{ Блог о природе }

Как мы уже выяснили раньше, в очень вязкой мантии Земли с необходимостью существует тепловая конвекция, вызванная к жизни инверсией плотности вещества земной мантии, нагреваемого в нижней части мантии (на границе с земным ядром) и охлаждающегося при передаче полученного тепла наверх через твёрдую, сравнительно холодную кору с интенсивностью порядка 0.1 Вт/ м² (для равнинной материковой коры). Конвекция обеспечивает гораздо более интенсивную передачу тепла из центральных областей Земли к её поверхности, чем за счёт кондуктивной теплопроводности.

Сразу же отметим, что при достаточно быстром подъёме мантийного вещества в восходящем участке конвекционного потока (со скоростью, большей скорости передачи тепла за счёт теплопроводности) из глубоких недр (где царит огромное давление порядка 100 тысяч МПА) к земной коре (где давление порядка 1000 МПА) происходит адиабатическое охлаждение поднимающихся масс мантийного вещества. Охлаждение идёт из-за затрат энергии на расширение элементарных объёмов при уменьшении давления (при невозможности поступления тепла за счёт кондуктивной теплопроводности в достаточном темпе). Это происходит подобно тому, как в земной атмосфере при подъёме поначалу горячего воздуха. Точно так же при погружении мантийного вещества в составе нисходящей ветви мантийного конвекционного потока его температура растёт в результате адиабатического сжатия.

Поэтому при подсчёте количества тепла, переносимого мантийным конвекционным потоком, нет особого смысла учитывать взаимно компенсирующиеся адиабатические охлаждение и нагрев. Для упрощения расчётов можно пользоваться условной адиабатической температурой, приведённой к температуре для одинакового давления, скажем такого, как на нижней поверхности земной коры (на глубине 50 км).

Как можно обнаружить мантийную конвекцию, происходящую глубоко в недоступных недрах Земли, находясь на поверхности земной коры? Какие соображения мы можем (или должны) использовать для обнаружения очень медленных движений, происходящих на глубинах в сотни километров под нами?

(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология) от vnshumilov 1 комментарий » Метки: вязкость, инверсия плотности, конвекция, разность температур, скорость потока

Рассмотрим общеизвестный факт, состоящий в том, что по мере погружения в глубокую шахту температура её стенок растёт с увеличением глубины со скоростью приблизительно 30?С на 1000 метров (где-то больше, где-то меньше). Эта скорость роста температуры с глубиной называется геотермическим градиентом (G). Геотермический градиент наблюдается и в скважинах, в том числе и в самых глубоких. Причём геотермический градиент практически не изменяется по мере увеличения глубины (при практически постоянной теплопроводности на всех глубинах, на которых проводились измерения, поскольку породы одни и те же). Эти факты были получены на Кольской сверхглубокой и на других научных скважинах. Это означает, что через земную кору из глубин Земли идёт поток тепла, причём величина этого потока на наблюдаемых глубинах практически не меняется, количество проходящего тепла на разных глубинах постоянно.

Это значит, что на пройденных глубинах нет существенных источников тепла. Тепло генерируется где-то глубже. Известные факты (касающиеся теплотворной способности вещества коры и мантии) свидетельствуют о том, что существенных источников тепла нет ни в земной коре, ни в земной мантии, занимающей всё пространство от нижней поверхности коры до ядра Земли. Существование ядра вытекает из наблюдаемой картины распространения сейсмических волн через недра Земли.

Кропотливая статистическая обработка геологических сведений о составе твёрдой земной коры, имеющей толщину от 3 км в зоне Срединно-Океанических Хребтов или поднятий (СОХ), до 80 км под мощными горными системами, показывает, что в земной коре нет сколько-нибудь заметных количеств теплотворных веществ (химически- или радиоактивных), способных в течение длительного времени генерировать заметную часть наблюдаемого теплового потока, идущего через земную кору. Точно так же нет сколько-нибудь существенных источников тепла и в мантийном веществе, которое становится доступным для наблюдения, будучи извергнутым из вулканов, а также выходя из мантии на поверхность морского дна в качестве новообразованной земной коры в зоне спрединга (в зоне СОХ). Отсюда вытекает, что источник тепла, проходящего через земную кору в окружающее пространство, находится ниже зоны Мохо (которая, по определению является нижней поверхностью твёрдой земной коры). Но если для скептиков эти справочные данные по содержанию теплотворных веществ в коре и мантии могут показаться неубедительными, то можно предложить более убедительные доводы в доказательство того, что источник большей части земного тепла находится много ниже зоны Мохо.

(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология) от vnshumilov Нет комментариев » Метки: геотермический градиент, источник тепла, температура, тепло, теплопроводность

С одной стороны, хорошо известно, что вещество мантии Земли совершенно твёрдое – через него проходят поперечные сейсмические волны. А поперечные волны, как известно, не проходят через жидкости и газы (в которых модуль сдвига, характеризующий способность среды сопротивляться изменению формы, равен нулю).

Но, с другой стороны, геофизикам также хорошо известно, что Скандинавия после освобождения от тяжести ледников многокилометровой толщины по окончании очередного ледникового периода медленно всплывает (факт [1]) в полном соответствии с законом Архимеда (это — гипотеза). Это всплывание прослеживается по поднятию высоко над уровнем моря линий прибоя разного времени (сегодняшняя линия прибоя находится на уровне моря, тогда как линия прибоя тысячелетней давности находится на высоте порядка 10 метров над уровнем моря). Это всплывание Скандинавии однозначно свидетельствует о пластичности земной мантии (об изменении формы земной поверхности в данном месте).

Отметим, что и с одной, и с другой стороны, приведены не гипотезы, не выводы, которые могут быть ошибочными, а именно надёжно установленные, многократно проверенные факты.

Как могут совмещаться такие, казалось бы, взаимоисключающие факты твёрдости и пластичности одной и той же среды? На самом же деле эти факты не являются взаимоисключающими. Просто скорости протекания этих процессов отличаются на много порядков, поэтому и имеем такие трудно совмещаемые в нашем сознании факты. Они несколько непривычны для нас, поскольку мы почти всегда принимаем во внимание только явления, протекающие за сравнительно короткий промежуток времени (в рамках времени нашего восприятия). Поэтому и ускользают от нашего обыденного внимания медленно протекающие процессы. Хотя, присмотревшись, мы увидим достаточно много веществ, которые за большие промежутки времени проявляют себя как жидкие, тогда как за короткое время они не успевают проявить свои «жидкостные» свойства и представляются нам твёрдыми. К таким веществам относится битум. Кусок битума можно разбить молотком как твёрдый, хрупкий. Но, будучи предоставленным самому себе, кусок битума за длительное, но обозримое время под действием силы тяжести растекается по полу тонким слоем, совсем как жидкость.

Можно привести и другой наглядный пример: обычная вода воспринимается нами как совершенно жидкая. Но, если по поверхности воды на буксире за катером на большой скорости движется человек на водных лыжах или даже в кроссовках (на ещё большей скорости), то вода выглядит уже достаточно твёрдой. Точно так же человек, упавший с высокого моста в воду, разбивается об неё, как при падении на мостовую. То есть, жидкая вода при больших скоростях выглядит совершенно твёрдой!

В любом геологическом музее есть образцы твёрдых горных пород, «потёкших» под действием неодинаковых механических напряжений в различных направлениях, что свидетельствует об их пластичности.

Чем же обусловлены проявления таких различных жидких и твёрдых свойств одних и тех же веществ? Рассмотрим этот вопрос.

(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология) от vnshumilov Нет комментариев » Метки: мантия Земли, модуль сдвига, пластичность, поперечные волны, Скандинавия

Была ли поверхность нашей планеты когда-либо настолько горячей, что представляла собой жидкий расплав камня и металла? Скорее всего, нет. Но утверждать это однозначно у нас пока нет достаточных объективных оснований (фактов).

Однако очертить границы обстоятельств, при которых земная поверхность всегда была бы однозначно твёрдой (и никогда жидкой), или какое-то время однозначно была жидкой (речь сейчас идёт не о воде!) вполне возможно. Во всяком случае, мы можем показать зависимости, разграничивающие эти возможные варианты развития событий.

Понятно, что за счёт внутреннего тепла или за счёт тепла от Солнца поверхность Земли никогда не могла быть жидкой (ниже будет видно из цифр). Но возможны и другие механизмы, которые могли производить тепло на Земле в количествах, достаточных для того, чтобы её поверхность имела температуру выше температур плавления металлов и силикатов. Таким механизмом могло быть интенсивное выпадение на Землю межпланетных частиц различного размера в период активного начального формирования нашей планеты. При их падении вся кинетическая энергия падающих частиц на поверхности Земли (или неглубоко под ней) превращалась в тепловую энергию, которая в течение некоторого времени излучалась в межпланетное пространство (за вычетом незначительного количества тепла, пошедшего на нагрев вещества самой частицы). Так что практически вся усреднённая мощность падения частиц превращалась в среднюю излучаемую мощность. Не имеет большого значения, какими были эти частицы: отдельные молекулы, пылинки, или каменно-металлические глыбы изрядного размера. Имеет значение только интенсивность выпадения этих частиц на поверхность Земли (выраженная, скажем в (кг/м² ) / день) и скорость сближения этих частиц с поверхностью Земли (в м/сек).

Все гипотезы образования Земли, имеющие сегодня хождение, едины в том, что изначально Земли в её нынешних размерах не существовало. То есть, размеры Земли выросли практически от нуля до нынешних размеров за какой-то отрезок времени (скажем, за сто тысяч, или за сто миллионов лет). Сделаем некоторые допущения о скорости роста размеров Земли в период её формирования. И посмотрим, как эти допущения отразятся на возможной температуре поверхности Земли.

(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология) от vnshumilov Нет комментариев » Метки: кинетическая энергия, падение частиц, планета, Солнце, температура поверхности, формирование Земли

Хочу через свой блог донести мое виденье сути природных явлений и получить критику, которая позволит лучше понять то,  о чем пишу.

Написано в: Новости от vnshumilov Нет комментариев » Метки: hello world, первая запись