Энергия приливного торможения Земли, потеря тепла

В настоящее время большая часть приливной энергии выделяется в мелководных морях и значительно меньшая – в глубоких океанах и астеносфере Земли. По оценкам Г. Макдональда (1975), скорость выделения приливной энергии в настоящее время равна 0,25*1020 эрг/с, причем около 2/3 приливной энергии диссипирует в мелководных морях благодаря трению интенсивных придонных приливных течений о морское дно. По определениям О.Сорохтина, сейчас в Земле рассеивается 0,287*1020 эрг/с приливной энергии, а в мантии − только 0,018*1020 эрг/с, тогда как в гидросфере − около 0,269*1020 эрг/с, или 94% от всей приливной энергии. Поскольку современный суммарный тепловой поток через поверхность Земли достигает 4,3*1020 эрг/с, получается, что доля приливной энергии, рассеиваемой в “твердой” Земле, не превышает 0,5% от полной энергии, генерируемой в ее недрах. Отсюда видно, что лунные приливы теперь играют скромную роль в питании тектонической активности Земли, хотя сами приливные деформации литосферной оболочки, достигающие по амплитуде нескольких десятков сантиметров, в некоторых случаях могут выступать в качестве “спусковых механизмов” землетрясений. Тем более незначительны влияния на тектонику Земли солнечных приливов, эффект которых не превышает 20% от воздействия лунных приливов.

В настоящее время около 94% приливной энергии рассеивается в гидросфере и только 6% –в земной мантии. Таким образом, доля приливной энергии в эндогенной энергетике Земли сейчас не превышает 0,4%. Приливная энергия доминировала только в катархее и в начале архея. Вклад же лунных приливов в общую энергетику Земли в позднем архее, протерозое и фанерозое оставался скромным и никогда не превышал 1−2%.

Теплопотери Земли

За время жизни Земли в ее недрах выделилось 16,85*1037 эрг тепловой энергии гравитационной дифференциации земного вещества, около 4,33*1037 эрг радиогенной энергии и приблизительно 2,24*1037 эрг приливной энергии, т. е. всего около 23,42*1037 эрг тепловой энергии. Большая часть тепла была потеряна Землей с ее тепловым излучением в космическое пространство.

К настоящему времени накопилось более 20 тыс. экспериментальных определений теплового потока, измеренных в разных точках земной поверхности. Однако современные теплопотери можно определить только эмпирически-теоретическим методом. Это объясняется тем, что значительная часть глубинного теплового потока из мантии выносится с гидротермальными водами. Если на континентах роль гидротермального выноса тепла невелика, то вынос тепла океанскими водами, циркулирующими по трещинам земной коры в океанических рифтовых зонах и на склонах срединно-океанических хребтов, достигает огромных величин. По оценкам О.Сорохтина,1974, такой вынос тепла составлять до 23% суммарных теплопотерь Земли, однако экспериментально измерять суммарный конвективный тепловой поток пока не удается.

Тепловой поток через океаническое дно превышает суммарный тепловой поток континентов более чем в 2,5 раза. Если учесть, что большая часть тепла континентов генерируется распадом радиоактивных элементов, сосредоточенных в верхних слоях континентальной коры, то оказывается, что через океаническое дно теряется более 92% эндогенного (мантийного) тепла Земли.

Тепловой поток через плиту обратно пропорционален корню квадратному от ее возраста и прямо пропорционален температуре мантии. Температуру верхней мантии под океанами на уровне астеносферы можно принять равной 1400оС. Тогда можно вывести теоретическую зависимость глубинного теплового потока от возраста океанических литосферных плит.

Для современных океанических литосферных плит их средний предельный возраст “жизни” близок к 120 Му. В этом случае средний удельный тепловой поток через океаническое дно оказывается примерно равным 2,41*10−6 кал/см2*с.

Принимая суммарную площадь океанической коры (без учета площади шельфовых и окраинных морей с корой континентального или переходного типа) равной 3,06*1018 см2, получим суммарный тепловой поток через океаническую кору равный 3,09*1020 эрг/с.

Судя по эмпирическим данным, средний удельный тепловой поток через континенты равен 1,42*10−6 кал/см2*с (Sclater et al., 1981). Принимая площадь континентальной коры равной 2,04*1018 см2 (с учетом площади шельфовых и окраинных морей), получим суммарный тепловой поток через континентальную кору 1,21*1020 эрг/с.

Следовательно, общая потеря тепла современной Землей достигает 4,3*1020 эрг/с.