Странства

Наиболее полную характеристику тепловому полю даст плотность теплового потока (q), который рассчитывается как произведение геотермического градиента (G) на коэффициент теплопроводности (k): q = kG. Наиболее важными процессами, генерирующими тепло в недрах нашей планеты являются: 1) процесс гравитационнной (плотностной) дифференциации, благодаря которому Земля оказалась разделенной на несколько оболочек. 2) Распад радиоактивных элементов. 3) Приливное взаимодействие Земли и Луны. Что касается плотностной дифференциации вещества Земли, то наиболее существенную роль играет формирование земного ядра, составляющего 1/3 массы планеты, как наиболее плотной части Земли. Источник тепла, связанный с гравитационной или плотностной дифференциацией вещества внутри Земли, функционирует и сейчас, однако, трудно оценить его вклад в общий энергетический баланс, но большинство исследователей склоняется к предположению, что количества тепла от этого источника превышает тепло, выделившееся в процессе распада радиоактивных элементов. Еще один источник тепла, который вносит свой вклад в общий тепловой поток - это твердые приливы, связанные, главным образом с влиянием на Землю ее спутника - Луны. Притяжение Луны вызывает на Земле приливные вздутия, перемещающиеся по поверхности Земли и при этом кинетическая энергия переходит в тепловую. Хотя вклад твердых приливов в общий тепловой баланс сейчас не превышает первых процентов, в прошлом, когда расстояние между Луной и Землей было гораздо меньшим, он мог быть значительным. Важное значение в энергетическом балансе Земли придается теплу, выделяющемуся при распаде радиоактивных элементов.

В настоящее время проведены тысячи измерений теплового потока (ТП) как на континентах, так и в океанах, причем в последних они начались только в 1950 г. Это позволило охарактеризовать ТП практически всех известных геологических структур. Важно подчеркнуть, что в среднем значения ТП на суше и в пределах океанского дна весьма близки и составляют 52-50 мВт/м2. Это сходство тем более удивительно, т.к. геологическое строение земной коры океанов и континентов сильно различается. В океанах отсутствует наиболее богатый радиоактивными элементами самый верхний гранитно-метаморфический слой земной коры. Следовательно, примерно равный общий ТП должен уравновешиваться под океанами какими-то другими источниками тепла, в частности неглубоким залеганием астеносферы. Близкие значения среднего ТП в океанах и континентах осложняются резкими тепловыми аномалиями. Наиболее низкий ТП характеризует древние докембрийские платформы. Более высокими значениями ТП до 80-90 мВт/м2 отличаются эпипалеозойские молодые плиты - Западно-Сибирская, Скифская, Туранская и другие. Таким образом, на континентах выявляется отчетливая закономерность: чем моложе геологическая структура, тем выше средний ТП. В океанах количество измерений превышает ТП 4500, причем, благодаря скважинам глубоководного бурения ТП определяется не только в осадках - идеальном месте для измерений, но и в коренных породах 2-го базальтового слоя океанической коры. Иными словами, закономерность такая же, как и на континентах. Однако, срединно-океанские хребты с рифтовыми долинами и островами типа Исландии, имеют аномально высокие значения ТП - 400-600 мВт/м2, достигающие местами "ураганных" значений до 1500 мВт/м2, ка, например, в Калифорнийском или Красноморском рифтах. Центральная часть Исландии, обладает ТП от 140 мВт/м2 до 430 мВт/м2. Именно в таких зонах и осуществляется энергичный вынос тепла путем разгрузки гидротерм и извержения вулканов, причины возникновения которых заключаются в образовании магматических очагов в верхней мантии на глубинах до 150 км. Аномально высокий ТП связан в океанах и с участками т.н. мантийных плюмов или горячих точек, примером которых могут быть Гавайские острова с активными вулканами. И горячие точки, и срединные океанические хребты с рифтами - это места современной высокой тепловой активности. Именно здесь происходят наиболее значительные теплопотери.

Отклонения наблюдаемых значений плотности теплового потока от средних значений получили названия тепловых аномалий, которые делятся на региональные и локальные. Региональные аномалии связаны с неравномерным распределением радиоактивных элементов и неравномерной конвекцией в мантии. Они характерны для целых геологических провинций и сохраняются длительное время. Региональные аномалии представляют большой интерес для изучения термодинамических процессов и эволюции глубинных геосфер Земли. Локальные аномалии вызваны различными причинами, обусловленными внешними геосферами, вплоть до земной коры. Это строение осадочного чехла, рельеф кристаллического фундамента, гидродинамические процессы. Тепловой поток поднимается из глубин Земли к поверхности и затем рассеивается двумя способами. 1. В виде кондуктивного теплового потока (за счет теплопроводности горных пород). Распределение кондуктивного теплового потока по поверхности неравномерное.

Конвективный вынос тепла (вынос тепла самим теплоносителем) при вулканизме и гидротермальной деятельности. мощность кондуктивного потока выноса тепла на два порядка больше конвективного.