親子におすすめの新型プラネタリウムとは?

地球内部の熱は核分裂によって発生した熱だと言われていますが、どんな根拠でそのように考えられるのでしょうか。

上部マントルは超塩基性岩でできていると思いますが、超塩基性岩には特に放射性元素が多いわけではないですよね。地殻には花崗岩や砂岩が最も普遍的に分布しますが、超塩基性岩の放射性元素の含有率は花崗岩や砂岩のそれとだいたい同じですよね。だとすると、超塩基性岩ではつまり上部マントルでは核分裂の熱はそれほどたくさんは発生しないのではないかと思います。

下部マントルと地核には、上部マントルや地殻に比べて多くの放射性元素が含まれているのでしょうか。もし含まれているのなら地球内部の熱は核分裂によって発生した熱だというのは分かるのですが、それなら下部マントルと地核に放射性元素がたくさん含まれているとする根拠は何でしょうか。

地球内部の熱を人間が感じることのできる主なものは溶岩の噴出や温泉ですが、溶岩や温泉水には放射性元素やその崩壊生成物が多く含まれているわけではないですよね。ということは、地球内部の熱が核分裂によって発生したものだとする考え方を溶岩や温泉水は否定しているように思えるのですが。

それとも、マントルや地殻の放射性元素の含有率は花崗岩や砂岩のそれとほぼ同じであっても(つまり、放射性元素の含有率は小さくても)、地球内部には核分裂の熱が溜まることに、計算上、なるのでしょうか。素人の感覚的にはとても溜まるとは思えないのですが...。

地球内部の熱は核分裂によって発生した熱だと言われていますが、どんな根拠でそのように考えられるのでしょうか。

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A 回答 (5件)

崩壊熱は地殻のみで定量的に妥当と言えるのか。

発熱の「一部」を概算してみました。

計算の前提:
地殻のカリウム40の崩壊熱のみを扱う。
地殻の厚みは 30kmとする。
地殻の比重 3、カリウム割合(クラーク数) 2.6 %
天然カリウム放射能強度 30.4 [Bq/g]
崩壊エネルギ 1.3 [MeV]
花崗岩の熱伝導率 3 [W/m/K]

面積1平方m、長さ30km角柱の発熱量は次のようになります。
直方体質量kg * 含有率 * 毎秒崩壊回数/kg * 崩壊エネルギ :
30e3*(3*1000)*2.6e-2*(30.4*1000)*(1.3e6*1.6e-19) = 0.015 [W]
(計算に不可解な点があればご指摘ください)

地中で生じる熱は地表から宇宙に放射されます。 熱源の一部であるカリウムは、半径方向に 0.015 [W/m^2] の熱流を作り出している事になります。花崗岩の熱伝導率で温度勾配を計算してみると、0.015 / 3 = 0.005 ℃/m となります。 深さ100mあたりだと0.5℃になり、2~3℃と言われる実測の2割を与えています。 崩壊熱説はオーダとして一理あると思います。 希薄でも、巨大な寸法では、体積(発熱)対表面積(放熱)効果、熱抵抗率(1/熱伝導率)×深さの効果は日常感覚を超えたものになるのでしょう。

ところで、実際の熱流量は、平均 0.07 [W/m^2] と推定されているようです。
http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/hamamoto/index.htm

他の放射能を含む計算がありました。
http://www.s-yamaga.jp/nanimono/chikyu/netsuryur …
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この回答へのお礼

ご回答いただきありがとうございます。
こういう計算もできるんですね。

有り難うございました。

お礼日時:2011/06/12 20:14

#1の者です。


ちなみに、地球の内部の地核には、ほとんど核分裂物質
は含まれておりませんが、温度は最も高い6千度近くも
あります。
「核分裂の熱が主要」というのは、地表からの放射冷却に
対する補完への寄与においてです。
また、「放射冷却によって1億年で現在の温度になる」と
いう情報も、wikiと並んでネット上に流布していますが、
これもケルビンが百年も前に(古い知識で)算定したもので、
熔岩の温度である千度を起点にしていたり(今でも内部は
6千度だから当初はもっと高温だったのに)、今では初期に
主要な熱源であったと考えられている微惑星の衝突を考慮
していなかったりと、とても参考にできるものではありません。
核分裂はあくまで「熱の発生源として」であり、「内部の熱」
の起源ではありません。
核分裂が「主要な地熱の起源」なら、最初から時間が経つ
ほどに上昇するはずだし、地核の方が高温であったり、
同じ組成である月や火星が、最初は溶けていたのが、
現在は冷却して、固体になってしまっているといった現象を
説明できません。
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この回答へのお礼

ご回答いただきありがとうございます。
計算上の熱収支はケルビン(?)以降誰もなかなか挑戦しないのですね。
有り難うございました。

お礼日時:2011/06/12 20:22

>地表にある花崗岩でできた大きな山の中心部でさえ熱くないのに



この件もサイトの中で説明しています。
#2に書いたように地殻熱流量というのは実感できる大きさのものではないのです。
平均的な値として6.9×10^-2J/s・m^2という値が載っています。
太陽定数1.4×10^3J/s・m^2と比べてみて下さい。太陽定数は太陽から地球に達するエネルギーを地表1m^2当たり、1秒間に対して求めたものです。2万倍異なります。地殻熱流量の大きさは暖かいと感じることのできるようなものではないことが分かるだろうと思います。
でも100km×100kmの大きさで考えるとマグニチュード8の地震を3年に一度ぐらい引き起こすことができるぐらいのエネルギーになるという説明が書かれています。読まれていないようですね。

このサイトで花崗岩、玄武岩の違いで説明しようとしているのは大陸地殻、海洋地殻での熱流量に関係してです。どちらにしろ地殻は地球の薄い皮の部分です。半径6400kmの地球で考えるとごく一部分です。
もっと発熱量の少ない物質しか内部にはないとしても体積が圧倒的に異なります。地球内部で発生している熱の総量はものすごいものになります。
マントルは固体ですがその内側にある核の部分は液体です。これは高校の教科書にも載っています。
地震波の測定から得られた結果です。液体中では横波が伝わらないという性質を使っての判断です。
温度の推定もこれを基にして行われているはずです。
上部マントルだけが高温であるのではありません。

マントル対流による移動の速さは1年に数cmだそうです。
これも動いていることは実感できない大きさです。
でも100年に数mだとかなりの影響が出てくることになります。
太平洋の海底が全てこれだけ移動するのですからこの移動に要するエネルギーの大きさは凄いものです。イメージの取りやすい火山の噴火のエネルギーに比べても極端に大きなものです。実感できる、イメージしやすい事だけに頼っていると判断が違ってきます。
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この回答へのお礼

ご回答いただきありがとうございます。
御教示のサイトはもちろん全部読みましたが、なかなか飲み込めません。
計算上熱収支はどうなるのかというのがどこにも示されていません。
有り難うございました。

お礼日時:2011/06/12 20:20

ダーウィンの時代に地球の年齢の推定がいろいろなされました。



高温の火の玉状態から徐々に冷えて今の地球の温度になるまでどれくらい時間がかかるのかという推測もその当時やられています。
内部に熱源を持たない高温物体が徐々に冷えて行くのに要する時間というのは地球を構成する物質の熱伝導度の値、地球から外部空間への放熱の速さなどをを仮定すると出てくるものです。
これは当時の物理のレベルで計算可能なものです。
ほぼ1億年という時間が出てきます。
海の水が今の塩分濃度になるのにどれくらいかかるかで年齢を見積もるのもやられています。これも1億年程度です。ダーウィンはこれで困ってしまったという話です。彼の考えていた進化に必要な時間に比べて短かすぎるのです。45億年経った現在でも地球内部からのかなりの熱の流れが存在しています。この熱源は何なんでしょう。
その熱源は地殻変動やマントル対流のエネルギー源としても必要なものです。

放射性物質の崩壊熱だというのは別にwikiの創作ではありません。地球科学の本には大抵載っていることです。きちんとした本も出ているようですから一度じっくりと読んでみて下さい。

http://www.s-yamaga.jp/nanimono/chikyu/netsuryur …

このサイトには
岩石が溶けるぐらいの温度から現在の地球の状態まで冷却されるのに要する時間を計算したのはケルビンだと書かれています。()私も記憶を頼りに適当に書いていますので時代がうまく合わない部分もあるかもしれません。)

「地殻熱流量」という量が重要な意味を持っていますが普通の人が実感できるような大きさではありません。
地表では太陽からの放射熱に比べて無視できるという程度だそうです。
その辺も実感だけで考えて行くと食い違いを生じる理由になるものかもしれません。

この回答への補足

>ほぼ1億年という時間が出てきます。

計算した人がいるんですね。1億年は、まだ大きい感じがしますが、計算したのであれば間違いはないでしょうね。感覚的にはだいぶ納得しやすいです。

>放射性物質の崩壊熱だというのは別にwikiの創作ではありません

お教えのサイトの表に示される値を用いて計算すると、崩壊熱の発生量はマントルでは花崗岩の約1/34であり、地核では約1/11万未満です。地表にある花崗岩でできた大きな山の中心部でさえ熱くないのに、それの1/34や1/11万の崩壊熱しか発生しないマントルや地殻が崩壊熱によって高音を保っているというのは実に信じがたいです。

補足日時:2011/06/05 14:00
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この回答へのお礼

ご回答いただきありがとうございます。

お礼日時:2011/06/12 20:16

また、wikiの誤った記述の犠牲者ですね。


基本的に、地球は、星間物質が集合してできた当初の
温度が最も高く(地表までマグマがあり海がなかった)、
その後、徐々に冷え続けています(地核は成長し続けて
マントル対流は細分化=大陸の分裂している)。
もし地球内部の核分裂が原因なら、「最初に最も高温で
だんだん冷え続ける」ことなどありません。
もちろん、その影響もない訳ではありませんが、主たる
熱源は、拡散していた星間物質が重力収縮する時の、
ポテンシャルエネルギーから運動エネルギー(≒熱エネ
ルギー)への転化によるものです。

この回答への補足

>基本的に、地球は、星間物質が集合してできた当初の
温度が最も高く(地表までマグマがあり海がなかった)、
その後、徐々に冷え続けています

地球の誕生は50億年前だそうですが、50億年も冷え続けても内部が高音の状態を保てるんですか?50億年ですよ。太陽エネルギーをいつも受けているとはいえ、50億年も高温状態を保つことは、計算上は成り立つんですか?

補足日時:2011/06/05 08:08
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この回答へのお礼

ご回答いただきありがとうございます。

お礼日時:2011/06/12 20:15

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#1,4です。誤解があるといけないのでコメントを追加します。

地球内部の熱源としては、地球形成時に持ち込まれた重力エネルギーの方が放射性元素の崩壊によるエネルギーを上回ります。「シリーズ現代の天文学 第1巻 人類の住む宇宙」(日本評論社)の279ページに、総量では前者が後者の約10倍、単位時間あたりの発生量では前者が後者の約50倍とあります。

一方、地表から外部へ逃げている熱エネルギーの源については、同書266ページで放射性元素の崩壊に伴うものが50%~90%を占めるとしています。

つまり、地球の内部を高温にして、その一部を溶かすのに使われたエネルギーの源としては重力エネルギーが主であり、一方、表面から逃げているエネルギーの源としては、比較的表面に近いマントルに含まれる放射性元素からの寄与が大きいということではないでしょうか。別の言い方をすると、地球の深部には大量の熱エネルギーが存在するのだが、それはゆっくりとしか表面まで伝わって来ていないということなのでしょう。

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当方は地学は専門外ですが、大学程度の物理学の知識はあると思います。

Aベストアンサー

1) マグマが生成されるのは、核ではなくマントルです(実際には、核とマントルの境界部分にあるマグマだまりで生成される、と考えられている)。
http://www.ailab7.com/magma.html
http://page.freett.com/kiguro/zzz/z-kagaku/maguma.html

2) もともと地球が形成される段階で高温だったのが、表面付近から冷え始めて現在の様な状態になった、と考えられています。
 しかし、外側が冷えて固まったため、ほぼ密閉されるような形となり、中心部分は当時の熱をまだ持っていると思われます。

2a) 中心核の熱は少しずつ外側に逃げています。それが火山活動などの現象で現れているのです。
 ただ、もともと持っていた熱量が大きいので、まだ保持し続けている、ということのようです。別に外部からエネルギーが与えられている、というわけではないようです。
 又、核自体を構成する物質が熱を下げない性質があると考えられています。

2b) 重力の影響も考えられるでしょうが、上記のように直接的なものではないようです。

http://www1.tecnet.or.jp/earth/3Mecha/3_17.html
http://www.sci-museum.kita.osaka.jp/news/text/2000/e000601.html

1) マグマが生成されるのは、核ではなくマントルです(実際には、核とマントルの境界部分にあるマグマだまりで生成される、と考えられている)。
http://www.ailab7.com/magma.html
http://page.freett.com/kiguro/zzz/z-kagaku/maguma.html

2) もともと地球が形成される段階で高温だったのが、表面付近から冷え始めて現在の様な状態になった、と考えられています。
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Q地球内部熱源の放射性物質が地上に出ない理由

地球内部の物質が半減期のきわめて長い放射性物質であるにもかかわらず、プルームやマグマなどとして出てくる物質に放射能がそれほど含まれていない理由」を教えてください。
(「フィッショントラック法」の原理は知っています。)

また、放射性物質は具体的には、どこに(内核にとか)、どのような形(鉄の同位体とか)で、どのくらいの量(内核の30%とか)存在するのでしょうか?

疑問の理由の一つは、地球生成と関係が深い隕石、隕鉄、小惑星、月面などから放射性物質が多量に検出されたというニュースを知らない(忘れた?見落とし?)からです。

Aベストアンサー

こんにちは。
面白い質問ですね。
次のような答えではいかがでしょう。

ポイントは、「宇宙でも放射性元素は多くなく、さらに、その崩壊は、地球が生まれる前から始まっていたので、すっかりスカスカ・・・」

 まず、直感的に、放射性元素の多くは重いので、なかなか地表には「浮いてこない」ことはご理解でしょう。だからこそ質問者さんも、地表近くに出てくる理由としてプルームを上げておられると思います。

 では、コア部分には放射性元素がたくさん(高い濃度で)含まれていて、それがプルームに入りにくいのか・・・というと、実はコア部分でも大した濃度ではない・・というところでしょう。

 この、「放射性元素の濃度」という基準の考え方もあいまいですし、私も濃度の正確な値についての学術的情報を持っていないのですが、他の方の回答にもあるように、地殻部分よりは「濃い」とは想定されつつも、多分、平均とすれば重量比で1/(10の10乗)を超えることはないと思われます。

次のように考えると良いかもしれません。

・ウランなどの放射性物質は、物質自体がエネルギーを持っており、少しずつ崩壊してエネルギーを放出する。ではそのエネルギーはどこから来たのか。
・実は、ウランなどの放射性物質は超新星の残骸。宇宙のもともとのエネルギーは「場の相転移」らしいが、その結果宇宙の誕生時にできるのは軽い水素かヘリウムだけであるし、それらの核融合でできるのはエネルギーの低い(核反応としての最終的燃えかすの)鉄まで。だから、宇宙全体での物質は、放射性物質になりにくいこれら「比較的軽い物質」がほとんど。
・ウランなどの、重く放射能力を持つ物質は、超新星爆発の「重力崩壊」の中心部での圧縮・衝突エネルギーをもらわないと生成しない。おまけに、その放射性物質は、生成の直後から崩壊(半減期)が始まり、崩壊しながら宇宙を漂い、やがてやっと他の惑星系の材料となる・・・
・地球ができたのが約45億年前。超新星爆発はそのさらに前なので、仮に5億年前とすると、今、地球の中心にある放射性物質は約50億年の時間を経ている。
・放射性物質の平均の半減期が仮に100万年としても、50億年はさらにその5千倍。2の5千乗分の1ともなるとさすがに濃度は低くなり、放射性としてはスカスカ・・。

 もっとも実際には、宇宙を漂っている際に宇宙放射線を受けてあらためて放射性物質になる場合や、物質同士が超高速で衝突して放射性物質になる場合、さらには地球として固まったあと、その内部での放射性崩壊の結果飛び出した粒子を受け取って新たに放射性物質になる場合もあるので、放射性物質としての量はもう少し多いでしょうが、まあ、大した比率ではないと言えるでしょう。

 他方、それでも、”放射性物質は地殻部分では無視できるほど少ないのが当たり前”とは言えないようです。以前アフリカの「オクロ」という場所で天然原子炉(誰も制御しない原子核暴走!)の形跡が発見されています。wikiによると、約20億年前に終わった反応であり、マグマと火山地殻の熱水により自然にウランの精錬・濃縮作用があったようで、放射性ウランの濃度が3%(!)になっていたらしいとか。その意味では、20億年前の段階では、地球平均としては既にスカスカだったとしても一定の条件では「濃く」なる可能性があったわけで、質問者さんのご質問も意外に的を得ているようにも思います。
(まあ、現在ではその可能性も極端に減っていますが。なお、いろいろな物質との混合物からウランだけが集まる「精錬」と、ウランのうち核反応性のあるU235の濃度が高まる「濃縮」の語は本来もっと正確に使い分ける必要があります)

いかがでしょうか。ご参考になれば幸です。

こんにちは。
面白い質問ですね。
次のような答えではいかがでしょう。

ポイントは、「宇宙でも放射性元素は多くなく、さらに、その崩壊は、地球が生まれる前から始まっていたので、すっかりスカスカ・・・」

 まず、直感的に、放射性元素の多くは重いので、なかなか地表には「浮いてこない」ことはご理解でしょう。だからこそ質問者さんも、地表近くに出てくる理由としてプルームを上げておられると思います。

 では、コア部分には放射性元素がたくさん(高い濃度で)含まれていて、それがプルームに入りに...続きを読む

Q放射性元素の崩壊熱とは?

核分裂で発生する熱は、アインシュタインの式から判る質量欠損による膨大なエネルギーであることは理解できます。
一方使用済み核燃料などで、原子核が放射線を出して崩壊し、安定な核種に変化する過程で出るエネルギー、すなわち崩壊熱なるものの源はなんでしょうか。核分裂による質量欠損ではないと思いますが。

また、地球内部でマントルを溶かしている熱はこの崩壊熱であると言われていますが、マントルの中に大量の放射性元素が含まれていると聞いたことはありません。火山から流れ出る溶岩が大量の
放射性元素を含んでいるということは聞いたことがありません。それなのになぜ地球内部の加熱
方式が崩壊熱と言えるのでしょうか。

もし崩壊熱の説が正しいとして、地球内部にこのような放射性元素が集中してたまっていないと、永続的にマントルを溶かしていることは不可能でしょう。一部は地球表面にウラン鉱石などで露出して
いるとしても、そのような大量な放射性元素が地球内部に集積している理由はなんでしょうか。

Aベストアンサー

 質量欠損が生じるのは核分裂反応に限った話ではありません。
 もちろん、放射性物質が崩壊して、核エネルギーが解放された時にも質量は変化します。
 例えば、セシウム137の原子量は136.9070895uで、これが質量0.000548579910uのβ粒子を放出して、バリウム137mを経て、安定なバリウム137(原子量136.9058274u)に変わる際には、

(136.9070895u-0.000548579910u-136.9058274u)÷136.9070895u≒0.0007135u÷136.9070895u≒0.000005212

という計算から、0.0005212%の質量欠損がある事が判ります。
 ウラン235が核分裂した際の質量欠損は、約0.091%前後ですから、セシウム137の崩壊はウラン235の核分裂と比べて、約175倍も効率が低い事が判ります。
 質量とエネルギーは等価であるため、エネルギーが解放される際には必ず質量の変化が生じます。
 化学反応でエネルギーが放出された場合や、お湯が冷めて水になったり、リンゴが木の枝から地面に落ちる際にも、解放されたエネルギーに等価な量だけ、質量の変化は生じているのですが、元の質量に対して、変化した割合が小さ過ぎて、変化量を測定する事が殆ど不可能なため、一般的には質量の変化が無視されているだけです。
 例えば、15.5℃の水1kgが、熱エネルギーを放出して、14.5℃になった場合には、水の質量は百兆分の4.6570g減少し、代わりに水から熱エネルギーを受け取った周囲のものの質量が、同じ量だけ増えます。
 質量がエネルギーに変わるというよりも、質量とエネルギーは同じものなので、エネルギーの出入りがあるという事は、即ち質量の出入りがあるという事なのです。
 ですから、核分裂反応で質量が欠損する事が原因でエネルギーが発生するというのは少し誤解がある考え方で、ウラン235の原子核は、核分裂反応を起こした際に放出する事の出来るエネルギーを持っているために、そのエネルギーの分だけ余分な質量を持っていると考えた方が良いかも知れません。

 放射性物質の崩壊等の核反応によってエネルギーが放出されるのは、放射性物質の原子核が、エネルギー的に不安定だからです。
 原子核を構成している陽子や中性子の間には核力という力が働き、陽子と中性子、或いは陽子同士や中性子同士は引き寄せ合っています。
 例えば、地球と、木の上のリンゴは万有引力によってお互いに引き寄せ合っていますが、リンゴが地面に落下して地球とくっつき合えば、位置エネルギーが解放されて、リンゴはエネルギー的に安定化(自然にに高い位置に移動したりはしない状態)する様に、陽子や中性子も核力でくっつき合った方が核力による位置エネルギーが解放されて、安定化する傾向があります。
 このため、核融合反応の際には、エネルギーが解放されます。
 しかし、陽子はプラスの電気を帯びているため、陽子同士の間には電気的な反発力が発生します。
 原子核中の陽子の数が多いほど、原子核が帯びているプラスの電気は強くなり、それに応じて原子核内の電気的反発力も、陽子の個数の2乗に比例して強くなります。
 このため、電気的な位置エネルギーの観点からは、陽子同士がバラバラでいた方が安定なのですが、原子核の内部では、電気的な反発力よりも、核力(強い力)の方が力が強いため、離れられずにいます。
 そのため、ウランの様な陽子の数が多い原子核はエネルギー的に不安定で、核分裂を起こすと、2つに分かれた原子核同士が、電気的な反発力で猛スピードで離れて行くため、電気的な反発力によって生じていた位置エネルギーが、分かれた原子核の運動エネルギーに変換される事で解放されます。
 アルファ線を出す放射性物質の崩壊も、元の原子核が、ヘリウムの原子核と、それ以外の部分に分かれるのですから、一種の核分裂と言えますが、これも陽子同士の電気的な反発力によって生じます。
 ヘリウムの原子核は非常に安定であるため、陽子や中性子が単独で放出されるよりも、アルファ粒子が放出される方がエネルギー的に安定なため、陽子が単独で放出される反応は起き難くなっています。
 又、核力による結び付きは、陽子同士や中性子同士の間に働く核力の力の強さよりも、陽子と中性子の間に働く核力の力の強さの方が少し強いため、核力的には中性子と陽子の数が同じ方が安定なのですが、原子番号が大きな原子核では、原子核に含まれる陽子の数が増えて、電気的な反発力が増すため、陽子と中性子の間に働く核力よりも、電気的な力が生じない中性子同士の間に働く核力によって、原子核内部の粒子を結びつけた方が、電気的な反発力を増やす事なく、核力による結びつきを強くする事が出来ますから、原子番号が大きな原子核では、中性子の割合がある程度多い方が安定となります。
 このため、原子核には、その大きさによって、陽子の数と中性子の数の丁度良い比率というものが存在します。
 更に、中性子は陽子よりも不安定で、単独の中性子は平均寿命886.7秒で陽子に崩壊してしまうのですが、この中性子が陽子になる際に解放されるエネルギーよりも、原子核中の陽子の数が増える事で増加する、電気的な反発力による位置エネルギーの方が大きい場合には、中性子が陽子に変わらない方が、エネルギー的に安定なため、原子核中の中性子が陽子に変わる事が防がれます。
 この事も、陽子と中性子の数の比率に影響します。
 この陽子と中性子の数の比率が、丁度良い比率から外れているほど、原子核は不安定となり、中性子の数が少なく、陽子の数が多過ぎれば、α線を放出したり、陽子が原子核外の電子を吸収して中性子となったりする事で、陽子の数を減らす核反応が起きて、エネルギーが解放されます。
 陽子の数が少なく、中性子の数が多過ぎれば、中性子がβ線を放出して陽子に変わる事で、中性子の数を減らし、陽子の数を増やす核反応が起きて、エネルギーが解放されます。
 γ線は、核反応の際に解放されるエネルギーの一部が、短波長の電磁波として放出されたものです。

 前述の様に、放射性物質が放射線を放出して崩壊する反応は、核分裂よりは効率が低いものの、化学反応等と比べれば、桁違いに効率が高いため、岩石の中に含まれている僅かな量の放射性物質でも、岩石を熔融させるほどの発熱量となる訳です。
 又、地球の岩盤は極めて厚いため、地球内部から地球表面までは、熱がなかなか伝わらず、あたかも断熱材で包んだ様に、内部の熱が極めて逃げ難いため、放射性物質の崩壊熱が蓄積されて、高温のまま保たれる訳です。
 ですから、地熱のエネルギー源としての放射性物質は、高濃度である必要はなく、火山から流れ出る溶岩が大量の放射性物質を含んでいなくとも、地球の内部や溶岩は高温なのです。

 質量欠損が生じるのは核分裂反応に限った話ではありません。
 もちろん、放射性物質が崩壊して、核エネルギーが解放された時にも質量は変化します。
 例えば、セシウム137の原子量は136.9070895uで、これが質量0.000548579910uのβ粒子を放出して、バリウム137mを経て、安定なバリウム137(原子量136.9058274u)に変わる際には、

(136.9070895u-0.000548579910u-136.9058274u)÷136.9070895u≒0.0007135u÷136.9070895u≒0.000005212

という計算から、0.0005212%の質量欠損がある事が判ります。
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Qもし、地球の中心に行けたとしたら、重力はどうなるの?

地球の中心に到達することができたとしたら(そんなことは実際には無理ですが)、重力はどうなるのでしょうか?
高い山の上と地面では、重力は違うのですか?
(重力について)
高い山(富士山)に登ったとき、自分のからだが軽いとは思いませんでした。(あくまで、自分の感覚ですが・・・)
もし、地球の中心に到着して、重力がなくなるのであれば、地下を掘り進んでいくうちに、自分の体重が軽くなっていくということでしょうか?
逆のことですが、
宇宙旅行をしておられるのを見たときには、一瞬無重力になりますよね。ってことは、宇宙旅行とは、無重力状態になったときのことを言うのでしょうか?
重力の及ぼす範囲は、大気圏だけなのでしょうか?
あれは、大気圏外に突入したということでしょうか?
大気圏を脱出したときに、すごい熱が発生すると聞きました。

無知なのもので、わからないことばかりです。ご回答のほど、よろしくお願いいたします。
娘に質問されたのですが、わからないので困っています。

Aベストアンサー

>高い山の上と地面では、重力は違うのですか?

厳密には違います。
但し、人間が体感出来る事は無く、精密な機器で測定して初めて解る程度のものです。
また、地球の自転による遠心力との合成によって、赤道上は見かけ上の重力が若干弱くなりますが、これも人間が感じる事は出来ません。
因に赤道は地軸方向に比べ若干長い=地球は完全な球体では無く赤道の方が長い楕円形。
地球の中心に行けば「地球から受ける重力」は無くなります。

物体は質量が有れば重力を発生しますが、小さいとその力も微々たるものなので影響は殆どありませんが、天体ほどの質量になると色々なものを引き寄せます。
大きさでなく質量と書いたのは、例え角砂糖ほどの大きさであっても、質量が惑星や衛生と同じほどの質量が有れば何でも引き寄せるほどの強い重力を発生します。
ブラックホールはこれの大規模なものです。

>宇宙旅行をしておられるのを見たときには、一瞬無重力になりますよね。・・・

ちょっとこれは意味が解りませんが、天体からの重力を殆ど影響ないほど離れている宇宙空間と仮定すると、一瞬では無くずっと無重力状態です。
アニメやSF映画での宇宙旅行と云う意味でしたら、便宜上重力があるようにして有るだけです。
有名なものに「2001年宇宙の旅」のディスカバリー号が有りますが、映像では乗組員は回転する部屋にいます。
これは遠心力で疑似的に重力を作り出しているからです。
最も原始的なものとしてはマグネットやベルクロ(マジックテープ)を仕込んだ靴を使用して足が床に着くようにしてあるものがあります。
もし、天体からの重力の影響を受けない空間を宇宙と呼ぶのかと云う意味でしたら、少し違います。
一般的には大気圏外を宇宙と云い、大体地上125Kmくらいです。
また国際的な条約でも定義されているようです。
http://www.jaxa.jp/library/space_law/chapter_3/3-2-1-3_j.html
例えば、太陽を中心に地球が回っているのは太陽の引力=重力に地球が引張られているからです。
地球と月も同じ関係です。
この天体間を宇宙空間では無いとは思わないですよね。

>大気圏を脱出したときに、すごい熱が発生すると聞きました。

大気圏脱出だろうが突入だろうが鉄でも溶ける程の熱を発生します。
突入時は地球の重力に引かれて凄いスピードになりますし、大気圏を離脱するにもかなりのスピードがなければなりません。
この際に空気との摩擦による熱が発生します。
これは大気圏脱出、突入でなくても普通の飛行機でも同じです。
音速を越えて飛ぶ戦闘機なども勿論熱対策されています。

>高い山の上と地面では、重力は違うのですか?

厳密には違います。
但し、人間が体感出来る事は無く、精密な機器で測定して初めて解る程度のものです。
また、地球の自転による遠心力との合成によって、赤道上は見かけ上の重力が若干弱くなりますが、これも人間が感じる事は出来ません。
因に赤道は地軸方向に比べ若干長い=地球は完全な球体では無く赤道の方が長い楕円形。
地球の中心に行けば「地球から受ける重力」は無くなります。

物体は質量が有れば重力を発生しますが、小さいとその力も微々たる...続きを読む

Q漏斗=「ろうと」と「じょうご」の使い分け

漏斗と書いて、「ろうと」とも「じょうご」とも読みますが、
どう違うのでしょうか。
広辞苑によると「ろうと」は、「じょうご」に同じ。
一方、講談社の日本語大辞典では、「じょうご」には銅製らしきものの写真がついて、「ろうと」にはガラス製らしい図解がついていました。
使い分け方があるのでしょうか。
教えてください。 

Aベストアンサー

意味は下の方と同じですけど、
もっとつっこんだ説明をすると〔漏斗〕「漢語的表記」(じょうご)というのは
こぼれずよく入るので、上戸の意としても用いられます。

漏斗(じょうご)というのは口の小さな容器にはめて液体を注ぎ入れる用具の事です。口は円形で下方へ行くに従ってつぼんで、先は管状になっています。
(下の方は醤油を例にしています。)

漏斗(ろうと)は漏斗(じょうご)と意味は同じです。
ただ、使う用途が違うだけです。
理科の実験で液体を注ぎ入れる用具を「漏斗(ろうと)」。
それ以外の液体を注ぎ入れる用具を「漏斗(じょうご)」と言うんです。

意味は同じでも材質は全く違いますからね。

Q濃硫酸の脱水の反応式は?

こんばんわ。よろしくお願い致します。
化学の教科書に濃硫酸は脱水作用があると書いて有りました。

その時の反応式
H2O+H2SO4→?+?
はどのようになるのでしょうか?
(反応式が載ってませんで)

Aベストアンサー

一応、昔、予備校講師として化学を教えておりましたので内容としては大丈夫だと思いますが、説明が判り難ければ申し訳ない。こればっかりは直接とネットの違いなので、ダメなら判らない点をもう一度整理して聞いて下さい。それでは本題へ...

まず、質問中にある基本的な誤りを指摘しておかなくてはなりません。
「濃硫酸には脱水作用がある」こと自体は間違いありませんが、その時の反応式は『H2O+H2SO4→?+?』の様にはなりません。

通常、脱水作用というのは『化合物中、もしくは化合物同士の反応時に、その化合物中のHとOを水分子H2Oとして奪う性質とその反応作用』のことを言います。

では、どういう反応なのか?を、以下に例を挙げてみます。
--------------------------------------------------
1)砂糖・ショ糖(スクロース)、デンプン、紙・木材(繊維=セルロース)などの炭水化物に濃硫酸を加えると脱水して炭化します。
  C12H22O11→12C+11H2O
  C6H12O6→6C+6H2O
  C6H12O5→6C+5H2O
2)エタノールに濃硫酸を加えて熱すると、温度の違いによってエチレン又はエチルエーテルが生じます。
  C2H5OH→C2H4+H2O 〔160度で生成〕
  C2H5OH+C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O 〔130度で生成〕
3)蟻酸HCOOHに濃硫酸を加えて熱すると、一酸化炭素が生じます。
  HCOOH→CO+H2O
   ※この反応では、濃硫酸は触媒の働きをしていると考えてよいです。
4)シュウ酸(COOH)2に濃硫酸を加えて熱すると、一酸化炭素が生じます。
  (COOH)2→CO2+CO+H2O
--------------------------------------------------
1)は濃硫酸の「脱水作用」を説明するのに、砂糖・デンプンなどの白いものが炭化によって黒くなることで目で確認できる実験と言う事でよく引用されます。
2)は高校化学の有機化学の範囲では必須の内容ですので、もしmk278さんが高校生や予備校生などでしたら是非覚えておきましょう。
あと、3)4)は一酸化炭素の実験室的製法としてよく知られています。
--------------------------------------------------
以上の各矢印の下部には(H2SO4)と書かれていると思って下さい。
即ち、直接反応するというよりも3)の反応と同様に触媒の様な働き方をしていますので、化学反応式上ではH2SO4自体は現れません。
(電子式などで表記すればよいのでしょうが、なかなかネット上でテキストで表現するのは難しいですね...)

尚、1)~4)とも反応後(式では右辺)の物質にH2Oがありますが、いずれもH2SO4の吸湿作用によってH2SO4自体と結合してしまいます。
H2SO4は水上気圧が極めて小さく、大気中で放置すると空気中の水蒸気を吸収することになります。この吸湿性の高さからよく「乾燥剤」として利用されます。
但し、濃硫酸と反応しやすいアンモニア(NH3)、硫化硫黄(H2S)、二酸化硫黄(SO2)などに対しては乾燥に利用できません。固体の乾燥に使う場合にはデシケーターという器具を用います。

ということで、脱水と言っても「水を直接奪う」というよりも『他の物質のHとOHをもぎ取ってH2Oとして引っこ抜く』イメージで捉えて貰うと判り易いのではないでしょうか?

尚、吸湿作用の場合は濃硫酸が薄まり、希硫酸になる方向で考えて下さい。化学反応というより物理的変化で、電離度が大きくなりイオン化していきます。イオン化式は以下のとおり。
H2SO4 + H2O → HSO4- + H3O+
HSO4- + H2O → SO42- + H3O+

以上です。こんな回答で良いですか?

一応、昔、予備校講師として化学を教えておりましたので内容としては大丈夫だと思いますが、説明が判り難ければ申し訳ない。こればっかりは直接とネットの違いなので、ダメなら判らない点をもう一度整理して聞いて下さい。それでは本題へ...

まず、質問中にある基本的な誤りを指摘しておかなくてはなりません。
「濃硫酸には脱水作用がある」こと自体は間違いありませんが、その時の反応式は『H2O+H2SO4→?+?』の様にはなりません。

通常、脱水作用というのは『化合物中、もしくは化合物同士の反応時に、...続きを読む

Qマグマとマントルはどう違いますか?

マグマとマントルはどう違いますでしょうか?
地上深くに動いているものがマントルで、それが地上にあふれてきたのがマグマと解釈してよろしいですか。
途中で成分が変化したりしていませんか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

『マントル』は、いわゆる岩石つまり固体です。
マントル対流なんて言葉があるので逆に想像しにくいのですが、氷河って固体ですけど、長い年月で見れば、少しずつ動いています。おなじような現象です。

それでは同じく固体である『地殻』との違いは?というと、
かつてモホロビッチさんという方が、地下数十kmの深さで岩石の密度(地震速度)が突然大きくなる面を発見したんです。それがいわゆる地殻とマントルの境界(モホ面)です。後になって、それらはそれぞれ、『玄武岩質岩』とそれよりも重い『かんらん岩』からなっていることが分かりました。
『地殻』という言葉から想像すると、まさに卵の殻みたいなものを想像しますが、実際には、マントルの方が密度が高くて、地震も早く伝わるんです。

蛇足ですが、最近TVでもよく聞く、プレートってありますね。地殻=プレートと考える人が多いですけれども、間違いです。
モホ面よりもさらに深部の150kmほどのところに行くと、今度は、マントルの中に不連続面が現れます。しかもモホ面と違って、今度は密度が突然『小さく』なってしまうんです。つまりそれより下では、マントルが少し柔らかくて(あくまで岩石ですよ)、流動し易くなっています。この境界が、プレートの下面です。

ですから、一般に受け入れられているように、
『地殻』=『プレート』=固い、『マントル』=柔らかい
ではなくて、
『地殻』⇔『マントル』は、物質の違い
『プレート』⇔『その下』は、状態の違い
と分けて考えた方が良いです。

で、マグマは物理的化学的要因により、地殻やマントルが溶けたものです。

『マントル』は、いわゆる岩石つまり固体です。
マントル対流なんて言葉があるので逆に想像しにくいのですが、氷河って固体ですけど、長い年月で見れば、少しずつ動いています。おなじような現象です。

それでは同じく固体である『地殻』との違いは?というと、
かつてモホロビッチさんという方が、地下数十kmの深さで岩石の密度(地震速度)が突然大きくなる面を発見したんです。それがいわゆる地殻とマントルの境界(モホ面)です。後になって、それらはそれぞれ、『玄武岩質岩』とそれよりも重い『かんら...続きを読む


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