В.С. Захаров, В.Б. Смирнов - Физика Земли (1119252), страница 29
Текст из файла (страница 29)
5.16, й), проходит с поглощением тепла (эндотермнческий переход). Граница на глубине около 520 км обусловлена фазовым перехолом валслент ь рин гвудит. Этот переход имеет оовыоой лсиоз»ситееьиый наклон кривой Клапейрона «гР/ИТ-5 МПа/К, что приводит к значительным вариациям топографии ~ренины из-за латеральных изменений температуры. Вследствие этого вариации топографии 520-километровой границы превосходят амплитуды топографий на 410- и 660-километровых границах, и она не проявляется четко как гло1чльная граница.
Рис, 5Л 6. Кривая Клей перона — Клеузиусе длл переходов: е — «сливин — » шпинепь»; 6 — «шпинель » пероеснит» 5.5.4. Спой 1З" Переходную неодноролную зону на границе мантии с ялром называют слоем .0". По сейсмологнческим данным здесь выделяется три основных структурных элемента: 1) зоны значительно пониженных скоростей сейсмических волн (И5»7 — п)ыа )ош-уе1осйу 1ауег) мощностью 5 — 40 км у основания мантии, с уменьшением скоростей Р- и Х-волн, превышающим 10%; 2) области с анизотропией Х-волн; 3) площалки, отражающие сейсмические волны — сейсмические разрывы со скачками скоростей Р- н 5-во»зн в 1,5 — 3%.
Они располагаются на расстояниях 150 — 300 км нал границей ядра н мантии. 1во Комбинаиия этих структурных элементов образукгг в слое 0" два типа неоднородных структур (ртсс. 5.!7). Обнаруженные в д" структуры не глобальны по латерали, а имеют сложное прерывистое строение. Лля ггереогс> глена характерно: слабые разртявы в скоростях поперечных волн, расположенные на )50 — 350 км выше гранины ядра и мантии, отделяют изотропную среду ог анизотропной; величина апизотропии уменьшается с глубиной и исчезает вблизи гранины ядра; повышенные значении скоростей сейсмических волн. Эти особенности объясняются присутствием в этих зонах остатков палеос)бдукяиояных блоков (в зонах Тихоокеанского кольпа— ппд АляскоК Карибской плитой н Индийским океаном).
Для ехчорого гнила характерно: зоны анизотропии распотожены более глубоко, сразу же над граниной ядра н мантии; ° не вьшшшклся плошадки со скачками скоростей 5-волн; ° наличие больших отрицательных градиентов сейсмических скоросте н: присутствие ЫУК и плотной системы горячих точек. Такие особенности могут быть объяснены г)юрмированием здесь .нолшпйяьст ятгоэгое )под пентральной зоной Тихоокеанской плиты, пол Аф)тихой). Таким образом, слой )У' — вторая по степени неоднородности зона Земли (после лнтосферы и верхней мантии).
Рис. $.1У. Особенности пространственного распределения ппюмов (черные) и паяеосубдуиционных блоков (серые) в слое )Э" (по сау ет а)., 199В, Р 465 с изменениями) %.%,5. Граница Леяявнн Граница на глубине около 220 км (см. рис. 4.33) не является глобальной структурой Земли, а имеет прерывистое строение с заметными вариациями глубины. Эта граница в ошговном хорошо выражена под континентами, что, возможно, связано с различием реологнческих свойств и составов между океаническим и континентальным регионами на глубинах больше 200 км. Наличие границы Леманн и ее заметные вариации по глубине могут также объясняться переходом от анизотропной лнтосферы к более изотропному материалу в нижней части континентальной литосфе!зы.
Контрольные вопросы !. Сформулируйте общий принцип построения пчотностных моделей Земли. 2. В чем состоят значение массы и момента инерции Земли как контрольных параметров для построения плотностных моделей7 3. Получите уравнениеАдамса — Вильямсона. 4. Каковы области применимости уравнения Адамса — Вильямсона7 5.
Опишите молели Буллена лая Земля. б. В чем состоит подход Берча, как он применяется дяя построения пяогностных моделей Земли". 7. В чем состоит способ определения изменения плотностей на границах раздела сред методом отраженных волн? Х. Как рассчитывают изменения парамехров Земли с глубиной по плотносхной молели? 9. Раскройте понятие собсхвенных колебаний упругого тела. 10. Каким уравнением описываются собственные колебания". ! !. Какие типы собственных колебаний Земли вы знаете! 12. Какие существуют моды собственных колебаний Земли" .Они~лите нх. 13. Как осуществляется регистрация собственных колебаний Земли' ? 14.
В чем особенности регистрации разных типов собственных колебанийу ! 5. В чем состоит значение собственных колебаний лля построения моделей Земли' ? !б. Опилщте современные модели Земли, их сходства и различия. ! 7. Раскройте понятие сейсмической томографии.
! Х. Сформулируйте и раскройте принципы построения сейсмотомографических моделей. !9. Как гзюбальные структуры Земли проявляются в результатах сейсмотомографических построений". 20. Какова природа границы ялра и мантии Земли". 2!. Что известно о природе границы Мохоровичича? 22. Какова природа границ в перехолной зоне мантии? 23. Какие имеются представления о свойствах и процессах в слое?У'7 Глава 6 ГЕОТЕРМИЯ 6.1. ПРЕДМЕТ ГЕОТЕРМИИ Давление и температура я влякпся основными параме грами, определяющими состояние вещества. Практически все характеристики материала (упругие модули, электропроводность, вязкость, теплопроводность, теплоемкость и вд.) зависят от давления и температуры. Распределение давления по глубине может быть получено на основании анализа эмпирических данных сейсмологии и гравиметрии.
В этой главе мы проведем оценку распределения температуры в Земле и связанные с этим вопросы энергетики и происхождения Земли. Распределение температуры в Земле может быть получено на основании ее проявления на поверхности и ее взаимосвязи с другими гео4изическими полями. Однако в отличие от других геофизических процессов геотермический процесс чрезвычайно инерционен: ниже будет показано, что за все время существования Земли до ее поверхности дошло тепло с глубин не более ! 000 км. Это принципиальное обстоятельство значительно сужает возможности исследования термических свойств Земли по наблюдениям на поверхности, ограничивая тем самгям эмпирическую базу геотермики. Вследствие этого основного внимание переносится на теоретические, в том числе компьютерные, модели, на лабораторные исследования при высоких давлениях и на получении косвенной информации о термическом состоянии Земли из анализа других геофизических полей.
Существует три механизма тенлопередачи; лучистый; молекулярный (кондуктивный); ° конвективный; Интенсивностьлучистого теплопереноса определяется соотношением где В' — поток энергии излучения; Т вЂ” абсолютная температура; о = 5,67 РО ~ Вт/(м К ) — постоянная Стефана — Балы(мана. Поскольку и мала, а максимальная температура (в центре Земли) не превышает 7000 К, то для геологии практическое значение имеют только два последних вида, однако в разных оболочках их вклад оказывается неодинаковым. 183 Механизм гяегиолдоводяосшя (молекулярного теплоиереноса) состоит в перелаче тепла на молекулярном уровне посрелством тепловых комбаний молекуь Он наиболее эффективен в твердых телах, где конвекция затруднена или невозможна.
Прежле всего это земная кора и литосфера, которые имею~ весьма значительную вязкость и конвектнвный теплоперенос в которых поэтому затруднен. дояаективаый гвегывлереяос -- перенос тепла нагретыми массами вещества при их перемещении в пространстве (массоперенвс), Он играет существенную роль в тех оболочках, где вещество облалает достаточной подвижностью. т.е. является газом или жидкостью.
Прежле всего это, конечно, атмосфера и гидросфера. Однако и в твердой Земле есть оболочки. эффективно жидкие в геологическом масштабе времени, Это — мантия, внешнее ядро, астеносфера, а также магматические очаги, лавовые озера и тд. Именно в этих оболочках течения и конвекция играют значительную роль, а конвективный теплоперенос является основным видом теплообмена. В этой главе для обозначения скорости сейсмических волн будем использовать символы та н юх, а символом г булем обозначать, как это принято в теплофизике, удельную теплоемкость (г и с г улельную теплоемкость при постоянном лавлении и постоянном объеме соответственно), 6.2.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ВЕРХНИХ ЧАСТЯХ ЗЕМЛИ (КОРА И ВЕРХНЯЯ МАНТИЯ) 6,2.з. Тепловой потом Тепловой лолшк д — количество теплоты з0, проходшцее через единицу плошали поперечного сечения А.з в единицу времени Тепловой поток является основной измеряемой теплофизической величиной.
Вторая тепловая характеристика — температура поверхности обусловлена в основном деятельностью Солнца (полробнее обсулим это ниже), гогла как тепловой поток вызывается глубинными, земными источниками энергии и несет о них информацию. Как указано выше, передача тепла в Земле может осущестшшться двумя основными механизмами: тенлопроводностью и массопереносом. Таким ооразом где о, — поток за счет теплопроводности; ол, — поток за счет массоперейоса. Тепловой поток я„связан с градиентом температуры (рис.
6. ! ) законом Фурье или в трехмерном случае: !1„=-2.72; (6.1) где Х вЂ” козффияиенлз лзеллолрооодиогзлгп 7 Т вЂ” градиент температуры. Тепловой поток имеет размерность (9! = Вт/м-, теплопроводность Я = Вт/(м К). рис. б,т, Иллюстрация закона Фурье Так как тепловой поток с поверхности Земли небольшой, то используются следуюшие единицы: 1 мйт/м', 1 мккал/(см' с) = = 42 мВт/м = 1 етп (единица теплового потока).
Принцип измерения теплового потока о„зактючается в измерении отдельно градиента Ч Т = г)Т~г!еЛ(гга континенте — в скважинах, шахтах; в океане — в осадках, при глубоководном бурении), теплопроводности Х -- в лабораториях. Измерений теплового потока относительно немного по сравнению с другими полями, В базе данных )3О!О (Оачегк Оахйез, 2010) содержится более За тыс, определений теплового потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
