Внутренняя теплота и геомагнетизм

Тепловой режим глубоких слоев Земли изучен еще не достаточно, т.к. непосредственными исследованиями могут быть охвачены слои земной коры, расположенные в основном не глубже 1,5 км (исключение составляют золотоносные рудники ЮАР глубиной свыше 3 км, нефтяные скважины Техаса глубиной около 8 км и самая глубокая в мире – более 12 км – Кольская буровая экспериментальная скважина). На основе изучения этих и других скважин получено большое количество информации о составе, температуре и других свойствах земной коры. Предполагается два внутриземных источника тепла – энергия давления (чем больше сжато вещество, тем сильнее оно адиабатически нагрето) и ядерный распад тяжелых элементов. Количественные оценки источников тепла показали, что между собой они примерно равны, и что тепла в Земле накапливается больше, чем теряется излучением. Избыток тепла и участвует во многих тектонических процессах.

В формировании климата внутреннее тепло Земли не участвует - атмосферой используется только солнечная радиация. Суточные колебания температуры проникают на глубину до 1…2 м, годовые колебания в умеренных широтах, с континентальным климатом достигают глубины 20…30 м. На этой глубине залегает слой постоянной температуры – изотермический горизонт. Как показали измерения в шахтах и буровых скважинах, ниже изотермического горизонта происходит повышение температуры.

Число градусов, на которое увеличивается температура на 100 м глубины, называется геотермическим градиентом. Расстояние в метрах, при опускании на которое температура возрастает на 1 ^оС, называется геотермической ступенью. Ее величина везде разная и зависит от рельефа, гидрологического режима подземных вод, близости вулканических очагов, теплопроводности горных пород, в среднем она равна 33 м. В вулканических областях геотермическая ступень может быть около 5 м, но в геологически спокойных регионах (платформах) повышение температуры с глубиной происходит медленно, в основном на 1 ^оС на 100м. Уменьшение геотермической ступени вызывают залегающие уголь и нефть, и термальные воды. Однако, академик В.И. Вернадский высказал предположение, что по направлению к центру Земли температура понижается.

Еще в 1600 году английский физик У. Гильберт показал, что Земля ведет себя как огромный магнит. В настоящее время существует несколько гипотез о происхождении земного магнетизма, но природа магнитного поля до сих пор не выяснена. По-видимому, турбулентные движения в расплавленном железосодержащем внешнем ядре генерируют электрические токи, под действием которых возникает сильное магнитное поле, простирающееся в космосе на расстоянии более 64 000 км – магнитосфера. Силовые линии этого поля выходят из одного магнитного полюса Земли и входят в другой. Магнитные полюсы перемещаются вокруг географических полюсов Земли.

Геомагнитное поле дрейфует в западном направлении со скоростью 24 км/год. В настоящее время Северный магнитный полюс расположен среди островов северной Канады. Северный магнитный полюс соответствует положительному знаку (силовые линии поля направлены внутрь Земли), а Южный – отрицательному (силовые линии направлены вовне). Магнитная ось наклонена по отношению к географической на 11^о и проходит на расстоянии 1200 км от центра Земли.

В любой точке земной поверхности магнитное поле характеризуется горизонтальной составляющей напряженности, магнитным склонением (угол между этой составляющей и плоскостью географического меридиана) и магнитным наклонением (угол между вектором напряженности и плоскостью горизонта).

Действие магнитного поля наиболее наглядно проявляется на магнитной стрелке, которая в любой точке земли занимает строго определенное положение – по направлению магнитных силовых линий. Магнитная стрелка компаса определяет направление магнитного меридиана. На этом основано определение направления север-юг. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Наибольшая протяженность магнитного поля отмечается на полюсах, при приближении к экватору она уменьшается. Характеристики магнитного поля Земли подвержены изменениям и не являются постоянными величинами. Изменения могут быть суточными, годовыми и вековыми, причины их кроются в строении земной коры и Земли в целом, а также во внешнем воздействии со стороны Солнца.

В настоящее время положение магнитных полюсов Земли в различные периоды ее геологического развития определяют путем изучения остаточной намагниченности горных пород, чем и занимается наука – палеомагнитология.

Изучение земного магнетизма представляет большой научный и практический интерес, например, при поиске полезных ископаемых, геологической разведке, когда применяются магнитометрические методы, в основе которых лежит различная магнитная проницаемость горных пород и руд. Магнитометрические методы значительно ускоряют поиск полезных ископаемых и делают его экономически более эффективным, а также позволяют выявлять особенности тектонических структур и изучать рельеф.

Контрольные вопросы

1. Какой из методов геофизики позволил установить неоднородное строение земного шара?

2. Какие геологические сферы установлены во внутреннем строении Земли? Дать их характеристику.

3. Что такое астеносфера?

4. Указать различие в строении материковой и океанической земной коры.

5. Дать название основных сейсмических разделов, указать их особенности.

6. Что такое геотермический градиент и геотермическая ступень?

7. Для каких целей возможно использование магнитометрических методов?

Дата добавления: 2014-01-07