Тепловой поток и недра Земли
Тепло, исходящее из недр Земли, является движущей силой конвекции, геодинамо и тектоники плит. Измерение этого теплового потока в сочетании с сейсмическими данными и данными минеральной физики позволяет выявить состав, структуру и эволюцию глубоких слоев планеты.
Definition
Тепловой поток и недра Земли — это исследование внутреннего теплового состояния и энергетического баланса планеты, объединяющее измеренный поверхностный тепловой поток, сейсмическую структуру и минеральную физику высоких давлений для определения состава, температуры и эволюции коры, мантии и ядра.
Scope
Эта область охватывает тепловое состояние Земли и строение ее недр: земной тепловой поток и его источники в радиоактивности, первичном тепле и тепле ядра, слоистый состав и структуру коры, мантии и ядра, а также минеральную физику, которая связывает лабораторные измерения при высоких давлениях и температурах с глубокими слоями Земли. Она рассматривает геотерму, способы теплопереноса и долгосрочную термическую эволюцию планеты. Акцент делается на энергетическом балансе и физическом состоянии недр.
Sub-topics
Core questions
- Сколько тепла выходит из Земли и откуда оно берется?
- Каковы состав и физическая структура коры, мантии и ядра?
- Как эксперименты по минералогии при высоком давлении ограничивают представления о глубоких недрах?
- Как эволюционировало тепловое состояние Земли на протяжении геологического времени?
Key concepts
- Земной тепловой поток и геотерма
- Радиогенные, первичные и ядерные источники тепла
- Слоистая структура: кора, мантия и ядро
- Минеральная физика при высоких давлениях и температурах
- Термическая эволюция и охлаждение Земли
Key theories
- Тепловой бюджет Земли
- Глобальный поверхностный тепловой поток обеспечивается радиоактивным распадом долгоживущих изотопов, а также медленным высвобождением первичного тепла и тепла ядра, и этот бюджет определяет энергию, доступную для приведения в движение мантийной конвекции, тектоники плит и геодинамо.
- Слоистая структура недр
- Сейсмология, гравитация и минеральная физика совместно устанавливают, что Земля дифференцирована на тонкую кору, силикатную мантию со слоистостью фазовых переходов и металлическое ядро с жидкой внешней и твердой внутренней частью.
Clinical relevance
Внутреннее тепло Земли приводит в движение конвекцию, ответственную за тектонику плит, вулканизм и магнитное поле, поддерживает геотермальные энергетические ресурсы и лежит в основе моделей того, как планета и другие планеты эволюционировали и оставались пригодными для жизни.
History
Оценка возраста Земли Кельвином в XIX веке на основе ее остывания, позднее опровергнутая открытием радиоактивности, положила начало изучению земного тепла; сейсмология XX века очертила внутренние слои, Бирч связал сейсмическую скорость с составом, а современные компиляции теплового потока и минеральная физика количественно определили энергетический баланс планеты.
Key figures
- William Thomson (Lord Kelvin)
- Inge Lehmann
- Francis Birch
- Edward Bullard
Related topics
Seminal works
- fowler2005
- turcotte2014
- stacey2008
Frequently asked questions
- Откуда берется внутреннее тепло Земли?
- Большая часть его поступает от радиоактивного распада долгоживущих изотопов, таких как уран, торий и калий, при этом значительная часть представляет собой первичное тепло, оставшееся от формирования планеты, и тепло, выделяющееся по мере медленного остывания ядра и замерзания внутреннего ядра.
- Как мы узнаем, из чего состоят глубокие слои Земли, если мы не можем взять образцы?
- Ученые объединяют сейсмические измерения того, как волны распространяются через недра, с лабораторными экспериментами, которые воссоздают огромные давления и температуры на глубине, сопоставляя наблюдаемые свойства с возможными минералами и металлами, чтобы вывести состав недр.