§ 4. Тепловой режим Земли

В Земле, на некоторой глубине, находится так называемый пояс постоянных температур (для средней полосы России – на глубине 20-30м). Выше этого пояса температура изменяется в зависимости от времени года, ниже – независимо от температуры на поверхности - закономерно повышается. Таким образом, пояс является границей воздействия внешнего источника теплоты, а именно – солнечной радиации и внутреннего источника – теплоты, образующейся за счет радиоактивного распада в недрах Земли. Солнце в течение 1 минуты отдает 1см² земной поверхности примерно 8,1 джоулей тепла. Эта величина называется солнечной постоянной. Под влиянием солнечной радиации происходят разнообразные геологические процессы, протекающие на поверхности Земли и в верхних слоях земной коры: круговорот воды, разрушение водой и ветром земной поверхности. Растрескивание горных пород и др.; с ней же связано и развитие биосферы.

Для изучения температурного режима в глубинных частях Земли пользуются двумя показателями:

- геотермическая ступень (b) – глубина в метрах, на протяжении которой температура увеличивается на 1°;

- геотермический градиент (1/b) – изменение температуры в градусах на единицу глубины, обычно на 100м.

Обе эти величины незакономерно изменяются в зависимости от теплопроводности горных пород, характера их залегания, наличия и концентрации радиоактивных элементов.

По результатам многочисленных исследований в глубоких буровых скважинах и шахтах геотермическая ступень составляет 33м; таким образом, при неизменном давлении температура на различных глубинах должна составить:

Таблица 1.1

Глубина, км	3,3	12	33	40	50	60
Температура, С°	100	374,6	1000	1200	1500	2000

Если продолжить данную последовательность, то в центре Земли температура составляла бы около 193000°С и даже при очень больших давлениях вещество недр расплавилось бы и проплавило бы относительно тонкую земную кору. Земля же, как мы знаем, имеет несколько твердых оболочек. Поэтому, указанная прогрессия (геотермическая ступень, равная 33м и геотермический градиент, равный 3° на 100м) будет справедлива только для земной коры (оболочка А), да и то лишь до глубины 15-20км, а глубже начинает уменьшаться.

Критическая температура воды, равная 374°С достигается на глубине около 12км; глубже вода формироваться не может. Температура плавления большинства минералов составляет 1100 - 1700°С, следовательно, уже на глубине 40-50км (при температуре 1200 - 1500°С) они должны плавиться. Однако на этих глубинах давление достигает десятков тысяч атмосфер, поэтому вещество остается в твердом или твердопластичном состоянии.

Данных об изменениях температуры Земли ниже сиалической оболочки (земной коры) нет. По данным геофизических исследований рост температуры там резко замедляется и на глубине 400км (на границе оболочек В и С) температура считается равной 1200 - 1400°С; на глубине 900км (на границе С и Д) - 1500°С; на глубине 2900км (Д и Е, мантия и ядро) - 4000°С; на глубине 5100 (Е и F) - 2500°С и в центре Земли – около 3000°С. Радиоактивный распад не зависит от температуры и плотности вещества (по крайней мере – до величин 1500С и 2000атм); количество радиоактивных элементов с глубиной уменьшается и ниже 1200км, считается, они отсутствуют.

Основные сведения о Земле

величина сжатия 1:298,7

радиус экватора 6378245м

радиус полярный 6356863м

длина окружности меридиана 40008550м

объем Земли 1,083х10¹²км³

масса Земли 5,98х10²⁷г

плотность Земли 5,517г/см³

плотность литосферы 2,705г/см³

возраст Земли около 4,7млрд. лет

средняя температура Земли (как планеты) 277К (+4С)

площадь поверхности Земли 510,1х10⁶км²

площадь суши 148,94х10⁶км²

площадь мирового океана 361,16х10⁶км²

масса гидросферы 1,422х10²⁴г

объем мирового океана 1372х10⁶км³

масса атмосферы 5,098х10²¹г

масса биосферы 5х10¹⁸г