Глава 2 тепловой режим земной коры

Земная кора имеет два основных источника тепла: от Солнца и от распада радиоактивных веществ в своей нижней части на границе с верхней мантией. В недрах же Земли температура уве­личивается с глубиной от 1300 °С в верхней мантии до 3700 °С в центре ядра. Увеличение температуры происходит по адиабатиче­скому закону: оно зависит от сжатия вещества под давлением при невозможности теплообмена с окружающей средой.

В земной коре различают три температурные зоны: /—пере­менных температур; II — постоянных температур; III — нараста­ния температур (рис. 4). Изменение температур в зоне перемен­

ных температур определяется климатом местности. Суточные колебания практически затухают на глубинах около 1,5 м, а го­довые (сезонные) — на глубинах 20—30 м. Для средних широт ха­рактерна кривая а (летний период) и кривая б (зимний период). В зимний период в зоне / образуется также подзона промерзания

Рис. 4. Зоны температур в земной коре (П — поверхность Земли)

(IA), где температура опускается ни­же 0 “С. Мощность этой подзоны

зависит от климата, типа горных пород и колеблется от нескольких сантиметров до 2 м и более.

При строительстве необходимо устанавливать наличие на стройпло­щадках подзоны IA и величину глу­бины промерзания земли. Для реше­ния этих вопросов используют три пути: 1) по соответствующей карте в СНиПе определяют наличие подзо- 24

ны и глубину промерзания; величину промерзания при этом кор­ректируют по типу горных пород, например песок промерзает больше, чем глина; 2) величину промерзания можно определять по формулам или 3) использовать многолетние (более 10 лет) наблю­дения за промерзанием земли в данном районе.

Знание величины промерзания позволяет строителям опреде­лять необходимую глубину заложения фундаментов объектов и подземных водонесущих коммуникаций.

По мере углубления в землю влияние сезонных колебаний температур уменьшается и на глубине примерно 15—40 м нахо­дится зона постоянной температуры, которая соответствует сред­негодовой температуре данной местности. Под Москвой эта зона начинается на глубине 20 м, около Санкт-Петербурга с 19,6 м.

Зона постоянных температур может быть использована при различных видах подземного строительства.

В пределах зоны III температура с глубиной возрастает. Вели­чина нарастания температуры на каждые 100 м глубины называет­ся геотермическим градиентом, а глубина, при которой температу­ра повышается на 1 °С, — геотермической ступенью. Теоретически средняя величина этой ступени составляет 33 м. Непосредствен­ные измерения показали, что величина геотермической ступени на разных участках Земли колеблется довольно в широких пределах: Мончетундра — 6,54 м, Донецкий бассейн — 30,68 м и т. д.

Закономерное нарастание температуры с глубиной справедли­во лишь до некоторой глубины. Исследования последних лет по­казали, что в Москве на глубине 1630 м она достигает +41 °С, а в Прикаспии на глубине 3000 м — уже +108 °С.

Нарастание температуры с глубиной следует учитывать при проектировании сооружений глубокого заложения, особенно при активно развивающемся в последние годы освоении подземного пространства городов, хранилищ различного рода промышленных отходов, особенно радиоактивных, при строительстве метрополи­тенов.