Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ГЕОТЕРМИ́Я

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    Электронная версия

    2015 год

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: А. О. Глико, О. И. Парфенюк

ГЕОТЕРМИ́Я (геотермика), раздел физики Земли, изучающий тепловое состояние и тепловую историю Земли, распределение темп-ры и глубинных источников тепла в недрах Земли. К осн. задачам Г. относятся: исследование физич. природы источников тепла, изучение механизмов переноса теплоты в условиях высоких температур и давлений, определение теплового потока из недр, способы измерения геотермического градиента и теплопроводности горных пород, расчёт глубинных температур и термич. эволюции Земли, оценка температур плавления пород, построение геотермич. моделей земной коры и литосферы, изучение связи теплового режима с тектонич. процессами, магматизмом и метаморфизмом.

Тепловое поле Земли в форме проявлений геотермальной активности первым из геофизич. полей привлекло внимание человека и стало предметом науч. исследований: ещё Плиний Младший описал извержение вулкана Везувий в 79 н. э. Количественные методы Г. появились в нач. 17 в. после изобретения Г. Галилеем термометра. Первые измерения темп-ры в шахтах и рудниках показали, что темп-ра Земли растёт с глубиной. Этот факт послужил основой космогонич. теории остывания Земли из первоначально расплавленного состояния (У. Томсон, 1864). Полученная из решения уравнения теплопроводности оценка возраста Земли (неск. десятков миллионов лет) не соответствовала геологич. данным о возрасте пород. Противоречия гипотезы остывания Земли были устранены после открытия явления выделения теплоты при распаде радиоактивных изотопов урана, тория и калия (франц. физики П. Кюри и А. Лаборд, 1903) и эксперим. подтверждения присутствия радионуклидов в горных породах (Дж. У. Рэлей, 1906). Количественные оценки влияния разл. распределения радиоактивных элементов на тепловую эволюцию Земли и величину теплового потока в поверхностном слое получены А. Н. Тихоновым в 1937. С этого времени началось развитие в СССР теоретич. и эксперим. Г. Огромный вклад в развитие Г. внесла Е. А. Любимова, выполнив ряд работ по тепловой истории Земли, исследованию физич. природы источников тепла и механизмов теплопереноса в недрах Земли. К кон. 20 в. установлено, что на тепловой режим Земли влияют также гравитационная дифференциация вещества, приводящая к выделению железного ядра, фазовые переходы и метаморфизм. На ранних стадиях эволюции Земли большую роль в тепловом балансе играла энергия, выделившаяся при ударах крупных тел о поверхность планеты.

Становление геотермич. методов в качестве самостоят. науч. направления относится к сер. 1960-х гг., чему способствовали систематич. определения плотности теплового потока в районах со сложным геологич. строением. Первые данные по измерению теплового потока на суше опубликованы в 1939, на море – в 1952. Задержка с измерениями на море связана с технич. сложностями, которые были преодолены в 1950-х гг. англ. исследователем Э. Буллардом и его сотрудниками, разработавшими термометрич. зонд, погружавшийся в породы океанич. дна. Одним из важных открытий явилось то, что тепловой поток имеет повышенные значения у гребней срединно-океанич. хребтов и уменьшается с удалением от оси хребта. Важнейшие результаты в этой области принадлежат, в частности, япон. геофизику С. Уэда.

Плотность теплового потока тесно связана с тектоникой региона. Напр., для докембрийских кристаллич. щитов характерны низкие значения плотности теплового потока (20–49 мВт/м2), для платформ – средние (40–60 мВт/м2), для тектонически активных областей (срединно-океанич. хребты, рифты, области совр. орогенеза) – высокие (100–300 мВт/м2 и более). Ср. значение плотности теплового потока на континентах составляет 58–65 мВт/м2 и 78–101 мВт/м2 на океаническом дне, что на неск. порядков меньше потока лучистой энергии от Солнца. Внешний источник теплового поля Земли (солнечная радиация) проникает на глубину всего до 20 м, поддерживая ср. темп-ру поверхности ок. 0 °C. Общие теплопотери Земли, по совр. оценкам, составляют (4,1–4,6)·1013 Вт.

Непосредственное измерение темп-ры в недрах Земли возможно только до глубин, достигаемых бурением (макс. глубина Кольской сверхглубокой скважины 12,26 км). Для измерений в морях и океанах используются зонды-термоградиентографы. Распределение темп-ры с изменением глубины определяют на основе разл. оценок и расчётов с применением аналитич. методов и математич. моделирования, учитывая, что подавляющая часть радионуклидов в процессе эволюции была вынесена в верхние слои земной коры. Считая ср. геотермич. градиент у поверхности равным 30 К/км и учитывая его убывание с глубиной, получают оценку темп-ры на глубине 100 км в интервале 1400–1700 К. С учётом неравномерного распределения радионуклидов и конвективного тепломассопереноса в мантии оценка темп-ры нижней мантии на границе с ядром составляет (3–4)∙103 К. Оценка темп-ры на границе внешнего и внутреннего ядра находится в интервале (4–5)∙103 К, в центре Земли – (5–6)∙103 К. Таким образом, разброс оценок на глубинах мантии и ядра превышает 1000 К, т. е. ±30%, в то время как темп-ра литосферы может быть оценена с точностью ±10%.

Геотермич. исследования имеют не только теоретич., но и практич. значение. Геотермич. методы поиска и разведки полезных ископаемых (см. Терморазведка) основаны на изучении параметров теплового поля участков земной коры с последующим установлением взаимосвязи этих параметров с особенностями геологич. строения и эволюции литосферы. Геотермич. исследования наиболее эффективны при поисках нефти, газа, термальных вод, колчеданных месторождений, для выявления разрывных нарушений, тектонически ослабленных зон, в мерзлотоведении и применяются в комплексе с др. геофизическими методами разведки.

Лит.: Любимова Е. А. Термика Земли и Луны. М., 1968; Теркот Д., Шуберт Дж. Геодинамика: геологические приложения физики сплошных сред: В 2 ч. М., 1985; Хуторской М. Д. Введение в геотермию. М., 1996; Jaupart C., Mareschal J.-C. Heat generation and transport in the Earth. Cambridge, 2011.

  • ГЕОТЕРМИ́Я раздел физики Земли, изучающий тепловое состояние и тепловую историю Земли, распределение темп-ры и глубинных источников тепла в недрах Земли (2006)
Вернуться к началу