В.А. Магницкий - Общая геофизика (1119278), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Основных гипотез две. По первой равенство континентальных и океанских потоков вызвано различной степенью дифференциации мантии под континентами и под океаном. Под океаном дифференциация меньше, в связи с этим на глубинах до 60-70 км в мантиисохранилось довольно большое количество радиоактивных изотопов.Выделяемое ими тепло складывается с радиоактивным теплом базальтовой коры и в результате тепловой поток сравнивается с потоком из континентов, мантия под которыми более дифференцированаи свободна от радиоактивных изотопов. Своеобразная тепловая “изостазия”!Согласно второй гипотезе, добавочное тепло по отношению к радиоактивному теплу базальтовой коры океанов образуется не за счеттеплопроводности, а за счет конвекции в верхней мантии.Гипотезы вполне научны, однако они все же не объясняют самогоглавного: количественного равенства материковых и океанских потоков.
Почему в мантии под океанами сохраняется такое количестворадиоактивных источников, что их тепло как раз выравнивает теплоконтинентов и океанов? На этот вопрос не отвечает и конвективнаягипотеза.М ЕХ А Н И ЗМ Ы П ЕРЕН ОСА ТЕПЛА В ЗЕ М Л ЕТеплопроводность. Если считать, что перенос тепла осуществляется только за счет теплопроводности, то в силу большой инерционности этого механизма следует предположить, что основная масса(80-90%) источников тепла сосредоточена в наружном 100-километровом слое горных пород, что представляется маловероятным.
Поэтому очевидно наличие и других механизмов переноса тепла в недрахЗемли.Перенос тепла лучеиспусканием и экситонами. При температурах свыше 800-1500°С значительное количество тепла передается через породу лучеиспусканием. При более высоких температурах можно ожидать преобладания лучистого переноса. Эффективность этого переноса определяется прозрачностью силикатных минералов к красным и инфракрасным лучам. Добавка коэффициента krлучистого переноса к теплопроводности выражается приблизительно так:kr = l6n2sT3/ Зе,(3.9)где п — показатель преломления, s — постоянная Стефана - Больцмана, е — коэффициент непрозрачности.
Непрозрачность может препятствовать лучистому переносу, она зависит от количества свободных электронов.Другой механизм заключается в переносе тепла экситонами. Нейтральные атомы могут возбуждаться радиацией, энергия которойнедостаточна для образования свободных электронов. При передачеэнергии возбуждения соседнему атому происходит и передача тепла.В некоторых областях мантии экситонная теплопередача (/ > 100 км)может быть интенсивнее лучистого переноса.Тепловая конвекция. В жидкой среде она может вынести большоеколичество тепла даже при сравнительно небольшом градиенте.
Повидимому, именно конвекцией передается тепло вверх через внешнее ядро. Многие данные, связанные с происхождением основныхповерхностных структур, свидетельствуют о существовании конвекции в мантии. Вязкость верхней мантии может быть достаточномалой, чтобы допустить конвекцию при сравнительно небольшомтемпературном градиенте, превышающем адиабатический.Важная геотермическая роль конвекции состоит в том, что теплоиз недр Земли может быть вынесено к поверхности Земли гораздо быстрее, чем посредством теплопроводности. Гипотеза конвекции в верхней мантии объясняет уменьшение геотермического градиента глубже 50-100 км от поверхности.ГЛАВА 4ГЕО М АГН ЕТИ ЗММагнитные поля широко распространены во Вселенной.
Имеютмагнитное поле Солнце, звезды, облака плазмы, перемещающиесяв космическом пространстве. Они, как правило, “замагничены”, силовые линии поля “вморожены” в плазму. Магнитные поля обнаружены у всех планет, кроме Плутона (пока неизвестно), и у Луны(табл. 4).Таблица 4Основные параметры магнитного поля Луны и планетНебесноетелоМеркурийкмнТлАМ ’ 2Наклонмагнитнойоси к осивращения,градусы18003505 • 103910-20N3Радиус ядра,в,Венера3000ЗемляЛуна3460350500001Марс1500ЮпитерСатурню20Магнитный пполюс, рас- Вположенный Rв Северномполушарии——5 • ю 1711,5—S—3 0 -602 • ю 1912S54000420 • 1031,4 • 10279,5N2700020 • 1034 • 10251Nпроводящие оболочки на расстоянии 0,55 кмот центра13 • 103Нептун—6,5 • 103—47—Плутон—————Уран7 •8 • 102259Магнитное поле Земли играет исключительную роль в жизнинашей планеты: оно регулирует в основном солнечно-земные взаимодействия, его силовые линии защищают поверхность Земли от проникновения от Солнца и из космоса частиц высокой энергии, онопронизывает всю земную твердь, океан и атмосферу, оказывает большое влияние на живую и неживую природу, намагничивает горныепороды и почвы, оказывает большое влияние на плодородие последних.
Чрезвычайно важную роль магнитное поле сыграло в развитиичеловеческой цивилизации: с начала развития мореплавания онослужило уникальным ориентиром для моряков и в наши дни продолжает оставаться ориентиром морской, воздушной и спутниковойнавигации. Именно с развитием мореплавания связано становлениегеомагнетизма как науки, отсчет начала развития которой ведетсяс открытия X.
Колумбом магнитного склонения во время его знаменитого путешествия к берегам Америки в сентябре 1492 г. Какизвестно, наука возникает тогда, когда начинаются измерения,—после открытия Колумба начались многочисленные измерения склонения геомагнитного поля сначала на морях и океанах, а затем ина континентах.Предметом геомагнетизма является установление и теоретическоеобъяснение особенностей структуры и динамики геомагнитного поля,а также их использование для познания внутреннего строения Землии ее верхней атмосферы (магнитосферы).
Жидкое металлическоеядро, твердые мантия и кора, а также верхняя атмосфера вносят свойвклад в геомагнитное поле или оказывают на него влияние. Поэтомуданные о геомагнитном поле в свою очередь несут ту или инуюинформацию об этих областях Земли. Так, например, предположениео наличии проводящей ионосферы было сделано на основании изучения суточных вариаций геомагнитного поля. Магнитные бури несутинформацию о сложных взаимодействиях верхней атмосферы Землис корпускулярным излучением Солнца (солнечным ветром).Намагниченные горные породы обладают свойством “магнитнойпамяти” о древнем геомагнитном поле, в котором они намагнитились.Поэтому тщательное “палеомагнитное” изучение истории геомагнитного поля позволяет получать ценную информацию о строении иэволюции Земли.
В частности, это дало возможность выдвинуть гипотезу о конвективных движениях жидкого ядра, основанную на фактесуществования поля и его длиннопериодных (вековых) вариаций,разработать концепцию спрединга океанского дна, базирующуюся наструктуре линейных океанских геомагнитных аномалий и палеомагнитохронологической шкале геомагнитных инверсий. В результатеизучения индуцированных полей были открыты аномалии электропроводности в литосфере.Геомагнетизм находит широкое применение при решении многих практических задач.
При разведке полезных ископаемых магнитными методами определяются геомагнитные аномалии, обусловленные залежами железных руд и других полезных ископаемых.Для решения поисковых задач используется также тонкая структурачередования направления намагниченности горных пород, связаннаяс инверсиями геомагнитного поля, и зависимость между временнымивариациями магнитного и электрического полей.ЭЛЕМ ЕН ТЫ ГЕОМ АГН ИТН ОГО П ОЛЯМагнитное поле в какой-либо точке О земной поверхности с координатами (р (географическая широта) и А (долгота) характеризуетсямагнитной индукцией В (рис. 4.1). Введем в точке О прямоугольнуюсистему координат, в которой х направляется на географическийсевер, у — на восток, z — вертикально вниз. В Северном полушарииЗемли вектор геомагнитной индукции В направлен вниз от горизонтальной плоскости x f у.
Его проекции на соответствующие оси называются северной (X ), восточной(У) и вертикальной (Z) составляющими геомагнитного поля. Проекция В на горизонтальную плоскость х, у называется горизонтальной составляющей и обозначается через Н. Горизонтальнаясоставляющая Н в отличие отX, Y, Z является вектором, таккак она определяется не толькоабсолютной величиной, но и направлением на (дс, у) -плоскости.Если Ох — направление географического меридиана в точке О,то ОН — направление геомагнитного меридиана, в общем случае не совпадающее с направлением географического. Угол междугеомагнитным и географическим меридианами называется углом магнитного склонения (В),угол между горизонтальной плоскостью и направлением В — углом магнитного наклонения (/). Рис. 4.1.
Схема определения геомагнитиндукции В в некоторой точке О сA J принято называть угловы нойгеографическими координатами (у>,А).ми, а Х у У, Z, Н — силовыми эле Проекции Н, X, У, Z и углы D (магнитментами геомагнитного поля (или ное склонение) и J (магнитное наклонеземного магнетизма). Различные ние) — элементы геомагнитного полякомбинации вышеперечисленных элементов полностью определяютвектор В: Х у У, Z — в прямоугольной системе координат, Z, Н, D —в цилиндрической и IВI, Д / — в сферической системе.Между элементами существуют простые соотношения:в = ( х 2 + Y2 + Z 2) 1/2, tg D = Y / x ,1/ 2tg / =. z / н = z ! ( x 2 + Y2), B = x /c o s D cos J и т.п.В связи с тем что склонение D есть угол между направлениямина географический и магнитный север, для его измерения необходимо определять направление на географический север с помощьюастрономических наблюдений, обычно по положению Солнца илиполярных звезд.
Магнитное склонение считается положительнымпри отсчете угла D на восток и отрицательным при отсчете на запад.На магнитных картах элементы геомагнитного поля представляютсяв виде линий равных значений (изолиний). Изолинии склонения Dназываются изогонами, изолинии наклонения J — изоклинами, изолинии X, У, Z и Н — изодинамами соответствующих элементов.Величины Z, / положительны в северном полушарии.Индукция В геомагнитного поля имеет различные величину инаправление в разных точках земной поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
