Билет 10. Тепловое поле Земли

Температура поверхностей части земной коры почти полностью зависит от солнечного излучения, но суточные и сезонные колебания температуры не проникают глубже первых десятков-сотен метров. Вся история геологического развития Земли связана с выделением или поглощением тепла. Земля – это огромная тепловая машина, работа которой продолжается более 4 млрд. лет, но теплопроводность Земли крайне мала. Поэтому тепло, передаваемое от ядра через мантию и кору, может ещё даже не достигнуть земной поверхности. Не вся солнечная энергия достигает поверхности Земли, треть её рассеивается за счёт отражения атмосферой.

Глубинные источники тепла.Наиболее важными процессами, генерирующими тепло в недрах Земли, являются 1) процесс гравитационной дифференциации, благодаря которому Земля оказалась разделённой на несколько оболочек; 2) распад радиоактивных элементов; 3) приливное взаимодействие Земли …
и Луны. Значение остальных источников настолько мало, что ими можно пренебречь.

Разогрев Земли на ранних стадиях её формирования осуществлялся за счёт выделения тепла при соударениях планетеземалей в период аккреции и за счёт ударов метеоритов с 4,2 до 3,9 млрд лет назад.

Что касается плотностной дифференциации вещества Земли, то наиболее существенную роль играет формирования земного ядра, составляющего 1/3 массы планеты, как наиболее плотной части Земли. Источник вещества, связанный с гравитационной или плотностной дифференциацией вещества внутри Земли, функционирует и сейчас, однако трудно оценить его вклад в общий энергетический баланс, но ,скорее всего, количество тепла от этого источника превышает тепло, выделившееся в процессе распада радиоактивных элементов.

Ещё один источник тепла – твёрдые приливы, связанные с влиянием на Землю ей спутника – Луны. Притяжение Луны вызывает на Земле приливные вздутия, перемещающиеся по поверхности Земли, и при этом кинетическая энергия в общий тепловой баланс не превышает первых процентов, в прошлом, когда расстояние между Луной и Землёй было гораздо меньшим, он мог быть более значительным.

Важное значение в энергетическом балансе Земли придаётся теплу. Выделяющемуся при распаде радиоактивных элементов. Очевидно, что тепло, связанное с этими факторами, выделялось неравномерно на протяжении истории Земли. На ранних этапах жизни планеты в первые 200 млн лет распались и исчезли короткоживущие изотопы, затем долгоживущих. В ядре планеты радиоактивные элементы, по-видимому, отсутствуют, и большая их часть сосредоточена в земной коре и мантии. Существуют расчёты генерации тепла, связанного с распадом радиоактивных элементов.

Т.о. интенсивность выделения тепла каждым из рассмотренных источников не оставалась постоянной во времени. Земля, как тепловая машина, будет работать ещё сотни миллионов лет и ей не грозит «тепловая смерть» даже в отдалённом будущем.

Глубинное тепловое поле. Неглубоко под земной поверхностью находится слой среднегодовых постоянных температур. Глубже температура начинает увеличиваться, однако скорость возрастания температуры с глубиной в разных местах земного шара неодинакова. Увеличение температуры при погружении на 1 м характеризует величину геотермического градиента. Обратная величина называется геотермической ступенью.

Температура увеличивается неравномерно и в разных районах может различаться более чем в 20 раз. Тепловой поток оценивается количеством тепла, которое поступает снизу на площадь 1м2 за 1 с.

Распределение теплового потока на Земле.В настоящее время проведены тысячи измерений теплового потока. В среднем значения ТП на суше и в пределах океанского дна близки.

Наиболее низкий ТП характеризует древние докембрийские платформы. Чем моложе геологическая структура, тем выше ТП. Для океанов закономерность та же. Однако СОХы имеют аномально высокие значения ТП.

Аномально высокий ТП связан в океанах и с участками т.н. мантийных холмов, или горячих точек. Горячие точки и срединные океанические хребты с рифтами – это места современной высокой активности. Именно здесь происходят наиболее значительные теплопотери.