1. Краткая теория

Электромагнитное поле – материальная среда, в которой элементарные заряженные частицы под действием упорядоченного движения, например в радиационных поясах. Электромагнитное поле – это сумма электрического и магнитного полей, приводящих к существованию в природных объектах электромагнитных волн.

С электрической частью поля связывают поля циркуляции токов (направленное движение электронов токов) проводимости.

С электромагнитной частью поля (переменно магнитного поля) связывают поля преобладания токов смещения.

Электропроводящие среды наиболее благоприятны для протекания проводимости, а диэлектрики для токов смещения.

Электропроводимость среды оценивается через показатели удельной электрической проводимости (электропроводности) и диэлектрической проницаемости.

- удельная электропроводность, ед. изм. – Сим/м

- диэлектрическая проницаемость, ед. изм. – отн. ед.

Основные параметры электромагнитного поля - напряженность электрического и магнитного полей, а также - электрическая и магнитная индукция. Эти параметры связаны с материальными электрическими показателями материальной среды, т. е. с электрическими свойствами и следующими соотношениями:

Во всех оболочках Земли, включая атмосферу, гидросферу, литосферу, всевозможные кинетические процессы, включая электрохимические и электродинамические, приводят к возникновению и циркуляции вихревых токов. Последние вызывают электромагнитную индукцию. Далее процесс веерообразно развивается, что предопределяет существование неуправляемых электрических и электромагнитных полей Земли, которые различаются по своей интенсивности и источникам.

Электромагнитные поля Земли преимущественно естественного происхождения. К ним относятся магнито-теллурические поля (за счет вариаций КПК), поля грозовой активности, электродинамические поля за счет геодинамических, в том числе акустических процессов.

Отдельной группой полей следует считать электромагнитные поля техногенного происхождения, к ним относятся поля дальних ближних радиостанций, теле- и радиокоммуникаций, линий ЛЭП, переизлучений от всевозможных трубопроводов и т.д.

Наконец, в верхней части литосферы возникают естественные постоянные электрические поля вследствие электрохимических и электрофизических процессов.

2. Магнито-теллурическое поле

Сигнал КПК имеют период Т =1-100 сек. и более. Их можно наблюдать во времени в виде иррегулярных колебаний параметров поля и .

Параметр измеряется магнитометром, параметр - микровольтметром. Отношение Е_х к Н_у имеют название импеданса Z и зависит от удельного электрического сопротивления слоев горных пород. Т.е. .

Чем больше Т, тем меньше частота и тем глубже поле проникает в Землю. На этом основан метод МТЗ (магнито-теллурическое зондирование). С помощью этого метода удалось установить изменение в нормальном геоэлектрическом разрезе в интервале глубин от 30 до 300 км.

Особенностями геоэлектрического разреза обусловлены увеличением с глубиной температуры и давления. В некоторых геосинклинальных областях обнаруживаются 1-2 контрастных проводящих слоя.

Один из примеров – изучение по параметру Z геологического разреза Приазовской части Украинского щита в диапазоне Т = 10 - 1600с. Это соответствует глубинам, превышающим глубину залегания поверхности Мохоровичича.

Разрез земной коры и верхней мантии разбит на серию чередующихся по электропроводимости вертикальных блоков. Размеры этих блоков значительно больше по вертикали и менее по горизонтали. Эти данные подтверждают блоковое строение земной коры.

Проблема горизонтальной расслоенности земной коры и верхней мантии по электрическим свойствам (в отличие от вертикальной зональности) значительно сложнее, чем в сейсмометрии. По данным электрометрии методами МТЗ, ЧЗ, ВЭЗ определяется только одна субгоризонтальная граница – поверхность кристаллического фундамента. Все остальные границы, включая астеносферу – гипотетичны.

3. Электромагнитное поле грозовых разрядов

Это поле сложено взаимодействием метеорологических и электрических процессов, приводящих к грозовым разрядам (молниям). Количество молний за 1 сек на земном шаре более 100. Молния – это мощный электрический диполь. Сигналы, улавливаемые на расстоянии, называются атмосфериками и состоят из серии высокочастотных колебаний с преимущественной частотой в диапазоне 0,5 – 1 кГц и 6 - 8 кГц.

Шумовая составляющая поля существует постоянно, но ее уровень плавно изменяется во времени.

4. Электромагнитное поле наведенных и естественных шумов

К наведенным электромагнитным шумам относятся электромагнитные поля дальних и в некоторой мере ближних радиостанций. Эти станции работают круглосуточно и их поле на удалении, как и для поля грозовой активности можно представить в виде плоской волны, распространяющиеся вдоль поверхности Земли. Преимущественно частота поля 10 – 20 кГц. Глубина проникновения вихревых токов в высокоомных толщинах достигает несколько десятков метров.

К естественным электромагнитным шумам относятся электромагнитные поля электромагнитной эмиссии от геофизических процессов (землетрясений, оползней, обвалов, метеоритных ударов). Эти поля носят название ЕИЭМПЗ (естественное импульсное электромагнитное поле Земли). Они особенно интенсивно проявляется в зонных тектонических разломов, карстовых зонах, областях пород с повышенными сейсмоэлектрическими свойствами.

4. Естественные постоянные электрические поля

Это поле возникает и постоянно существует в земной коре, вследствие электрохимических и электрофизических процессов, в результате которых на границах разделов геологических (природных) сред возникают двойные электрические слои.

1. Поля электрохимической активности возникают при контакте металлических руд и технических объектов с вмещающими породами при активном воздействии природных вод.

2. Поля фильтрационной активности обусловлены движением подземных вод (возникают потенциалы течения). Эти поля наиболее интенсивно проявляются на склонах гор и оврагов, на берегах и в руслах рек.

3. Поля диффузионные – образуется над контактом двух природных растворов с различной минерализацией, например, соленых и пресных подземных вод. Процесс связи с диффузией ионов из раствора с большей концентрацией перемещаются в раствор с меньшей концентрацией.

Знак диффузионного потенциала зависит от соотношения чисел переноса катионов и анионов. В случае раствора NaCl справедлива формула:

, где - УЭС контактируемых растворов.

5. Атмосферное электричество – электростатическое поле Земли

Это поле представляется в виде гигантского конденсатора, проводящими обкладками которого являются земная поверхность и слой ионосферы. При этом ионосфера имеет положительный заряд, а литосфера + гидросфера – отрицательный.

Движение положительных зарядов вниз и встречное движение отрицательных зарядов вверх проводит к возникновению тока проводимости (I = 2,9*10^-20 А/м²). У поверхности Земли разность потенциалов = 100 В\м, а во время гроз 40 000 В\м.

В нормальных условиях соотношение ионов (аэроионов) положительных и отрицательных знаков составляет 1,14, т.е. q = n⁺/n^- = 1,14.

В нормальных условиях n = (n⁺)+(n^-) = 1000 – 1400, а в экологически осложненных районах n = 1100 – 3500 в 1 см.

Насыщение воздуха ионами происходит вследствие расхода радиоактивных элементов, находящихся в воде, почве и горных породах. Возникающее радиоактивное излучение вместе с космическим излучением приводит к ионизации воздуха в приземном слое атмосферы. Ионизация радия (²²²Rn) в почвенном слое примерно на 3 порядка выше, чем в приземном слое атмосферы и это приводит к увеличению проводимости почвенного воздуха по отношению к атмосферному в соотношении 30 1.

Лекция № 6

Тема: «Тепловое поле Земли»

Тепловое поле, равно как и другие физические поля, связывают с материальной средой, в которой возникают и взаимодействуют тепловые потоки. Последние, воздействуя на материальные, в частности природные объекты, определяют их тепловой режим, обуславливая деформацию теплового поля.

Есть физический смысл характеризовать тепловое поле посредством параметров потенциала U и напряженности Е. Однако в результате сложившихся многолетних представлений оперируют понятиями теплового потока, геотермической ступени и др.

К тепловым свойством природных объектов относятся теплопроводность , единицы измерения которой Вт/м*К и теплоемкостью С. Теплоемкость измеряется в единицах Дж/кг*К.

Земля, как природный объект, представляет собой тепловой космический модуль, характеризующийся тепловым полем. Это поле складывается из постоянного внутреннего поля Земли (основное поле) и переменного теплового поля, присущего земным оболочкам (литосфере, гидросфере и атмосфере).

Тепловое поле Земли формируется под действием следующих энергетических процессов:

1. Солнечная энергия (получаемая и переизлучаемая обратно);

2. Геотермическая потеря теплоты;

3. Энергия, теряющаяся при замедлении вращения Земли;

4. Упругая энергия, высвобождающаяся при землетрясениях.

Одним из главных источников современной тепловой энергии в земной коре является радиоактивный распад долгоживущих изотопов. Источником тепла является такой процесс дифференциалами вещества мантии.

Основной характеристикой теплового поля Земли является поток теплоты через земную поверхность, т.е. тепловой поток.

Тепловой поток обозначается Q. Единица измерения Вт/м², формула его определяется уравнением теплопроводности:

, где

- коэффициент теплопроводности (Вт/м*к);

- вертикальный градиент изменения температуры К/м.

Знак «-» указывает на убывание температуры.

Зональность земных недр по распределению теплового потока, изучена недостаточно в силу отсутствия инструментов проникновения вглубь геосфер.

По геотермическим и косвенным данным (термальные воды, излияния раскаленных лав) выделяют в земной толще три характерных термических зоны:

1. Приповерхностная (гелиометрическая). Толщина h = 0,03 км. Температура t зависит от солнечной радиации. Имеет место ярко выраженный суточный, сезонный, годовой и многовековой ход.

2. Нейтральное (слой постоянной температуры). Это тонкий слой постоянной среднегодовой температуры, который в зависимости от температурных поясов находиться на глубинах от 10 до 30-50 м.

3. Геотермические. Это вся нижележащая толща земной коры, мантия и земное ядро. Температура определяется тепловыми источниками Земли.

Исходя из представлений, что ядро состоит из железа, проведены расчеты температуры плавления с учетом давления. Согласно расчетам t на границе мантии и ядра должна быть 3700⁰, а t внутреннего ядра – 5000. Температура внутри Земли интенсивно возрастает до глубины 200 км, после чего ее рост с глубиной замедляется.

Тепловое состояние Земли и закономерности его изменения определяются:

1. энергией космического и солнечного излучения;

2. внутренним теплом земных оболочек.

В связи с этим разделяют тепловые источники внешние (космические) и внутренние (планетарные).

Внешние источники: - солнечная радиация;

- излучение звезд;

- энергия метеоритов, падающих на Землю;

- гравитационное воздействие Луны и Солнца;

Внутренние источники: - дифференциация вещества мантии;

- выделение радиационного тепла, вследствие ядерных реакций;

- химические реакции;

- гидротермальные процессы.

Натурные измерения теплового потока на поверхности Земли выполнены не равномерно. Мало измерений выполненных в Южной Америке, Африке, Антарктиде. На основании выполненных измерений построена карта распределения теплового потока на поверхности Земли. Сделан вывод, что закономерностей изменения теплового потока от континентов к океанам не обнаруживается, притом, что внутри континентальных и океанических областей существует тесная корреляционная зависимость Q и основных геологических структур. На континентах Q _min на щитах, а Q _max в орогенных областях. В океанах, в противоположность к материкам Q _min имеет место на крыльях хребтов и в глубоководных желобах.

Для решения ряда теоретических и практических проблем, связанных с механизмом преобразования солнечной энергии в географической оболочке Земли, определяется так называемый тепловой оболочке Земли. Тепловой баланс (Т.Б.) обычно представляется в виде уравнений, учитывающих все источники поступления и расходования тепла. Первые имеют знак плюс, а вторые – минус.

Наиболее полно к настоящему времени исследован Т.Б. системы земля – атмосфера. Расчеты Т.Б. обычно производят в условных единицах. Например, если количество солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу всей атмосферы принять за 100 усл. ед., то в результате получают, что из этих 100 усл. ед. Земля, как планета рассеивает и отражает в мировое пространство 35 усл. ед., а остальные 65 усл. ед. поглощает.

Расчеты и наблюдения за температурой планеты Земля в целом, земной поверхности и атмосферы в отдельности свидетельствуют о том, что температура в них не превышает каких-либо изменений от года к году, т.к. эти структуры находятся в тепловом равновесии.

Источники поступления тепла:- поглощение солнечной радиации атмосферой и земной поверхностью.

Потеря тепла:- инфракрасное излучение земной поверхности в мировое пространство;- инфракрасная радиация, излучаемая атмосферой в мировое пространство.

Уравнение Т.Б.: Приход = Расход.

При необходимости, составляющие Т.Б., выражают не в условных, а в энергетических единицах.

Если рассматривать Т.Б. отдельных широтных зон, то исследования показывают, что поток, поглощаемой атмосферой и земной поверхностью солнечной радиации быстро уменьшается от экватора к полюсу. Это связано с уменьшением полуденной высоты Солнца от экватора к полюсам.

Наряду с солнечной радиацией некоторую роль в Т.Б. играет длинноволновая радиация атмосферы и земной поверхности. Она убывает от экватора к полюсам с меньшей интенсивность. Это приводит к тому, что в тропических широтах создается избыток тепла, а в полярных широтах его потеря. Вследствие этого следует предполагать об избыточном притоке тепла и его возрастании от года к году в приэкваториальных зонах и постепенном понижении тепла в умеренных и приполярных зонах. Но этого не происходит, поскольку атмосфера является своего рода тепловой машиной, КПД (коэффициент полезного действия). «Атмосферы» прямо пропорционален разности температур между нагревателем (экватором) и «холодильником» (полюсами). По ориентировочным оценкам он (КПД) равен 2%.

Это значит, что эти 2% поглощаемых Землей солнечной радиации превращается в кинетическую энергии ветра. Перенос тепла от экватора к полюсам оценивают в основном циклоны и антициклоны, притом, что из количества избыточного тепла переносится его 90%. Остальные 10% переносятся водой.

Морские течения – это своего рода водяное отопление планеты Земля. Теплые течения обогревают высокоширотные области, а холодные – охлаждают жаркие тропические области.

Таким образом, атмосферная циркуляция и морские течения стремятся выровнять температуры между экватором и полюсами, а солнечная радиация, наоборот, увеличить ее (температуру). Оба процесса очень изменчивы, поэтому равновесие между ними пульсирующее. Изменение их длительности вызывает изменение климата планеты Земля.

Следует дополнительно отметить, что в атмосфере «работают» и «тепловые машины» второго рода, которые возникают (обуславливаются) контрастом температур между океанами и сушей. (В отличие от суши океана обладают огромной теплоемкостью и их нагрев, и охлаждение более медленные). Тепловые машины второго рода работают по циклам зима – лето. Т.е. зимой океаны нагреватели, а континенты «холодильники», летом наоборот. Движение воздуха, вызываемое тепловыми машинами 2-го рода, осуществляется в форме муссонов. Последние представляет собой преобладающие ветры, дующие у поверхности Земли зимой с материка на океан, а летом – с океана на материк. Тепловые машины 2-го рода по мере приближения к океану смягчают земную стужу и уменьшают летнюю жару, а по мере приближения к материкам климат становится более континентальным.

Общая характеристика температурного (теплового) поля Земли складывается из температурного режима ее недр и поверхности вследствие превращения в тепловую энергию других видов энергии (солнечной, радиоактивного распада, вулканической деятельности, гравитационного сжатия, приливного трения и др.). Природа и мощность источников тепла, механизм его переноса через горные породы определяется тепловым потоком Q.

На больших глубинах передача тепла осуществляется за счет излучения нагретого вещества недр и конвекции. Ближе к поверхности наряду с конвекцией при переносе тепла влияет молекулярная теплопроводность.

Наряду с региональным тепловым потоком из недр существуют локальные тепловые потоки (циркуляция подземных вод, влияние многолетнемерзлых пород и др.). К локальным тепловым потокам следует отнести и тепловые потоки от температурных техногенных полей. К ним относятся источники теплового загрязнения (горячие цеха, подземные газоходы и теплотрассы, сбросы горячих технологических вод и др.). Концентрация техногенных тепловых источников, в частности под городами и поселками, приводит к формированию тепловых куполов.

В целом, техногенные температурные поля охватывают своим влиянием примерно 5-10 % всей территории суши. В соответствии с этим определенным образом «изменяют свой ритм» тепловые машины 2-го рода.

Лекция № 7

Тема: «Сейсмоволновое (сейсмоакустическое) поле Земли»

Сейсмоволновое поле – это материальная среда упругого взаимодействия природных объектов от микро- (соударение элементарных частиц) до макроуровней (соударение метеоритов с Землей). Механическое взаимодействие природных объектов обуславливает существование механических напряжений. В результате последних происходят деформации и, как следствие, смещение частиц среды в направлении действия силы F. Если частицы жестко связаны между собой, то смещение одной частицы вызывает смещение другой (принцип домино). Происходит распространение упругой деформации с некоторой скоростью.

В общем случае сейсмоволновое поле описывается дифференциальным уравнением 2-го порядка:

, где (1)

U – звуковой потенциал сейсмоволнового поля;

t – время;

V – скорость распространения продольной волны в породе;

х – координата смещения частиц.

Волновое уравнение (1) получается (выводится) на основе:

1) 2-го закона Ньютона:

F = a * m, где F – сила действующая на массу m

с ускорением a и

2) закона Гука: P_x = E * e_x, где P_x – приложенное напряжение, e_x – деформация, E – модуль упругости (модуль Юнга).

E = , где - плотность.

Для полного определения распространения упругих колебаний в среде необходимо знать начальные и граничные условия.

Деформации, возникающие в природных средах под действием механических напряжений, вызывают различные по своей природе волны: продольные (Р) и поперечные (S). Р – волны – волны растяжения – сжатия. S – волны – волны сдвига (колебания в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны).

На свободной поверхности возникает особый вид колебаний, называемый поверхностными волнами (волны Релея и Лява).

При изучении распространения сейсмических волны пользуются принципами лучевого приближения. Он обоснован Гюйгенсом и заключается в том, что траектории лучей всюду перпендикулярны к фронту волны. Следовательно, в однородной среде эти лучи представляют собой прямые линии, а в неоднородной среде будут искривлены.

На основе принципов лучевого приближения (геометрической сейсмики) можно получать графики зависимости времени прихода волн t от расстояния х, отсчитываемого от пункта возбуждения волн. Такие графики называются годографами. Их строят для основных групп волн, отличающихся по способу распространения в среде. Это волны: 1) отраженные (отразившиеся от границ между слоями с различной акустической жесткостью, которая является произведением плотности на значение скорости распространения упругих волн в той или иной среде), 2) преломленные или головные (образовавшиеся на границах между низкоскоростным слоем сверху и высокоскоростным слоем снизу), 3) рефрагированные (возникающие в средах, где происходит увеличение скорости с глубиной). Годографы перечисленных групп волн имеют следующий вид.

Сейсмоволновое поле Земли в отличие от гравитационного, магнитного, теплового, являющимися преимущественно стационарными, относится к динамическим переменным полям, при… полям неравномерно – пульсирующим. По своей природе это поле близко к переменным электромагнитным полям Земли. Поэтому правильно говорить о пульсирующих сейсмоакустических полях. Последние в сейсмометрии, как и в электрометрии, разделяются на естественные, включая шумовые, и искусственные.

Из естественных сейсмоволновых полей наиболее частыми и значимыми являются упругие поля землетрясений.

Под землетрясением понимают процесс, при котором выделяется энергия в виде упругих колебаний. Область локализации максимальной энергии упругих колебаний называется очагом землетрясения или его гипоцентром. Он обозначается буквой Y, а радиальная проекция этого гипоцентра на поверхность Земли есть эпицентр А.

От Y расходятся продольные и поперечные волны, а от А поверхностные волны Лява и Релея.

Зоны землетрясений распределены по земному шару неравномерно и приурочены к активным региональным разломам или связаны с резкой сменой физических параметров земной коры и мантии. На таких границах образуются объемные (отраженные и преломленные) и обменные (переход продольной волны в поперечную и наоборот) волны.

Различные по энергии землетрясения оцениваются по показателю, называемому магнитудой М.

, где

а и а₀ – амплитуды колебаний: а – в точке наблюдения, а₀ – стандартная (отклонение в 1 мк на 100 км), - эпицентральное расстояние.

После каждого землетрясения образуются упругие волны с частотами f = 0,01 – 10 Гц. Дальность распространения зависит от h, интенсивности землетрясения, поглощающих свойств среды.

Различают землетрясения:

а) Неглубокие. h 30-70 км. Причина образование связана с разрядкой напряжений в результате деформаций земной коры.

б) Промежуточные. h 70-300 км. Причина образования, по всей видимости, связана с перенапряжениями при перемещении блоков земной коры.

в) Глубокие. h 300-700 км. Причина образования связана с неустойчивым состоянием вещества в астеносфере и дифференциацией вещества в мантии Земли.

«Спусковым механизмом» для перечисленных групп землетрясений является пульсационная активность Солнца (в частности, замечена 22-х летняя периодичность).

Количество землетрясений в год около 800 тыс. При сильных землетрясениях возникают собственные колебания Земли, которая подобно колоколу излучает сверхинфрачастотные колебания с частотой менее 0,001 Гц. Поэтому поле упругих (сейсмических) колебаний существует в Земле практически постоянно. Изучение ахаров, Н.В. Шаров

Лекция № 8

Тема: «Радиационное поле Земли»

1. Краткая теория и общие сведения о радиоактивности

Различают естественную и наведенную (искусственно созданную) радиоактивность.

Естественная радиоактивность – это физико-химический процесс самопроизвольного распада неустойчивых ядер атомов, подчиняющийся определенному статистическому закону. Процесс сопровождается:

1. изменением строения, состава, энергией ядер;

2. испусканием квантов;

3. выделением радиогенного тепла;

4. ионизацией (превращением атомов и молекул в ионы) газов, жидкостей и твердых тел.

Радиоактивному распаду подвергается достаточно большое количество химических элементов, в основном с порядковым номером в таблице Менделеева большим 82. Известно более 230 радиоактивных изотопов (ядра атомов различным числом нейтронов). Однако основной вклад в естественную радиоактивность вносят три радиоактивных элемента U, U (уран), Th (торий) и К (калий). Они находятся в горных породах и других природных объектах в виде изоморфных примесей и самостоятельных минералов. Их вклад следующий: К 60%, U 30%, Th 10%. Интенсивность естественного -излучения Y у этих элементов наибольшая у К и наибольшая у Th. Излучение происходит у них при различных энергиях.

Е_К = 1,46 МэВ

Е_U = 1,76 МэВ

Е_Th = 2,42 МэВ

Следует отметить, что -излучение имеет наибольшее значение при формировании естественной радиоактивности, поскольку при взаимодействии с веществом испытывают сильное ?............... взаимодействие и обладают очень малой проникающей способностью. , например, задерживаются обычным листом бумаги, - тонкой свинцовой пленкой.

Закон радиоактивного распада выражается формулой:

, где

dN – число распадающихся ядер из общего количества N за время dt, - постоянная распада. связана с другой единицей Т_1/2 – периодом полураспада соотношением:

Т_1/2 = .

Закон радиоактивного распада описывает последовательное превращение одних элементов в другие и заканчивается образованием устойчивых нерадиоактивных изотопов. Основными являются ряды U и Th. Они включают до 15 – 18 изотопов конечный продукт – радиогенный свинец.

Родоначальники радиоактивных семейств (U, Th) относятся к долгоживущим элементом. У них Т_1/2 > 10⁸лет. В состав семейств урана входят радий (Ra) с Т_1/2 = 1620 лет и радиоактивный газ радон (Rn) с Т_1/2 = 3,82 суток.

При распаде радиоактивных элементов в радиоактивных рядах возникает состояние радиоактивного равновесия:

Калий ( К) относится к одиночным радионуклидам, у которых радиоактивный распад ограничивается одним актом превращений.

Наведенная (искусственная) радиоактивность преимущественно связана с гамма- и нейтронным излучением.

кванты – электронейтральные частицы, имеющие более высокую проникающую способность, нежели заряженные . Они представляют собой поток электромагнитного излучения очень высокой частоты (f > 10¹⁸ Гц). Проникающая способность квантов в воздухе достигает нескольких сотен метров. В природных объектах, в том числе в горных породах, излучение резко ослабляется вследствие процессов фотоэффекта, комптон-эффекта, образования электрон-позитронных пар. Перечисленные процессы происходят при различных энергиях.

Главное значение имеет комптон-эффект. В этом диапазоне энергий интенсивность рассеянного гамма-излучения (Y ) зависит от плотности среды. Чем больше плотность, тем меньше Y _.

Нейтронное излучение – возникает при ядерных реакциях. Нейтроны, как и кванты, являются электронейтральными частицами и обладают наибольшей проникающей способностью из всех видов излучений. Нейтроны возникают при взаимодействии с ядрами легких элементов (бериллий, бор и др.)

Нейтроны по энергетическому спектру (Е = 10⁷ – 10^-3 эВ) разделяются на группы: быстрые промежуточные медленные резонансные надтепловые тепловые холодные.

При взаимодействии нейтронов с природными объектами разделяются по времени два основных процесса:

1. замедление быстрых нейтронов (t < 10^-2c);

2. диффузия тепловых нейтронов (t > 1 c).

Оба процесса сопровождаются ядерными реакциями n-n, n- и др. типов. Происходит испускание и вновь образованных нейтронов и квантов (вторичное излучение).

2. Характеристика радиационного поля Земли

Поле ионизирующих излучений (поле естественной радиоактивности) присуще Земле, как космическому объекту. Его проявление на поверхности Земли играет в экологии большую роль.

Суммарное радиационное поле Земли складывается из:

1. космического излучения;

2. радиоактивного распада элементов земной коры;

3. дегазации вследствие выхода на поверхность радиоактивных газов (радон Rn, торий Th).

В результате на дневной поверхности формируется радиационный фон. В этом фоне доля космического излучения около 50% и составляет 3-6 мкР, с увеличением высоты космический радиационный фон возрастает в среднем на 1,5 мкР на каждый километр отметки рельефа местности. Остальная доля радиационного фона приходится на естественную радиоактивность горных пород. При этом радиоактивность этих пород неодинакова. Средними (нормальными) по радиоактивности считаются природные объекты, в которых кларковые содержание не превышает 2,5 (2,5 г/т). Повышенная радиоактивность обуславливается наличием урана с соответствующим образованием радиоактивных газов (радона и тория). Тысячная доля содержания урана в общей массе создает радиоактивность в 5 мкР/час. Радиоактивный фон повышается и в участках земной коры, содержащих кроме урана и тория, калия, концентрация которого в земной коре превышает более чем в 2000 раз концентрацию тория и более чем в 10000 раз концентрацию урана.

Наиболее радиоактивными породами являются граниты, гнейсы, вулканические туфы, фосфориты. Содержание урана и тория здесь достигает до 100 кларков и более. Повышенная радиоактивность проявляется и в зонах тектонических нарушений, особенно в крупных разломах. Это связано с ?................. радона.

Радиоактивность непосредственно в недрах литосферы (в ее верхних слоях), а также на более глубоких горизонтах зависит от содержания в горных породах радиоактивных элементов. Радиационный фон в шахтах небольшой и преимущественно составляет 4-6 мкР/час. Это же относится к радиоактивности природных вод и газов. В большинстве случаев они не радиоактивны. Исключение составляют подземные воды радиоактивных месторождений, а также воды сульфатно-бариевого и хлористо-кальциевого составов.