Меню

Что такое тепловой режим земли

Тепловой режим Земли.

Поверхность Земли получает тепло от Солнца. Количество энергии, приносимое в I минуту лучами Солнца на I см 2 поверхности, постав­ленной перпендикулярно к ним (за пределами земной атмосферы), называется солнечной постоянной и равно 8.12 Дж. Всего в год Земля получает от Солнца. около 4,137х10 24 Дж, что составляет 99,5% всей энергии, поступающей в земную кору. За счет солнечного тепла прогреваются только самые верхние слои земной коры на глубину от 2 м на экваторе до 25 м в пустынях. Вторым источником является энергия распада радиоактивных веществ в недрах планеты. Температурный режим земной коры определяетсяне только поступлением тепла из двух источников, но и климатическими особеннос­тями местности.

В верхней частиземной корм выделяют три зоны: сезонных ко­лебаний температуры, ее постоянства и нарастания температур (рис.2.2.).

Рис. 2.2. Схема распределения температуры в земной коре в области умеренного климата: 1 — поверхность Земли; 2 – подошва слоя сезонного промерзания; 3 – зона сезонных изменения температуры; 4 – зона с постоянной температурой; 5 – зона нарастания температуры; а – кривая температуры зимой; б — кривая температуры летом.

Изменение температур в зонесезонных колебаний определяется климатичес­кими условиями местности. Для средних широт харак­терна кривая «а» /летний период/ и кривая «б» /зимний период/.

В зимний период обра­зуется зона сезонного промерзания грунтов. Мощность ее зависит от климата, ти­па горных пород и других факторов и колеблется от нескольких сантиметров до 3 м и более.

В районах с умеренно теплым климатом зона се­зонных изменений темпера­туры характеризуется толь­ко кривой «а». По мере углубления в недраЗемли влияние суточных и сезонных колебаний температу­ры уменьшается и на глубине, примерно, 15 — 40 м находится зона постоянной температуры, равная среднегодовой температуре для данной местности. В северном полушарии она равна + 15,5°С, а в южном + 13,6°С.

В пределах зоны 5 температура с глубиной возрастает. Вели­чина нарастания температуры на каждые 100 м глубины называется геотермическим градиентом, а глубина, при которой температура повышается на один градус, называется геотермической ступенью. Средняя величина этой ступени составляет 33 м. В районах вулканической деятельности , где в недрах земли располагаются участки расплавленной магмы, величина геотермической ступени уменьшается до 5-7 м.

На территории Баку, например, она составляет 26 м, в Донбассе от 28 до 33 м, Харькове — 37,7м, Москве – З8,4 м и т.д.

Исследования последних лет показали, что на глубине 1000 м породы имеют различную температуру. Так, в Кривом Роге она составляет + 19,5°С, в Грозном около 9,7°С, в Москве на глубине 1630 м температура достигает + 41°С.

Закономерное нарастание температуры справедливо лишь до некоторой глубину. Нижеэтого уровня закономерность изменения температуры изучена еще недостаточно. О температуре глубо­ких зон земной корм в верхней мантии можно судить по темпера­туре лав вулканов. Она примерно равна +1500° С.

Источник

Тепловой режим Земли

Тепловой режим Земли — совокупность факторов, определяющих распределение температур и тепловых потоков на планете Земля.

Содержание

Общая характеристика

Солнечная энергия

Общие данные

Солнце является источником тепла и света на Земле. Оно излучает в мировое пространство громадное количество энергии, часть которой перехватывает земля. Количество тепла, даваемое солнцем, достаточно для того, чтобы расплавить ежегодно слой льда мощностью в 36 м, покрывающий всю земную поверхность при t = 0°. Другие источники энергии ничтожны. Луна и звёзды нам посылают очень мало тепла. Собственная теплота земли оказывает ничтожное действие на температуру земной поверхности и прилегающих слоёв атмосферы. 1 кв. см земной поверхности получает благодаря ей только 54 м кал в год, что составляет около 1/5000 доли тепла, посылаемого солнцем. Нагревание Земли, следовательно, происходит, главным образом, от Солнца.

Физическое описание солнечной энергии

Вся совокупность солнечной энергии (от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей), посылаемой солнцем, называется солнечной радиацией. Общее количество тепла, полученного от солнца в 1 минуту 1 кв. см вычерненной поверхности, поставленной перпендикулярно (нормально) к солнечным лучам, называется напряжением солнечной радиации. Оно выражается в малых калориях и обозначается буквой I. Величина инсоляции, то есть того количества теплоты и света, которое получается от солнца в единицу времени, например в одну минуту, единицей поверхности, измеряется особыми приборами — актинометрами. и пиргелиометрами. Интенсивность инсоляции изменяется в зависимости от следующих условий. Во-первых, она зависит от расстояния земли от солнца. Как известно из физики, напряжение лучистой энергии изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника света и тепла.

Читайте также:  Что можно сделать с землей паями

Во-вторых, величина инсоляции зависит от угла падения лучей и прямо пропорциональна синусу угла, составляемого падающим лучом с поверхностью земли. Чем ближе этот угол к прямому, тем больше лучи дают тепла и света. Если пучок лучей падает вертикально, то он дает максимум тепла и света, а если горизонтально, то он совсем не дает тепла. Количество тепла, получаемое 1 кв. см горизонтальной поверхности, на основании законов физики, равно количеству тепла, получаемому 1 кв. см поверхности, направленной перпендикулярно к лучам, умноженному на синус угла, образованного лучами с горизонтальной поверхностью. Третьим фактором является продолжительность нагревания. Два последних фактора имеют особенно большое значение. В разных местах и в различные времена года определялась величина солнечной инсоляции, и из этих определений попытались вывести и величину солнечной постоянной, то есть количества энергии, получаемой в минуту при вертикальном падении лучей 1 кв. см черной поверхности, находящейся за пределами атмосферы, то есть когда лучи совершенно не задерживаются последней. Долгое время принималось определение Лангдея, который вычислил, что солнечная постоянная равняется 3 м кал (м. кал — количество тепла, потребное для нагревания 1 г воды на 1°). За последние годы точные наблюдения американских астрофизиков и других ученых в разных странах показали, что солнечная постоянная в среднем равна 1,94 м кал/кв. см мин. Эта солнечная постоянная однако, не остается постоянной и изменяется, во-первых, в связи с изменением расстояния земли от солнца и, во-вторых, в связи с колебаниями в самой радиации, испускаемой солнцем. Во время наименьшего расстояния земли от солнца (около 147 млн км) приток солнечной энергии на внешнюю границу атмосферы должен быть на 6,7 % больше, чем в момент наибольшего удаления (около 152 млн км). Что касается второй причины, влияющей на колебания величины солнечной постоянной, то замечено, что в годы с большим количеством солнечных пятен, когда поверхность солнца находится в наиболее деятельном состоянии, солнечная постоянная увеличивается приблизительно на 2 % по сравнению с годами минимального развития пятен.

Bходя в атмосферу, солнечная радиация частью поглощается и рассеивается, так что до поверхности земли достигает только оставшаяся часть. Когда солнце находится в зените, путь солнечной радиации через атмосферу наиболее короткий. Коэффициент прозрачности уменьшается при увеличении содержания в воздухе пыли, водяного пара (абсолютной влажности) и углекислого газа. Так как зимой меньше пыли и вследствие низкой температуры абсолютная влажность мала, то прозрачность воздуха больше, чем летом. У земной поверхности различают прямую солнечную радиацию и рассеянную. Рассмотренные выше формулы относятся к прямой солнечной радиации. Чем ниже солнце и, следовательно, длиннее путь солнечной радиации в атмосфере, тем больше рассеивается лучей. В пасмурную погоду в тени мы имеем дело с рассеянной солнечной радиацией. При этом нужно не забывать, что к ней всегда прибавляется лучеиспускание облаков и окружающих предметов (невидимая инфракрасная тепловая радиация).

Величина инсоляции претерпевает как суточное изменение, так годовое: изменение суточное происходит от вращения земли вокруг оси причем понятно, что при восходе солнца лучи его падают сначала в плоскости горизонта, а потом, когда солнце поднимается все выше и выше над горизонтом, то и лучи его падают под большим и большим углом, и вследствие этого инсоляция возрастает до 12 часов пня, а затем начинает уменьшаться. Кроме суточной периодичности, существует еще годовая, так как, кроме вращения вокруг своей оси, земля движется еще вокруг солнца, причем ось земли поставлена нe вертикально по отношению к эклиптике (то есть пути, по которому движется земля), а наклонно под углом в 66°33′.

Читайте также:  Учет кривизны земли при геодезических работах

Энергия подземных источников

Общие данные

Оценка температуры в недрах Земли

Тепловой поток зависит от градиента температуры. Если он положительный, то есть недра Земли излучают тепло, то температура должна повышаться с глубиной. Конечно, если исключить влияние локальной температуры поверхности, связанной, например, с солнечным теплом. Рост температуры с глубиной особенно ясно ощущается при бурении. Среднее значение геотермического градиента равно 20 С/км. Конечно, геотермический градиент зависит от местных условий. Температуру внутри Земли можно оценить из следующих соображений. Если предположить, что температурный градиент (не температура) не возрастает с глубиной, то на глубине 100 км температура не должна превосходить 2000 °C. Более точно для этих глубин определяют температуру по очагам вулканов, которая составляет приблизительно 1200 °C. Как известно по лабораторным исследованиям и данным сейсмологии, на глубинах 400 км происходят фазовые переходы минералов — , а температура этих переходов 160050 °C.

Поскольку мантия Земли по отношению к сейсмическим волнам ведет себя как твердое тело, то за верхний предел температуры обычно берут границу температур плавления. Температура плавления силикатов, составляющим мантию, на границе ядро-мантия, составляет приблизительно 5000К при давлении 1,4 млн бар. Земное ядро находится в расплавленном состоянии. Оно, в основном, состоит из железа, температура плавления которого при давлении 1,4 млн бар составляет 4600 К. Температуру в центре ядра Земли оценивают в 6000 К.

Тепловой поток определяют как на суше, так и на море. Измерения показали, что величина теплового потока зависит от геологии региона. В наиболее древних регионах, например, на докембрийских щитах тепловой поток составляет 0.92 мккал/смс, а в вулканических областях, исключая геотермальные районы, 2,16 мккал/смс. На океанах наибольший тепловой поток наблюдается на подводных хребтах, а наименьший — в глубоководных желобах. Неразгаданная тайна Одной из загадок природы геофизики считают приблизительное равенство тепловых потоков на океанах и континентах, хотя толщины земной коры отличаются значительно. Среднее значение теплового потока на континентах составляет 1,55, а на океанах 1,50 мккал в секунду с квадратного сантиметра. Существует несколько гипотез, объясняющих это явление. Объясняют либо степенью дифференциации радиоактивных элементов либо конвекцией в верхней мантии. Хотя до конца этот вопрос остается не изученным.

Источник

Тепловой режим Земли

Изменения температуры горных пород с глубиной, а для поверхностных гори- зонтов и во времени рассматриваются как тепловой режим Земли. Источникамитепла являются солнечная радиация (внешний источник тепла) и теплота, выносимая к поверхности из недр земли и включающая в себя несколько источников энергии (внутренний источник тепла). В недрах Земли температура увеличивается с глубиной от 1300 оС (в верхней мантии) до 3700 оС (в центре ядра). Увеличение температуры идет по адиабатическому закону и зависит от сжатия вещества под давлением при невозможности теплообмена с окружающей средой.

Различают 3 температурные зоны (рис. 4).

Зонапеременныхтемператур. Изменение температуры определяется климатом местности. Суточные колебания практически затухают на глубине около 1,5 м, а годовые на глубинах 20…30 м. Для средних широт характерна кривая 1 (летний период) и кривая 2 (зимний период). В зимний период в этой зоне образуется подзонапромерзания (Iа), где температура опускается ниже 0 оС, мощность кото- рой зависит от климата, типа горных пород и колеблется от нескольких сантиметров до 2 м и более. Если этот горизонт сложен глинистыми породами, то его промерзание может сопровождаться увеличением объема – пучением. Поэтому в данном случае фундаменты сооружений закладываются ниже нижней границы горизонта Iа.

Читайте также:  Как правильно обработать землю для комнатных растений

Зонапостоянныхтемператур, находящаяся на глубинах 15…40 м в зависимости от региона. Под Москвой эта зона начинается с глубины 20 м, около Санкт- Петербурга с 19,6 м.

Зонанарастаниятемператур. Величина нарастания температуры на каждые 100 м глубины называется геотермическимградиентом, а глубина, при которой температура повышается на 1 оС, – геотермическойступенью. Теоретически средняя величина этой ступени составляет 33 м. В районах нефтяных месторождений она снижается до 20…28 м; в районах вулканической деятельности снижается до 5…7 м. Закономерное нарастание температуры справедливо лишь до некоторой глубины. В Москве на глубине 1630 м температура достигает + 41 оС, в Прикаспии на глубине 3000 м – + 108 оС. Нарастание температуры с глубиной следует учитывать при проектировании сооружений глубокого заложения.

Тепловая энергия земных недр может быть использована для теплоснабжения поселков и городов. Водой гейзеров (водой горячих родников) отапливается сто- лица Исландии Рейкьявик. Строятся геотермические электростанции в Италии, Новой Зеландии, в России (Камчатка, Курильские острова).

Дата добавления: 2017-01-21 ; просмотров: 1047 ;

Источник

Тепловой режим земли. Внутренняя теплота. Внешняя теплота

При проектировании оснований и фундаментов очень важно знать тепловой режим земли на территории, где расположена строительная площадка.

Тепловой режим земли различается как внутренняя теплота – солнечная радиация, обогревающая поверхность Земли, и внешняя теплота – которая выделяется недрами Земли. Внутренняя теплота проявляется в разогревании внутренних геосфер и практически не влияет на тепловой режим земли дневной поверхности. Внешняя теплота наоборот оказывает решающее влияние на тепловой режим земли дневной поверхности и практически не влияет на разогрев внутренних геосфер Земли.

Подсчитано, что Солнце в течение 1 мин отдает 1 см2 земной поверхности (перпендикулярно солнечным лучам) примерно 8,1 Дж тепла. Эта величина названа солнечной постоянной. Под влиянием солнечной радиации происходят разнообразные геологические процессы, протекающие на поверхности Земли и в верхних слоях земной коры: круговорот воды, разрушающая деятельность воды, ветра и перепада температур.

Температурные условия на различных участках одной и той же широта не одинаковы и зависят от многих факторов. Различают колебания температуры вековые, годовые, сезонные, месячные и суточные. На климатических картах линии, соединяющие точки с одинаковыми средними температурами, называются изотермами.

Влияние солнечного тепла на изменение температуры ниже поверхности Земли сказывается лишь до определенного предела. Этот предел носит название «горизонта постоянных температур». Выше этого горизонта зимняя температура отличается от летней, а среднегодовая примерно равна среднегодовой температуре поверхности. Верхняя граница пояса постоянных температур понижается от экватора к полюсам. На экваторе она расположена на глубине 1-2м, в средних широтах – 20-30м, в полярных областях – 100м. если в этом поясе 15 температура опускается ниже нуля, то поровая вода замерзая образует «вечную» мерзлоту.

Ниже горизонта постоянных температур под влиянием внутренней теплоты Земли температура горных пород с глубиной закономерно повышается независимо от температуры на поверхности Земли. Для характеристики повышения температуры с глубиной введено два понятия:

Геотермический градиент – это изменение температуры (в градусах по Цельсию), которое происходит с углублением на каждые 100м ниже пояса постоянных температур.

Геотермическая ступень – это глубина (в метрах) ниже пояса постоянных температур, которой нужно достичь, чтобы температура повысилась на 10С. Принято считать, что при погружении на 30-33 м ниже пояса постоянных температур последняя поднимается на 10С. Эта закономерность сохраняется только в верхних слоях земной коры. В одной из глубоких скважин в северном Прикаспии были получены такие данные изменения температуры с глубиной.

Источник