2) natura și distribuția surselor de căldură;
3) structura câmpului termic pe suprafața Pământului în prezent;
4) schimbarea temperaturii cu adâncimea;
5) distribuția proprietăților termofizice (capacitatea termică, conductivitatea termică etc.) cu adâncimea;
6) mecanismul de transfer termic.
Majoritatea acestor parametri sunt necunoscuți sau cunoscuți în parte (de exemplu, distribuția temperaturii cu adâncimea). În general, Pământul fierbinte dă căldură oceanului și atmosferei, unde se adaugă la căldura primită de la Soare și, în cele din urmă, risipește această căldură în spațiul rece rece. Densitatea fluxului de căldură al pământului q exprimă pierderea de energie termică a Pământului prin unitatea suprafeței sale pe unitate de timp. Cantitatea q este de obicei abreviată ca flux de căldură. Este egal cu produsul gradientului geotermal de-a lungul suprafeței normale la suprafața pământului (Grad Tn) pe conductivitatea termică a mediului (k). Structurile tectonice omogene sunt caracterizate de aceeași valoare a fluxului de căldură. Regiunile stabile sunt caracterizate printr-o distribuție omogenă a fluxului de căldură. Valorile minime ale lui q au platforme antice Precambrian. În zonele tinerelor platforme fanerozoice din punct de vedere geologic, fluxul de căldură endogenă crește. Mai mult, crește în zonele de pliere Phanerozoic, crescând de la structuri mai vechi la cele mai tinere. Astfel, Pământul are o energie termică considerabilă, care intră în spațiul cosmic prin suprafața sa și se risipește. Desigur, fluxul acestei energii este mai mic decât fluxul de energie solară care ajunge la planeta noastră și își încălzește suprafața, apa oceanului și atmosfera. Ar trebui clarificat faptul că, în toate condițiile egale, cu cât suprafața Pământului este mai rece, cu atât mai intens este fluxul căldurii endogene.
Fluxul mediu de căldură solară care atinge suprafața Pământului pe continente este de 1/100 cal pe metru pătrat. cm în sec. Măsurarea directă a debitului de căldură în puțul "Rukhop" din nordul Angliei este estimată la 0,00216 ± 0,07 cal pe metru pătrat. cm în sec. Din păcate, date fiabile privind amploarea acestui parametru sunt foarte mici.
Temperatura de la suprafața Pământului depinde de reflexia planetei - albedo-ul ei. Albedo de suprafață este raportul dintre fluxul energetic al razelor solare reflectate și fluxul de energie care se produce pe suprafața soarelui, exprimat ca procent sau fracțiuni ale unei unități. Albedo-ul Pământului în partea vizibilă a spectrului este în medie de aproximativ 40%. O parte semnificativă a energiei soarelui care cade pe planeta noastră este reflectată de nori. În absența norilor, albedo ar fi de aproximativ 15%. Dar albedoul nu depinde numai de nor, depinde de mulți factori, inclusiv durata stratului de zăpadă și salvați-l pentru un an, culorile rocilor, culorile vegetației, prezența ghețarilor.
Până în prezent, o singură sursă de căldură primită de către planetă - energia soarelui - este luată în calcul la calcularea echilibrului termic al Pământului de către climatologi. Dar există o altă sursă - energia endogenă a planetei însăși. Din păcate, rolul său în balanța de căldură a Pământului și în climatologie nu este luat în considerare.
Fluxul de radiații solare, pe unitate de suprafață a Pământului, scade în mod regulat de la ecuator la poli.
Distribuția fluxului intern de căldură deasupra suprafeței Pământului nu este accidentală. Regiuni cu anomalii mai mari (pozitive) ale fluxului de căldură se numesc "puncte fierbinți". În prezent, există în continuare o dezbatere cu privire la faptul că aceste puncte fierbinți se mișcă cu plăci tectonice în timpul deversării lor sau dacă au o origine mai adâncă în manta.
Valori medii ale fluxului de căldură în micro calorii pe metru pătrat. cm în sec. în regiunile cu diferite tipuri de structură geologică a cortexului (Stacy, 1972, p.270)
continente
Scuturile Precambrian
Zone post-cambrian non-genocid
Post-Precambrian zone orogene
Zonele vulcanismului cenozoic
Media pentru continente (cu excepția zonelor geotermale)
"Grila de mijloc" pentru continente *)
0,92 ± 0,17
1,54 ± 0,38
1,48 ± 0,56
2,16 ± 0,46
1,43 ± 0,56
1,41 ± 0,52
oceane
Principala parte a bazinelor
Originea oceanică
Tarabe
Altele (rafturi etc.)
Media pentru podeaua oceanului
"Mediu" pentru oceane *)
28 ± 0,53
1,82 ± 1,56
0,99 ± 0,61
1,71 ± 1,05
1,60 ± 1,18
1,42 ± 0,78
Media pentru Pamant (prin toate valorile)
"Pământul mijlociu" pentru Pământ *)
1,58 ± 1,14
1,43 ± 0,75
*) Fiecare valoare folosită pentru a obține valoarea "medie"
media tuturor măsurătorilor care se încadrează pe un pătrat de 5x5 grade (300x300 mile marine).
Faptul este că intensitatea fluxurilor de căldură endogene pe continente și în oceane este aproximativ egală, ceea ce contrazice teoria tectonicii plăcilor. Acest lucru este surprinzător în special dacă amintim că litosfera sub continente și oceane are o structură diferită: rocile continentale conțin substanțe radioactive mult mai aproape de suprafață decât rocile oceanice. Această diferență ar trebui să fie într-un fel echilibrată în profunzime.
Din compararea regiunilor de diferite tipuri rezultă că, mai devreme, procesele magmatice asociate orogenezei s-au încheiat, cu atât mai puțin valoarea fluxului de căldură modern. Această concluzie generală pare a fi corectă, dar nu trebuie uitat faptul că există schimbări semnificative în fluxul de căldură de natură locală. În special, acestea sunt observate pe structuri precum Ridge Mid-Atlantic, unde, probabil, există surse de căldură localizate, situate la adâncimi de câteva zeci de kilometri. Oamenii de știință, dintr-un anumit motiv, cred că contribuția acestor fluxuri de căldură la distribuția globală a căldurii endogene este mică.
Înainte, am scris deja că rolul căldurii endogene a Pământului nu este în totalitate în zadar luat în considerare de climatologi și oceanologi. Săpat în publicații, am găsit ceva interesant pe această temă, ceea ce confirmă ipoteza exprimată mai devreme despre efectul căldurii care vine din inima planetei noastre asupra climei ei. După cum se știe, crusta pământului de pe podeaua oceanului este mult mai subțire decât sub continente. Este mai densă și are o greutate specifică mai mare și, în consecință, conductivitatea termică este mai mare. Aceasta înseamnă că, la baza oceanelor, energia termică endogenă intră în apă mai mult decât prin continente în atmosferă.
Erupția "fumătorului negru". Vă puteți imagina cum ar trebui să existe presiune în intestinul acestui vulcan pentru a depăși presiunea de 200 de atmosfere și a arunca aceste cluburi de apă caldă.
În anii '70 ai secolului trecut a fost făcută o descoperire importantă, care a transformat multe idei ale oamenilor de știință. Lângă Insulele Galapagos, la o adâncime de 2 până la 4 mii de metri, s-au găsit defecte, din care apa caldă a ajuns în ocean. În partea de jos au fost descoperite vulcani mici - hidrotermă. Originea hidrotermal explica acest lucru: apa de mare de-a lungul faliilor cade în grosimea scoarței oceanice, se încălzește din cauza căldurii endogen al planetei, se dizolvă o varietate de elemente chimice, apoi apa fierbinte sub presiune puternică evacuată din adâncul greșelilor și intră în ocean. Aici, răcirea, eliberează diverse minerale, inclusiv mineralele. În locurile de evacuare a apei hidrotermale se formează vulcani mici de până la 40 de metri înălțime. Acești vulcani au fost numiți "fumători negri", deoarece apa care iese din ele este neagră.
"Fumătorii negri" găsiți pe fundul Mării Roșii, apoi au început să găsească și în alte zone ale Oceanului Mondial. Temperatura soluțiilor care ies din ele atinge 350 ° C. Dar în Golful California "fumătorii" sunt turnuri compuse din roci sulfuroase. Sultanii de "fum" negru se ridică de la grifonii acestor "uriliști" până la o înălțime de până la 150 m. Aproximativ 80 de "fumători" numărau pe suprafața de 14 kilometri pătrați din acest golf. În condiții de întuneric total, la o presiune de 200 atmosfere și la o temperatură de aproximativ 40 ° C în jurul "fumătorilor", într-un mediu care conține plumb, sute de specii de animale trăiesc și se simt perfect. Unele dintre ele ating metrii și chiar două metri înălțime.
Lângă fumătorii negri de pe podeaua oceanului există o viață diferită, a cărei bază energetică nu este fotosinteza, ci chemosinteza. În întuneric, nu numai organisme primitive, ci și organisme multicelulare foarte bine organizate, chiar crustacee și pești.
În zona de rupturi, presiunea scade, crusta oceanică se topește și forme de magmă, care se apropie de suprafață. Contactul magmei cu apa de mare conduce la leșierea bazalților, la îmbogățirea apei cu metale. Ca urmare a acestor procese, se formează forme convingătoare de conuri feruginoase și mangane, cu o înălțime de sute de metri înălțime. Pe versanții acestor conuri sunt abundente fluide subacvatice sub formă de fumători negri.
La vest de Groapa Marianelor adâncă apa, adâncimea care ajunge la 11022 m și o lungime de 1340 km și o lățime de 59 de km, deschis inaltime munte subacvatic de 2500 de metri deasupra patului oceanului. Cluburile închise vin din tevi pe versanții acestui munte. La început, acvații au decis că erau "fumători negri" obișnuiți. Dar sa dovedit că apa care se revarsă de la ei este rece și foarte mineralizată. Compoziția minerală a acestei ape diferă de compoziția minerală a apei fumătorilor negri obișnuiți. Dacă "fumătorii negri" își datorează originea în activitatea vulcanică, atunci noile formațiuni erau de origine non-vulcanică. Țevile au fost compuse din serpentinite și parțial carbonați, olivine, piroxeni. Cauza evacuarea apei reci din interiorul acestui caz este o presiune ridicată în scoarței oceanice, în absența încălzirii sale.
Când apa erupe din craterul unui fumător, acesta este încălzit la 400 ° C. Cu toate acestea, în contact cu apa de mare, se răcește rapid, dând căldură la ocean. În timpul inspecției masivului montan din mijlocul Oceanului Atlantic, au fost descoperite turnuri albe uriașe și orbitor. Inaltimea lor a ajuns la 60 de metri. Arătau ca stalagmite. Lângă aceste turnuri ia pad de mărimea unui teren de fotbal au fost observate mai mult de trei proeminențe și urme de lovituri zeci de metri în înălțime, precum și numeroase crevase umplute cu rasa alba. Acestea erau surse hidrotermale de un tip necunoscut anterior; nu ca "fumătorii negri" (A. Zaitsev). Deborah Kelly crede că astfel de surse sunt găsite mai des fumatori negru, deoarece acestea pot fi găsite doar de-a lungul limitele plăcilor tectonice, iar acestea răspândit departe de aceste limite. Deborah Kelly crede. În Oceanul Atlantic, la o adâncime de aproximativ 3 kilometri gasit sursa hidrotermală alimentarea cu apă în ocean preincalzit la temperatura de înregistrare la 464 ° C. Această sursă este situată pe magma bubble gigant acumulat în ruptură în partea de sud a Mid (Andrea Koschinsky - Fritsche, Jacobs University Bremen).
În Atlanticul de Sud, a fost descoperită și o sursă hidrotermală submarină fierbinte din clasa "fumătorilor negri". Descoperirea a fost făcută de expediția Universității Internaționale din Bremen sub îndrumarea lui Andrzej Kochinsky. Temperatura acestui "fumător" este de 407 ° C. Punctul critic al apei de mare este la o presiune de 298 atmosfere și o temperatură de 407 ° C. Când acest punct este atins, apa supraîncălzită trece într-o stare în care vaporii și lichidul nu pot fi deosebiți unul de celălalt. Apa de mare normală penetrează în defectele din partea de jos, unde este încălzită, stinsă de magma care se apropie și intră într-o stare neobișnuită. Fiind mai puțin dens, astfel de vapori lichizi "împușcă" în sus și se formează acei "fumători negri".
Schema de structură a vulcanilor continentali și oceanici
În 1954, geologul H. Hess a propus o ipoteză că patul oceanului este format din bazalturi și sub el extinde mantaua peridotitei. Peridotite - întuneric, cu o tentă verzui, constând din 60% olivină, 31% piroxen; restul - apatite, minereuri de minereu etc. De la adâncimea mantalei până la suprafața podelei oceanelor există mase de apă pentru minori. Interacțiunea acestor ape cu peridotitele conduce la formarea de serpentină. Acest proces ar trebui să fie deosebit de activ în zonele de creastă medie-oceanică. Aceste procese joacă un rol important în viața planetei, deoarece sistemul de creastături mid-oceanice se extinde pe corpul Pământului cu aproape 70.000 km.
Cu toate acestea, ipoteza lui Hess contrazice conceptul de tectonică a plăcilor, deci a fost respinsă de geofiziciști. Dar în anii șaptezeci, această ipoteză a fost din nou abordată. Studiile seismice indică faptul că în unele părți ale Oceanului Pacific corpurile masive compuse din serpentinite se află direct sub coloana de apă. Geofizicii notează caracteristica temperaturii înalte a vulcanilor subacvatici Mariana în zonele de apariție a serpentinitelor.
Sursele hidrotermale ale crestelor de la mijlocul oceanului de pe podeaua oceanului sunt numeroase. Contribuția lor la fluxul de căldură, provenind din adâncurile Pământului, este de aproximativ 20%. Anual, din aceste surse, aproximativ 3,5 miliarde de tone de apă fierbinte (350 ° C) curg prin oceane prin fumători negri. și aproximativ 640 miliarde de tone de la surse de temperatură joasă (20 ° C).
Dar nu numai "fumătorii" încălzesc apele oceanelor. La fundul mărilor și oceanelor, vulcani erup si prezent, turnăm cantități uriașe de lavă, încălzit la 1200 ° C. Și există mulți vulcani. În contact cu apa, lava dă căldură și îngheață. Cred că este necesar să se țină seama de contribuția lor la echilibrul termic al oceanului. Mai ales dacă vrem să facem previziuni climatice și oceanografice. Încălzirea apei în loc erupție, vulcani creând gradienților de temperatură în coloana de apă oceanelor și forțați să se mute din locurile fierbinți în locuri mai reci. De exemplu, creșterea activității vulcanice de vulcani subacvatice în zona ecuatorială a Oceanului Atlantic și debitul a crescut spre Oceanul Arctic, provocând de transport a crescut de căldură pentru Arctica, și nu numai căldura endogenă, dar soarele și exogeni. Intensified activitatea vulcanică din partea de jos a Oceanului Arctic, precum și pentru a încetini Gulf Stream, deoarece apa din Oceanul Arctic a devenit un pic mai cald din cauza căldurii endogene.
Vulcanii subacvatici din Oceanul Pacific
Erupțiile vulcanice sub apă, de asemenea (și, eventual, mai mult) sunt frecvente și puternice, ca și pe uscat. De la nave, navigatorii observă apariția bruscă deasupra apei coloanelor de abur, gaz și flacără sau plutesc pe suprafață în cantități mari de piatră ponce. Uneori se întâlnesc cu insulele nou apărute, care, în cele din urmă, dispar din nou. Dacă erupția este dominată de cenușă, zgură, piatră ponce, atunci structura este erodată rapid de apă; Dacă vulcanul subacvatic erupe mai multă lavă, vulcanul iese pe suprafața apei, crescând rapid în dimensiune. Acestea sunt insulele vulcanice din Hawaii și Stromboli. Vulcanul Katmai din apropierea Alaska sa ridicat de sub apă și a format insula Sf. Ioan Evanghelistul. După ce sa ridicat la suprafața mării, a continuat să izbucnească și să crească timp de douăzeci de ani; treptat, lava a făcut insula durabilă, nedisponibilă distrugerii undelor și vânturilor. La sud de Noua Zeelandă, aproape în fața ochilor marinarilor, se afla insula Pumza. Temperatura apei din zona acestei insule a ajuns la 60 ° C.
Erupția vulcanilor sub apă și deasupra apei. Conul a crescut de sub apă timp de câteva săptămâni. Este clar că oceanul fierbe în zona de erupție.
