2.5.5 Миграция и инверсия полюсов, палеомагнетизм

Медленные вариации магнитного поля обнаружены при наблюдениях за положением магнитных полюсов. За последние сто лет наблюдений северный магнитный полюс переместился на несколько десятков километров. Перемещения магнитных полюсов именуют их миграцией. Считается, что в некоторых горных породах фиксируются элементы магнитного поля, существующего в момент их образования, в том числе ориентировка магнитного меридиана. Например, при застывании базальтовой лавы, в которой многие минералы содержат железо. Исследования древнего магнитного поля, изменение положения магнитных полюсов во времени получили название палеомагнитных. Палеомагнитные данные используются для оценки положения континентов в разные геологические эпохи и говорят либо о перемещении полюсов на тысячи и десятки тысяч километров, либо о таком же перемещении континентов по отношению друг к другу. Кроме того, отмечены очень быстрые смены полярности магнитного поля - так называемые инверсии. В течение только четвертичного периода наблюдалось несколько инверсий магнитного поля Земли.

2.5.6 Магнитные аномалии

Измерения интенсивности собственного магнитного поля Земли показали его изменение в зависимости от распределения пород с разной намагниченностью в недрах Земли. Его отклонения в большую или меньшую сторону от фоновых значений именуют положительными и отрицательными магнитными аномалиями и используют для оценки состава пород в недрах Земли.

Вопросы для самоконтроля

1. Чем отличаются планеты земной группы от планет-гигантов?

2. Каковы форма и размеры Земли?

3. Перечислите основные оболочки Земли.

4. Что такое гравитационные и магнитные аномалии?

Лекция 2

Тема 3. Внутреннее тепло Земли. Объем 1 час

Рассматриваются особенности распределения тепла в недрах Земли и методы определения и расчета температуры на разных глубинах.

1. Источники внутреннего тепла

Недра Земли разогреты,

лучшим подтверждением

этого является вулканизм.

Внутренняя тепловая энергия могла сохраниться со времен образования земного шара. Такое тепло именуют реликтовым – это остаточное тепло, постепенно теряемое Землей. Из других возможных источников внутреннего тепла внимания заслуживают:

- тепло, выделяемое при уплотнении и гравитационном перераспределении вещества земных недр;

- возможные химические реакции между различными веществами;

- радиоактивное тепло, выделяемое при распаде неустойчивых изотопов, таких химических элементов как U²³⁵, U²³⁸, Th²³², K⁴⁰ и др.

Следует отметить, что доля каждого из этих возможных источников тепла в общем его балансе внутреннего тепла точному определению не поддается.

Заметной роли в общем балансе внутреннего тепла не имеет и солнечный нагрев поверхности Земли, сказывающийся до глубины всего в несколько десятков метров.

2. 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.