ЭНЕРГЕТИКА ЗЕМЛИ

Source http://www.evolbiol.ru/sorohtin11.pdf

http://avspir.narod.ru/geo/khain1995/hain_18_1.htm

Тектоническая активность Земли

Тектономагматическая активность Земли связана с движениями земных масс и плавлением земного вещества. Однако все перемещения земных масс приводят к преобразованию кинетической энергии движения вещества в тепло, которое с течением времени рассеивается в окружающем пространстве и теряется с тепловым излучением Земли. Поэтому естественным мерилом тектономагматической активности Земли является поступающий из мантии глубинный тепловой поток.

Основными процессами, управляющими тектонической активностью Земли, могут быть только те глубинные энергетические процессы, которые в наибольшей степени снижают потенциальную (внутреннюю) энергию нашей планеты и системы Земля–Луна. При этом снижение потенциальной
энергии происходит за счет ее перехода в тепло и в кинетическую энергию движения земных масс – конвекцию, движение литосферных плит, дрейф континентов, горообразование и т.д. В свою очередь любые перемещения земных масс также сопровождаются диссипацией кинетической энергии и выделением тепла, которое приводит к частичному расплавлению вещества верхней мантии или пород континентальной коры, питая тем самым своей энергией магматизм Земли. Однако все это тепло теряется с тепловым излучением через земную поверхность и рассеивается в космосе. Отсюда естественной и количественной мерой тектонической активности Земли является идущее из ее недр тепло. Таким образом, если удастся оценить глубинные теплопотери в прошлые геологические эпохи, можно определить эволюцию тектонической активности планеты.

К наиболее мощным энергетическим процессам, развивающимся в недрах Земли, относятся три глобальных процесса. Во-первых, это процесс гравитационной дифференциации земного вещества по плотности, приводящий к расслоению Земли на плотное окисно-железное ядро, остаточную силикатную мантию, легкую алюмосиликатную кору и гидросферу с атмосферой. Во-вторых, это распад радиоактивных элементов, приводящий к выделению существенной доли тепловой энергии. Третьим процессом является приливное взаимодействие Земли с Луной. Все остальные эндогенные источники энергии либо несоизмеримо меньше перечисленных, либо полностью обратимы благодаря конвективному массообмену в мантии (например, энергия переходов минеральных ассоциаций под влиянием давлений в восходящих и нисходящих конвективных потоках противоположны по знаку). Поэтому влиянием таких реакций на эндогенный энергетический баланс Земли можно пренебречь. Значительно больший тепловой поток солнечного излучения, падающий на Землю, после ряда преобразований в атмосфере, гидросфере, биосфере и приповерхностных слоях земной коры частично консервируется в осадочных толщах Земли и в форме залежей горючих ископаемых, но в еще большей мере отражается обратно в космос. Поэтому Солнечное излучение активно влияет лишь на протекание экзогенных процессов – выветривание пород, поверхностный перенос продуктов их разрушения, осадконакопление, образование месторождений горючих полезных ископаемых и на развитие земной жизни.

При отсутствии процесса гравитационной дифференциации земного вещества и среднем значении коэффициента объемного теплового расширения этого вещества, Земля должна была бы расшириться с увеличением ее радиуса на 120 км. Однако в процессе дифференциации земного вещества и образования земного ядра радиус Земли должен был уменьшиться на 116 км, т.е. примерно на ту же величину. Это позволяет в первом приближении считать радиус Земли неизменным в течение всей истории ее геологического развития.

Значение потенциальной энергии первичной Земли равно –23,249*1038 эрг (потенциальная энергия отрицательная по определению). Потенциальная же энергия современной Земли определяется интегрированием соответствующих уравнений состояния вещества и оказывается равной –24,933*1038 эрг. Следовательно полная энергия гравитационной дифференциации Земли равна 1,684*1038эрг.

Найденное значение энергии гравитационной дифференциации Земли огромно и существенно превышает суммарное выделение в ее недрах всех остальных видов энергии. Большая часть этой энергии, около 1,264*1038 эрг, переходит в кинетическую энергию конвективных движений мантийного вещества, а затем и в тепло. Около 0,42*1038 эрг расходуется на дополнительное сжатие земных недр, возникающее благодаря концентрации плотных фаз (железа и его эвтектического сплава с окисью железа в земном ядре.

Во время образования земного ядра в конце архея произошло радикальное перераспределение плотных масс в недрах Земли. Действительно, в позднем архее тяжелые массы расплавленного железа и его окислов из зоны дифференциации широкого кольцевого пояса Земли переместились в ее центральные области, при этом резко изменилось распределение плотности в разрезах Земли. Соответственно этому изменилась и потенциальная энергия Земли: до образования ядра она равнялась -23,62*1038 эрг, после же образования земного ядра она снизилась до -24,31*1038 эрг.

Выделившаяся энергия сформировала астеносферу. Выделение энергии гравитационной дифференциации Земли началось достаточно резко около 4 млрд лет назад. В раннем архее выделялось в виде тепла примерно до 7*1020 эрг/с гравитационной энергии, почти в 2,5 раза больше, чем сейчас (около 2,77*1020 эрг/с). После некоторого снижения скорости выделения гравитационной энергии в среднем архее, в позднем архее вновь произошел существенный всплеск выделения гравитационной энергии, превышая в 20раз современный уровень. Дальнейший процесс гравитационной дифференциации Земли протекал значительно спокойнее, постепенно снижаясь до современного уровня выделения энергии – около 2,8*1020 эрг/с. Затухание этого процесса продолжится и в будущем.

Энергия распада радиоактивных элементов
Энергия приливного торможения Земли, потеря тепла
Энергетический баланс Земли
ЭНЕРГЕТИКА ТЕКТОНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ