Echilibrul energetic al pământului

Activitatea tectonică a Pământului este determinată în totalitate numai de procesele energetice care se dezvoltă în mantaua sa. Influența asupra activității tectonice a radiației solare sau a decăderii elementelor radioactive în crusta continentală poate fi neglijată, deoarece căldura eliberată în acest caz trece în radiația termică a Pământului și este împrăștiată în spațiu. Prin urmare, balanța energetică a Pământului, care controlează activitatea tectonică după formarea sa, este determinată de o relație simplă: pierderea adâncă a căldurii a Pământului sunt egale cu rata de generare totală din manta a energiei gravitaționale, radiogene și de maree minus rata de schimbare în rezerva termică a Pământului . În cazul echilibrului termic, rezervele de căldură ale Pământului rămâne constantă, iar rata de schimbare este zero; când Pământul se încălzește, rezerva de căldură crește, iar pe răcire, dimpotrivă, scade. În acest caz, balanța energetică a Pământului poate fi exprimată prin relații simple: în formă integrală

Formula 18. Echilibrul energetic al Pământului

unde W0 este căldura inițială a pământului.

Modernul sensul fluxului termic profund ușor de găsit prin scăderea căldura totală a Pământului (4,3 × 20 octombrie erg / s) viteza generării de energie radiogen în scoarța continentală (0,91 × 20 octombrie erg / s). În consecință, pierderile curente de căldură adâncă sunt egale cu Q = 3.39 × 10 20 erg / s. Acestea sunt compuse din generația totală din mantaua energiei gravitaționale, radiogene și de maree E și o eventuală adăugare datorată unei modificări a rezervei de căldură a Pământului W, adică încălzirea suplimentară care se întâmplă acum sau, dimpotrivă, răcirea interiorului pământului. Posibila modificare a schimba rezerva de căldură Pământului este mic, iar în primă aproximație, putem pune egal cu zero. Cu toate acestea, având în vedere valorile indicate mai sus energia gravitațională, radiogenic mareelor lansat în manta până în prezent (E = 16,85 × 10 37 + 3,11 x 10 37 10 + 2,24 x 37 = 22,2 × 10 37 erg ), precum și fluxul de căldură cu adâncime totală E = 3.39 × 10 20 erg / s, este posibil să se determine că corecția pentru modificarea curentă a rezervei de căldură a Pământului este E = -0,27 × 10 20 erg / sec. Aceasta înseamnă că după supraîncălzirea arheologică a mantalei superioare, așa cum sa menționat deja mai sus, Pământul a continuat să se răcească ușor. Luând în considerare acest lucru, este acum posibil să determinăm generarea totală a energiei în interiorul adânc - ajunge la E = 3.12 × 10 20 erg / s.

Dintre cele trei procese energetice principale discutate mai sus, două (dezintegrarea elementelor radioactive și a interacțiunilor mareelor cu Luna) permit Modelul adoptat în mod direct pentru a determina contribuția lor la energia Pământului ca și pentru energia totală și viteza de generare a acesteia de-a lungul istoriei de dezvoltare a Pământului ( (Vezi figura 53). Valorile actuale ale ratei de generare în mantaua energiei radiogene și a mareelor sunt, respectiv, 0,34 × 10 20 și 0,02 × 10 20 erg / s. Apoi, prin starea balanței energetice, constatăm că generarea energiei diferențierii gravitaționale a Pământului, în termeni de căldură, este aproximativ egală cu 2,76 x 10 20 erg / s.

Figura 53. Rata de eliberare a energiei în Pământ:
1 - gravitațional; 2 - radiogenic; 3 - maree; 4 - E energie totală (energie de vârf rata de eliberare în timp 2.6 Ga urmă corespunde formării miezului Pământului).

În plus față de condițiile de echilibru a energiei diferențiale a Pământului poate fi formulată și forma integrată: pierderile totale de căldură egală cu energia totală a Pământului în interiorul său generează mai puțin rezerve căldură increment totală a pământului din momentul formării sale (18). Calculați alocarea de energie pe Pământ în conformitate cu modelele adoptate ale generației sale nu este dificilă. Din distribuția densității și a temperaturii în Pământul Tânăr (vezi Tabelul 4), este posibil să se determine rezervele inițiale de căldură ale Pământului primar. Era egal cu 7,12 × 10 37 ergs. Având în vedere acum generarea de energie și a mareelor radiogenică în Katarchean, gestionarea si calcularea rezervei de căldură Pământului și turn Katarchean archean - 9,29 × 10 37 ERG. Distribuțiile de densitate din lume la capătul archean (vezi. Fig. 41), inclusiv energia totală endogen eliberată în archean poate determina că turn archean și rezerva de căldură Proterozoic Pământ a crescut la 16,74 x 10 37 erg. Căldura pământului modern, judecând după datele din Tabelul. 2, sa dovedit a fi ceva mai mici - 10 x 37 15,9 erg ca Pământul, așa cum sa menționat mai sus, continuă să se răcească după supraîncălzirea manta Archaean asociată unui eveniment catastrofal care formează miezul Pământului.

Formula 18. Echilibrul energetic al Pământului

Tabelul 4. Distribuția densității, temperaturii, presiunii și accelerației gravitației la un tânăr Pământ
La calculul distribuțiilor densității, gravitației și presiunii, a fost folosită masa Pământului M = 5.977 x 10 27 g, în timp ce momentul nemaiîntâlnit de inerție al Pământului J sferic a fost 0.374.

Densitate, g / cm3

Figura 41. Distribuția densității în Pământ:
1 - pe Pământul primar; 2 - în Arheenul târziu, chiar înainte de formarea nucleului Pământului; 3 - după formarea nucleului la sfârșitul arheianului; 4 - în Pământul modern.

În primă aproximație, putem presupune că în procesul de încălzirea pământului și Katarchean Archaean crește rezerva de căldură este proporțională cu cantitatea de energie generată în interiorul pământului, iar la răcirea acestuia după archean - răcire exponențial un corp încălzit. În acest caz, pierderea de căldură a Pământului se găsește ușor prin scăderea creșterii totale a rezervelor sale de căldură de la valorile energiei totale eliberate în interiorul pământului la un moment dat în timp. Rezultatele acestui calcul sunt prezentate în Fig. 54 și în fig. 55 prezintă curbele formei diferențiale a balanței energetice a Pământului.

Figura 54. Forma integrală a balanței energetice a Pământului:
1 - energia totală eliberată pe Pământ (fără a ține seama de energia mareelor împrăștiate în mările și oceanele Pământului); 2 - energia totală eliberată în mantaua E a Pământului; 3 - rezerva de căldură a Pământului W; 4 - pierderile totale de căldură ale Pământului; 5 - pierderea de căldură a mantalei Q. Diferența dintre curbele 1 și 2 și, de asemenea, 4 și 5 determină cantitatea de energie radiogenică eliberată în crusta continentală.

Figura 55. Forma diferențială a balanței energetice a Pământului:
1 - rata totală de eliberare a energiei endogene în mantaua Pământului E m; 2 - valoarea totală a fluxului de căldură adânc (manta) Q m; 3 - rata de schimbare în rezerva termică a Pământului W ; (vârful ratei totale de eliberare a energiei endogene într-un moment de acum 2,6 miliarde de ani corespunde momentului formării nucleului Pământului).

Așa cum se poate observa din graficele date, în stadiile incipiente ale existenței Pământului, energia mareelor domină energia sa, iar din arcaie domină numai energia gravitațională. Energia radiologică, în special cea dispersată în mantaua, în ciuda opiniei larg răspândite, practic nu a determinat niciodată regimul energetic al dezvoltării Pământului. Aceasta este o concluzie foarte importantă a geologiei teoretice, iar acum este imposibil să ținem seama de aceasta. Generarea de energie totală în Katarchean aproximativ egală cu 3,2 x 10 37 erg pierdere de căldură Pământ în același timp, sunt relativ scăzute - aproximativ 1,03 × 10 37 erg, în timp ce rezerva de căldură a hadean Pământului a crescut la 2,17 × 10 37 erg ( de la 7,12 × 10 37 erg cu formarea Pământului la 9,29 × 10 37 erg, cu aproximativ 4,0 miliarde de ani în urmă).

În epoca arheană a celei mai mari activități tectonice a Pământului, în mantaua sa a fost eliberată energia termică de 14,15 × 10 37. Din această energie, o parte oarecum mai mare de 7,45 × 10 37 erg a fost folosită pentru încălzirea suplimentară a Pământului, iar 6,7 x 10 37 erg a fost emisă în spațiul cosmic. Până la sfârșitul Arhanghelului, rezerva de căldură a Pământului a crescut la 16,74 × 10 37 erg. Procesele energetice cele mai intensive dezvoltate la sfârșitul archean, atunci când centura de inel ecuatorială a activității tectonice a Pământului sa extins la latitudini moderate și chiar mari. Generarea de energie endogene cu cea mai mare viteză atins 88,85 × 20 octombrie erg / s și aproape depășește 28,5 ori mai mare decât nivelul actual de generare de energie, au avut loc aproximativ 2,6 Ga în urmă, atunci când a finalizat formarea miezului Pământului. Trebuie remarcat aici faptul că creșterea bruscă a energiei mareelor lunar, în cea mai mare parte timpurie archean împrăștiate în bazinele marine de mică adâncime timpurie archean și deci are un efect redus asupra eliberării energiei endogene. radiație de căldură geotermală, la sfârșitul pământului archean aproximativ 2,7 Ga acum a ajuns la 48,33 × 10 februarie erg / s, care este mai mult de 14 ori mai mare decât adâncimea totală a fluxului termic ajunge la mantaua de suprafață moderne: 3,39 × 20 octombrie erg / sec.

În procesele proterozoice și fanerozoice, procesele energetice endogene au evoluat mult mai calm. Deci, pentru tot acest timp, începând cu 2,6 x 10 9 ani în urmă până în prezent, în măruntaiele (energia radiogenică cu excepția generată în scoarța continentală) Pământul a alocat aproximativ 4,85 × 10 37 de căldură ERG din principalele surse ale adâncuri energie și aproximativ 0,84 × 10 37 erg datorită răcirii post-arheale a Pământului și numai 5,69 × 10 37 ergs. Toată această energie a fost pierdută odată cu radiația termică a Pământului, care, la începutul Proterozoicului timpuriu, a ajuns la 10,33 × 10 20 erg / s, adică mai mult de trei ori nivelul actual (3,39 × 10 20 erg / s).

Echilibrul energetic al pământului

informaţii:

Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: