Геотермия

[Shtorm]

Геотермия (англ. geothermy) — раздел геофизики, изучающий тепловое состояние, распределение температуры, её источники в недрах Земли, а также тепловую историю Земли.
Так вот собственно вопрос: пытался найти в инете чёткий научный ответ - почему в недрах Земли такая высокая температура. Как я понял - большинство учёных считают, что высокая температура обусловлена радиоактивным распадом веществ в магме. Но в то же время, как пишут некоторые источники - лава имеет радиоактивность даже ниже чем поверхность Земли. Хотя есть и обратные утверждения. Но вообще-то если такие огромные температуры обусловлены радиоактивностью - то радиоактивность лавы должна быть очень высокой. Настолько высокой, что находиться около неё без костюма радиационной защиты - опасно для жизни.
А какие мнения у вас?

[Munin]

Распад может происходить не сейчас, а в прошлом. Земля - огромный накопитель тепла, остывающий слишком медленно.

[Shtorm]

Munin в сообщении #603653 писал(а):

..... остывающий слишком медленно.

Я думал об этом. НО! Что-то уж слишком медленно! Более 4 миллиардов лет (по совр. научн. данным). Разве за это время не остыла бы?

[Munin]

Нет, это нормально. Для масштабов, слишком далёких от повседневности, надо делать честные количественные прикидки, потому что повседневная интуиция в них просто не работает. И только если вы будете много работать с этой конкретной областью масштабов, у вас может постепенно выработаться новая интуиция - интуиция специалиста.

Солнце остыло бы за 30 млн лет. Но это же намного меньше 4 млрд? Но Солнце намного горячее! Его поверхность в 20 раз горячее земной, а поток тепла пропорционален этому числу в четвёртой степени - то есть, $\sim 10^5.$ Кроме того, и размеры Солнца совсем другие: радиус больше на два порядка, а значит, площадь излучающей поверхности - на 4-5 порядков. Теперь перевес получается в другую сторону? Вспомним, что температура Солнца выше, и вещества в нём больше, то есть излучить надо больше энергии. ...Вот так и живём.

Чтобы заработала интуиция, нужно выбрать правильный образ. Земля отличается от обычных повседневных предметов (горячий утюг, раскалённая металлическая болванка, лужица лавы) размерами - состав вещества там примерно тот же, и температуры почти такие же, по крайней мере, по порядку недалеки. Размеры по-разному влияют на объём (количество теплоты) и площадь (дающую поток тепла). Значит, надо представить что-то с таким же соотношением. Возьмём не всю Землю, а сектор её объёма - "ломтик арбуза" с площадью основания 1 кв. м, и в глубину достигающий центра Земли. Он весь раскалён. Он в длину 6 тыс. км - примерно шесть Италий, чтобы было понятно. И весь теплоизолирован с боков - сбросить тепло в стороны он не может. И с одного конца не может. Может он остывать только с другого конца, с холодного. Ну как? Как по-вашему, сколько времени будет остывать такая штуковина? Забарахлила интуиция? Тогда считайте количественно.

[Someone]

И не забыть, что источником тепла является не только распад радиоактивных элементов, но и гравитационная дифференциация вещества, приливное трение, химические и фазовые превращения вещества, и что все эти источники всё ещё далеки от исчерпания...

[Munin]

Самое сложное, что все они с трудом поддаются оценке. Я цитировал Монина, книжка 70-х годов, где он излагает результаты расчётов Сорохтина - ещё раньше, 60-е, кажется. Там предполагается, что гравитационная дифференциация даёт вклад больше радиоактивного распада. При этом суммарное тепло оценивается как $2\cdot 10^{38}\text{ эрг}.$ В англоязычной Википедии nowadays главным источником называется радиоактивный распад, а суммарное тепло оценивается как $10^{31}\text{ Дж}$ (порядки совпадают, то есть вдвое меньше). Я так понимаю, эти оценки сильно опираются на модели образования и строения Земли, до сих пор в деталях неустойчивые. Кроме того, надо быть готовым, что отечественные и зарубежные источники будут ссылаться на разных авторов и разные расчёты.

Монин приводит график Сорохтина, по которому гравитационная дифференциация вещества, по показателю скорости роста ядра, закончится примерно через 2,5 млрд лет.

[Shtorm]

Someone в сообщении #603765 писал(а):

И не забыть, что источником тепла является не только распад радиоактивных элементов,...

Munin в сообщении #603823 писал(а):

...Там предполагается, что гравитационная дифференциация даёт вклад больше радиоактивного распада. При этом суммарное тепло оценивается как $2\cdot 10^{38}\text{ эрг}.$ В англоязычной Википедии nowadays главным источником называется радиоактивный распад,... .

Ну пусть, кроме радиоактивного распада в образование тепла вносят вклад и другие факторы, пусть модели пока неустойчивые, но тем не менее - разве при этом радиоактивность лавы не должна быть очень высокой?

[Someone]

Shtorm в сообщении #604002 писал(а):

разве при этом радиоактивность лавы не должна быть очень высокой?

Далась Вам эта радиоактивность... Как я понимаю, лава - это локальное явление, связанное с взаимным движением соприкасающихся литосферных плит. Тепло генерируется трением.

[Shtorm]

Someone, пусть так. Но лава в магматическом слое земной коры постоянно перемешивается и значит соприкасается с очагами повышенной радиоактивности. Разве нет?

[Someone]

Shtorm в сообщении #604016 писал(а):

Но лава в магматическом слое земной коры

Да нету "магматического слоя". Есть отдельные очаги в зонах интенсивной тектонической деятельности, вызванной движением литосферных плит. Про "очаги повышенной радиоактивности" не слышал.

Вообще, чего Вы к этой радиоактивности привязались? В зоне угольной электростанции радиоактивность вполне может быть выше, чем в вулкане.

[worm2]

Даже естественный фон может приводить к сильному разогреву. Нужно вести расчёты, но качественно картина такая: в некотором объёме вещества за счёт естественной радиоактивности происходит повышение температуры. Если объём вещества близок к поверхности, то он быстро остывает, а если далёк — остывает медленно, и температура потихоньку растёт. Концентрация влияет на этот процесс мало (если радиоактивные элементы расположены ближе к ядру, то общее охлаждение слабее, но не на порядки), пока, конечно, не получается критической массы и цепной реакции. Но ядро твёрдое, в нём дифференциация не может привести к такой большой концентрации тяжёлых радиоактивных элементов.

[Munin]

Shtorm в сообщении #604002 писал(а):

Ну пусть, кроме радиоактивного распада в образование тепла вносят вклад и другие факторы, пусть модели пока неустойчивые, но тем не менее - разве при этом радиоактивность лавы не должна быть очень высокой?

Нет, не должна быть. Ещё раз повторяю: то тепло, которое имеется сейчас внутри Земли, образовалось в радиоактивном распаде миллиарды лет назад. Тогда вещество Земли было более радиоактивным, чем сегодня, во много раз. А с тех пор распад закончился, а тепло осталось.

Когда учёные предложили модель с радиоактивным распадом, они не просто так пальцем ткнули, а проделали множество расчётов, чтобы проверить её на правдоподобие. И у них получилось, что такое происхождение тепла совместимо с той радиоактивностью магмы, которая наблюдается. Если у вас недоверие - идите и почитайте подробнее про эти расчёты.

Someone в сообщении #604015 писал(а):

Тепло генерируется трением.

О хосподи. Кого обо что?

Shtorm в сообщении #604016 писал(а):

Но лава в магматическом слое земной коры

Океаническая кора однослойная (базальтовая). Континентальная кора имеет три слоя: осадочный, гранито-гнейсовый и гранулитовый. Никакого магматического слоя в ней нет. Магма собирается в магматических камерах, или проникает сквозь трещины в нерасплавленной породе.

worm2 в сообщении #604080 писал(а):

Но ядро твёрдое

Если речь о земном ядре, то оно состоит из жидкого внешнего, и твёрдого внутреннего ядра.

[Shtorm]

Someone в сообщении #604067 писал(а):

Да нету "магматического слоя". ....

Munin в сообщении #604093 писал(а):

Океаническая кора однослойная (базальтовая). Континентальная кора имеет три слоя: осадочный, гранито-гнейсовый и гранулитовый. Никакого магматического слоя в ней нет. Магма собирается в магматических камерах, или проникает сквозь трещины в нерасплавленной породе.

Я имел ввиду слой под названием "мантия".

-- Ср авг 08, 2012 14:46:17 --

Munin в сообщении #604093 писал(а):

И у них получилось, что такое происхождение тепла совместимо с той радиоактивностью магмы, которая наблюдается. Если у вас недоверие - идите и почитайте подробнее про эти расчёты.

А ссылочку не дадите? А то в тех местах интернета, где я находил подобную информацию - речь шла о радиоактивном распаде не в древнюю эпоху, а о современном радиоактивном распаде - для объяснения высокой температуры недр.

[Munin]

Shtorm в сообщении #604101 писал(а):

Я имел ввиду слой под названием "мантия".

Во-первых, мантия, разумеется, не слой земной коры - она сама расположена под земной корой. Во-вторых, она тоже не магматический слой, а находится в твёрдом состоянии - хотя на масштабах времени порядка движения тектонических плит, то есть тысячи и миллионы лет, проявляет пластичность. Как очень вязкотекущая жидкость. Её вязкость даже рассчитана. С текущей магмой эта текучесть не имеет ничего общего.

Shtorm в сообщении #604101 писал(а):

А ссылочку не дадите? А то в тех местах интернета, где я находил подобную информацию - речь шла о радиоактивном распаде не в древнюю эпоху, а о современном радиоактивном распаде - для объяснения высокой температуры недр.

Вы хотите, чтобы я вас научил гуглить и искать библиографические источники? Я не знаю, что за "места интернета" вы находили - хотел бы я взглянуть. Но искать, разумеется, надо не "места интернета", а печатные издания, книги и статьи. В интернете бывают сайты с выверенным содержимым, но они сравнительно редки, их можно опознавать по специальным признакам (например, рекомендованы как полноценный учебный материал для конкретных вузов и специалистов).

Начать можете со списка литературных ссылок в статье
http://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_gradient

[Dolopihtis]

Shtorm в сообщении #603634 писал(а):

Геотермия (англ. geothermy) — раздел геофизики, изучающий тепловое состояние, распределение температуры, её источники в недрах Земли, а также тепловую историю Земли.
Так вот собственно вопрос: пытался найти в инете чёткий научный ответ - почему в недрах Земли такая высокая температура. Как я понял - большинство учёных считают, что высокая температура обусловлена радиоактивным распадом веществ в магме. Но в то же время, как пишут некоторые источники - лава имеет радиоактивность даже ниже чем поверхность Земли. Хотя есть и обратные утверждения. Но вообще-то если такие огромные температуры обусловлены радиоактивностью - то радиоактивность лавы должна быть очень высокой. Настолько высокой, что находиться около неё без костюма радиационной защиты - опасно для жизни.
А какие мнения у вас?

Если Вам интересно, посмотрите книгу Тихонов, Самарский "Уравнения математичской физики". Приложение "Влияние радиоактивного распада на температуру земной коры". Там показывается, что для того, чтобы объяснить значение температурного градиента, полученного в экспериментах на глубинах до 3 км, необходимо предположить, что с глубиной концентрация радиоактивных элементов падает. (А не возрастает).