Реферат / 34. Геоэлектрическое поле Земли. Электрическоая проводимость гидросферы, земной коры и недр

ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Из курса физики мы знаем (вспомните уравнения Максвелла), что электромагнитное поле представляет собой единое целое, имеющее две формы проявления. Одна из них – магнитные поля, создающиеся движущимися электрическими зарядами и спиновыми моментами носителей магнетизма (электроны, протоны и др.), а другая – электрические поля с собственными источниками электрического тока.

Связь между электрическими и магнитными полями зависит от интенсивности изменений электромагнитного поля, ибо, как известно, напряженность одного поля, возбуждаемая изменениями другого, пропорциональна скорости этих изменений. При медленных изменениях напряженностей электромагнитное поле можно рассматривать как два отдельных поля – электрическое и магнитное. Физической же реальностью является единое электромагнитное поле, имеющее электрическую (Е) и магнитную (Н) напряженности, изменяющиеся во времени t и в различных точках пространства имеющие неодинаковые значения.

Точные сведения о характеристиках электрических полей, электрической проводимости воздуха, воды и твердых веществ необходимы при решении ряда геофизических и практических задач, в частности для борьбы с коррозией, оценки качества воды рек и озер, поиска рудных месторождений и др.

Электрическая проводимость.

Важной характеристикой электрических свойств Земли является электрическая проводимость , поэтому рассмотрим ее для каждой из оболочек.  = 1/_{э ,} где _э – удельное электрическое сопротивление среды.

Электрическая проводимость гидросферы.

Природные воды в основном представляют собой смеси растворов сильных электролитов. В них электрические заряды под действием внешнего электрического поля переносятся ионами. Удельная электрическая проводимость природной воды зависит от концентрации раствора, валентности ионов, их подвижности и электрохимической активности. Совершенно чистые природные воды являются плохими проводниками электричества. Так при Т=18 ⁰С электрическая проводимость воды, лишенной каких-либо примесей составляет 3,8.10^-6 1/Омм, морской воды 3-7 1/Омм.

Реальные воды материков и Мирового океана никогда не бывают химически чистыми. В них содержатся растворенные вещества (соли, органические соединения, газы) и различные самостоятельные фазы (твердые частицы органического и неорганического происхождения, пузырьки газа). Основными представителями растворенных веществ являются соли, содержащие определенное количество ионов. Так, в 1 кг морской воды средней солености содержится 0,019 кг ионов хлора, 0,011 кг натрия, 0,0013 кг магния, 0,00009 кг серы. Это означает, что морская вода представляет собой водный раствор NaCl, MgSO₄ c небольшими примесями др. хим. Элементов. Поэтому повышение солености воды сопровождается ростом концентрации ионов и как следствие – повышением . На  морской воды оказывают также влияние температура Т и давление Р, при повышении которых  растет. Поскольку соленость воды и ее Т имеют большую пространственную и временную изменчивость особенно в верхнем слое, то  морских вод, как и атмосферы, имеет нерегулярный режим.

Электропроводность вод рек, озер и болот колеблется от 0,1.10^-2 до 2,4.10^-2 1/Омм.

Электрическая проводимость земной коры и недр. Она изменяется в больших пределах и обуславливается существенными различиями значений  кристаллов, минералов и горных пород (для кварца  = 10^-12 – 10^-14 1/Омм, для гранита = 10^-3 – 10^-61/Омм). Важно и то, что  составных частей земной коры и земных недр в значительной мере зависит от целого ряда изменчивых во времени и пространстве факторов, к числу которых относятся Т, минеральная структура горных пород и содержание в них минерализованной влаги, нефти и газа. Применительно к большинству горных пород строгая оценка  представляет собой сложную задачу, что связано с различием электрической проводимости влаги, находящейся в порах горных пород, и внешней минерализованной воды. Влажные горные породы нередко имеют значения , на несколько порядков большие, чем сухие породы.

Пространственное распределение  в земной коре и мантии изучено недостаточно. Пока что достоверно определены сопротивления осадочных толщ (1 – 100 Омм). Основная сложность заключается в учете совместного влияния высоких давлений и Т на величину , а также в очень большой трудности оценки влияния небольших вариаций состава на . С учетом лабораторных исследований зависимость  от глубины при учете только ее зависимости от температуры приведена на рис.30.

Относительно электрической проводимости ядра Земли имеются еще более косвенные данные. При этом предполагается, что ядро состоит из расплавленных металлов, проводимость которых меняется в относительно узких пределах. Большинство оценок  ядра получено путем простой экстраполяции значений электрической проводимости железа в область высоких температур Т и давлений Р с учетом содержания Ni (10%).