20.11.2018
На сегодняшний день Бельгию вполне заслужено называют одним из самых крупных поставщиков продовольственных товаров, а также...


19.11.2018
В последние годы всё большее количество люде используют для обшивки фасадной части своего жилого здания металлический сайдинг (из...


19.11.2018
Горячекатаный швеллер в последние годы считается весьма популярным типом металлического проката. Он нашёл широчайшее во многих...


19.11.2018
Участие профессионального адвоката в уголовном производстве в настоящий момент считается важнейшим условием для того, чтобы моно...


19.11.2018
Наличие надежных дверных замков в рабочем состоянии — залог того, что квартира и все ее имущество останутся целыми. Это защита от...


17.11.2018
Сантехнические ревизионные люки являются технологичными углублениями или же, иными словами, колодцами, где располагаются счётчики...


Тепловое поле Земли

02.07.2018
За длительную историю существование Земли ее термический режим претерпел существенные изменения. Установлено, что средняя температура атмосферы у поверхности Земли 3,8 млрд лет назад составляла 90—150 °С, а в настоящее время снизилась до +14 °С.

Тепловое поле Земли формируется под действием внешних и внутренних источников. К внешним источникам относится тепло, получаемое Землей от Солнца, которое составляет в среднем 3,4*10в-2 Дж/(с*см2)* в год. Ho в каждой конкретной области величина солнечного излучения зависит от многих составляющих: географического положения, рельефа, характера поверхности (вода, снег — лед, растительный покров), времени года, суток и т. д.

Солнечное тепло прогревает приповерхностный слой Земли на глубину 10—30 м, а суточные и сезонные колебания температуры составляют при этом от -89 °С до +70 °С и выше. Средняя глубина проникновения солнечного тепла достигает 25 м. Естественно, что глубина эта меняется в широких пределах в зависимости от географического положения местности и целого ряда других причин. Слой Земли, где температура не меняется, называется поясом постоянных температур. Обычно он имеет температуру, равную среднегодовой для данной местности (например, в Москве его температура равна +4,2 °С, а в Иркутске -0°С).

Расчетными данными установлено, что Земля излучает в космическое пространство гораздо больше тепла, чем получает от Солнца. Отсюда следует, что основное тепло Земля получает из собственных недр. Предположительно, существуют следующие внутренние источники глубинного тепла Земли: тепло, генерируемое процессами гравитационного сжатия; тепло, сохранившееся от времени расплавленного состояния Земли; тепло энергии радиоактивного распада долгоживущих изотопов и некоторые другие менее масштабные тепловые источники.

Дополнительным источником тепла может быть приливное трение, возникающее при замедленном вращении Земли из-за приливного взаимодействия с Луной и в меньшей степени с Солнцем. Собственный тепловой поток, генерируемый в ее недрах, составляет примерно 10в21 Дж/год.

Интенсивность его описывается равенством

Q = -лТgrad,


где Q — тепловой поток; л — теплопроводность; Тgrаd — градиент температуры.

Тепловой поток измеряется в калориях на квадратный сантиметр за секунду — мккал/(см2*с) или в единицах теплового потока 1 е. т. п. = 10в-6 кал/(см2*с) = 41,84 м Вт/м2. Среднее измеренное значение теплового потока по всем континентам составляет 1,35 е. т. п. На стабильных кратонах повышенный тепловой поток наблюдается в Австралии — 1,52 е. т. п., наименьший — в Африке — 1,19 е. т. п. Среднее значение теплового потока по всем океанам составляет 1,87 е. т. п. Наибольший тепловой поток наблюдается в северной части Тихого океана — 2,28 е. т. п., а наименьший — в Южной Атлантике — 1,41 е. т. п. Средняя теплопроводность пород около 5*10в-3 кал/(см2*с).

С глубиной температура земных недр увеличивается. Нарастание температуры (°С) на единицу глубины (м) называют геотермическим градиентом, среднее значение которого равно 3,3° на каждые 100 м погружения. Глубина в метрах, на протяжении которой температура увеличивается на 1 °С, называется геотермической ступенью. Изменение этих параметров зависит от многих причин: геотермической обстановки, эндогенной активности региона, теплопроводности горных пород. Поданным Б. Гуттенберга, пределы колебаний геотермического градиента отличаются более чем в 25 раз: в штате Орегон он равен 150 °С на 1 км, в Южной Африке — 6 °С на 1 км.

Высокие значения градиента до 20 °С на 100 м отмечаются в зонах субдукции активных континентальных окраин в Курило-Камчатской вулканической зоне Тихоокеанской окраины. Высокие тепловые потоки отмечены и в зонах спрединга срединно-океанических хребтов, где местами они составляют 6,0-8,0 мккал/(см2*с), максимальные значения отмечаются в осевых зонах СОХ, а при удалении на 50—100 км от них величина тепловых потоков опускается до средних значений и даже ниже.

Известно, что жители о. Исландия, расположенного в арктических широтах, а в структурном плане приуроченного к осевой части срединно-атлантического хребта, широко используют глубинное тепло Земли для обогрева домов, теплиц и оранжерей.

Наиболее низкие значения геотермического градиента характерны для древних кристаллических щитов континентальных платформ (0,6—1,0°С/100 м).

Ho и на платформах отмечаются области с аномально высокими тепловыми потоками — это континентальные рифты. Тепловой поток большинства внутриконтинентальных рифтовых зон существенно превышает средний вынос глубинного тепла на континентах, равный 60 мВт/м2. В Южно-Байкальской впадине Байкальской риф-товой зоны тепловой поток равен 87 ± 6 мВт/м2, в Центральной впадине — 71 ± 7 мВт/м2, в Рейнско-Ливийском рифтовом поясе (Верхне-Рейнская впадина) — 15 ± 31 мВт/м2, в Лиманских впадинах — 110 + 8 мВт/м2, в Восточно-Африканской рифтовой системе (Красноморская впадина) — 357 ± 170 мВт/м2. Расчетный средний геотермический градиент (3° на 100 м), вероятно, прослеживается только до определенных глубин. Одной из причин уменьшения геотермического градиента может быть более интенсивный конвективный теплообмен. Если опираться только на теоретические расчеты, считает Н.Л. Добрецов, то под Байкальским рифтом на глубине уже 40 км должно происходить выплавление базальта, но сейсмическими исследованиями это не установлено.

Расчетные теоретические значения геотермального градиента не подтвердились и при бурении Кольской сверхглубокой скважины: на глубине 7 км температура была 120°С, на 10 км — 180 °С, а на 12 км — 220 °С. Поэтому пока можно лишь предположить, что с глубиной величина геотермического градиента должна уменьшаться. Он высок до глубины около 1300 км, где температура достигает 4000 К. Затем резко уменьшается и к подошве мантии температура возрастает лишь на 250 К, составляя на границе с ядром 4250 К. В центре Земли температура не превышает 4750 К, т. е. геотермический градиент от нижней мантии к ядру сокращается на 1,2 К. Здесь важно проследить возможность появления в недрах Земли расплавленного вещества. Из расчетов Е.А. Любимовой вытекает, что возможность генерации расплава появляется лишь во внешнем ядре на глубине 2900—3900 км и в верхней мантии на глубине 150—450 км. Эти данные хорошо увязываются с сейсмическими исследованиями, согласно которым внешнее ядро не пропускает поперечных волн и, следовательно, обладает свойствами жидкого тела. А в верхней мантии расположена область разуплотненного вещества, которая носит название волновод, или астеносфера.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: