Понятие о поясе постоянных температур, геотермический градиент и геотермическая ступень

Теплота приповерхностного слоя, толщиной всего в несколько десятков метров, целиком зависит от солнечного нагрева, поскольку внутренний тепловой поток составляет всего 0,5 % солнечной теплоты.

Величина солнечного нагрева поверхности зависит от широты местности, кроме того, количество теплоты, получаемой от Солнца, колеблется по сезонам года и в различное время суток. Сезонные и суточные колебания температуры поверхности Земли с глубиной убывают и, наконец, нивелируются полностью. Слой Земли, в котором не наблюдается сезонных и суточных изменений температур, называется слоем постоянных температур. Обычно его температура соответствует среднегодовой климатической температуре местности. Глубина его залегания меняется от местности к местности, в экваториальных областях она составляет всего 1-2 м, в областях тропического и умеренного климата может составлять несколько десятков метров (г. Ставрополь – 24 м), а в зонах субарктического климата вновь уменьшается до 1-10 м. Температура слоя постоянных температур может быть и отрицательной. Это области существования т.н. «вечной», или многолетней, мерзлоты, к ней относится ¾ территории России.

Ниже пояса с постоянной температурой последняя постепенно повышается, о чем свидетельствуют наблюдения в глубоких шахтах и скважинах. Известен факт об остановке добычи золота в шахте на Комстокской жиле в Неваде на глубине 600 м, т.к. температура в ней достигла 42,2 ◦С, то есть предела, за которым человек не может работать в рудничной атмосфере.

Расстояние, на которое вглубь Земли температура повышается на 1 ◦С, называется геотермической ступенью. Величина ее изменяется от 1-2 м (Камчатка, район Пятигорска) до 160-170 м (Южная Африка, Трансвааль).

Прирост температуры в градусах Цельсия на 100 м либо 1 км углубления называется геотермическим градиентом. Геотермический градиент варьирует обычно в пределах от 0,5 до 25 ◦С на 100 м глубины. Высокие значения обычны для районов молодого возраста и высокой тектонической активности (молодые складчатые горы).

Знание величины геотермической ступени и глубины залегания пояса постоянных температур позволяют рассчитать температуру на разных глубинах в проектируемых скважинах.