach. Może on być
produkowany zarówno w georeaktorze, jak i przez promieniowanie kosmiczne w górnych
warstwach ziemskiej atmosfery, a to dla nas duży kłopot. Matka natura jest kobietą, która
zazdrośnie strzeże swoich sekretów. Z drugiej strony to właśnie dlatego ich rozwiązywanie
sprawia tyle radości.

Kiedy zatem można spodziewać się pierwszych wyników z pomiaru antyneutrin
produkowanych przez georeaktor?

Myślę, że w ciągu najbliższych 5-10 lat. Szukamy źródeł finansowania takiego eksperymentu.
Rok temu w czerwcu w „Nature" amerykańsko-japońskie konsorcjum Kamland opublikowało
informację o pierwszych zarejestrowanych antyneutrinach, które pochodziły z wnętrza Ziemi.

Czego brakuje jeszcze pana teorii? Co musi być jeszcze zrobione, aby przekonać środowisko
geofizyków do koncepcji georeaktora?

Sam chciałbym wiedzieć. A mówiąc poważnie, myślę, że złapanie ziemskich antyneutrin
byłoby dowodem, którego nie dałoby się przemilczeć.