В.А. Магницкий - Общая геофизика (скан) (1119281), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Проведенные многочисленные измерения в железных метеоритах дали возможность определить изотопный состав первичного свинца. Содержащиеся в каменных метеоритах 1) и ТЬ при распаде образуют изотопы радиогенного свинца. По отношению радиогенного свинца к первичному определяется возраст Земли (-4,6 . 109 лет). ТЕМПЕРАТУРА--В-НЕДРАХЗЕМЛИ- Тепловой поток является произведением теплопроводности горных пород на градиент температуры (уравнение 3.1). Все измерения показывают, что геотермический градиент направлен в глубь Земли, что означает повышение температуры с глубиной. Среднее значение геотермического градиента около 20'С/км. Однако наблюдаются значительные отклонения от этого значения в различных областях земной поверхности.
Различные значения теплового потока коррелируют с различными геологическими структурами. Температуру в недрах Земли можно оценить из следующих соображений. Поскольку ягаб Т не возрастает с глубиной, то на глубинах 1 = 100 км Т не более 2000'С. Более точно Т на этих глубинах можно определить по Т очагов вулканов, находящихся на этих глубинах, которая составляет приблизительно 1200'С, На глубинах 400 км происходят фазовые переходы минералов Мд%0 — Ге %02, температура которых равна 1б00 + 50'С.
Мантия Земли по отношению к сейсмическим волнам ведет себя как твердое тело, поэтому за верхний предел температур принимается распределение температур около кривой плавления, зависящей от давления. Лабораторные данные по зависимости Т силикатов, составляющих мантию, от давления дают Т на границе ядро-мантия порядка 5 '- 10З К (р = 1,4 106 бар). Земное ядро находится в расплавленном виде и состоит в основном из железа.
Т„железа при р = 1,4 10б бар не более 4000 К. В жидком ядре градиент температуры не может быть выше адиабатического, так как иначе начнется конвекция, которая выравнит температуру. Исходя из этого Т в центре ядра оценивают -б . 10 К. Такой метод оценки распределения Т в Земле называется методом реперных точек. ТЕПЛОВОЙ ПОТОК НА КОНТИНЕНТАХ И В ОКЕАНАХ Распределение теплового потока в соответствии с различными геологическими структурами континентов и океанов представлено в табл.
3. Из нее видно, что на континентах наименьший поток наблюдается на докембрийских щитах и в орогенических областях палеозоя, в океанах — в глубоководных желобах и котловинах. Самым удивительным из того, что показали измерения теплового потока, является равенство потока на континентах и океанах. Это очень трудно объяснить, так как по современным представлениям тепловой поток обусловлен разогревом за счет распада находящихся в коре радиоактивных элементов.
А толщина океанской коры (6 км) в 5 раз меньше средней континентальной (30-35 км). Таблица 3 Тепловой поток в основных геологических структурах континентов и океанов (по Ботту, 1974) Существует несколько гипотез, объясняющих это явление. 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 мантии сохранилось 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 дифференцирована и свободна от радиоактивных изотопов. Своеобразная тепловая "изостазия" 1 Согласно второй гипотезе, добавочное тепло по отношению к радиоактивному теплу базальтовой коры океанов образуется не за счет теплопроводности, а за счет конвекции в верхней мантии. Гипотезы вполне научны, однако они все же не обьясняют самого главного: количественного равенства материковых и океанских пото- 57 ков. Почему в мантии под океанами сохраняется такое количество радиоактивных источников, что их тепло как раз выравнивает тепло континентов и океанов? На этот вопрос не отвечает и конвективная гипотеза.
МЕХАНИЗМБ1 ПЕРЕНОСА ТЕПЛА В ЗЕМЛЕ Й вЂ” 1бп2~ТЗ/3е (3.9) где п — показатель преломления, я — 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 которой недостаточна для образования свободных электронов. При передаче энергии возбуждения соседнему атому происходит и передача тепла, В некоторых областях мантии экситонная теплопередача (1 > 100 км) может быть интенсивнее лучистого переноса. Тепловая конвекция. В жидкой среде она может вынести большое количество тепла даже при сравнительно небольшом градиенте. Повидимому, именно конвекцией передается тепло вверх через внешнее ядро. Многие данные, связанные с происхождением основных поверхностных структур, свидетельствуют о существовании конвекции в мантии.
Вязкость верхней мантии может быть достаточно малой, чтобы допустить конвекцию при сравнительно небольшом температурном градиенте, превышающем адиабатический. 58 Теплопроводность. Если считать, что перенос тепла осуществляется только за счет теплопроводности, то в силу большой инерционности этого механизма следует предположить, что основная масса (80-907,') источников тепла сосредоточена в наружном 100-километровом слое горных пород, что представляется маловероятным. Поэтому очевидно наличие и других механизмов переноса тепла в недрах Земли. Перенос тепла лучеиспусканием и эксйтонами.
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 й, лучистого переноса к теплопроводности выражается приблизительно так: Важная геотермическая роль конвекции состоит в том, что тепло из недр Земли может быть вынесено к поверхности Земли гораздо быстрее, чем посредством теплопроводности. Гипотеза конвекции в верхней мантии обьясняет уменьшение геотермического градиента глубже 50-100 км от поверхности, ГЛАВА 4 ГЕОМАГНЕТИЗМ Магнитные поля широко распространены во Вселенной. Имеют магнитное поле Солнце, звезды, облака плазмы, перемещающиеся в 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 4 Основные параметры магнитного поля Луны и планет Магнитное поле Земли играет исключительную роль в жизни нашей планеты: оно регулирует в основном солнечно-земные взаимодействия, его силовые линии защищают поверхность Земли от про- 59 никновения от Солнца и из космоса частиц высокой энергии, оно пронизывает всю земную твердь, океан и атмосферу, оказывает большое влияние на живую и неживую природу, намагничивает горные породы и почвы, оказывает большое влияние на плодородие последних. Чрезвычайно важную роль магнитное поле сыграло в развитии человеческой цивилизации: с начала развития мореплавания оно служило уникальным ориентиром для моряков и в наши дни продолжает оставаться ориентиром морской, воздушной и спутниковой навигации. Именно с развитием мореплавания связано становление геомагнетизма как науки, отсчет начала развития которой ведется с открытия Х.
Колумбом магнитного склонения во время его знаменитого путешествия к берегам Америки в сентябре 1492 г. Как известно, наука возникает тогда, когда начинаются измерения,— после открытия Колумба начались многочисленные измерения склонения геомагнитного поля сначала на морях и океанах, а затем и на континентах. Предметом геомагнетизма является установление и теоретическое объяснение особенностей структуры и динамики геомагнитного поля, а также их использование для познания внутреннего строения Земли и ее верхней атмосферы (магнитосферы).
Жидкое металлическое ядро, твердые мантия и кора, а также верхняя атмосфера вносят свой вклад в геомагнитное поле или оказывают на него влияние. Поэтому данные о геомагнитном поле в свою очередь несут ту или иную информацию об этих областях Земли, Так, например, предположение о наличии проводящей ионосферы было сделано на основании изучения суточных вариаций геомагнитного поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
