جریان گرمای زمین و ژئوترمیک
زمین به طور پیوسته از طریق سطح خود گرما از دست میدهد و نقشهبرداری از این جریان گرما، همراه با گرادیان دمایی که به آن اشاره دارد، ساختار حرارتی سیاره و انرژی محرک موتور داخلی آن را آشکار میکند.
Definition
جریان گرمای زمین نرخ انتقال گرما از زمین در واحد سطح است که از گرادیان زمینگرمایی و رسانایی حرارتی تعیین میشود؛ ژئوترمیک مطالعه گستردهتر میدان دمایی زمین و انتقال گرما است.
Scope
این موضوع شامل اندازهگیری و تفسیر جریان گرمای سطحی زمین است: چگونگی تعیین جریان گرما از گرادیانهای دما و رسانایی حرارتی در گمانهها و کف دریا، توزیع جهانی جریان گرما و ارتباط آن با سن پوسته و محیط تکتونیکی، و ژئوترم توصیفکننده دما با عمق. این موضوع به انتقال گرمای رسانشی و همرفتی، خنک شدن لیتوسفر اقیانوسی که در جریان گرما ثبت شده است، و سهم گرمای رادیوژنیک پوسته میپردازد. تأکید بر بودجه گرمایی مشاهده شده در سطح و رژیم حرارتی است که آن را محدود میکند.
Core questions
- جریان گرمای سطحی چگونه از گرادیانهای دما و رسانایی اندازهگیری میشود؟
- جریان گرما چگونه با سن پوسته و محیط تکتونیکی تغییر میکند؟
- ژئوترم چه چیزی را در مورد دما با عمق آشکار میکند؟
- رسانش و همرفت چگونه در انتقال گرمای زمین سهیم هستند؟
Key concepts
- گرادیان زمینگرمایی و رسانایی حرارتی
- جریان گرمای سطحی و توزیع جهانی آن
- جریان گرمای قارهای در مقابل اقیانوسی
- ژئوترم و پروفایل دما-عمق
- تولید گرمای رادیوژنیک پوسته
Key theories
- جریان گرمای رسانشی و قانون فوریه
- جریان گرما از طریق پوسته توسط قانون فوریه، حاصل ضرب گرادیان زمینگرمایی و رسانایی حرارتی، کنترل میشود، بنابراین اندازهگیری دما با عمق و رسانایی سنگ، جریان گرمای سطحی محلی را به دست میدهد.
- جریان گرما و خنک شدن لیتوسفر
- جریان گرمای اقیانوسی با سن کف دریا کاهش مییابد زیرا لیتوسفر با رسانش از پشتههای گسترشدهنده دور میشود و خنک میشود، که با مدلهای صفحه خنککننده مطابقت دارد، در حالی که جریان گرمای قارهای منعکسکننده گرمای رادیوژنیک پوسته و سهم گوشته است.
Mechanisms
گرما در امتداد گرادیان زمینگرمایی به سمت سطح سردتر با نرخی که توسط قانون فوریه تعیین میشود، هدایت میشود؛ در پوسته اقیانوسی جوان، گردش هیدروترمال نیز گرما را به صورت همرفتی منتقل میکند، در حالی که در قارهها، پوسته بالایی از طریق واپاشی رادیواکتیو گرمای اضافی تولید میکند، بنابراین جریان گرمای سطحی اندازهگیری شده ترکیبی از گرمای گوشته عمیق، خنک شدن لیتوسفر و تولید رادیوژنیک کمعمق است.
Clinical relevance
اندازهگیریهای جریان گرما، ساختار حرارتی و بودجه انرژی زمین را محدود میکنند، مناطق مناسب برای انرژی زمینگرمایی را شناسایی میکنند و مدلهای بلوغ حوضه را که در اکتشاف نفت و ارزیابی رژیمهای حرارتی پوسته استفاده میشوند، اطلاعرسانی میکنند.
History
بولارد در اواسط قرن بیستم پیشگام اندازهگیریهای جریان گرمای قارهای و کف دریا بود، کاهش سیستماتیک جریان گرمای اقیانوسی با سن، مدلهای خنک شدن لیتوسفر را تأیید کرد و مجموعههای جهانی برآورد کل اتلاف گرمای زمین را به حدود 47 تراوات اصلاح کردهاند.
Key figures
- Edward Bullard
- Claude Jaupart
- Jean-Claude Mareschal
Related topics
Seminal works
- turcotte2014
- jaupart2011
- davies2010
Frequently asked questions
- جریان گرما از زمین چگونه اندازهگیری میشود؟
- دانشمندان چگونگی افزایش دما با عمق را در یک گمانه یا کاوشگر کف دریا اندازهگیری میکنند و این گرادیان زمینگرمایی را در رسانایی حرارتی سنگ ضرب میکنند؛ حاصل ضرب، گرمای خروجی در واحد سطح در آن مکان را نشان میدهد.
- چرا جریان گرما در نزدیکی پشتههای میاناقیانوسی بیشتر است؟
- در پشتهها، گوشته داغ بالا میآید و لیتوسفر تازه و جوان تشکیل میشود، بنابراین پوسته در آنجا داغترین است؛ با افزایش سن لیتوسفر و دور شدن آن، خنک میشود و جریان گرمای سطحی متناسب با سن کف دریا کاهش مییابد.