4.Физика Земли / ФЗ_п / ФЗ_п / !!ФЗп_2 / ФЗп_2

Дисциплина: Физика Земли

Работа 2. Тепловое поле Земли

1. Вопросы теории

Тепловой поток. Распределение температур в недрах

С поверхности Земли постоянно излучается тепловая энергия. Тепловой проток через поверхность Земли q составляет порядка 0.07 Вт/м² и значительно (в 10 – 100 раз) превышает энергию, высвобождаемую при землетрясениях и вулканической деятельности.

Тепловой поток определяется произведением коэффициента теплопроводности () и градиента температуры Т:

q = ·Т. (1)

Температурный градиент характеризует скорость нарастания температуры с глубиной. Величина его варьирует в интервале от 1 до 5^оС на каждые 100 метров, составляя в среднем у поверхности Земли 2^оС/100 м.

Коэффициент теплопроводности, характеризующий способность горной породы передавать тело от более нагретой части менее нагретой, зависит от состава породы.

Распределение температур в недрах Земли определено не достаточно точно.

Средний геотермический градиент поверхности составляет 20 град/км, так что на глубине 100 км температура не должна превышать 2000 ^оС. На этой глубине зарождаются очаги расплавленных лав вулканов, поэтому более точной оценкой температуры на глубине 100 км является 1200 ^оС – температура плавления лавы. Температура на границе «мантия – ядро» (2885 км) лежит в интервале (4-5) ·10^{3 о}С, температура в центре ядра (глубина 6371 км) порядка 6·10^{3 о}С.

2. Карты для анализа

1. Карта литосферных плит Земли

2. Карта теплового потока поверхности Земли

3. Геотермическая карта России

4. Карта теплового потока и мощности литосферы центральной части Сибирской платформы

3. Задание

Сделать анализ вышеназванных карт и ответить на вопросы.

• Карты литосферных плит и теплового потока поверхности:

1. В каких пределах изменяется тепловой поток на поверхности Земли?

2. Где наблюдаются самые высокие и самые низкие тепловые потоки?

3. Ваше предположение о причинах высоких тепловых потоков в рифтовых зонах срединных океанических хребтов?

4. Раньше считалось, что тепловой поток на поверхности Земли обусловлен радиоактивным распадом в породах земной коры. Справедливо ли это заключение, если породы континентальной коры более радиоактивны, чем океанической коры?

• Геотермическая карта России:

1. В каких пределах изменяется температура на глубине 1 км на территории России?

2. Где наблюдаются самые высокие и самые низкие температуры?

3. Как различаются по температурному режиму две нефтегазоносные платформы: Сибирская и Западно-Сибирская?

• Карта теплового потока и мощности литосферы Сибирской платформы:

1. В каких пределах изменяется тепловой поток на Сибирской платформе?

2. На каких глубинах находится астеносфера?

3. Как согласуются между собой тепловой поток и мощность литосферы?

4. По каким признакам выделен «плюм-вулканоген»?

Отчет по работе должен содержать:

Фамилия, группа

Тема работы

Ответы на поставленные вопросы

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Карта теплового потока Земли

Рис. 1. Карта теплового потока. Значения теплового потока (в 0.04 Вт /м²): 1 – 0,7–0,95; 2 – 0,95–1,2; 3 – 1,2–1,4; 4 – 1,4–1,7; 5 – 1,7–1,9; 6 – 1,9–2,15; 7 – 2,15–2,4; 8 – 2,4–2,6; 9 – 2,6–2,9

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Теплопроводность минералов, горных пород и флюидов

Таблица1.

Теплопроводность минералов,

горных пород и полезных ископаемых

Порода	Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(мК)	Порода		Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(мК)
Минералы, полезные ископаемые			Осадки и осадочные породы
Кварц	6,5–13,2	Глина сухая		0,14–0,24
Альбит	2,31	Глина влажная		0,38–3,03
Лабрадор	1,5	Песок		0,18–4,75
Оливин	5,0	Алевролит		0,41–3,58
Пироксен	4,38	Песчаник		0,24–4,41
Диопсид	5,76	Доломит		1,63–6,50
Флогопит	2,29	Известняк		0,64–4,37
Галит	5,3–6,5	Мергель		0,50–3,61
Гипс	1,30	Магматические и метаморфические породы
Флюорит	4,3	Гранит		1,12–3,85
Барит	1,7	Сиенит		1,74–2,97
Пирит	38,9	Диорит		1,38–2,89
Гематит	10,4–14,7	Габбро		1,59–2,98
Магнетит	5,3	Перидотит		3,78–4,85
Медь самородная	396,0	Пироксенит		3,48–5,02
Золото	310,0	Альбитофир, порфир		1,17–3,37
Торф	0,07	Андезит		1,42–2,79
Уголь	0,13–2,24	Базальт		1,30
Нефть	0,14	Сланец		0,65–4,76
Графит	1,16–17,4	Гнейс		0,94–4,86
Алмаз	121,0–163,0	Амфиболит		1,57–2,89
Сера	0,21–0,48	Кварцит		3,68–7,60
		Роговик		2,12–6,10
		Мрамор		1,59–4,0

Таблица 2

Теплопроводность флюидов

Тип флюида	Коэффициент тепло-проводности λ, Вт/(м∙К)	Тип флюида	Коэффициент тепло-проводности λ, Вт/(м∙К)
Лёд Вода	2,33 0,58	Нефть Воздух	0,14 0,023