Конечно, принятое значение Т5000 = 60000К может быть заметно завышенным, так как добавление к железу, например, примесей кремния в количестве 20% снижает температуру плавления на 3000К. Если же ядро состоит в основном не из железа, а из металлизированных силикатов, то сказать что-либо о температуре ядра еще труднее. Однако, применяя формулу Линдемана, можно все еще оценить и температуру плавления металлизированных силикатов. На рис. 8.5 кривая «силикаты» показывает предполагаемый ход плавления.

Обобщенная температура по радиусу Земли

1. По В.А. Магницкому [Магницкий, 1965, с. 38-45]. Подводя итог имеющихся сведений о температуре земных недр, можно отметить следующие основные температуры:

Т100 = 1100-13000С, Т400 = 1400-17000С, Т2900 = 2200-47000С. Если провести плавную кривую через середины этих интервалов (точки А, В, С), то получим наиболее вероятное

распределение температур внутри Земли по имеющимся у нас данным (рис. 8.6).

Рис. 8.5. Кривая плавления Fe для условий в ядре при Тм0 = 1805 0К. Пунктиром для железа проведена кривая плавления, рассчитанная с помощью метода критических концентраций дефектов в соответствии с уравнением состояния железа [Магницкий, 1965, с. 37].

Рис. 8.6. Вероятное распределение температур внутри Земли [Магницкий, 1965, с. 38]

234

Для ядра на глубинах больше 2900 км кривая температур проведена до точки С по адиабате. Пользуясь формулой (8.14), получим для глубины 5000 км температуру 50000С, что по существу не отличается от простой экстраполяции температурной кривой из оболочки в ядро. Пунктиром показан ход кривой температуры от точки С по адиабате в жидком ядре железного состава.

2. По Дж. Джекобсу [1979, с. 116-137]. Разумное с точки зрения термодинамики объяснение понижения температурного градиента с увеличением глубины дал Дж. Джекобс. Кратко, согласно [Шейдеггер, 1987, с. 102-104], суть сводится к следующему.

Определение распределения температуры внутри Земли следует, в принципе, начать с распределения плотности, из которого, применив закон тяготения Ньютона, можно вычислить распределение давления с глубиной (см. главу 5). Далее необходимо по аналогии с зависимостью между сжимаемостью и давлением предположить, что объемный коэффициент температурного расширения α зависит от давления р по закону:

1	=		1	+ bp , (8.15)
α		α0

гдеα0 и b – постоянные.

Теперь можно определить распределение температуры внутри Земли. Адиабатический градиент температуры (при постоянной энтропии) удовлетворяет

уравнению:
(	∂T )	S =const	=	αT	, (8.16)
	∂p			ρCp

где Т – температура, ρ - плотность и Cp - теплоемкость при постоянном давлении, S - энтропия. Подставляя (8.15) в (8.16) получим:

dT	=		dp				. (8.17)
T			1
		ρCp (				+ bp)
			α	0

Если далее предположить, что Cp - величина постоянная, то полученная зависимость может быть проинтегрирована:

LnT =	1	∫		dp		. (8.18)
				1
	Cp		ρ(		+ bp)
				α0

Поскольку зависимость плотности от глубины (и от давления) приблизительно известна, то уравнение (8.18) может быть проинтегрировано численно.

Если начать все вычисления с глубины Н = 100 км, на которой положить Т = 15000К, то результатом вычислений по схеме (8.15) – (8.18) будет зависимость, качественно близкая зависимости на рис. 8.6 при значении температуры центре Земли примерно 60000К.

Новые данные о тепловом поле Земли

Данные о распределении температуры внутри Земли, приведенные в главе 8, как можно было видеть, использованы, в основном, из литературы 1960-1970-х гг. Новые

235

использованные нами данные, приведенные в работах [Смирнов, Сугробов, 1979, 1980а, б; Смирнов, Сугробов, Галушкин, 1982; Рыкунов, Рогачева, 1991; Кирюхин, Делемень, Гусев, 1991; Сорохтин, Ушаков, 2002], в общем объеме «тепловых» данных о Земле составляет небольшую величину. И сделано это было вполне сознательно по следующим причинам.

Все использованные нами данные, по сути, являются самосогласованными, подогнанными под определенную «тепловую» модель Земли, что и позволяет достаточно наглядно продемонстрировать «работу» различных физических и геофизических теорий и моделей в комплексе.

Новые же данные о тепловом поле Земли, полученные в последнее десятилетия, позволили уточнить значения некоторых параметров, сформулировать новые задачи и подходы, но пока не привели к каким-либо принципиально новым идеям. Эти новые данные, как и использованные нами в работе, в основном, «старые» данные, возможно, будут еще не один раз пересматриваться, уточняться и опять «подгоняться» к следующей приближенной термической модели Земли.

Тепловая модель Земли, как уже отмечалось выше, является самой умозрительной из всех геофизических моделей нашей планеты. Поэтому, представляется, что недоучет некоторых последних данных в настоящее время не является принципиальным моментом, на котором в настоящее время в учебной литературе можно было бы акцентировать внимание.

Литература

Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподбном эфире. М.: Энергоиздат , 2003. 584 с.

Болт Б.А., Хорн У.Л., Макдоналд Г.А., Скотт Р.Ф. Геологические стихии. М.: Мир, 1978. 440 с.

Большое трещинное Толбачинское извержение. Камчатка. 1975-1976 / Ред. С.А. Федотов. М.: Наука, 1984. 638 с.

Ботт М. Внутреннее строение Земли. М.: Мир, 1974. 375 с.

Викулин А.В. Мир вихрей. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2008. 230 с.

Викулин А.В., Водинчар Г.М., Мелекесцев И.В., Акманова Д.Р., Осипова Н.А.

Моделирование геодинамических процессов окраины Тихого океана // Солнечно-земнве связи и предвестники землетрясении й. Сборник докладов IV международной конференции. 14-17 авг. 2007. с. Паратунка Камч. обл. Петропавловск-Камчатский: ИКИРР ДВО РАН, 2007. 499 с.

Гольдин С.В. Физика «живой» Земли // Проблемы геофизики XXI века / Ред. А.В.

Николаев. М.: Наука, 2003. С. 17-36.

Гущенко И.И. Извержения вулканов мира. Каталог. М.: Наука, 1979. 476 с. Гутенберг Б. Физика земных недр. М.: Изд-во ИЛ, 1963. 264 с.

Гьюдис М., Бендиксен Й. Энергия жизни // National Geographic. Россия. 2008. № 3. С. 138-161.

Джекобс Дж. Земное ядро. М.: Мир, 1979. 306 с.

Дорфман Я.Г. Всемирная история физики. С древнейших времен до конца XVIII века. М.: КомКнига, 2007а. 352 с.

Дорфман Я.Г. Всемирная история физики. С начала XIX до середины ХХ вв. М.: КомКнига, 2007б. 320 с.

Жарков В.Н. Физика ядра Земли // Труды ИФЗ АН СССР. 1962. Т. 20.

236

Жарков В.Н., Трубицын В.П., Самсоненко Л.В. Физика Земли и планет. Фигуры и внутреннее строение. М.: Наука, 1971. 384 с.

Исаков А.Я. Концепции современного естествознания. Часть 1. Древние цивилизации. Античный период. Эпоха Возрождения. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. 165 с.

Кирюхин А.В., Делемень И.Ф., Гусев Д.Н. Высокотемпературные гидротермальные резервуары. М.: Наука, 1991. 160 с.

Ковалев Г.Н., Кутыев Ф.Ш. Оценка температурных условий в мощных пеплогазовых струях Толбачинского извержения 1975 г. (Камчатка) по структуре вулканических бомб // Доклады АН СССР. 1977. Т. 237. № 5. С. 1171-1174.

Круть И.В. Введение в общую теорию Земли. Уровни организации систем. М.:

Мысль, 1978. 368 с.

Кутыев Ф.Ш. К энергетике геологических процессов // Вулканология и сейсмология. 1990. № 5. С. 69-75.

Любимова Е.А. Термика Земли и Луны. М.: Наука, 1968. 280 с.

Макдоналд Г. Вулканы. Фундаментальные труды зарубежных ученых по геологии, геофизике и геохимии. М.: Мир, 1975. 432 с.

Магницкий В.А. Внутренне строение и физика Земли. М.: Недра, 1965. 380 с. Мархинин Е.К. Вулканизм. М.: Недра, 1985. 288 с.

Маршалл Э., Стэнмейер Дж. Вот-вот начнется настоящее светопредставление // National Geographic. Россия. 2008. № 2. С. 144-163.

Михаил Александрович Садовский. Очерки. Воспоминания. Материалы / Ред. А.В.

Николаев. М.: Наука, 2004. С. 242-246.

Мархинин Е.К. Вулканизм. М.: Недра, 1985. 288 с.

Рыкунов А.Л., Рогачева Л.Е. Особенности распределения температуры в Кольской сверхглубокой скважине // Вулканология и сейсмология. 1991. № 6. С. 70-77.

Святловский А. Вулканы служат людям. Владивосток: Дальневосточное книжное издательство, 1969. 136 с.

Сергеев А. Почему мы доверяем науке? // Вокруг света. 2008. № 3. С. 120-128. Смирнов Я.Б., Сугробов В.М. Земной тепловой поток в Курило-Камчатской и Алеутской провинциях. I. Тепловой поток и тектоника // Вулканология и сейсмология.

1979. № 1. С. 59-73.

Смирнов Я.Б., Сугробов В.М. Земной тепловой поток в Курило-Камчатской и Алеутской провинциях. II. Карта измеренного и фонового теплового потока // Вулканология и сейсмология. 1980а. № 1. С. 16-31.

Смирнов Я.Б., Сугробов В,М. Земной тепловой поток в Курило-Камчатской и Алеутской провинциях. III. Оценки глубинных температур и мощность литосферы // Вулканология и сейсмология. 1980б. № 2. С. 3-18.

Смирнов Я.Б., Сугробов В.М., Галушкин Ю.И. Тепловой поток в зоне сочленения Алеутской и Курило-Камчатской островодужных систем // Вулканология и сейсмология. 1982. № 6. С. 96-115.

Смирнова В. Тепловой портрет мозга // Наука и жизнь. 1986. № 8. С. 33-36. Советский энциклопедический словарь / Ред. А.М. Прохоров. М.: Советская

энциклопедия, 1985. 1600 с.

Сорохтин О.Г., Ушаков А.С. Развитие Земли. М.: Изд-во МГУ, 2002 . 560 с. Стейси Ф. Физика Земли. М.: Мир, 1972 . 343 с.

Тихонов А.Н. О влиянии радиоактивного распада на температуру Земли // Изв. АН

СССР. Серия геогр. и геофиз. 1937. № 3.

Трухин В.И., Показеев К.В., Куницын В.Е. Общая и экологическая геофизика. М.: Физматлит, 2005. 576 с.

Шейдеггер А. Основы геодинамики. М.: Недра, 1987. 384 с.

237

Физический энциклопедический словарь / Ред. А.М. Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1983. 928 с.

Фишети М. Тепло Земли // В мире науки. 2008. № 1. С. 82-83.

Храмов Ю.А. Физики. Биографический справочник. М.: Наука, 1983. 400 с. Ясаманов Н. Сколько тебе лет, Земля? // Наука и жизнь. 1988. № 2. С. 82-86.

Lee W.H.K., Uyeda S. Review of heat flow data // Terrestrial Heat Flow. Washington. Nat. Acad. Sci. America. 1965.

238