การไหลของความร้อนบนพื้นโลกและธรณีความร้อน

โลกสูญเสียความร้อนผ่านพื้นผิวอย่างต่อเนื่อง และการทำแผนที่การไหลของความร้อนนี้ พร้อมกับความชันของอุณหภูมิที่เกี่ยวข้อง เผยให้เห็นโครงสร้างทางความร้อนของโลกและพลังงานที่ขับเคลื่อนกลไกภายในของโลก

Definition

การไหลของความร้อนบนพื้นโลกคืออัตราที่ความร้อนถูกนำออกจากโลกต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิว ซึ่งกำหนดจากความชันของอุณหภูมิใต้พิภพและการนำความร้อน; ธรณีความร้อนคือการศึกษาที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับสนามอุณหภูมิและการถ่ายเทความร้อนของโลก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการวัดและการตีความการไหลของความร้อนบนพื้นผิวโลก: วิธีการกำหนดการไหลของความร้อนจากความชันของอุณหภูมิและการนำความร้อนในหลุมเจาะและบนพื้นทะเล การกระจายตัวของการไหลของความร้อนทั่วโลกและความสัมพันธ์กับอายุของเปลือกโลกและการตั้งค่าทางธรณีแปรสัณฐาน และธรณีความร้อนที่อธิบายอุณหภูมิกับความลึก โดยจะกล่าวถึงการถ่ายเทความร้อนแบบนำและแบบพา การเย็นตัวของธรณีภาคใต้มหาสมุทรตามที่บันทึกไว้ในการไหลของความร้อน และการมีส่วนร่วมของความร้อนกัมมันตรังสีในเปลือกโลก เน้นที่งบประมาณความร้อนที่สังเกตได้บนพื้นผิวและระบอบความร้อนที่จำกัดไว้

Core questions

• การไหลของความร้อนบนพื้นผิววัดได้อย่างไรจากความชันของอุณหภูมิและการนำความร้อน?
• การไหลของความร้อนแตกต่างกันอย่างไรตามอายุของเปลือกโลกและการตั้งค่าทางธรณีแปรสัณฐาน?
• ธรณีความร้อนเผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับอุณหภูมิกับความลึก?
• การนำความร้อนและการพาความร้อนมีส่วนร่วมในการถ่ายเทความร้อนของโลกอย่างไร?

Key concepts

• ความชันของอุณหภูมิใต้พิภพและการนำความร้อน
• การไหลของความร้อนบนพื้นผิวและการกระจายตัวทั่วโลก
• การไหลของความร้อนในทวีปเทียบกับมหาสมุทร
• ธรณีความร้อนและโปรไฟล์อุณหภูมิ-ความลึก
• การผลิตความร้อนกัมมันตรังสีในเปลือกโลก

Key theories

การไหลของความร้อนแบบนำและการนำความร้อนตามกฎของฟูเรียร์

การไหลของความร้อนผ่านเปลือกโลกถูกควบคุมโดยกฎของฟูเรียร์ ซึ่งเป็นผลคูณของความชันของอุณหภูมิใต้พิภพและการนำความร้อน ดังนั้นการวัดอุณหภูมิกับความลึกและการนำความร้อนของหินจะให้การไหลของความร้อนบนพื้นผิวในท้องถิ่น

การไหลของความร้อนและการเย็นตัวของธรณีภาค

การไหลของความร้อนในมหาสมุทรลดลงตามอายุของพื้นทะเลเมื่อธรณีภาคเย็นตัวลงโดยการนำความร้อนออกจากสันเขากลางมหาสมุทร ซึ่งสอดคล้องกับแบบจำลองแผ่นเปลือกโลกที่เย็นตัวลง ในขณะที่การไหลของความร้อนในทวีปสะท้อนถึงความร้อนกัมมันตรังสีในเปลือกโลกและการมีส่วนร่วมจากเนื้อโลก

Mechanisms

ความร้อนถูกนำขึ้นตามความชันของอุณหภูมิใต้พิภพไปยังพื้นผิวที่เย็นกว่าในอัตราที่กำหนดโดยกฎของฟูเรียร์; ในเปลือกโลกใต้มหาสมุทรที่อายุน้อย การหมุนเวียนของน้ำร้อนใต้พิภพยังพาความร้อนแบบพาความร้อนด้วย ในขณะที่ในทวีป เปลือกโลกส่วนบนสร้างความร้อนเพิ่มเติมผ่านการสลายตัวของกัมมันตรังสี ดังนั้นการไหลของความร้อนบนพื้นผิวที่วัดได้จึงรวมความร้อนจากเนื้อโลกส่วนลึก การเย็นตัวของธรณีภาค และการผลิตกัมมันตรังสีตื้น

Clinical relevance

การวัดการไหลของความร้อนจำกัดโครงสร้างทางความร้อนและงบประมาณพลังงานของโลก ระบุพื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับพลังงานความร้อนใต้พิภพ และให้ข้อมูลแก่แบบจำลองการสุกของแอ่งที่ใช้ในการสำรวจปิโตรเลียมและการประเมินระบอบความร้อนของเปลือกโลก

History

บูลลาร์ดเป็นผู้บุกเบิกการวัดการไหลของความร้อนทั้งบนทวีปและพื้นทะเลในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 การลดลงอย่างเป็นระบบของการไหลของความร้อนในมหาสมุทรตามอายุยืนยันแบบจำลองการเย็นตัวของธรณีภาค และการรวบรวมข้อมูลทั่วโลกได้ปรับปรุงการประมาณการการสูญเสียความร้อนทั้งหมดของโลกให้เหลือประมาณ 47 เทระวัตต์

Key figures

• Edward Bullard
• Claude Jaupart
• Jean-Claude Mareschal

Seminal works

• turcotte2014
• jaupart2011
• davies2010

Frequently asked questions

การไหลของความร้อนจากโลกวัดได้อย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์วัดว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างไรตามความลึกในหลุมเจาะหรือหัววัดพื้นทะเล และคูณความชันของอุณหภูมิใต้พิภพนี้ด้วยการนำความร้อนของหิน; ผลคูณจะให้ความร้อนที่ไหลออกต่อหน่วยพื้นที่ ณ ตำแหน่งนั้น

ทำไมการไหลของความร้อนจึงสูงขึ้นใกล้สันเขากลางมหาสมุทร?

ที่สันเขา เนื้อโลกที่ร้อนจะยกตัวขึ้นและธรณีภาคใหม่ที่อายุน้อยจะก่อตัวขึ้น ดังนั้นเปลือกโลกจึงร้อนที่สุดที่นั่น; เมื่อธรณีภาคมีอายุมากขึ้นและเคลื่อนตัวออกไป มันจะเย็นตัวลง และการไหลของความร้อนบนพื้นผิวจะลดลงตามอายุของพื้นทะเล