Близько 99,5 % всього тепла поверхневого шару Землі мас зовнішнє походження. Всю енергію, що надходить до Землі з Кос мосу, називають екзогенною, на 97 % це електромагнітне випромі нювання Сонця - сонячна радіація. Інші зовнішні джерела (за ра хунок припливного тертя в системі Земля-Місяць, космічних про менів високих енерг ій і космічних катастроф, зміни світової сталої гравітації) суттєвого значення не мають. Сонце випромінює рівномірно в усі боки світлову енергію загаль ною потужністю 3,83-1026 Вт, з якої на Землю надходить 1,75 107 Вт у рік. Завдяки успіхам у космонавтиці стало можливим уточнити величину сонячної радіації, що надходить до Землі. Сумарна кількість сонячної енергії, що впродовж деякого часу проходить через перпендикулярно повернуту до сонячних променів площину, розміщену на висоті 65 км над земною поверхнею, називають сонячною сталою (І). Значення сонячної сталої у нашу епоху І0 = 1,96 кал/(см2хв,>, або 1367 Вт/м2 (Савчук, 1998), хоча у різних літературних джерелах наводяться дещо інші значення Ід. Ця вели чина за багато років вимірювань дійсно виявилась постійною з точ ністю ±1 %. Варто зазначити, що навіть незначні коливання соняч ної системи (менше 1 % від її значення) спроможні відчутно впли вати на стан погоди і живі організми на Землі. Оскільки Земля має кулясту форму, приблизно лише 1/4 части на сонячного потоку припадає на одиницю площі. Чинниками, що впливають на приплив сонячної енергії до земної поверхні, є висо та Сонця над горизонтом і ступінь прозорості атмосфери. Суттєве зменшення притоку сонячної радіації до земної поверхні відбуваєть ся внаслідок поглинання її ультрафіолетового спектра в стратосфері та витрати сонячної енергії на іонізацію молекул нітрогену та оксиі'ену у верхніх шарах атмосфери. Сонячне випромінювання частково відбивається поверхнею Землі в Космос. Кількість відбитої сонячної радіації, виражена в частках або відсотках радіації, що надходить, називається альбе до. Його значення змінюється в широких межах залежно від по
верхні, географічної широти, пори року. Альбедо Землі як планети коливається від 0,28 до 0,38 (28...33 %). До внутрішніх (ендогенних) джерел тепла Землі належить тепло розпаду радіоактивних елементів, гравітаційної диференціації ре човини Землі (залишкове тепло), тепло її адіабатичного стиснення (гравітаційне тепло), тепло хімічних реакцій у гірських породах. Основним джерелом внутрішньої енергії Землі є потенційна енер гія сили тяжіння та енергія, що виникає під час розпаду радіоак тивних елементів, розпорошених у речовині земних надр. Частка радіогенного тепла, що виділяється під час розчеплення и, ТИ, ЯЬ, К, в секундному тепловому потоці становить 30 %. Най більшим вмістом радіоактивних елементів характеризуються по роди гранітного і осадового шарів, що складають верхню частину земної кори. У базальтовому шарі її у декілька разів менше і зовсім мало в перидотиті, що складає верхню мантію. У нижніх шарах мантії і ядрі кількість радіоактивних елементів незначна. Різні породи мають різну здатність генерувати тепло. Найвища вона в граніту. Підраховано, що якби вміст радіоактивних елементів у Землі в цілому відповідав їх вмісту в корі, тепла було б досить, щоб розплавити і випарувати нашу планету. Здавалось би, що в океанах, де кора представлена малопотуж ним базальтовим шаром із низьким вмістом радіоактивних еле ментів, значення теплового потоку повинне бути меншим. Однак результати замірів показали, що в океанах середнє значення тепло вого потоку близьке до значень на континентах, іноді вище. Пояс нення цьому явищу ще не знайдено, проте вважається, що, можли во, фактичний розподіл радіоактивних елементів у корі та в мантії відрізняється від розрахункового, або ж під океанічним дном ак тивно проявляється теплова конвекція речовини мантії, що забез печує додаткове тепло з нижніх шарів. Біля 70 % ендогенного тепла Землі утворюється внаслідок дифе ренціації речовини в надрах планети під дією сили земного тяжін ня та у результаті процесів, пов’язаних із переходом у тепло енергії напруженого стану порід. Залишкова кількість теплоти, що виділяється при гравітаційній диференціації речовини Землі, тісно пов’язана з історією розвитку планети. Акад. Виноградов О. П. довів, що зонна плавка речовини с основним механізмом утворення геосфер із первинно холодної матерії. В ході цього складного фізико-хімічного процесу більш лег коплавкі речовини, наприклад, оксиди Силіцію і Магнію, підніма ються з глибини Землі до її поверхні. Більш тугоплавкі і важкі ком поненти, такі як оксиди Феруму, Ніколу з незначними кількостями
Сульфуру дифундують у нижні внутрішні шари. В ході цього про цесу проходить перерозподіл потенціальної й кінетичної енергії між компонентами та виділення енергії при фізико-хімічних перетво реннях речовин, яка, з’єднуючись із радіоактивною, витрачається головним чином на підвищення температури надр. Сучасні знання про теплові процеси в надрах Землі дають підста ви вважати, що головним споживачем теплової енергії надр є тектогенез та пов’язана з цим сейсмічність, магмоутворення, вулканізм, деформація гірських порід, гороутворення (орогенез), метаморфізм, гідротермальність, зміна магнітного поля. Проте ці процеси носять локальний характер. Найбільша кількість внутрішнього тепла ви носиться рухомими масами до денної поверхні, з якої у вигляді інфрачервоних хвиль випромінюється у космічний простір. Внутрішнє тепло Землі - це величезне джерело енергії, яке не тільки викликає сейсмічні рухи, вулканізм, природне нагрівання глибинних вод тощо, але й залишається перспективним джерелом екологічно чистої енергії для потреб людей. Вся історія розвитку планети - це безперервний процес нагро мадження, перетворення, передачі та розсіювання нею енергії. Головна роль у цьому процесі належить тепловій енергії, оскільки, згідно з першим принципом термодинаміки, будь-який інший вид енергії - сонячна радіація, ядерна, хімічна, механічна - в умовах Землі може без втрат перетворюватись у тегшо, тоді як теплова енер гія перетворюється в інші види енергії лише частково і тимчасово. У кінцевому підсумку земне тепло безповоротно втрачається, роз сіюючись у безмежному Космосі.
Значення \Ув змінюється в широких межах: від одиниць до 50...70 % залежно від класу гірської породи і термодинамічних умов її залягання. Вода при цьому може бути молекулярною, гігроскопіч ною, плівковою, капілярною і гравітаційною. Її утримання в товщі гірської породи визначається молекулярними, капілярними і гра вітаційними силами. Молекулярні та капілярні сили приводять в рух у різних напрямках плівкову і капілярну форми води, гравіта ційна ж сила (сила тяжіння) зумовлює переміщення однойменної форми води зверху вниз по вертикалі, або по похилій площині. Розглянемо вплив вологості гірських порід на їх основні теп лові характеристики (теплоємність, теплопровідність і температуропроводність). Теплоємність гірських порід с визначає ступінь їх нагрівання чи остигання.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Фактори теплового поля Землі» з дисципліни «Геофізична екологія»
