Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Інститут енергозбереження та енергоменеджменту

Кафедра інженерної екології

Реферат

На тему: «Теплове поле Землі»

Підготувала : Студентка 2 курсу Групи 0З-31

Карбушева Ю.С.

Викладач: Гребенюк Т. В.

Київ-2015

Зміст

Вступ

1. Загальна характеристика теплового поля Землі

2. Регіональний тепловий потік в земній корі

3. Локальний тепловий потік

4. Застосування терморозвідки для вивчення геологічного середовища

Висновок

Перелік посилань

Вступ

Фізичні поля Землі - представлені гравітаційним, магнітним, геометричним й електричним полями й вивчаються відповідними галузями наук.

Гравіметрія вивчає закономірності просторової будови й зміни гравітаційного поля Землі й визначає фігуру Землі. Основне завдання гравіметричних досліджень складається у виявленні гравітаційних аномалій, їх фізичної й геологічної інтерпретації. Встановлення гравітаційних аномалій відіграє істотну роль у вивченні геодинамічних питань. Наявність аномалії приводить до створення дотичних напружень у тілі Землі, які є причиною течії речовини, а іноді приводять до руйнувань. Відсутність зв'язку гравітаційних аномалій з геоморфологічними особливостями поверхні Землі (насамперед з розподілом материків й океанів) дозволяє зробити висновок про те, що континентальні області ізостатично скомпенсовані.

Геомагнетизм вивчає геомагнітне поле Землі в цілому і його просторово-тимчасові варіації, які численні й різні. Вікові варіації поля відбивають складну картину гідромагнітних течій і коливань у ядрі Землі, де розташовані джерела магнітного поля. Інші варіації можуть виникати на границі ядра й мантії в результаті їхньої складної взаємодії. Добові варіації мають джерела в атмосфері й магнітосфері. Вони досить важливі, тому що індуцирують телуричні струми у верхніх шарах Землі. Створення єдиної теорії геомагнітного поля - одне з найголовніших завдань геомагнетизму.

Геотермія вивчає теплове поле, тепловий стан Землі, теплову історію планети. Вивчення розподілу темперутур у глибинах Землі має фундаментальне значення для обґрунтування гіпотез про будову й еволюцію планети. Teмператуpa, тиск і значення дотичних напружень значною мірою визначають стан речовини й характер процесів у надрах Землі. Сучасна геотермія тісно пов'язана з геодинамікою, впливаючи на неї й часом контролюючи її, тому що мантія Землі перебуває в конвективному стані, а конвективне перенеення на порядок більш ефективне, ніж кондуктивне.

Геоелектрика вивчає електричні властивості, головним чином електропровідність оболонок Землі; електропровідність земної кори й мантії вивчає глибинна геоелектрика. За результатами глобальних регіональних досліджень методами глибинної геоелектрики побудована геоелектрична модель Землі, виявлені провідні зони, пов'язані з гідротермальними явищами в земній корі й процесами часткового плавлення в астеносфері[1].

тепловий потік земля геологічний

1. Загальна характеристика теплового поля Землі

Джерелами теплового поля Землі є процеси, що протікають в її надрах, і теплова енергія Сонця. До внутрішніх джерел тепло відносить радіогенне тепло, яке створюється завдяки розпаду розсіяних в гірських породах ізотопів урану, торія, калія і інших радіоактивних елементів, і тепло, обумовлене різними процесами, що протікають в Землі (гравітаційною диференціацією, плавленням, хімічними реакціями з виділенням або поглинанням тепла, деформацією за рахунок приливів під дією Місяця і Сонця і деякими іншими). Теплова енергія перерахованих джерел, що вивільняється на земній поверхні в одиницю часу, значно вище за енергію тектонічних, сейсмічних, гідротермальних процесів.

Внутрішнє теплове поле відрізняється високою постійністю. Воно не робить впливу на температуру поблизу земної поверхні або клімат, оскільки енергія, що поступає на земну поверхню від Сонця, в 1000 більше, ніж з надр.

Разом з тим середня теплова дія Сонця не визначає теплового стану Землі і здатний підтримувати постійну температуру на поверхні Землі близько 0 0С. Фактично ж завдяки зміні сонячної активності температура приповерхневого шару повітря, а з деяким запізнюванням і температура гірських порід змінюються.

Добові, сезонні, багаторічні і багатовікові варіації сонячної активності приводять до відповідних циклічних змін температур повітря. Чим більше період циклічності, тим більше глибина їх теплової дії. Наприклад, добові коливання температури повітря виявляються в ґрунтовому шарі глибиною 1 - 1,5 м. Це пов'язано з перенесенням сонячного теплового потоку за рахунок молекулярної теплопровідності порід і конвекції повітря, пари води, інфільтрації опадів і підземних вод. Сезонні (річні) коливання викликають зміни температур на глибинах до 20 - 40 м. На таких глибинах теплопередача здійснюється в основному за рахунок молекулярної теплопровідності, а також рухи підземних вод. На глибинах 20 - 40 м розташовується нейтральний шар (або зона постійних річних температур). В ньому температура залишається практично постійною і в кожному районі в середньому на 3,7: 3 вище середньорічної температури повітря. Багатовікові кліматичні зміни позначаються на варіаціях температур порівняно великих глибин. Наприклад, похолодання і потепління в четвертинному періоді впливали на тепловий режим Землі до глибин 3 - 4 км [2].

2. Регіональний тепловий потік в земній корі

Нижче нейтрального шару температура порід підвищується в середньому на 3 С при зануренні на кожні 100 м. Це пояснюється наявністю регіонального теплового потоку від джерел внутрішнього тепла Землі, що піднімається до поверхні. Його величину прийнято характеризувати щільністю теплового потоку (або просто тепловим потоком).

Глибинний тепловий потік визначається як спостережений тепловий потік відкоригований з врахуванням численних близькоповерхневих впливів: палеоклімату, руху підземних вод з вертикальною складовою, геологічних структур, що призводять до негоризонтального залягання поверхонь розділу порід з різною теплопровідністю, молодих насувів, накопичення молодих осадових відкладів. Густина теплового потоку - це кількість тепла, що виноситься з надр до поверхні за одиницю часу на одиниці площі. Він вимірюється у мВт/м2 і визначається як результат множення геотермічного градієнта у певному інтервалі глибин на теплопровідність порід цього інтервалу. На території України густина теплового потоку змінюється від 25-30 мВт/м2 до 100-110 мВт/ м2. Температури на глибині 1 км змінюються від 20 до 70 С, а на глибині 3 км - від 40 до 135 С. Середнє значення теплового потоку як на суші, так і в океанах однаково і становить 0,06 Вт / м2, відхиляючись від нього не більше ніж в 5 - 7 разів. Сталість середніх теплових потоків суші і океанів при різкій зміні потужностей і будови земної кори свідчить про відмінність в тепловому будову верхньої мантії. Тому аномалії теплових потоків, тобто відхилення від встановлених середніх потоків, несуть інформацію про будову і земної кори, і верхньої мантії.

Тепловий потік визначається не тільки природою і потужністю джерел тепла, але і його перенесенням через гірські породи. Тепло передається за допомогою молекулярної теплопровідності гірських порід, конвекції і випромінювання. На великих глибинах (понад 10 км) передача тепла здійснюється в основному за рахунок випромінювання нагрітої речовини надр і конвекції, обумовленої рухом блоків земної кори, розплавлених лав, гидротерм. На менших глибинах перенесення тепла пов'язане з молекулярною теплопровідністю і конвекцією підземних вод. Встановлено, що основне джерело тепла на континентах - це енергія радіоактивного розпаду. Це пояснюється більшою концентрацією радіоактивних елементів в земній корі, ніж у мантії. В океанах, де потужність земної кори мала, основним джерелом тепла є процеси в мантії на глибинах до 700 - 1000 км. Радиогенне тепло є основним серед інших видів теплової енергії надр. За часів існування Землі воно більш ніж в 2 рази перевищило втрати за рахунок теплопровідності [3].

Локальні теплові потоки, як і регіональні, залежать не тільки від наявності джерел, але і від умов переносу тепла за рахунок теплопровідності гірських порід і конвекції грунтового повітря і підземних вод [4].

4. Застосування терморозвідки для вивчення геологічного середовища

Термічні дослідження геологічного середовища можуть використовуватися при вирішенні різних інженерно-геологічних, гідрогеологічних і геоекологічних завдань. Вимірювання температур проводяться в шпурах глибиною до 1 м і свердловинах глибиною до 10 - 30 м. В різних природних умовах одержані геотермічні профілі і карти слугують для конторування багаторічних мерзлих і талих гірських порід з різними тепловими властивостями; вивчення динаміки підземних вод (притока глибинних вод створює позитивні аномалії температур, поверхневих - негативні); прогнозу наближення вибою виробок до обводнених зон.

Особливий інтерес представляє визначення швидкості фільтрації підземних вод. Як зазначалося вище, тепловий потік в умовах помітної конвекції тепла за рахунок підземних вод залежить від геотермічного градієнта, коефіцієнта температуропровідності і швидкості фільтрації підземних вод. Для виявлення місць фільтрації вод з водосховищ, каналів, річок і стовбурів свердловин, а також інтервалів, де витоки відсутні, можна використовувати вимір природних теплових полівЗа швидкістю відновлення температур можна не тільки якісно виявити місця витоків, але й оцінити швидкості фільтрації.

У геоекологічних дослідженнях шпурову терморозвідку можна використовувати для вивчення теплового забруднення, виявлення відходів промислових і сільськогосподарських підприємств [5].

Висновок

Якщо не враховувати багатовікові кліматичні зміни, то можна вважати, що нижче за зону постійних температур (на глибинах понад 40 м) впливом циклічності сонячної активності можна нехтувати, а температурний режим порід визначається глибинним потоком тепла і особливостями термічних властивостей порід.

Перелік посилань

1. Тяпкін К.Ф. Фізика Землі: підручник / К.Ф. Тяпкін.-К.: Вища шк. , 1998. -291 с.

2. Шарма П.Н. Геофізичні методи в регіональній геології:навч.посібник/П.Н. Шарма. - М.: Мир, 1989. -264 с.

3. Хмелевський В.К. Геотермія:підручник/ В.К. Хмелевський.-М.: Надра, 1964. -517с.

4. Савчук С.Г.Вища геодезія. підручник / Савчук С.Г. - Житомир: ЖДТУ, 2005. - 315с.

5. Бондаренко В.М. Загальний курс геофізичних методів розвідки: навч.посібник / В.М. Бондаренко , Г.В. Демура, А.М. Ларіонов. - М .: Надра, 1986. -456 с.

Размещено на Allbest.ru