Тепловой поток

Данные о параметрах теплового поля континентальной и океанической частей территории России получены по скважинам, наибольшая плотность которых приходится на территории Приволжского, Южного, Сибирского федеральных округов. Величина плотности теплового потока с единицы площади определяется произведением градиента температуры на коэффициент теплопроводности.

Тепловое состояние Земли и распределение температуры в ее недрах изучает геотермия. Вопрос о распределении температуры тесно связан с распределением источников тепла в глубинах Земли. Температура вместе с давлением являются важнейшими параметрами земных недр, так как задание температуры и давления определяет состояние вещества. Многие свойства вещества земных недр (теплопроводность, электропроводность, вязкость, диссипативная функция, предел текучести горных пород и другие параметры) в значительной степени зависят от температуры на данной глубине.

То, что температура земных недр высока, было известно давно. Об этом свидетельствовали вулканические извержения и рост температуры при погружении в глубокие шахты. Скорость возрастания температуры с глубиной носит в геофизике название геотермического градиента. Второй геотермической величиной, которая может быть определена экспериментально, является тепловой поток из земных недр.

Возможными источниками тепла внутри земли, создающими современный тепловой поток и относительно высокие температуры в недрах Земли, по современным представлениям являются долгоживущие и короткоживущие радиоактивные изотопы, тепло, запасенное при образовании Земли и преобразованная в тепло энергия вращения Земли, а также изменение гравитационной энергии и энергии напряжений при образовании ядра на начальном этапе формирования Земли.

Оценки этих энергетических состояний таковы: начальная температура Земли при ее возникновении и газопылевого протопланетного облака ~1000°С; энергия гравитационной дифференциации первичной однородной Земли на железное ядро и силикатную мантию и кору ~2500°С. Энергия радиоактивного распада, оценивается параметром тепловыделения в Земле на единицу массы, равным 4·10-8 (кал/г год). Это указывает на то, что в настоящее время Земля находится в стационарном состоянии – она теряет столько же тепла, сколько в ней образуется из-за радиоактивного распада.

Тепловой режим глубинных недр Земли обуславливает существование глобальных аномалий Земли, проявляющихся в гравитационном и магнитном полях. Накопление, а затем и периодический вынос порций глубинного тепла резко меняют не только реологические свойства, но и объем, плотность и намагниченность горных пород за счет их плавления и перехода в аморфное состояние. Затем физические свойства на стадиях последующей кристаллизации горных пород изменяются.

Изучение теплового потока Земли имеет важное значение для решения прикладных и теоретических задач геологии: анализа энергетического состояния литосферы, выяснения природы геофизических аномалий, прогноза землетрясений, исследования условий формирования месторождений полезных ископаемых и др. Практически все известные в настоящее время эндогенные процессы сопровождаются выделением или поглощением тепла, что делает тепловое поле универсальным индикатором геологических явлений и связанных с ними физических полей.