تدفق الحرارة وباطن الأرض
تُغذّي الحرارة المتسربة من باطن الأرض الحمل الحراري، والدينامو الأرضي، وتكتونية الصفائح، ويكشف قياس تدفق هذه الحرارة، بالإضافة إلى بيانات الزلازل وفيزياء المعادن، عن تركيب الكوكب العميق وبنيته وتطوره.
Definition
تدفق الحرارة وباطن الأرض هو دراسة الحالة الحرارية الداخلية للكوكب وميزانية طاقته، حيث يدمج تدفق الحرارة السطحي المقاس، والبنية الزلزالية، وفيزياء المعادن عالية الضغط لتحديد تركيب القشرة والوشاح واللب ودرجة حرارتها وتطورها.
Scope
يغطي هذا المجال الحالة الحرارية للأرض وتكوين باطنها: تدفق الحرارة الأرضية ومصادرها في النشاط الإشعاعي والحرارة البدائية وحرارة اللب، والتركيب الطبقي والقشري للوشاح واللب، وفيزياء المعادن التي تربط القياسات المختبرية عند الضغط ودرجة الحرارة العاليين بالأرض العميقة. ويتناول الجيوثيرم، وأنماط انتقال الحرارة، والتطور الحراري طويل الأمد للكوكب. وينصب التركيز على ميزانية الطاقة والحالة الفيزيائية للباطن.
Sub-topics
Core questions
- ما مقدار الحرارة المتدفقة من الأرض، ومن أين تأتي؟
- ما هو تركيب وبنية القشرة والوشاح واللب الفيزيائية؟
- كيف تقيد تجارب المعادن عالية الضغط باطن الأرض العميق؟
- كيف تطورت الحالة الحرارية للأرض عبر الزمن الجيولوجي؟
Key concepts
- تدفق الحرارة الأرضية والجيوثيرم
- مصادر الحرارة الإشعاعية والبدائية وحرارة اللب
- البنية الطبقية: القشرة والوشاح واللب
- فيزياء المعادن عند الضغط ودرجة الحرارة العاليين
- التطور الحراري وتبريد الأرض
Key theories
- ميزانية حرارة الأرض
- يتم توفير تدفق الحرارة السطحي العالمي عن طريق الاضمحلال الإشعاعي للنظائر طويلة العمر جنبًا إلى جنب مع الإطلاق البطيء للحرارة البدائية وحرارة اللب، وتحدد هذه الميزانية الطاقة المتاحة لدفع حمل الوشاح، وتكتونية الصفائح، والدينامو الأرضي.
- البنية الطبقية للباطن
- تثبت الزلازل والجاذبية وفيزياء المعادن معًا أن الأرض متباينة إلى قشرة رقيقة، ووشاح سيليكاتي ذي طبقات انتقال طوري، ولب معدني بجزء خارجي سائل وجزء داخلي صلب.
Clinical relevance
تدفع حرارة الأرض الداخلية الحمل الحراري المسؤول عن تكتونية الصفائح، والبراكين، والمجال المغناطيسي، وتدعم موارد الطاقة الحرارية الأرضية، وترسخ نماذج كيفية تطور الكوكب والكواكب الأخرى وبقائها صالحة للسكن.
History
فتح تقدير كلفن لعمر الأرض في القرن التاسع عشر، والذي أُبطل لاحقًا باكتشاف النشاط الإشعاعي، دراسة الحرارة الأرضية؛ وحددت الزلازل في القرن العشرين الطبقات الداخلية، وربط بيرش السرعة الزلزالية بالتركيب، وكمّت تجميعات تدفق الحرارة الحديثة وفيزياء المعادن ميزانية طاقة الكوكب.
Key figures
- William Thomson (Lord Kelvin)
- Inge Lehmann
- Francis Birch
- Edward Bullard
Related topics
Seminal works
- fowler2005
- turcotte2014
- stacey2008
Frequently asked questions
- من أين تأتي حرارة الأرض الداخلية؟
- يأتي معظمها من الاضمحلال الإشعاعي للنظائر طويلة العمر مثل اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم، مع بقاء جزء كبير منها حرارة بدائية متبقية من تكوين الكوكب وحرارة تنطلق مع تبريد اللب ببطء وتجمد اللب الداخلي.
- كيف نعرف مما يتكون باطن الأرض العميق إذا لم نتمكن من أخذ عينات منه؟
- يجمع العلماء بين القياسات الزلزالية لكيفية انتقال الموجات عبر الباطن والتجارب المختبرية التي تعيد خلق الضغوط ودرجات الحرارة الهائلة في الأعماق، ومطابقة الخصائص المرصودة بالمعادن والفلزات المرشحة لاستنتاج تركيب الباطن.