التدفق الحراري الأرضي والحرارة الجوفية
تفقد الأرض الحرارة باستمرار عبر سطحها، ويكشف رسم خرائط هذا التدفق الحراري، إلى جانب تدرج الحرارة الذي ينطوي عليه، عن البنية الحرارية للكوكب والطاقة التي تدفع محركه الداخلي.
Definition
التدفق الحراري الأرضي هو المعدل الذي تنتقل به الحرارة من الأرض لكل وحدة مساحة من السطح، ويتم تحديده من التدرج الحراري الأرضي والتوصيل الحراري؛ أما الحرارة الجوفية فهي الدراسة الأوسع لمجال درجة حرارة الأرض ونقل الحرارة.
Scope
يغطي هذا الموضوع قياس وتفسير التدفق الحراري السطحي للأرض: كيفية تحديد التدفق الحراري من تدرجات الحرارة والتوصيل الحراري في الآبار العميقة وفي قاع البحر، والتوزيع العالمي للتدفق الحراري وعلاقته بعمر القشرة والإعداد التكتوني، والحرارة الجوفية التي تصف درجة الحرارة مع العمق. ويتناول النقل الحراري التوصيلي والحملي، وتبريد الغلاف الصخري المحيطي كما هو مسجل في التدفق الحراري، ومساهمة الحرارة الإشعاعية القشرية. وينصب التركيز على ميزانية الحرارة المرصودة على السطح والنظام الحراري الذي تحدده.
Core questions
- كيف يتم قياس التدفق الحراري السطحي من تدرجات الحرارة والتوصيلية؟
- كيف يختلف التدفق الحراري باختلاف عمر القشرة والإعداد التكتوني؟
- ماذا تكشف الحرارة الجوفية عن درجة الحرارة مع العمق؟
- كيف يتقاسم التوصيل والحمل نقل حرارة الأرض؟
Key concepts
- التدرج الحراري الأرضي والتوصيل الحراري
- التدفق الحراري السطحي وتوزيعه العالمي
- التدفق الحراري القاري مقابل التدفق الحراري المحيطي
- الحرارة الجوفية وملف درجة الحرارة-العمق
- إنتاج الحرارة الإشعاعية القشرية
Key theories
- التدفق الحراري التوصيلي وقانون فورييه
- يخضع التدفق الحراري عبر القشرة لقانون فورييه، وهو نتاج التدرج الحراري الأرضي والتوصيل الحراري، لذا فإن قياس درجة الحرارة مع العمق وتوصيلية الصخور يعطي التدفق الحراري السطحي المحلي.
- التدفق الحراري وتبريد الغلاف الصخري
- ينخفض التدفق الحراري المحيطي مع عمر قاع البحر مع تبريد الغلاف الصخري بالتوصيل بعيدًا عن حواف الانتشار، بما يتفق مع نماذج لوحة التبريد، بينما يعكس التدفق الحراري القاري الحرارة الإشعاعية القشرية ومساهمات الوشاح.
Mechanisms
تنتقل الحرارة عبر التدرج الحراري الأرضي نحو السطح الأكثر برودة بمعدل يحدده قانون فورييه؛ وفي القشرة المحيطية الفتية، يحمل الدوران الحراري المائي الحرارة بالحمل أيضًا، بينما في القارات، تولد القشرة العلوية حرارة إضافية من خلال التحلل الإشعاعي، لذا فإن التدفق الحراري السطحي المقاس يجمع بين حرارة الوشاح العميق، وتبريد الغلاف الصخري، والإنتاج الإشعاعي الضحل.
Clinical relevance
تحدد قياسات التدفق الحراري البنية الحرارية للأرض وميزانية الطاقة، وتحدد المناطق الملائمة للطاقة الحرارية الجوفية، وتوفر معلومات لنماذج نضج الأحواض المستخدمة في استكشاف البترول وتقييم الأنظمة الحرارية القشرية.
History
كان بولارد رائدًا في قياسات التدفق الحراري القاري وقاع البحر في منتصف القرن العشرين، وقد أكد الانخفاض المنهجي للتدفق الحراري المحيطي مع العمر نماذج تبريد الغلاف الصخري، وقد أدت التجميعات العالمية إلى تحسين تقدير إجمالي فقدان الحرارة من الأرض إلى حوالي 47 تيراوات.
Key figures
- Edward Bullard
- Claude Jaupart
- Jean-Claude Mareschal
Related topics
Seminal works
- turcotte2014
- jaupart2011
- davies2010
Frequently asked questions
- كيف يتم قياس التدفق الحراري من الأرض؟
- يقيس العلماء كيفية زيادة درجة الحرارة مع العمق في بئر أو مسبار قاع البحر ويضربون هذا التدرج الحراري الأرضي في التوصيل الحراري للصخر؛ يعطي الناتج الحرارة المتدفقة لكل وحدة مساحة في ذلك الموقع.
- لماذا يكون التدفق الحراري أعلى بالقرب من حواف المحيطات؟
- عند الحواف، يرتفع الوشاح الساخن وتتشكل قشرة صخرية جديدة وفتية، لذا تكون القشرة هي الأكثر سخونة هناك؛ ومع تقدم عمر الغلاف الصخري وابتعاده، يبرد، وينخفض التدفق الحراري السطحي بالتالي مع عمر قاع البحر.