Что определяет количество тепла на поверхности земли
Тепловой режим Земли
Тепловой режим Земли — совокупность факторов, определяющих распределение температур и тепловых потоков на планете Земля.
Содержание
Общая характеристика
Солнечная энергия
Общие данные
Солнце является источником тепла и света на Земле. Оно излучает в мировое пространство громадное количество энергии, часть которой перехватывает земля. Количество тепла, даваемое солнцем, достаточно для того, чтобы расплавить ежегодно слой льда мощностью в 36 м, покрывающий всю земную поверхность при t = 0°. Другие источники энергии ничтожны. Луна и звёзды нам посылают очень мало тепла. Собственная теплота земли оказывает ничтожное действие на температуру земной поверхности и прилегающих слоёв атмосферы. 1 кв. см земной поверхности получает благодаря ей только 54 м кал в год, что составляет около 1/5000 доли тепла, посылаемого солнцем. Нагревание Земли, следовательно, происходит, главным образом, от Солнца.
Физическое описание солнечной энергии
Вся совокупность солнечной энергии (от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей), посылаемой солнцем, называется солнечной радиацией. Общее количество тепла, полученного от солнца в 1 минуту 1 кв. см вычерненной поверхности, поставленной перпендикулярно (нормально) к солнечным лучам, называется напряжением солнечной радиации. Оно выражается в малых калориях и обозначается буквой I. Величина инсоляции, то есть того количества теплоты и света, которое получается от солнца в единицу времени, например в одну минуту, единицей поверхности, измеряется особыми приборами — актинометрами. и пиргелиометрами. Интенсивность инсоляции изменяется в зависимости от следующих условий. Во-первых, она зависит от расстояния земли от солнца. Как известно из физики, напряжение лучистой энергии изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника света и тепла.
Во-вторых, величина инсоляции зависит от угла падения лучей и прямо пропорциональна синусу угла, составляемого падающим лучом с поверхностью земли. Чем ближе этот угол к прямому, тем больше лучи дают тепла и света. Если пучок лучей падает вертикально, то он дает максимум тепла и света, а если горизонтально, то он совсем не дает тепла. Количество тепла, получаемое 1 кв. см горизонтальной поверхности, на основании законов физики, равно количеству тепла, получаемому 1 кв. см поверхности, направленной перпендикулярно к лучам, умноженному на синус угла, образованного лучами с горизонтальной поверхностью. Третьим фактором является продолжительность нагревания. Два последних фактора имеют особенно большое значение. В разных местах и в различные времена года определялась величина солнечной инсоляции, и из этих определений попытались вывести и величину солнечной постоянной, то есть количества энергии, получаемой в минуту при вертикальном падении лучей 1 кв. см черной поверхности, находящейся за пределами атмосферы, то есть когда лучи совершенно не задерживаются последней. Долгое время принималось определение Лангдея, который вычислил, что солнечная постоянная равняется 3 м кал (м. кал — количество тепла, потребное для нагревания 1 г воды на 1°). За последние годы точные наблюдения американских астрофизиков и других ученых в разных странах показали, что солнечная постоянная в среднем равна 1,94 м кал/кв. см мин. Эта солнечная постоянная однако, не остается постоянной и изменяется, во-первых, в связи с изменением расстояния земли от солнца и, во-вторых, в связи с колебаниями в самой радиации, испускаемой солнцем. Во время наименьшего расстояния земли от солнца (около 147 млн км) приток солнечной энергии на внешнюю границу атмосферы должен быть на 6,7 % больше, чем в момент наибольшего удаления (около 152 млн км). Что касается второй причины, влияющей на колебания величины солнечной постоянной, то замечено, что в годы с большим количеством солнечных пятен, когда поверхность солнца находится в наиболее деятельном состоянии, солнечная постоянная увеличивается приблизительно на 2 % по сравнению с годами минимального развития пятен.
Bходя в атмосферу, солнечная радиация частью поглощается и рассеивается, так что до поверхности земли достигает только оставшаяся часть. Когда солнце находится в зените, путь солнечной радиации через атмосферу наиболее короткий. Коэффициент прозрачности уменьшается при увеличении содержания в воздухе пыли, водяного пара (абсолютной влажности) и углекислого газа. Так как зимой меньше пыли и вследствие низкой температуры абсолютная влажность мала, то прозрачность воздуха больше, чем летом. У земной поверхности различают прямую солнечную радиацию и рассеянную. Рассмотренные выше формулы относятся к прямой солнечной радиации. Чем ниже солнце и, следовательно, длиннее путь солнечной радиации в атмосфере, тем больше рассеивается лучей. В пасмурную погоду в тени мы имеем дело с рассеянной солнечной радиацией. При этом нужно не забывать, что к ней всегда прибавляется лучеиспускание облаков и окружающих предметов (невидимая инфракрасная тепловая радиация).
Величина инсоляции претерпевает как суточное изменение, так годовое: изменение суточное происходит от вращения земли вокруг оси причем понятно, что при восходе солнца лучи его падают сначала в плоскости горизонта, а потом, когда солнце поднимается все выше и выше над горизонтом, то и лучи его падают под большим и большим углом, и вследствие этого инсоляция возрастает до 12 часов пня, а затем начинает уменьшаться. Кроме суточной периодичности, существует еще годовая, так как, кроме вращения вокруг своей оси, земля движется еще вокруг солнца, причем ось земли поставлена нe вертикально по отношению к эклиптике (то есть пути, по которому движется земля), а наклонно под углом в 66°33′.
Энергия подземных источников
Общие данные
Оценка температуры в недрах Земли
Поскольку мантия Земли по отношению к сейсмическим волнам ведет себя как твердое тело, то за верхний предел температуры обычно берут границу температур плавления. Температура плавления силикатов, составляющим мантию, на границе ядро-мантия, составляет приблизительно 5000К при давлении 1,4 млн бар. Земное ядро находится в расплавленном состоянии. Оно, в основном, состоит из железа, температура плавления которого при давлении 1,4 млн бар составляет 4600 К. Температуру в центре ядра Земли оценивают в 6000 К.
Тепловой поток определяют как на суше, так и на море. Измерения показали, что величина теплового потока зависит от геологии региона. В наиболее древних регионах, например, на докембрийских щитах тепловой поток составляет 0.92 мккал/смс, а в вулканических областях, исключая геотермальные районы, 2,16 мккал/смс. На океанах наибольший тепловой поток наблюдается на подводных хребтах, а наименьший — в глубоководных желобах. Неразгаданная тайна Одной из загадок природы геофизики считают приблизительное равенство тепловых потоков на океанах и континентах, хотя толщины земной коры отличаются значительно. Среднее значение теплового потока на континентах составляет 1,55, а на океанах 1,50 мккал в секунду с квадратного сантиметра. Существует несколько гипотез, объясняющих это явление. Объясняют либо степенью дифференциации радиоактивных элементов либо конвекцией в верхней мантии. Хотя до конца этот вопрос остается не изученным.
География. 6 класс
Конспект урока
Урок 08. Тепло в атмосфере
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Суточная амплитуда температуры – разность между самой высокой и самой низкой температурой в течение суток.
Годовая амплитуда температур – разница между максимальной и минимальной среднемесячной температурой за год.
Суточный ход температуры – называется изменение температуры воздуха в течение суток.
Годовой ход температуры – называется изменение среднемесячной температуры в течение года.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Как Вы думаете почему на экваторе жарко? На полюсах холодно? От чего зависит распределение температуры по поверхности Земли? Тема нашего урока «Тепло в атмосфере».
Освещая Землю, Солнце нагревает её поверхность. От поверхности Земли нагревается воздух. Суша разогревается и остывает быстрее, чем водная поверхность. Температура воздуха в тропосфере понижается примерно на 6° С на каждый километр высоты. Температура воздуха – важная характеристика атмосферы. Температура воздуха меняется в течение суток и в течение года. Температуру воздуха определяют с помощью термометра, помещённого в метеорологическую будку на станции. Через определённые промежутки времени проводят измерение температуры, затем находят среднеарифметическое значение – это средняя суточная температура. Точно так же определяют средние значения за месяц или за год. По значениям температур в разное время суток составляют графики суточного хода температуры, а графики годового хода температуры строят на основе среднемесячных значений. Разность между самой высокой и самой низкой температурой в течение суток называют суточной амплитудой температуры. Разница между максимальной и минимальной среднемесячной температурой за год называется годовой амплитудой температур. Чем больше широта местности, тем ниже высота солнца над горизонтом и на единицу Земной поверхности приходится меньше солнечного тепла. Поэтому в тропическом поясе жарко, а у полюсов холодно.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного задания
Задание 1. Заполните пропуски в тексте.
Нагревание воздуха атмосферы происходит благодаря ______. При подъёме на каждые 100 м температура в тропосфере уменьшается на ____________. Если высота полёта 7 км, а температура у поверхности Земли + 20° С, температура воздуха за бортом самолёта будет равна ________.
внутренней энергии Земли
ветрам, приходящим из южных широт
отдаче тепла земной поверхностью
Правильный вариант ответа:
Нагревание воздуха атмосферы происходит благодаря отдаче тепла земной поверхностью. При подъёме на каждые 100 м температура в тропосфере уменьшается на 0,6° C. Если высота полёта 7 км, а температура у поверхности Земли + 20° С, температура воздуха за бортом самолёта будет равна − 22° С.
Задание 2. Выберите верный ответ. Если температура воздуха в течение суток изменялась от минимального значения (6° С) до максимального (16° С), то суточная амплитуда равнялась?
Распределение солнечного света и тепла на Земле. Причины, влияющие на климат
Урок 28. География 6 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Распределение солнечного света и тепла на Земле. Причины, влияющие на климат»
Все мы знаем о том, что на смену теплому солнечному лету всегда приходит осень, а на смену осени – холодная зима. В марте начинается весна, появляются зелёные листья на деревьях, природа пробуждается. Затем наступает снова лето и все повторяется заново.
Разнообразен и климат на Земле. В некоторых частях Земли круглый год светит солнце, там очень тепло и выпадает много осадков, например, как на экваторе. А в некоторых частях – круглый год стоят лютые морозы, и выпадает очень мало осадков, например, как на полюсах.
Почему же на Земле происходит смена пор года, и отчего зависит климат той или иной территории?
На территории нашей страны выделяют четыре поры года. Зимой практически на всей территории России очень холодно, солнце находится очень низко над горизонтом, ночи длинные, а дни короткие, но с началом весны температура воздуха поднимается и становится теплее. Высота солнца над горизонтом становится больше, продолжительность дня постепенно увеличивается, а ночи – уменьшается. Летом солнце находится высоко над горизонтом, поэтому в эту пору года наблюдаются самые высокие температуры воздуха. С приходом осени высота солнца над горизонтом снова уменьшается, продолжительность ночи увеличивается, а дня уменьшается.
Проанализировав процесс смены пор года, можно сделать вывод, что чем выше над горизонтом находится солнце, тем более отвесно его лучи падают на земную поверхность, а, значит, и больше тепла она получает.
Почему высота солнца над горизонтом постоянно изменяется?
Земля вращается вокруг центра Солнечной системы. Ее ось проходит не перпендикулярно плоскости орбиты, а наклонена на 66,5 0 С. Поэтому получается, что в течение года солнце в большей степени освещает то северное, то южное полушарие.
В течение июня, июля и августа солнце больше освещает северное полушарие, поэтому здесь в это время наблюдается лето. Самое высокое положение Солнца над горизонтом наблюдается 22 июня. Это день летнего солнцестояния. В этот день в северном полушарии наблюдается самый длинный день, и самая короткая ночь.
22 июня Солнце находится в зените на параллели 23,5 0 северной широты. Эту параллель называют северным тропиком.
Что же в это время происходит в Южном полушарии?
Здесь все наоборот. Из-за того, что Земля повёрнута к Солнцу больше северным полушарием, южное полушарие получает намного меньше солнечного тепла. Поэтому июнь, июль и август здесь являются зимними месяцами. В это время здесь наблюдается самая длинная ночь и самый короткий день.
Через полгода земля находится на орбите в диаметрально противоположном положении. Солнце больше освещает южное полушарие. Здесь начинается лето. Такое положение земли приходится на декабрь, январь и февраль. День, когда в южном полушарии Солнце имеет наибольшую высоту над горизонтом, называют днём зимнего солнцестояния. Это 22 декабря. В этот день в южном полушарии наблюдается самый длинный день, и самая короткая ночь. В северном полушарии, наоборот: в день зимнего солнцестояния здесь самая длинная ночь и самый короткий день. В этот день Солнце в южном полушарии находится в зените на параллели 23,5 0 южной широты. Эту параллель называют южным тропиком. К северу от северного тропика и к югу от южного тропика солнце никогда не бывает в зените.
Северный и южный тропики имеют еще одно название – тропик Рака и тропик Козерога соответственно. Такое название появилось от созвездий Рака и Козерога, в которые входило Солнце 2000 лет назад в момент летнего и зимнего солнцестояния.
Два раза в год Солнце освещает северное и южное полушария нашей планеты равномерно. Это наблюдается тогда, когда земная ось становится перпендикулярно к плоскости орбиты и солнечные лучи отвесно падают на экватор. Эти дни 21 марта и 23 сентября называют днями весеннего и осеннего равноденствия. Они знаменуют переход Солнца из одного полушария в другое. В любой точке Земли 21 марта и 23 сентября день равен ночи.
На земле есть такие места, где ночь или день длятся 6 месяцев. Такое явление можно наблюдать на северном и южном полюсах.
В день летнего солнцестояния, 22 июня, в северном полушарии на параллели 66,5 0 северной широты в течение суток Солнце не заходит за горизонт, т.е. здесь наблюдается полярный день. А в это время в южном полушарии на параллели 66,5 0 южной широты наблюдается полярная ночь.
В день зимнего солнцестояния, 22 декабря, наоборот, в южном полушарии наступает полярный день, а в северном – полярная ночь. Параллели 66,5 0 северной и южной широты называют соответственно северным полярным кругом и южным полярным кругом.
При продвижении к северу от северного полярного круга и к югу от южного полярного круга продолжительность полярного дня и ночи увеличивается и на полюсах составляет до полугода.
Тропики и полярные круги делят землю на пояса освещенности, которые отличаются получаемым от Солнца количеством тепла и света. Их всего пять.
Между северным и южным тропиками находится тропический или жаркий пояс. Здесь земная поверхность получает наибольшее количество тепла от солнца.
Между полярными кругами и полюсами земли находятся полярные области. Эти территории получают наименьшее количество тепла на земной поверхности.
Между полярными кругами и тропиками находятся области, которые получают солнечного тепла и света меньше, чем в тропическом поясе, но больше, чем в полярном. Это северный умеренный пояс, находящийся между северным тропиком и северным полярным кругом, и южный умеренный пояс, находящийся между южным тропиком и южным полярным кругом.
Но на Земле происходит не только смена пор года. Земная поверхность отличается и разнообразием климата.
На климат земли оказывают влияние следующие факторы: географическая широта территории, её близость к океанам и морям, направление господствующих ветров, океанические течения, высота местности над уровнем моря и рельеф.
Самая главная причина изменения климата является географическая широта территории, которая определяет количество поступающего солнечного тепла. Солнечные лучи падают под большим углом в районе экватора, поэтому здесь территория получает максимальное количество тепла. Чем дальше от экватора, тем угол падения солнечных лучей становится меньше, и территория получает меньше солнечного тепла. Становится холоднее.
Следующим фактором, который влияет на климат, является близость морей и океанов и направление господствующих ветров. Они оказывают влияние на величину температуры воздуха и на количество выпадающих осадков.
Например, остров Великобритания называют «туманным Альбионом», потому что территорию этого острова очень часто окутывает морской туман. Великобритания омывается водами Атлантического океана. Воздушные массы, которые формируются над его акваторией, приносят сюда сравнительно невысокие температуры воздуха лета и теплую зиму. Здесь же равномерно в течение года выпадает большое количество осадков. Такой тип климата называют морским. Он характерен для северо-западной части Евразии.
В умеренных широтах господствует западный перенос воздушных масс, то они постепенно передвигаются вглубь материка. При этом температуры лета постепенно увеличиваются, а температуры зимы и количество осадков уменьшаются. Это связано с тем, что морские воздушные массы при продвижении на восток, отдают свою влагу и постепенно прогреваются от земной поверхности, принося более высокие температуры лета, и низкие температуры зимы. Поэтому такой климат называют умеренно-континентальным.
При продвижении воздушных масс дальше на восток они все больше иссушаются и прогреваются, температура лета становится всё выше, а зимы – всё ниже, уменьшается и количество выпадающих осадков. Климат постепенно становится континентальным и резко континентальным.
У восточных берегов Евразии дуют муссоны, которые летом приносят прохладную и влажную погоду, а зимой сухую и морозную. Поэтому климат этой части Евразии называют муссонным типом климата.
На климат территории оказывают влияние и океанические течения.
Почему морской порт города Мурманска не замерзает, хотя он расположен за северным полярным кругом?
Потому что его берега омывает тёплое Северо-Атлантическое течение. Оно согревает воздух и отепляет эту территорию. А холодные течения, наоборот, приносят на территорию, которую они омывают, сухой, прохладный воздух. Они влияют и на образование пустынь, расположенных у западных берегов Южной Америки и Африки.
Например, из-за того, что к западному побережью Южной Америки подходит холодное Перуанское течение, здесь образуется пустыня Атакама. А западное побережье Африки омывает холодное Бенгельское течение, которое повлияло на образование пустыни Намиб.
Кроме этого значительно влияние на климат оказывает рельеф территории. Например, если на пути движения влажных теплых воздушных масс оказались горы, то для того, чтобы преодолеть это препятствие, воздушным массам необходимо отдать лишнюю влагу. Становясь легче, они переваливают через горный хребет, принося на эту территорию уже сухой, жаркий воздух. Поэтому город Черапунджи получает наибольшее количество осадков на Земле, так как влажные массы с Индийского океана здесь встречают на своем пути преграду в виде гор Гималаев. А вот за северными склонами этих гор раскинулись безводные пустыни, потому что поступающий сюда воздух сухой и жаркий.
22 июня – в день летнего солнцестояния, Солнце прогревает больше северное полушарие; 22 декабря – в день зимнего солнцестояния, больше прогревается южное полушарие.
Дважды в год 21 марта и 23 сентября солнце в равном количестве прогревает и освещает два полушария. Это дни весеннего и осеннего равноденствий.
На климат любой территории Земли влияет её географическая широта, близость к океанам и морям, направление господствующих ветров, океанические течения, высота местности над уровнем моря и рельеф.
Геология
о теории и практике
Теплота Земли
Теплота Земли, что это такое. Различают теплоту внешнюю, солнечную, исходящую от Солнца, и теплоту внутреннюю, поступающую из недр Земли.
Рассмотрим сначала внешнюю теплоту Земли, источником которой является Солнце.
Площадка в 1 см2 на Земле, ориентированная перпендикулярно солнечным лучам, получает от Солнца в течение 1 мин 1,94 кал тепла. Эта величина называется солнечной постоянной.
Известно, что Солнце излучает в мировое пространство в течение года 3-Ю30 ккал тепла. Из этого количества только 0,33-10″tJ часть, т. е. 1021 ккал, попадает на Землю. Этим количеством тепла можно было бы растопить покрывающий Землю сплошной слой льда толщиной 24 м. Оно в 300 раз больше того тепла, которое мы могли бы получить при сожжении всех мировых запасов каменных углей. Иными словами, Земля в течение одних суток с небольшим получает от Солнца столько тепла, сколько можно было бы получить от сожжения всех запасов каменных углей на Земле. Этой теплотой обусловливаются почти все геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в верхних слоях земной коры.
Наибольшее количество тепла от Солнца получает область экватора. По направлению к полюсам количество тепла уменьшается. Все точки земной поверхности, расположенные на одной и той же широте, получают от Солнца в течение года одно и то же количество тепла. Однако теплота, попавшая на поверхность Земли, перераспределяется под влиянием ряда факторов, из которых главнейшими являются: 1) форма рельефа земной поверхности — горные хребты, долины, их направление и т. д.; 2) распределение воды и суши на Земле; 3) характер и мощность растительного покрова; 4) воздушные и морские течения. Вследствие действия указанных факторов на разных участках одной и той яіє широты климатические, в том числе температурные, условия неодинаковы.
Различают среднесуточные, среднемесячные, среднегодовые температуры на отдельных участках земной поверхности.
Линии, соединяющие точки с одинаковыми средними температурами (суточными, месячными, годовыми), называются изотермами.
Среднемесячные температуры получают путем сложения среднесуточных температур и деления суммы на число дней в месяце, среднегодовые — путем сложения среднемесячных температур и деления суммы на 12. Для каждого пункта земной поверхности особенно характерны среднеянварская и среднеиюльская температуры.
Все изотермы имеют тенденцию вытягиваться с запада на восток, но в то же время очень часто пересекают параллели.
Если среднесуточные и среднемесячные температуры из года в год довольно значительно колеблются, среднегодовые температуры меняются очень мало, не более чем на десятые доли градуса. Средняя годовая температура в Москве, по данным Тимирязевской сельскохозяйственной Академии, равна +4,2° С.
Рассмотрим изменение температуры ниже поверхности Земли на разных глубинах. В любом месте с глубиной температура все меньше зависит от температуры на поверхности Земли. В конце концов всюду на некоторой глубине температура перестает зависеть от температуры на поверхности. С этой глубины и ниже уже не сказываются сезонные колебания температур на поверхности. К этой глубине приурочен так называемый пояс постоянных температур. Выше этого пояса зимняя температура отличается от летней. Ниже этого пояса температура закономерно повышается независимо от температуры на поверхности Земли. Она обусловлена теплотой, которая; поступает снизу, из недр Земли и имеет в основном, по-видимому, радиоактивное происхождение. Эта внутренняя теплота вследствие- теплоотдачи поступает в ту часть земной коры, которая расположена выше пояса постоянных температур. Роль внутренней теплоты в интервале от пояса постоянных температур до поверхности Земли уменьшается. Пояс постоянных температур залегает на глубине от 2 до 40 м. В Москве он расположен на глубине около 20 лі.
Глубина залегания пояса постоянных температур зависит от амплитуды колебаний температуры на поверхности Земли в течение года.
Известно, что чем резче колебания, тем климат более континентальный. В этих случаях глубина зелагания пояса больше. В условиях небольших колебаний температур на поверхности глубина залегания пояса меньше.
Глубина залегания пояса постоянных температур зависит также от состава и характера горных пород, залегающих выше пояса., от их теплопроводности, характера их залегания (горизонтальное., наклонное или вертикальное), насыщенности подземной водой и других факторов.
Ниже пояса постоянных температур с увеличением глубины температура закономерно повышается. Число метров, через которое’ температура повышается на 1° С, называется геотермиче- скойступенью. По имеющимся данным геотермическая ступень колеблется от 19 м (Австралия) до 111 м (Йоганнесбург в Африке)^
Число градусов Цельсия, на которое повышается температура при углублении на 100 м, называется геотермическим градиентом. Геотермическая ступень и геотермический градиент:
находятся в обратной зависимости. Если, например, ступень равна 20 м, градиент равен Ъ° С; если ступень 30 м, градиент 31/3° С и т. д.
В разных районах геотермическая ступень и градиент различны. Они зависят от следующих факторов.
Чем больше теплопроводность горных пород, слагающих соответствующий участок земной коры, тем больше геотермическая ступень и наоборот.
На тех участках земной коры, где преобладают экзотермические реакции (с выделением тепла), геотермическая ступень меньше. Примером таких реакций может служить действие воды на сульфиды железа.
В районах распространения нефтяных месторождений геотермическая ступень часто имеет пониженное значение. Например, в Грозненском нефтяном районе геотермическая ступень достигает 20— 25 м, в Бакинском 23—32 м. Такое же явление характерно для районов каменноугольных месторождений.
В тех районах, где в горных породах протекают преимущественно эндотермические реакции (с поглощением тепла), геотермическая ступень больше.
В качестве примера эндотермических реакций можно указать на растворение каменной соли в воде. В местах распространения каменной соли обычно геотермическая ступень выше нормальной.
В соответствующих местах геотермическая ступень уменьшенная. Это прекрасно подтверждается в районах вулканической деятельности (Камчатка и др.).
Нередки случаи, когда подземные воды имеют повышенную и даже очень высокую температуру. Примерами могут служить Горя- чеводск и Серноводск в Чечено-Ингушской АССР, Горячий ключ в Краснодарском крае и др. Здесь вода на небольшой глубине и в источниках имеет температуру 40—97° С. Конечно, такая вода, циркулируя по порам и трещинам горных пород, обогревает их и тем самым повышает геотермический градиент.
Характер залегания пород влияет на величину геотермической ступени. Допустим, какой-либо участок земной коры сложен одинаково теплопроводными горными породами, но в одном случае они залегают горизонтально, в другом — наклонно, в третьем — вертикально. Геотермическая ступень в первом случае будет минимальной^ в последнем максимальной. Это объясняется тем,что в последнем случае теплоотдача в атмосферу происходит быстрее, чем в первом.
При прочих равных условиях (одинаковые породы, одинаковое
залегание и т. д.) под океаном или морем геотермическая ступень меньше (по-видимому, сказывается охлаждающее влияние воды), а на континенте, вдали от океана, больше.
Поверхности одинаковых температур под поясом постоянных температур (или одинаковых средних годовых температур над поясом постоянных температур) называются геотермами. В вертикальном разрезе геотермы являются линиями равных температур, расстояние между ними по вертикали — геотермическая ступень.
Из сказанного следует, что геотермы под океанами и морями должны быть расположены гуще, чем в пределах континентов, т. е. геотермические ступени на континентах должны быть больше, чем непосредственно под дном моря или океана.
Для определения геотермической ступени на том или другом участке земной коры замеряют температуру в скважинах на различных глубинах. Разность глубин делят на разность замеренных температур. Таким образом получают геотермическую ступень в указанном интервале глубин.
Операция замера температур в скважинах довольно трудоемка и длительна. Из скважины удаляют жидкость (воду или глинистый раствор). Если скважина находится в состоянии бурения, то, прежде чем замерять температуру на забое, необходимо выждать время, пока забой не примет свою естественную температуру, так как при бурении скважины он нагревается.
Для температурных замеров употребляют максимальные термометры, устроенные по принципу медицинских. Их помещают в специальные металлические водонепроницаемые футляры.
В скважину опускают на тросе несколько (не менее двух) термометров и держат их на забое несколько часов. Если все поднятые на поверхность Земли термометры покажут одну температуру, замер считается удачным и законченным, если разную, то операцию повторяют до тех пор, пока не получат одинаковых показаний на всех термометрах. Перед спуском в скважину термометры выверяют.
Из сказанного следует, что при замерах температуры скважины остаются без жидкости много часов. Это очень опасно, так как в скважинах, особенно глубоких, с какими имеют дело нефтяники, могут произойти обвалы, в результате которых скважины окажутся испорченными. Стоимость же скважин измеряется сотнями тысяч рублей.
Поэтому температуру в глубоких скважинах замеряют редко.
Каждый геолог, особенно нефтяник, обязан использовать любую возможность для замеров температур в скважинах.
В последнее время в скважинах производят так называемый температурный каротаж. Температура по стволу скважины автоматически фиксируется особым самопишущим аппаратом. Диаграммы таких записей не отражают точных температур на различных глубинах, но наглядно характеризуют тенденцию температурных изменений в скважине с глубиной.
Часто бывает необходимо знать температуру на той или другой тлубине. Это особенно важно при проектировании тампонажа в скважинах, выборе сорта цемента для проведения тоннелей и т. д. В случаях, когда в районе заложения скважины не известна геотермическая ступень, ее принимают равной 33 м.
Если считать, что геотермическая ступень сохраняется в пределах ¦сиалической оболочки равной примерно 33 м, то температура 100° С, т. е. температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении, будет на глубине около 3300 м, 374,6° С, т. е. критическая температура воды, — на глубине около 12 км (ниже 12 км вода существовать уже не может), 1000° С — на глубине 33 км, 1200° С — на глубине около 40 км, 1500° С — на глубине 50 км, 2000° С — на глубине 66 км.
Из приведенных данных видно, что в нижней части сиалической оболочки на глубинах около 40—50 км температура равна приблизительно 1200—1500° С. При этой температуре в условиях нормального атмосферного давления горные породы должны плавиться. «Однако на глубине 40—50 км давление равно 10 800—13 500 am. іПри таком давлении горные породы остаются в твердо-пластичном «состоянии. О существовании температур 1200—1500° С в пределах «сиалической оболочки свидетельствует жидкая раскаленная лава действующих вулканов. Лава Везувия, например, расплавляла
медные сосуды, попадавшиеся на пути ее течения. Значит, температура лавы выше температуры плавления меди, т. е. выше 1083° С.
Как изменяется температура ниже сиалической оболочки, какова там геотермическая ступень, мы не знаем. Если бы величина геотермической ступени сохранялась такой же, как принято считать ее для сиалической оболочки, т. е. 33 м, то в низах симатической оболочки, на глубине 900 км, она составляла бы около 27 200° С, на глубине 2900 км — 88 000: С, в центре Земли — около 193 000° С.
При температуре такого порядка в недрах Земли ниже сиаличе- ской оболочки вещество этих недр находилось бы в жидком, расплавленном состоянии. Сравнительно тонкая сиалическая оболочка не могла бы сохраниться и тоже расплавилась бы. Следовательно, температура недр значительно ниже.
В настоящее время многие геофизики считают температуру в центре Земли равной примерно 2000—4000° С. Если это так, то геотермическая ступень ниже сиалической оболочки резко увеличивается и температура к центру Земли, начиная с кровли симатической оболочки, почти не повышается.
Источником сравнительно сильного нагрева сиалической оболочки является теплота, получающаяся в результате распада радиоактивных элементов, сосредоточенных главным образом в этой оболочке.
По содержанию радиоактивных элементов (в основном урана и тория) первое место занимают магматические горные породы, второе — метаморфические и третье — осадочные.
Из магматических пород наиболее богаты радиоактивными элементами кислые породы, особенно граниты. Значительно меньше этих элементов в основных породах, например в базальтах, габбро и др.
Теплотой, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов, т. е. внутренней теплотой, в значительной степени обусловливаются геологические процессы, происходящие в сиалической оболочке ниже пояса постоянных температур и отчасти в верхней части симатической оболочки.
На тех участках земной коры, где средняя годовая температура на поверхности равна нулю или ниже нуля, температура в поясе постоянных температур тоже соответственно равна нулю или ниже нуля. Как известно, при нулевой и отрицательных температурах вода находится в твердом состоянии. Горную породу, в порах которой в течение столетий содержится твердая вода, называют
вечной мерзлотой. Наименование, конечно, неточное. Лед, содержащийся в пустотах породы, при потеплении климата частично или полностью тает. Такую породу лучше называть многолетней мерзлотой. Она занимает 45% территории нашей страны (9658 тыс. км2). На рис. 42 показана южная граница распространения многолетней мерзлоты в СССР.
Известны значительные площади многолетней мерзлоты в Северной Америке. В общей сложности ею на земном шаре занято до V10 части всей суши.
В результате циркуляции подземных вод внутри мерзлых пород появляются участки без льда, с водой (талики). Для таких мест подземная вода с температурой +(2—4)° С может считаться относительно «горячей».
Многолетняя мерзлота наблюдается в виде линз, гнезд, островков, а иногда слоев (слоистая). В ней встречаются остатки древних животных (мамонтов, носорогов, пещерных медведей и др.).
В областях такой мерзлоты растительность очень бедная, чахлая, низкорослая. Корни растений не уходят далеко вглубь, а разрастаются в горизонтальном направлении. Поэтому часто целые лесные массивы низкорослых деревьев на участках многолетней мерзлоты бывают повалены ветром (ветровалы).
Чрезвычайно широко в пределах мерзлоты развиты оползни.
Мерзлые породы нефтенепроницаемы. Вследствие этого выходы нефти на поверхности Земли в пределах распространения многолетней мерзлоты редки. До Великой Октябрьской социалистической революции и в первые годы Советской власти считали, что нефть надо искать только в тех районах, где имеются естественные выходы ее на поверхность. В связи с этим считали бесполезным искать ее в Сибири. Такое неправильное заключение делали потому, что не учитывали характерного свойства многолетней мерзлоты — ее нефте- непроницаемости. В настоящее время в пределах многолетней мерзлоты Сибири обнаружен ряд нефтяных и газовых месторождений, особенно распространенных в Западной Сибири (Тюменская, Томская и другие области).
Чрезвычайно большой научный интерес представляют пласты ископаемого льда, встречающиеся в пределах многолет
ней мерзлоты. Они известны по берегам нижнего течения Лены, Индигирки, Колымы. Мощность пластов ископаемого льда достигает 7 м. Он залегает здесь между пластами глин и песчаников и играет роль настоящей горной породы.
Многие предполагают, что это нерастаявшие остатки ледников, некогда покрывавших места их нахождения. Если представить себе сравнительно быстрое эпейрогеническое опускание участка земной коры, покрытого ледником, пребывание его затем в условиях многолетней мерзлоты и отложения на поверхности льда естественных обломочных осадков, то станет понятным возможность сохранения пластов сплошного льда на глубине.
Многократные эпейрогенические колебания разного знака могут создавать перемежаемость пластов ископаемого льда с обычными осадочными породами: глинами, песками, песчаниками и т. д.
Современная эпоха характеризуется деградацией или отступлением на север южной границы многолетней мерзлоты.
Вернуться назад к оглавлению «Общая Геология. Основы Геологии.»
3 комментария к “ Теплота Земли ”
Спасибо большое за предоставленную информацию, а мы на всей складской технике используем. Рекомендую.
Толково изложено, песок и щебень мы заказывали. Хороший, качественный стройматериал. Привезли на следующий день.