47. Основные способы транспортировки тепла, их характеристики.

Известно, что в природе существуют три способа переноса тепла – теплопроводность, тепловая конвекция и тепловое излучение. Теплопроводность свойственна твердым и жестким (вязким) телам, тепловая конвекция – всем газам, жидкостям и маловязким твердым телам (такие тела, называемые «телами Бингама», свойственны астеносфере Земли), а тепловое излучение – «выделение лучистой энергии сильно нагретыми телами». Последнее эффективно только при высоких температурах.

Теплопроводность – процесс распространения теплоты от более нагретых элементов тела (горной породы) к менее нагретым элементам из-за стремления этого тела к выравниванию температур. Общеизвестно, что при теплопроводности тепловая энергия молекул передается без перемещения вещества. «По современным данным, в результате теплопроводности Земля ежегодно теряет порядка 1,9·10²⁰ калории тепла». Тепловая конвекция свойственна, как это было показано в предыдущей лекции, астеносферному уровню разреза планеты, вещество которого находится в частично расплавленном состоянии и поэтому ему присуща сравнительно малая вязкость. Что касается теплового излучения, то данный способ передачи тепла не исключается, вероятно, для глубоких уровней разреза планеты, в частности уровню жидкого внешнего ядра. Что касается уровня подастеносферной мантии, то для разреза этой геосферы, по-видимому, свойственен конвективный теплообмен. «Конвективный теплообмен – перенос теплоты (точнее, передача энергии в виде тепла) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной и сыпучей среде, обусловленный конвективным движением среды и ее теплопроводностью».

48. Уровни расширения планеты во времени, физическая сущность и механизм такого расширения.

Расширение планеты во времени происходит на двух уровнях разреза Земли – на ядерном и астеносферно-литосферном уровнях. Начнем со второго (верхнего) уровня расширения планеты, соответствующего астеносферному и литосферному слоям Земли.

Астеносферный слой Земли оказывается преобретением планеты, образованный за счет конвективных течений вверх энергии и вещества, «высвобожденных» в результате дигидридизации внутренного первичного гидридного ядра и накопившийся под «своеобразной покрышкой», представленной жесткой литосферой. Обособление этого слоя в качестве самостоятельной сферы Земли с течением геологического времени должно сопровождаться некоторым увеличением планеты, поскольку плотность вещества астеносферы (пиролиты Рингвуда) (порядка 3,3-3,4 г/см³) намного меньше, чем плотность вещества «своих прародителей» – подастеносферной мантии (плотность до 5,5-5,8 г/см³ на уровне границы внешнего ядра с нижней мантией), тем более ядер Земли (от 9,5 г/см³ на уровне жидкого внешнего ядра до 13,5 г/см³ в твердом внутреннем ядре).

Если менее плотные вещества астеносферы является «производными» более плотных веществ подастеносферной мантии и ядер Земли, то литосферный слой Земли, в т.ч. земная кора оказываются в свою очередь продуктом выплавления вещества астеносферы (пиролита Рингвуда) в течение 4-х млрд. лет развития планеты в качестве геологического объекта. При этом, согласно положениям ТЛП, в результате «прямого выплавления» пиролита астеносферы образуются свойственный дну океана ультрабазит-базитовый ряд горных пород, взаимодействие этих пород с породами континентальной литосферы в процессе субдукции ведущее значение будет иметь породы среднего состав (диориты-андезиты) и при окончательной «континентализации литосферы» путем коллизии континентов образуются преимущественно кислые разновидности горных пород (граниты-риолиты). Показатели плотности всех этих пород (от 3,2 г/см³ у ультрабазитов литосферной мантьии до 2,7-2,8 г/см³ у гранитов-риолитов) оказываются намного меньше плотности своих «прародителей» –астеносфеного пиролита (порядка 3,3-3,4 г/см³). Такое представление однозначно предполагает расширение планеты во времени, поскольку образование менее плотных веществ за счет более плотных безусловно должно сопровождаться увеличением объема объекта.

Что касается первого (нижнего) уровня расширения планеты, то суть этого процесса также связана с разуплотнением исходного более плотного вещества и обособлением разуплотненных веществ в качестве самостоятельной сферы планеты. Тут разговор идет об образовании жидкого чисто металлического внешнего ядра с плотностью вещества порядка 9,5 г/см³ за счет дегидридизации металлов твердого первично гидридного ядра (плотность – до 13,5 г/см³) согласно гипотезы В.Н.Ларина о «первично гидридной Земле». Очевидно, что этот процесс сопровождается увеличением суммарного объема двух ядер сегодняшней планеты по сравнению с объемом первичного чисто гидридного ядра, поскольку удаление водорода из ядер не в состоянии компенсировать увеличение объема внешнего ядра за счет «раскрепощения» металлов от гидридной связи, обладающего большими потенциальными возможностями для расширения. Такое увеличение объема суммарного ядра планеты непременно должно привести к «растрескиванию» плотно прилегающей к нему твердой подастеносферной мантии и образованию в ее разрезе радиально направленных зон и каналов повышенной теплопроводности. Таким образом, именно гидридная модель изначального ядра Земли и его дальнейшее рсширение, на наш взгляд, не исключают существование в подастеносферной мантии сквозных каналов, связывающих ядро с астеносферой.