2.6.1. Общая характеристика температурного поля Земли. Земля представляет собой гигантскую энергетическую машину, в которой различные виды энергии - солнечная, радиоактивного распада химических элементов в породах, вулканической деятельности, землетрясений, гравитационного сжатия, приливного трения и др. - превращаются в тепловую энергию, формируя температурный режим ее недр и поверхности. Тепловое состояние Земли и закономерности его изменения определяются общим тепловым балансом приходящей энергии космического и солнечного излучения и внутреннего тепла, обусловленного рядом глобальных, региональных и локальных особенностей строения планеты и литосферы (Хуторской, 1996).
Установившийся тепловой режим способствует протеканию геологических, геохимических, геофизических, биологических процессов и созданию условий, пригодных для существования живых организмов, т.е. имеет фундаментальное значение. В частности, физические свойства вещества недр Земли, такие, например, как вязкость, упругость, электропроводность, намагниченность, играющие важную роль в формировании геофизических полей, частично, а иногда и в значительной мере зависят от температуры на той глубине, где это вещество находится.
Источниками, поддерживающими температурное (геотемпературное) поле Земли в целом и верхних ее слоев - литосферы, являются внешние (космические) и внутренние (планетарные) процессы. К числу внешних процессов относятся солнечная радиация, излучение звезд, энергия метеоритов, падающих на Землю, гравитационное воздействие Луны и Солнца. К внутренним источникам тепла относят начальную внутреннюю теплоту Земли при ее образовании и последующей тепловой жизни и современное теплообразование за счет радиогенного тепла, которое создается благодаря распаду рассеянных в горных породах изотопов урана, тория, 40К и иных радиоактивных элементов; тепла, обусловленного различными процессами, протекающими в недрах Земли, вулканической, тектонической и сейсмической деятельностью, дифференцией и перемещением глубинных масс, деформацией за счет приливов под действием Солнца и Луны, плавлением, химическими реакциями с выделением или поглощением тепла, гидротермальными и другими процессами.
35
Самым мощным (18,0 · 1020 Дж/год) современным внутренним источником тепла является радиоактивный распад. Его мощность приблизительно в 1,5 раза превышает суммарную мощность всех остальных планетарных источников тепловой энергии. Наибольшее количество радиоактивных веществ в литосфере содержат гранитные породы, которые и обеспечивают максимальную величину теплового потока, проходящего через литосферу снизу вверх. Внутреннее температурное поле отличается высоким постоянством. Оно не оказывает влияния .на температуру вблизи земной поверхности или климат, так как энергия, которая приходит на поверхность Земли от Солнца, в 1000 раз больше поступающей из ее недр. Благодаря изменению солнечной активности изменяется температура приповерхностного слоя воздуха, а с некоторым запаздыванием и температура горных пород.
Суточные, сезонные, многолетние и многовековые вариации солнечной активности приводят к соответствующим циклическим изменениям температур воздуха. Чем больше период цикличности, тем больше глубина их теплового воздействия. Например, суточные колебания температуры воздуха проявляются в приповерхностном слое глубиной 1 - 1,5 м. Это связано с переносом солнечного теплового потока за счет молекулярной теплопроводности пород и конвекции воздуха, паров воды, инфильтрующихся осадков и подземных вод. Сезонные (годовые) колебания вызывают изменения температур на глубинах до 20 - 40 м. На таких глубинах теплопередача осуществляется в основном за счет молекулярной теплопроводности, а также движения подземных вод. На глубинах 20 - 40 м располагается нейтральный слой (или зона постоянных годовых температур). В пределах этого слоя температура остается практически постоянной и в каждом районе в среднем на 3,7°С выше среднегодовой температуры воздуха. Многовековые климатические изменения сказываются на вариациях температур сравнительно больших глубин. Например, похолодания и потепления в четвертичном периоде влияли на тепловой режим Земли до глубины 3 - 4 км. Влияние циклических изменений температуры в верхних слоях литосферы, во многом определяющих ритмику жизнедеятельности биоты во всех ее - формах и проявлениях, зависит от геологических и гидрогеологических факторов и распространяется до глубины в несколько десятков или сотен метров.
Таким образом, если не учитывать многовековых климатических изменений, то можно считать, что ниже зоны постоянных температур (на глубинах свыше 40 м) влиянием цикличности солнечной активности можно пренебречь, а температурный
36
режим пород определяется глубинным потоком тепла и особенностями термических свойств пород.
37
