Тепловое поле Земли и его параметры

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра:  Геофизические методы исследования скважин

Курс:  Физика Земли

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

ТЕМА: Тепловое поле Земли и его параметры.

 

 

 

 

 

Студент гр. ГФ-11-01  Тимергалин А.Э.  __________ (подпись)

Преподаватель:

Гарейшин З.Г. , доцент  _________ (оценка) __________ (подпись)

 

 

 

 

Уфа 2012

 

Введение

Изучение  теплового поля Земли в наше время  весьма актуально, т.к. знание характеристик  и поведения теплового поля позволяет использовать такой геофизический метод исследования скважин как терморазведка.

Геотермическая  разведка (терморазведка) объединяет физические методы исследования естественного теплового поля Земли с целью изучения ландшафтов, термического режима земной коры и верхней мантии, выявления геотермических ресурсов, решения поисково-разведочных и инженерно-гидрологических задач. Меньшее применение находят методы искусственных тепловых полей. Тепловое поле определяется внутренними и внешними источниками тепла и тепловыми свойствами горных пород. При терморазведке регистрируют радиотепловое и инфракрасное излучение земной поверхности, измеряют температуру, ее вертикальный градиент или тепловой поток. Распределение этих параметров в плане и по глубине несет информацию о термических условиях и геологическом строении изучаемого района.

Основными задачами при изучении данной темы являются исследование основных источников теплового поля Земли и изучение его характеристик.

Источники теплового поля Земли.

 

Источники термического поля Земли делятся на внешние и внутренние. Внешним источником термического поля Земли является солнечная радиация. Хотя самое большое количество энергии Земля получает от Солнца, но лишь очень малая его часть проникает вглубь планеты. Остальная часть излучается обратно в пространство. Внешнее тепло проникает в тело Земли лишь на несколько метров. Внутренними источниками теплового поля Земли являются: распад радиоактивных изотопов U, Th, K; гравитационная дифференциация вещества; приливное трение; метаморфизм; фазовые переходы. По мнению большинства учёных основным источником внутреннего тепла Земли является распад радиоактивных элементов. Другие учёные считают основным источником гравитационную дифференциацию вещества.

Таблица.  Энерговыделение на земле.

Источник энергии	F, эрг/год
Солнечная энергия
Геотермическая энергия
Упругая энергия землетрясений
Энергия, теряемая при замедлении вращения Земли
Тепло, выносимое при извержении вулканов

 

Характеристика теплового поля Земли.

Внутреннее  тепловое поле отличается высоким постоянством. Оно не оказывает влияния на температуру  вблизи земной поверхности или климат, так как энергия, поступающая  на земную поверхность от Солнца, в 1000 больше, чем из недр. Вместе с тем  среднее тепловое воздействие Солнца не определяет теплового состояния  Земли и способно поддерживать постоянную температуру на поверхности Земли  около 0º С. Фактически же благодаря изменению солнечной активности температура приповерхностного слоя воздуха, а с некоторым запаздыванием и температура горных пород изменяются.

Суточные, сезонные, многолетние и многовековые вариации солнечной активности приводят к  соответствующим циклическим изменениям температур воздуха. Чем больше период цикличности, тем больше глубина  их теплового воздействия. Например, суточные колебания температуры  воздуха проявляются в почвенном  слое глубиной 1 - 1,5 м. Это связано  с переносом солнечного теплового  потока за счет молекулярной теплопроводности пород и конвекции воздуха, паров  воды, инфильтрирующихся осадков  и подземных вод. Сезонные (годовые) колебания вызывают изменения температур на глубинах до 20 - 40 м. На таких глубинах теплопередача осуществляется в  основном за счет молекулярной теплопроводности, а также движения подземных вод. На глубинах 20 - 40 м располагается  нейтральный слой (или зона постоянных годовых температур). В нем температура  остается практически постоянной и  в каждом районе в среднем на 3,7º С выше среднегодовой температуры воздуха. Многовековые климатические изменения сказываются на вариациях температур сравнительно больших глубин. Например, похолодания и потепления в четвертичном периоде влияли на тепловой режим Земли до глубин 3 - 4 км.

Таким образом, если не учитывать многовековых климатических  изменений, то можно считать, что  ниже зоны постоянных температур (на глубинах свыше 40 м) влиянием цикличности солнечной  активности можно пренебречь, а температурный  режим пород определяется глубинным  потоком тепла и особенностями  термических свойств пород.

Ниже нейтрального слоя температура пород повышается в среднем на 3º С при погружении на каждые 100 м. Это объясняется наличием регионального теплового потока от источников внутреннего тепла Земли, поднимающегося к поверхности. Его величину принято характеризовать плотностью теплового потока (или просто тепловым потоком). Среднее значение теплового потока как на суше, так и в океанах одинаково и составляет 0,06 Вт/м², отклоняясь от него не более чем в 5 - 7 раз. Постоянство средних тепловых потоков суши и океанов при резком изменении мощностей и строения земной коры свидетельствует о различии в тепловом строении верхней мантии. Поэтому аномалии тепловых потоков, т.е. отклонения от установленных средних потоков, несут информацию о строении и земной коры, и верхней мантии.

Установлено, что основной источник тепла на континентах - энергия радиоактивного распада. Это  объясняется большей концентрацией  радиоактивных элементов в земной коре, чем в мантии. В океанах, где мощность земной коры мала, основным источником тепла являются процессы в мантии на глубинах до 700 - 1000 км. Радиогенное  тепло является основным среди других видов тепловой энергии недр. За время существования Земли оно  более чем в 2 раза превысило потери за счет теплопроводности.

Тепловой  поток определяется не только природой и мощностью источников тепла, но и его переносом через горные породы. Тепло передается посредством  молекулярной теплопроводности горных пород, конвекции и излучения. На больших глубинах (свыше 10 км) передача тепла осуществляется в основном за счет излучения нагретого вещества недр и конвекции, обусловленной  движением блоков земной коры, расплавленных  лав, гидротерм. На меньших глубинах перенос тепла связан с молекулярной теплопроводностью и конвекцией подземными водами.

Источники локальных  тепловых потоков, вызывающих аномалии температур, разнообразны: наличие  многолетнемерзлотных пород, т.е. мощных (до сотен метров) толщ с отрицательными температурами; присутствие пород  и руд с повышенной радиоактивностью; влияние экзотермических (с поглощением  тепла) и эндотермических (с выделением тепла) процессов, происходящих в нефтегазоносных  горизонтах, залежах угля, сульфидных и других рудах; проявление современного вулканизма и тектонических движений; циркуляция подземных, в том числе  термальных, вод и др. Роль каждого  из этих факторов определяется геологогидрогеологическим  строением. Локальные тепловые потоки, как и региональные, зависят не только от наличия источников, но и  от условий переноса тепла за счет теплопроводности горных пород и  конвекции почвенного воздуха и  подземных вод.

Заключение

Тепловое  поле Земли доставляет информацию о  глубинных температурах, об энергетическом балансе, фазовом состоянии и  глубинах до различных горизонтов планеты  в целом и её отдельных регионов, о формах теплопередачи внутри Земли. Объём тепловыделения теснейшим  образом связан с содержанием радиоактивных элементов. Таким образом, изучение теплового поля Земли предоставляет важнейшую информацию для изучения состава горных пород.

Геотермия дает важнейшую количественную информацию для понимания и моделирования  геодинамических процессов в  геосферах и для оценки энергетики геолого-геофизических проявлений – в этом заключается фундаментальные аспекты изучения теплового поля.

Список литературы

1)http://www.astronet.ru

2)http://ru.wikipedia.org

3)lnfm1.sai.msu.ru

4) Кононов В.И. Геотермальные ресурсы России и их использование. // Литология и полезные ископаемые. №2. - 2002.