Тепловой режим Земли

Принято различать теплоту внешнюю -солнечную радиацию, обогревающую Землю главным образом с поверхности и теплоту внутреннюю-выделяемую недрами Земли.

Внутренняя теплота проявляется в основном в разогревании внутренних геосфер и в тепловом режиме дневной поверхности играет незначительную роль.Солнце в течение 1 мин  отдает 1см² земной поверхности , ориентированной перпендикулярно солнечным лучам, примерно 8,1 Дж тепла.

Эта величина названа солнечной постоянной.Под влиянием солнечной радиации происходят разнообразные геологические процессы, протекающие на поверхности Земли и в верхних слоях земной коры; круговорот воды , разрушение водой и ветром земной поверхности, растрескивание горных пород и др.

Развитие органического мира на Земле также связано с солнечным теплом. Температурные условия на различных участках одной и той же широты не одинаковы и зависят от рельефа, растительного покрова и других причин.Различают колебания температуры вековые, годовые, сезонные, месячные и суточные.

Читай также строение Земли

На климатических картах линии, соединяющие точки с одинаковыми средними температурами, называются изотермами.Амплитуды колебаний температур на земной поверхности изменяются в довольно широких пределах: от -90°(Антарктида) до +65°(Африка). Средняя годовая температура в Москве равна +4,2°С. Влияние солнечного тепла на изменение температуры ниже поверхности Земли сказывается лишь до определенного предела, как правило с глубиной оно прекращается.

Этот предел или горизонт земной коры, ниже которого колебания поверхностных температур не ощущается, носит название горизонта ( или пояса ) постоянных температур.Выше него зимняя температура отличается от летней а среднегодовая приблизительно равна среднегодовой температуре данной местности. Верхняя граница залегания пояса постоянных температур закономерно понижается от экватора к полюсам, на экваторе она находится на глубине 1-2 м, в умеренных широтах 20-30 м, в полярных областях на глубине 100 м и более.

Если в поясе постоянной температуры она опускается ниже нуля, то вода находящаяся в породе замерзает и образуется устойчивая «вечная» мерзлота. Ниже горизонта постоянных температур под влиянием внутренней теплоты Земли температура горных пород с глубиной закономерно повышается независимо от температуры на поверхности Земли. Для характеристики повышения температуры с глубиной введено два понятия -геометрический градиент и геотермическая ступень.

Геотермический градиент

Геотермический градиент -изменение температуры ( в °С),которое происходит с углублением на каждые 100 м ниже пояса постоянных температур.Геотермическая ступень -глубина ( в м) ниже пояса постоянных температур, которой нужно достичь, чтобы температура повысилась на 1°С.Геотермическая ступень -величина обратная геотермическому градиенту.

Обе эти величины подвержены незакономерным изменениям в зависимости от теплопроводности горных пород, характера геохимических реакций, происходящих в горных породах, наличия горячих вод и паров в соответствующих участках земной коры, характера залегания пород а также концентрации радиоактивных элементов.

Принято считать, что в пределах сиалической оболочки температура Земли в среднем увеличивается на 1°С( при погружении на каждые 30-33 м).Если геотермическая ступень в пределах сиалической оболочки сохраняется везде равной ∼33 м, то при неизменяющимся давлении на различных глубинах температура составит:

Глубина, м                …           3,3             12                    33          40          50             66;

Температура ,°С    …            100       374,66              1000      1200     1500         2000

Температура плавления некоторых веществ, слагающих земную кору, равна 1700, 1500, 1150, 1225, 1160-1170°С, следовательно уже на глубине 40-50 км при температуре 1200 -1500 °С эти вещества должны плавиться.Однако из-за больших давлений на глубине они остаются в твердопластичном состоянии.О существовании температуры 1200-1500°С в пределах толщи земной коры свидетельствует жидкая раскаленная лава действующих вулканов .Так лава Везувия расплавила медные сосуды, попавшиеся на ее пути ( температура плавления меди 1083°С).

Как изменяется температура Земли ниже сиалической оболочки, пока не установлено. Известно только, что она не может изменяться с той же геотермической ступенью.Если бы это было бы так, то в центре Земли температура достигла бы около 193 000°С, и даже при больших давлениях вещество недр находилось бы в жидком состоянии и расплавило бы тонкую сиалическую оболочку.

Земля же имеет ряд тонких оболочек. Отсюда напрашивается вывод, что ниже сиалической оболочки Земли рост температуры резко замедляется  и по данным геофизиков, считается равным на глубине 400 км 1200-1400 °С; на глубине 2900 км -4000°С , на границе ядрышка она падает до 2500°С, а в центре Земли достигает порядка 3000°С и только в местах разогрева ∼4000°С ( смотри рисунок-1).

Рисунок-1. Схема строения, состава и свойств Земли ( в области потухших вулканов штрихами показан только осадочный слой, в областях морей и океанов ими показана еще и вода) ( по Гутенбергу и др.):

Схема строения, состава и свойств Земли

Источником же сравнительно сильного нагрева сиалической оболочки ( лава вулкана) является дополнительная теплота распада радиоактивных элементов.Скорость их распада не зависит от изменения температур и давления, по крайней мере до 1500°С и 220 МПа( 2220 ат) а количество с глубиной постепенно убывает и на глубине 1200 км становятся ничтожным.

Увеличение температуры с глубиной представляет не только теоретический, но и практический интерес. С этим явлением надо считаться при заложении глубоких шахт, прохождении тунелей ( особенно в горах), бурении сверхглубоких скважин и т.д. Проходку некоторых глубоких шахт, например шахты золотых рудников  в Трансваале( Южная Африка), доведенных до глубины 2289 м, пришлось приостановить, так как температура достигла + 40°С.

При проходе Симплонского туннеля в Альпах на глубине 2690 м была отмечена температура +50°С. В одной из глубоких скважин в северном Прикаспии обнаружены такие температуры:

Глубина , м             …..      500        1000      1500      2000       2500       3000

Температура,°С   …..        42,2        55,2        69,9       80,5        94,4       108,3

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.