i0 CIlAl'ITltK XVII

lui est étroitement associé. Pour contrôler cette dernière hypothèse, divers essais de fraetionnement ont été entrepris par M. Campbell, MM. Me Lennan et Kennedy (') et MM. Henriot et Vavon (-). Aucun de ces essais n'a donné de résultat positif. Les procédés de séparation utilisés sont les suivants : cristallisation fractionnée des sels, chauffe prolongée du sulfate, traitement par l'éther, précipitation par le carbonate d'ammoniaque, entraînement dans la précipitation avec le sulfate de baryum, précipitation du chlorure par l'acide chlorhydrique gazeux, électrolyse des solutions. Après un certain nombre d'opérations, on ne pouvait remarquer aucune différence d'activité entre les produits séparés, au degré de précision des expériences. Il est donc possible que le rayonnement des composés de potassium soit réellement une propriété atomique de ce métal.

Le rayonnement des sels de potassium a été étudié par les physiciens cités précédemment. D'après MM. Me Lennan et Kennedy, ce rayonnement serait hétérogène, et le coefficient d'absorption pour l'étain varierait entre i()o et io4 quand l'épaisseur de matière varie entre o*^"', 00089 ®* o"",o283q. D'après M. Henriot ('), ce rayonnement est, au contraire, sensiblement homogène si l'on fait abstraction d'une baisse initiale plus rapide due à une petite proportion de rayons très absorbables qui pourraient constituer un effet secondaire.

La loi d'absorption du rayonnement a été représentée dans la figure 1 93. Le poids de l'écran par centimètre carré de surface a été porté en abscisses, et le logarithme de l'intensité du rayonnement en ordonnées. Pour deux échantillons de sels étudiés (sulfate et chlorure), les lignes obtenues après la baisse initiale sont des droites sensiblement jjarallèles. Le coefficient d'absorption pour l'étain est environ 1 00 et le rapport de ce coefficient à la densité est égal à i4. Les rayons du potassium sont, d'après cela, plus absorbables que ceux de l'uranium. Bien que l'activité soit faible, les mesures peuvent être faites avec une bonne précision au moyen d'un dispositif sensible. L'activité de la chambre d'ionisation avant l'introduction du potassium constituait environ a;") pour 100

{') iMc Lknnan et Jvennkdy, Pliil. Mag., 1908. (-) Hen'iuot et Vavon, Comptes rendus, 1909. (') Henriot, Comptes rendus, 1909 et 1910.

UADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE l'ATMOSI'IIÈUE. 53i

de l'activité en présence du sel sans écran absorbant. Une perturbation se produit quand on ouvre la chambre d'ionisation et que l'air se trouve renouvelé; mais après quelques minutes on retrouve une valeur bien déterminée.

Les rayons du potassium sont déviés dans un champ magnétique

Fi g. i|,3.

hcriln i<-'

comme les rayons cathodiques (Henriot et Vavon). Pour s'en assurer on disposait le sel de potassium en dehors d'une chambre d'ionisation cylindrique, placée verticalement; la direction moyenne des rayons émis était verticale et les rayons passaient en grande partie à côté de la chambre quand le champ n'était pas établi; lors de l'établissement du champ, le faisceau incurvé pénétrait à l'intérieur de la chambre, le sens du champ indiquant que les rayons se comportent comme des rayons [j.

Pour les composés du potassium on n'a pu constater aucun dégagement d'émanation radioactive.

MM. Levin et Ruer ( ' ) ont fait une étude systématique de la radioactivité des éléments chimiques par la méthode radiographique. Une plaque sensible enveloppée de papier noir était exposée à l'action des substances étudiées pendant environ 6 mois. Des précautions minu-

(') Levin et Ruer, Phys. Zeit., 1909.

53'2 ciivprniE xvn.

tieuses étaient prises contre l'influence de la lumière. On pouvait espérer ainsi découvrir des substances radioactives qui donnent lieu à une émission de rayons [j. En dehors des sels de potassium, les sels de rubidium ont donné un efTet positif. Des effets faibles ont aussi été obtenus dans certains cas^ mais l'interprétation restait douteuse ; parmi les substances qui ont donné ces effets^ le béryl contient des traces de radium^ le lanthane, le caesium^ l'erbium^ le néodyme contiennent du thorium^ l'antimoine contient du potassium, le niobium et le tantale ont une activité à peine appréciable. L'action des sels de rubidium s'est montrée plus intense que celle des composés de potassium. Les rayons du rubidium sont environ lo fois plus absorbables que ceux du potassium (Henriot). Les sels de sodium, de lithium^ de caesium^ d'ammonium ne montrent pas de radioactivité régulière et appréciable.

Il résulte de l'ensemble des recherches qui ont été exposées que l'on peut ajouter à la liste des corps radioactifs deux substances faiblement radioactives : le potassium et le rubidium. Mais, en ce qui concerne la radioactivité des autres substances ordinaires, aucune conclusion ferme ne peut être énoncée, et l'on peut seulement affirmer que, si cette radioactivité existe, elle est encore bien plus faible que celle du potassium.

232. Chaleur solaire et chaleur terrestre. — MM. Rutherford et Soddy ( ' ) ont indiqué que le dégagement de chaleur qui accompagne les transformations radioactives doit intervenir dans les phénomènes thermiques solaires et terrestres.

On peut chercher quelle devrait être la teneur du Soleil en radium pour que l'énergie rayonnée puisse s'expliquer entièrement par la présence de cette matière (-). Le flux d'énergie reçu du Soleil sur 1"°'' de la surface terrestre sous incidence normale est connu; sa valeur est d'environ 3''^' par minute. On peut en déduire l'énergie totale rayonnée par le Soleil, et en divisant celle-ci par le volume du Soleil, on trouve un dégagement d'énergie deo'"',i2 par seconde et par mètre cube, soit 43()'^^''' par heure et mètre cube. Ce débit correspond à une teneur de 3^,6 de radium par mètre cube.

(') HcTiir.iU'OHD et SouuY, Phil. Mag., iijo3. (-) AN'. AN'iLSON, Nature, 1903.

RADIOACTIVITÉ DU SOL KT DE l" ATMOSPHÈRE. 533

La densité moyenne du Soleil étant i ,4 b ^^ teneur correspondante en poids est 2,5. lo""; cette teneur est 7 à 8 fois plus grande que celle qui correspond à l'équilibre entre l'uranium et le radium; de sorte que^ même si le Soleil était constitué entièrement en uranium, l'énergie rayonnée serait encore très inférieure à celle qu'indique l'expérience. Ce résultat pourrait cependant être modifié si d'autres matières radioactives étaient contenues dans le Soleil, ou si la valeur des constantes radioactives était modifiée aux températures ou aux pressions très élevées.

L'examen du spectre du Soleil n'a pas révélé jusqu'ici la présence du radium, mais celle de l'hélium a été constatée. L'hélium étant un des produits de la désagrégation des éléments radioactifs, et en particulier du radium, il est possible que le radium soit présent dans les régions centrales du Soleil. On sait d'ailleurs que les mêmes matières entrent dans la constitution du Soleil et de la Terre.

Le rayonnement solaire au voisinage du sol ne contient pas de rayons analogues à ceux qui sont émis par les corps radioactifs; ce fait n'est pas contraire à l'hypothèse envisagée. Les rayons émis doivent traverser l'atmosphère solaire, puis l'atmosphère terrestre qui à elle seule exerce la même absorption qu'une couche de mercure de -6""\ On conçoit que même les rayons " puissent être complètement absorbés dans ces conditions.

D'autre part l'énergie du Soleil peut être considérée comme de l'énergie de gravitation mise en liberté pendant la contraction. Dans cette hypothèse Lord Kelvin a calculé que la durée du régime actuel ne dépasse vraisemblablement pas loo millions d'années. Une valeur bien inférieure encore (environ 12 millions d'années) résulte des évaluations de M, G.-H. Darwin ( ' ). Cette valeur est très inférieure à la durée présumée des époques géologiques. Il semble donc probable qu'il existe des sources de chaleur qui tendent à maintenir le Soleil à une température élevée, et il est naturel de voir l'une d'elles dans la radioactivité des matières solaires.

En ce qui concerne la Terre, le point de vue adopté jusqu'ici était celui d'une masse primitivement incandescente soumise à un refroidissement progressif. Dans cette hypothèse. Lord Kelvin a

(') G.-H. Darwin, Nature, 1903.

534 CIIVPITRR XVII.

estimé que le gradient de température observé actuellement à la surface de la Terre s'explique en admettant que le nombre des années écoulées depuis que la Terre a été fondue est de l'ordre de 1 oo millions. On sait maintenant qu'un tel calcul n'est pas applicable, étant donnée la teneur de la Terre en matières radioactives. La quantité Q de chaleur émise par seconde par la surface de la Terre est donnée par la relation

où R est le rayon terrestre, K la conductibilité thermique moyenne et Ç le gradient de température à la surface.

Soient d'autre part Q' la quantité de chaleur produite par seconde par les matières radioactives contenues dans la Terre, et q la production moyenne par centimètre cube et par seconde. On a

0'= -'ttRV/.

Si l'on suppose que la Terre est en équilibre thermique, on a

Q = Q'; d'où, en posant

K = o,oo4, Ç = OnOoSj flepré : centimètre,

^=-.10"'' calorie par centimètre cube et par seconde, soit 2,2. io~' calorie par centimètre cube et par an.

Une teneur moyenne en radium d'environ 2 . i o~ ' •' gramme par centimètre cube serait suffisante pour donner lieu à cette production de chaleur. Or, d'après les déterminations directes effectuées par M. Strutt, la teneur de la croûte terrestre en radium est égale en moyenne à 4-'o~'- gramme par centimètre cube, valeur environ 20 fois plus grande.

La présence dans le sol d'autres matières radioactives, en particulier du thorium, ne fait qu'exagérer l'écart entre le gradient actuel et celui qui correspondrait à l'équilibre. D'après le teneur des roches superficielles en thorivim, on peut prévoir que le dégagement de chaleur dû au thorium pourrait être deux fois plus grand cjue celui dû au radium également dans les roches superficielles (').

(') Bi.ANC, P/iil Mag., 1909.

R.VniOACTIVITli DU SOL ET DE 1.' ATMOSPHÈRE. 535

On arrive donc à cette conclusion que, si la distribution des matières radioactives dans le volume de la Terre est uniforme, le globe terrestre doit éprouver un réchauffement progressif.

Pour éviter cette conclusion, M. Strutt a admis que la teneur en radium est uniforme seulement^dans une couche superficielle et que le noyau central ne renferme pas de matières radioactives. On est amené ainsi à assigner à la croûte active une épaisseur de '-5''"', en tenant compte seulement du radium. Dans cette hypothèse la température du noyau central serait constante, et il est facile de la calculer. En admettant la valeur déjà indiquée pour la conductibilité thermique des roches, on trouve que cette température est d'environ 1 5oo". Cette température ne parait pas absolument incompatible avec les données déduites des phénomènes volcaniques; ainsi la température de la lave de l'Etna est environ io()o". En tenant compte de l'activité du thorium on obtiendrait une température interne d'environ 5oo", et l'hypothèse de l'équilibre thermique ne semble plus admissible.

On ne voit, d'ailleurs, a priori, aucune raison pour maintenir cette hypothèse.'!; Le réchauffement de la Terre, en vertu des phénomènes radioactifs, est nécessairement ti^ès lent. On peut calculer que, si la Terre est d'abord supposée tout entière à la température ordinaire et que la distribution des matières radioactives soit uniforme, un temps de l'ordre d'un milliard d'années sera nécessaire pour que le gradient actuel soit établi à la surface.

Les considérations précédentes supposent que les phénomènes radioactifs ne sont pas modifiés par les conditions de température et de pression à l'intérieur du globe.

De toute façon il n'est pas douteux que la radioactivité joue un rôle important en ce qui concerne les conditions thermiques de la Terre. Ainsi, on a signalé que les régions particulièrement riches en matière active se distinguent en même temps par une valeur anormale et particulièrement élevée du gradient ; cette observation a été faite pour le tunnel du Simplon dans lequel l'ionisation de l'air présente une valeur élevée (').

(') WuLF, Pliys. Zeit., 1909.