Univerzum-Galaxy
Univerzum-Galaxy
Menü
 
Univerzum
 
Kozmosz
 
Naprendszerünk
 
Hrdetsek
 
Naprendszer

 
Pontos Id
 
Bejelentkezs
Felhasznlnv:

Jelsz:
SgSg
Elfelejtettem a jelszt
 
Adat
Yahoo bot last visit powered by MyPagerank.Net
Msn bot last visit powered by MyPagerank.Net
freestat.hu
 
Hrdets
 
BlogPlusz
Friss bejegyzsek
2012.10.04. 20:02
2012.01.15. 08:44
2012.01.15. 08:32
Friss hozzszlsok
csillagggg: ez csodlatos...
 
H a Fldn

 

 

Bevezets

A Fld hõeloszlsa s a fldi anyagok hõszlltsa alapvetõ jelentõsgû a fldtani folyamatok megrtsben. Minden fldtani folyamat lezajlshoz energira van szksg. Akr a fldrengsekrõl, akr a vulkanizmusrl, akr szerkezeti mozgsokrl beszlnk, minden esetben jelentõs mennyisgû energia mozog, amely valahonnan szrmazik. Mik a Fld energiaforrsai, hogyan alakul t a mechanikus energia hõenergiv s viszont?

A Fld felsznn a hõmrsklet kb. +50 s -50oC kztt vltozik. A vltozs rvid (napi), kzp (vszakos) s hossz peridus trendeket mutat. A Fld felsznt rintõ vltozsok kis mlysgben, 10-50 m kztt eltnnek, s a Fld hõhztartst e mlysgek alatt a Fld belsejbõl terjedõ hõram hatrozza meg.

A hõramls szorosan kapcsoldik a hõmrsklethez s ennek eloszlshoz. A fldtrtnet szintn szorosan kapcsoldik a hõ forrsainak eloszlshoz s intenzitshoz. A mltbeli hõtrtnetrõl kzvetlen adataink nincsenek, erre fldtani megfigyelsekbõl kvetkeztethetnk. A hõeloszlsra felllthat modellek s egyenletek jelentõs mrtkben spekulatvak.

Hõram, hõforrsok, hõszllts

A fldfelszn kzelben csaknem mindentt azt tapasztaljuk, hogy a hõmrsklet a Fld belseje fel nõ.

A geotermikus gradiens dT/dz (ahol z a mlysget jelenti), ltalban 8 s 40 K/km kztt vltoz a szrazulatokon, ennl kiss magasabb a mlytengeri ledkekben. Ez a hõ a Fld belsejbõl a klszn fel ramlik.

A hõram, q, fgg a geotermikus gradienstõl az Ohm-trvnyhez hasonl szablyszerûsg szerint:

q = - K grad T

ahol K a hõvezetõkpessg, a negatv elõjel a hõram irnyt jelli a melegebbtõl a hidegebb terlet fel. A hõramot Joule/cm2/sec dimenziben hatrozzuk meg.

A K vezetõkpessg fgg a kõzet tpustl, a hõmrsklettõl, a nyomstl, a porozitstl, a porzus kõzetek esetben a vztartalomtl. Szoksos rtke 4 s 10-3 cal cm-1 sec-1 deg-1. A mlytengeri ledkekben, amelyek prustere rossz hõvezetõkpessgû vzzel van teltve, a vezetõkpessg valamivel alacsonyabb.

gy szrazulatokon a hõram tipikus rtke kb. 1.5 microcal cm-2 sec-1, amely megfelel kb. K = 5 x 10-3 rtknek, dT/dz = 30o/km = 3 x 10-4 gradiens mellett. A Fld felsznre raml hõ becslt teljes mennyisge gy kb. 2,4 x 1020 cal/v, azaz 1028 ergs/v.

Napenergia

Br a fldi hõram ves becslt sszmennyisge nagynak tûnik, mgis elhanyagolhat ahhoz a hõmennyisghez kpest, amely a Napbl rkezik a Fld felsznre. Ez az tlagos beessi szg mellett 1,36 x 106 ergs cm-2 sec-1. Ezrt a Fld felsznnek hõhztartst a Napbl szrmaz hõ hatrozza meg. Nem lehet mltbeli klimavltozsokat kizrlag a belsõ hõram vltozsaira visszavezetni, amelyek a Napbl szrmaz energihoz kpest tl kicsik voltak ahhoz, hogy befolysol hatsak lehessenek.

Meg kell itt llni egy pillanatra, hogy megvizsgljuk, mi trtnik a Fld felsznre rkezõ hõenergival. Egy T abszolt hõmrskletû test egyenslyi llapotban E = s T4 energit bocst ki, ahol s a Stefan-Boltzmann lland, 5,67 x 10-5 erg cm-2 sec-1 deg-4. A sugrzs hullmhossza a Wien-trvnyt kveti. Eszerint az lesz a jellemzõ hullmhossz, amelynl a kibocstott energia 1/T. Alacsony hõmrskleteken a sugrzs a VFIR (szlsõ infravrs) tartomnyba esik, a hõmrsklet nvekedsvel a hullmhossz cskken, kezdetben az infravrs, majd a lthat fny tartomnyba kerl. (gy hatrozzk meg csillagszati sugrforrsok hõmrsklett). Krlbell 6oC az a hõmrsklet, amelynl egy fekete test kb. ugyanannyi hõt kezd sugrozni, mint amennyi a Naptl rkezik. A jellemzõ hullmhossz 10 mikron, a spektrum infravrs tartomnyba esik.

Az a tny, hogy a felszni tlagos hõmrsklet (10oC) csak kiss magasabb, mint a 6oC rtk, annak a jele, hogy a Fld gyakorlatilag a Naptl kapott teljes hõmennyisget visszasugrozza az ûrbe. Ezen egyszerû tny mgtti folyamatok sokkal bonyolultabbak. Nem az sszes, Napbl rkezõ sugrzs ri el a Fld felsznt. Bizonyos rszt az atmoszfra (pl UV sugrzs) elnyeli, ms rsze a felsznrõl visszaverõdik, illetve abszorbeldik. A fldrõl visszaverõdõ sugrzs infravrs tartomnyt a lgkri, felhõzetben lvõ vz s szndioxid jra abszorbelja, majd jra kisugrozza rszben a klsõ atmoszferikus vek, rszben ismtelten a Fld felszne fel (veghzhats).

Minden ms tnyezõ vltozatlansga esetn is vannak napszaki s vszakos besugrzs-vltozsok. Ennek kvetkeztben bizonyos idõszakokban a fldfelszn hõt nyel el (nappal, nyr), ms esetekben hõt sugroz ki (jszaka, tl). Ezek az ingadozsok a felszn kõzeteinek rossz hõvezetõkpessge miatt csak a felsznkzeli 1-2 mteres znt rintik. A klmavltozsokhoz kapcsold hosszabb peridus vltozsok hatsa mlyebbre is hatolhat.

Az sszes tnyezõt figyelembe vve gy tnik, hogy a Fld hõhztartsa egyenslyt tart a Napbl rkezõ sugrzssal. A Fld belsejbõl rkezõ hõ is tvozik az ûrbe. A fldi hõram mellett mg a vulkni tevkenysg, szeizmikus tevkenysg is szllt hõt a felsznre, mely kisugrzdik. Ennek sszegeknt a fldtani folyamatok a Fld energiatartalmnak cskkenst eredmnyezik.

A Fld hõkibocstsa

Nehz pontos becslst adni arra vonatkozan, hgy mekkora a Fldrõl tvoz hõmennyisg. A szrazulatokon mûkdõ vulknokbl vente kb 1 km3 lva anyaga ri el a felsznt, ennek tmege kb 3 x 1015gramm. 1 gramm lva lehûlse s kristlyosodsa a kezdeti kb 1000oC hõmrskletrõl kb. 1600 J/g energit szabadt fel. Az ebbõl szrmaz hõmennyisg kb 5 x 1018 J/v lehet. Ez 0,5 %-a a belsõ hõramnak. Ebben a becslsben nem szerepelnek a tenger alatti erupcik, amelyek legalbb akkora vagy nagyobb mennyisgû anyagot szolgltatnak, mint a szrazulatiak. De mg ezt figyelembe vve sem jelent a vulkni tevkenysg jelentõs hõvesztesget.

Bizonyos terleteken a vz krforgsa rvn jelentõs mennyisgõ hõ kerl a felszn kzelbe (gejzr, fumarola, hvforrs), s ez ipari energiaforrs lehet. A hõ az esetek tbbsgben valsznûleg sekly mlysgben lehûlõ szubvulkni testtõl szrmazik Ms esetekben (pl. a Pannon medence terletn) a kivkonyult fldkreg miatt nvekedik meg a geotermikus gradiens rtke. Az gy kibocstott hõ mennyisgt a Fld egszre vonatkoztatva megbecslni szinte lehetetlen, mert a gradiens kis tvolsgokon bell igen jelentõsen vltozik. Mivel viszont a geotermlis terletek a Fld felsznnek kevesebb, mint 1 szzalkt jelentik, az ezekbõl a forrsokbl a Fld egszre vonatkoztatott hõram vltozs mennyisge nem lehet jelentõs.

Igen nehz becslni a kiemelkedst okoz szerkezeti mozgsok sorn felszabadul energia mrtkt, mivel sem mechanizmusukat, sem sebessgket nem ismerjk kellõen. Joggal felttelezhetjk viszont, hogy a Fld felszne jelentõsen nem vltozott, azaz a kiemelkeds s lepusztuls egyenslyban van, gy a lepusztuls mrtkbõl s sebessgbõl a kiemelkedsre kvetkeztethetnk. A lepusztuls mrtke ltalban ezer venknt nhny cm, br helyenknt ennl nagyobb (a Himaljban pl 100 cm/ezer v), vagy kisebb, esetleg nulla (pl tengerszint krli terleteken). gy az vente termelõdõ ledkek teljes tmegt vve (szrazulati felszn x ledkvastagsg x sûrûsg), h magassgrl indulva (ami kevesebb mint 1 km tlagban), g gyorsuls hatsa alatt ez kb 1024 erg/v, ami ismt jelentktelen fldi hõram 1028 erg/v rtkhez kpest.

A fldrengsekbõl vente felszabadul energia mennyisge kb 1026 erg, azaz a fldi hõram 1 %-a. Kb. hasonl mrtkû lehet a nem-elasztikus deformcikbl szrmaz energia mrtke.

sszesgben azt llapthatjuk meg, hogy a Fld hõhztartst dntõen a fldi hõram szablyozza, ezrt ennek jobb megrtse vezethet el a fldi folyamatok mlyebb ismerethez.

A Fld hõtartalmnak forrsai

1. Lehûls az eredeti forr llapotbl
Akr a forr llapot, akr hideg llapot kiindulsi anyagbl szrmaztatjuk a Fldet, a felszabadul hõenergia, illetve gravitcis energia nagysga jelentõs lehetett. Ennek jelentõs rsze kisugrzdott, de bizonyos hnyada megmaradhatott.

2. A Fld magjnak elklnlse
Az egyenletes anyageloszls Fld, illetve a jelenlegi llapot (nehz mag, knnyû kpeny) kztti gravitcisenergia-klnbsg jelentõs, 1038 erg. Ennek az energinak a felszabadulsa bekvetkezhetett a keletkezskor, vagy rviddel azt kvetõen, vagy ellenkezõleg, a mag nehz komponenseinek lass mlyre sllyedst felttelezve, fokozatosan.

Aply-dagly erõk okozta srldsi hõ

A Hold s a Nap gravitcis hatsa a Fldre jelentõs (a Nap hatsa a Holdnak kb. fele). Ez viszont a Fld forgsnak, illetve a Hold mozgsnak megfelelõen egy-egy felszni ponton az idõben lland vltozik. Az ekvipotencilis felsznek, pl. cenok s tengerek vzfelszne periodikusan deformldik, s ltrehozza az raply hatst. A Fld maga is deformldik, s a fldfelszn pontjai a Fld kzppontja fel, illetve attl tvolodva mozognak, kb 30 cm-es amplitudval. A fldfelszn ilyen deformcija lnyegben elasztikus, br az elaszticits tkletlensge (belsõ srlds) s az cen viznek viszkozitsa a Fld forgsi energijnak egy rszt hõv vltoztatja, s a Fld forgsa ennek megfelelõen lassul. A lassuls mrtke csillagszati mdszerekkel mrhetõ, s rtke 5 x 10-22 rad sec-2. Mivel a forgs kinetikus energija E = C w2/2 *ahol C a forgstengely inercia nyomatka), az energia kibocsts sebessge gy

melynek rtke 3 x 1019 erg/sec. Ezen energia egy kis rsze "eltolja" a Holdat a Fldtõl, a maradk rsze viszont hõkibocstss alakul. Ennek a hõkibocstsnak a helye nem ismert pontosan, de jelentõs rsze esetleg trtnhet olyan sekly tengerrszeken, ahol tengerramlatok kpesek a hõt elszlltani.

Ez a hõforrs a Fld letnek korai szakaszban a mainl jelentõsebb lehetett, amikor a Hold a Fldhz kzelebbi plyn keringett, s a Fld forgsa is gyorsabb volt.

Radioaktivits

Az elemek a radioaktv bomls sorn a rszecskket (pl. az U238) vagy elektronokat (pl. a Rb87) bocstanak ki. ezek a rszecskk a krnyezõ atomokkal tkznek, s morgsi energijuk hõv alakul. A boml nukleidok ltal kibocstott g sugrzs is rvid tvolsgon bell elnyelõdik. Az instabil radioaktv nukleidek bomlsi energija teht hõv alakul. Egy gramm U238 pldul 0,94 erg sec-1 energit, egy gramm K40 0,28 erg sec-1 hõt termel.

Egy kõzet sszettelt ismerve a hõtermelsi kpessge kiszmthat. A tipikus rtkeket az albbi tblzat adja meg.

Kõzet Hõtermels
  cal g-1 sec-1
grnit 2,6 x 10-13
bazalt 3,8 x 10-14
peridotit 2,9 x 10-16
dunit 6,0 x 10-17
kondrit meteorit 1,2 x 10-15
vas meteorit 1,0 x 10-18

Verhoogen et al 1970

A tblzatbl a Si tartalom s a radioaktivits sszefggse jl lthat. Az U s Th a K-hoz hasonlan a savany kõzetekben dsul.

Hõramls az cenokban s a kontinens lemezekben

Mivel a kontinentlis kreg jelentõs rszben grnitos sszettelû, s mivel a grnit a legjelentõsebb radioaktv hõtermelõ, kezdetben az volt a vlemny, hogy a kontinentlis kregrszekben hõram nagyobb, mint az ceni kregrszekben. Az 1950-es vekben elkezdett mrsek viszont azt mutattk, hogy a hõram mrtke a ktfle kregrszben krlbell azonos. Az elsõ magyarzat az volt, hogy a radioaktv anyagtartalom a ktfle kregben gyakorlatilag azonos, csak eloszlsa eltrõ. Az ceni hõram jelentõs rsznek a kpenybõl kell szrmaznia, mivel itt a kreg tl vkony. Azt ttelezhetjk fel, hogy a kpeny radioaktv anyagtartalma egyenletes volt, csupn a rszleges megolvads sorn belõle elklnlt s felszn fel raml savany magmban az eredeti radioaktvanyag-tartalom, azaz U, Th, K jelentõs rsze is feldsult, azaz egytt mozgott az un. SiAl elemekkel, amelyekben a kontinentlis kreg a kpenyhez kpest gazdagabb.

A hõramls a kontinensek s cenok terletn egyenetlen eloszls. A kvetkezõ tblzatbl lthat az adatok szrsnak nagy mrtke az sszes terleten.

Fldtani formkhoz kapcsold hõramlsrtkek  
  Fldtani forma Mrsek szma

Kzprtk

mcal cm-2 sec-1

   
Szrazulat Pajzs

26

0,92

0,17

 
 

Mezo-kainozos orogn terletek

19

1,92

0,49

 
 

Kainozos vulkni terletek (geotermlis terletek nlkl)

11

2,16

0,46

 
cen Medenck

273

1,28

0,53

 
 

Htsgok

338

1,82

1,56

 
 

rkok

21

0,99

0,61

 

Verhoogen et al. 1970.

Lthat, hogy a hõram mrtke s szrsa fgg a fldtani helyzettõl is. A pajzsterletek nagyrszt grnitbl ll, stabil terletek, szemben a fiatalabb orogn vekkel, amelyek jelentõsebb termlis zavarokhoz kapcsoldnak.

Hõvezets a Fldi szerkezetekben

Nincs bizonytkunk arra, hogy a Fld hõmennyisge lland lenne. Valsznû az is, hogy a nagyobb mlysgekbõl szrmaz hõ felsznre jutshoz idõ kell, s ezrt a jelenlegi felszni hõeloszls nem tkrzi a jelenlegi fldi hõramot.

Hõvezetsi egyenlet

Vegynk egy olyan kzeget, amelyben a hõforrsok intenzitsnak (e) (joule cm-3 sec-1) eloszlsa egyenletes. A fenti brn egy nknyesen felvett S fellet egy V trfogat kzeget foglal magba. Ha a fellet brmely pontjban a hõram rtke q, akkor a felletrl tvoz teljes hõmennyisg mrtkt megkapjuk az albbi sszefggs szerint:

ahol qn a hõramvektornak a dS felletelemre merõleges komponense. Az energia megmaradsnak elve alapjn a Q hõmennyisgnek azonosnak kell lennie a felleten bell egysgnyi idõ alatt termelõdõ hõenergia sszegvel s a lehûls sorn felszabadul hõvel.

Ha dT/dt a hõmrsklet vltozs idõbeli mrtke, akkor az ennek megfelel hõtartalomvltozs, azaz a felszabadul hõ a fajhõ (c) definicija alapjn c dT/dt egysgnyi tmegre vonatkoztatva, illetve trfogatra vonatkoztatva r c (dT/dt), ezrt

Az sszefggsben a msodik tag negatv elõjele arra utal, hogy hõ csak akkor szabadul fel, ha a test lehûl, azaz hõmrsklete az idõvel cskken.

Az egyenlet bal oldala helyettesthetõ:

Mivel viszont a q = - K grad T, ezrt div q = - KÑ2T, ha felttelezzk, hogy a hõvezetõkpessg a test egszben egyenletes.

Behelyettestve s rendezve

Az egyenletnek igaznak kell lennie brmely S felletre s V trfogatra, gy az integrl rtke mindentt 0 s

illetve

ahol h = K/rc, s termlis diffuzivitsnak nevezzk.

A hõvezets idõbeli lasssga mg kis mretû hõmrskletzavarok esetben is jelentõs idõbeli ksst okoz. A kvetkezõ brn egy kis, kb 1 km tmrõj intruzv test hõtrtnett lthatjuk a magms mûkds megszntt kvetõen. A szmtott grbk alapjn a testtõl mrt fix tvolsgban a hõmrsklet vltozst az idõben kvethetjk. A test szlhez kzel, 100 mternyire a hõmrsklet a maximumot 100 v mlva, 600 m tvolsgban mintegy 10,000 v mlva ri el. Ugyancsak 10,000 v mlva a lakkolit a kezdeti hõmrskletnek mintegy 20 %-t mutatja. A ksõbbiek sorn ltni fogjuk, hogy hõmrskletklnbsgek konvekcit hoznak ltre. Ilyen konvekci lp fel intruzv testek krnyezetben a talaj- s rtegvzrendszerben. Ez a mechanizmus a hidrotermlis rendszerek, s ezen keresztl az rcesedsek ltrejttnek s fennmaradsnak energiaforrsa.

Sugrzsi hõszllits

A hõ a szilrd anyagokban tulajdonkppen az az energia, amely az atomi rszecskk rcspontok krli vibrcijaknt jelenik meg, amelynek frekvencija a ktsertl, amplitudja pedig a hõmrsklettl fgg. Ha egy szilrd test egyik vgt melegtjk, az atomok vibrcija loklisan nvekedik, s ez atomrl atomra terjed, a rugalmas hullmterjedshez hasonlan. A hõvezetkpessg a hõmrsklet nvekedsvel prhuzamosan cskken, nyomsra nem rzkeny.

Magasabb hõmrskleten szmos elektromosan szigetelõ anyag hõvezetõkpesge a hõmrsklet fggvnyben gyorsan nõ, s a hõszllts mdja sugrzs. Egy T hõmrskletû test a hõmrsklettel arnyos mrtkû elektromgneses energit sugroz ki. Alacsony hõmrskleten ennek hullmhossza nagyon nagy, s a spektrumnak olyan tartomnyba esik, amelynl a szilrd anyagok legtbb rsze opak. Ekkor a test melegebb rsze ltal kisugrzott energia nem utazhat nagyobb tvolsgokra anlkl, hogy ne reabszorbeldna, s ezrt a hõszllits korltozott. Wien trvnye szerint a lm = 0,29/T, ahol T az abszolt hõmrsklet. gy T = 2000 K hõmrskleten lm = 14,500 , s az energia nagy rsze a NIR illetve lthat spektrum tartomnyban sugrzdik, s itt tbb nemfmes anyag, szilikt transzparens. A sugrzs ezrt nagyobb utat tehet meg abszorpci nlkl, s a hszllits sebessge jelentsen megnõ, mert a sugrzs a fny sebessgvel halad a szilrd anyagban, s ez sokkal nagyobb, mint az elasztikus hullmok lehetsges terjedsi sebessge. Nagy mlysgekben, ahol a hõmrsklet megfelelõen magas, az olvadsponthoz kzeli, a sugrzsos hõszllts lecskkentheti a termikus gradienst a korbbi 0,3-0,2-szeresre.

Konvekci

A konvekci olyan tmegmozgs, amely gravitci hatsra, hõmrskletklnbsg miatt ltrejvõ srûsgeltrs miatt jn ltre. Kpzelj el egy olyan fluidomot, amelynek klnbz rszein a hõmrsklet eltrõ, s ezrt klnbz a sûrûsg is. Itt gravitcis energia szabadul fel annak rvn, hogy a kisebb sûrûsgû rszek felfel, a nagyobb sûrûsgû rszek lefel ramlanak.

Konvekci rvn szlltdik pldul az atmoszfrban az Egyenlitõ szlessgre rkezõ naphõ a magasabb szlessgek fel. Valsznûleg konvekci hozza ltre a Fld magjban az elektromos ramot, melyhez a Fldi mgneses tr kapcsoldik. A felttelezsek szerint konvekci az a md, amelynek rvn a hõ mechanikai munkv alakul, s kreglemezeket mozgat, hegysgeket hoz ltre.

Paradoxnak tûnhet konvekcirl beszlni a kpeny esetben, ami a szeizmikus hullmokat igen merev testknt tovbbtja. A kpenyt a legjobb esetben is igen nagy viszkozits folyadkanyagnak tekinthetjk. Nem ismert azon, hogy hogyan viselkedik ez az anyag igen hossz idõn t hat stresszre. Az viszont biztonsggal felttelezhetõ, hogy az ilyen nagy viszkozits anyagban ltrejvõ igen kis sebessgû ramlssal olyan mennyisgû hõ szlltdhat, amely a vezetssel szlltott hõvel azonos nagysgrendû.

A konvekcit is magba foglal hõterjedsi egyenlet

A hõmrskletvltozs a sebessg x,y,z koordinta tengely irnyba esõ sszetevõk, valamint az idõ t vltozshoz kapcsold differencilhnyadosok sszegeknt kapjuk:

Osztva mindkt oldalt dt-vel, s behelyettestve a sebessg komponenseket, kapjuk az 5-8 egyenletbõl rvidtve:

Eszerint az sszefggs szerint a hõmrskletvltozsnak van egy fix s egy konvekcis sebessgtõl fggõ komponense. Az elsõ tag kpviseli a mozg rendszerhez kpest egy fix ponton mrhetõ egymsutni idõpontokhoz tartoz hõmrskleteket, mg a msodik tag a mozg fluidum egy elemhez kapcsolhat hõmrskletvltozsokat.

Az sszefggseket most visszavettjk a korbbi hõram-bra S felletre. Amennyiben a fellet rgztett, s a folyadk ki s beramlik rajta, egy ujabb tagot kell hozzadni az hõvezetsi egyenlet jobboldalhoz, hogy a folyadk ltal az S felletrõl ki-beszlltott hõt is megadhassuk. Az sszefggst gy egyszerûbb megfogalmazni, ha felttelezzk, hogy az S fellet mozog egy meghatrozott s nem vltoz trfogat folyadkon bell. Ekkor az egyenletek sszekapcsolsval, s a konvekcit jelzõ tag levonsval kapjuk az albbi sszefggst:

Ebbõl az sszefggsbõl az elsõ tag a diffuzv komponens, a msodik tag a tmegre vonatkoztatott fajhõ, a harmadik a konvekcibl szrmaz tag.

Milyen gyorsnak kell lennie a kpenyramlsnak ahhoz, hogy a konvekcis tag a fenti sszefggsben jelentõs legyen? Vegyk az egyszerû esetet a tkletes gmbszimmetria esetn:

s

Hasonltsuk most ssze az utols elõtti egyenlet elsõ s msodik tagjt. Azt mondhatjuk, hogy a konvekci akkor jelentõs, ha azonos nagysgrendû, mint

Ez utbbi kvetelmny egyszerûen azt jelenti, hogy

azaz a kpenyhez tartoz fldsugrt vve durvn 1,5 x 10-3 cm/v.

Ilyen sebessgû konvekci esetben, mg abban az esetben is, ha a hõmrsklet gradiens mindssze tizedfoknyi kilomterenknt, a konvekcis tag nagyobb, mint a hõgenercis tag, amennyiben a hõtermelsi egytthatt a kpeny ultrabzitos komponensnek megfelelõen vesszk. A felsznen megfigyelhetõ s a kontinens lemezeket is mozgat deformcis sebessg cm/v nagysgrendû.

A Fld mretbõl szrmaz geofizikai hats

Az elõzõ bekezds utols egyenletbõl kiolvashat, hogy a Fld mretnek jelentõs szerepe van a fldi folyamatokban. Akr a mgneses tr esetben, a konvekcis ramls is csak azrt lehet jelentõs szerepû a Fld hõhztartsnak alaktsban, mert a vezetses hõszlltst a nagy Fldsugr jelentktelenn teszi.

Ms oldalrl megvilgtva, tegyk fel, hogy a kpeny plasztikus anyagknt akkor viselkedik, amennyiben a feszltsg egy Xo rtket meghalad. A dT egy kis sûrûsgklnbsget okoz. A felhajt erõben a trfogat jelentõs tnyezõ, s a trfogat a hõmrsklet klnbsg miatt vltozik. Mivel a feszltsg terletegysgre esõ erõ, s a trfogattal azaz az L lineris dimenzij terlet kbvel arnyosan nõ. A terlet viszont a lineris dimenzinak csupn a ngyzetvel nõ, gy a feszltsg az L-lel arnyosan nõ. Ha az L elg nagy, akkor a feszltsg akkor is meghaladhatja a folyspontot, ha a sûrûsgklnbsg s a hõmrskletklnbsg igen kicsi. Ha az L nagysgrendje l08 cm, akkor 10-4 g cm-3sûrûsgklnbsg mr 10 bar feszltsget tud ltrehozni. Ilyen sûrûsgklnbsget pedig mr 1oC hõmrskletanomlia ki tud termelni.

Konvekcis instabilits - az adiabatikus gradiens

Egy olyan tartlyban mozg fluidum, amelynek egyik szlt melegtik, a msikat hûtik, nem lehet egyenslyban, a kt szl kztti hõmrskletklnbsgek sûrûsgklnbsghez vezetnek. Ez azt okozza, hogy a folyadk melegebb rsze felfel emelkedik, a felsznen sztterjed, kzben lehl, s a msik vgen lesllyed. Ha a hõtermelõds folyamatos, akkor a cirkulci is folyamatos lesz.

A kp kiss bonyolultabb, ha a hõmrsklet gradiens fggõleges. Ekkor az als rteg melegedik fel elõszr, a felhajt erõvel felfel emelkedik, a hideg s sûrûbb folyadk pedig lesllyed. A fldi gravitcis trben a sûrûsg lefel nõ, felfel egyre kisebb sûrûsgû a kzeg.

A rendszer stabil akkor, ha a hõmrsklet vltozs nem jr a krnyezet fel hõcservel, azaz a lehls adiabatikus. Akkor nem jr hõcservel a felfel trtnõ ramls, ha csak az adiabatikus llapotnak megfelelõen alakul a hõmrskletklnbsg. Ha viszont a folyadk hõmrsklete nagyobb, mint a krnyezet hõmrsklete, a hozztartoz kisebb sûrûsg miatt a felhajt erõ tovbb hajtja felfel, azaz a rendszer instabil lesz.

A konvekcis rendszer teht attl lesz stabil vagy instabil, hogy a helyi hõmrskletgradiens kisebb vagy nagyobb-e, mint az adiabatikus gradiens. Ez a gradiens a kpenyre vonatkozan nagy valsznûsggel kisebb, mint egytized fok kilomterenknt, s ez azt mutatja, hogy a kpeny jelentõs rsze stabil.

Raleigh-fle szm

Raleigh tallta gy, hogy egy alulrl melegtett folyadkrtegben akkor indul konvekcis ramls, ha az n. Raleigh-szm, egy dimenzi nlkli paramter, rtke egy adott hatrt, rendszerint az 1500-at meghaladja. Ez a szm gyakorlatilag egy arnyossgi tnyezõ, amely a gravitcival, a hõtgulsi egytthatval, a hõmrsklet gradienssel, valamint a folyadkrteg vastagsgnak negyedik hatvnyval prhuzamosan, a termlis diffuzivitssal s a kinematikus viszkozitssal fordtottan arnyos.

Itt megint lnyegesek a rendszer mretei: ha a d elg nagy, akkor a Skandinvia emelkedsbõl szmthatval azonos kpenyviszkozits s kis 0,1 deg/km hõmrskletklnbsg mr kpes a konvekci fenntartsra.

A konvekcis mozgs mdja

A konvekci lokalizlt lefel s felfel mozg gak kztti vzszintes ramlsokbl tevõdik ssze. Ha a hõforrs a folyadkon bell van, a cellk vzszintes rtelemben megnyltt vlnak, a horizontlis mozgs jelentõs lesz.

Egy adott mretû stressz esetben a konvekci sebessge a viszkozitssal fordtottan arnyos. Nagy Raleigh szm esetben turbulencia lphet fel, s igen nagy sebessg, sûrûsg s hõmrsklet klnbsgek alakulhatnak ki a vzszintes felleteken. A mozgs szaggatott is lehet. A mozgs teht a reolgiai tulajdonsgoktl fgg.

A kpeny teljes anyagnak egyszeri krforgsa a cm/v nagysgrend mozgs alapjn mintegy 108 v. A konvekci valsznûleg szlsõsgesen egyenlõtlen eloszls a felsõ kpenyben, ahol a viszkozits valsznûleg 1022 nagysgrendû.

Konvekci s hõram az ceni kregben

Az cenokban mrt hõram tlaga krlbell megegyezik a kontinensekvel, ezen bell viszont erõsen eltr az rkokban illetve a htsgokon mrt rtkektõl (1,60-0,99-1,82 mcal cm-2 sec-1): Nagyon nagy rtkek jelentkeztek az Atlanti Htsg s a Kelet-Pacifikus htsg vonalban. Ezeket ma sztsodrd kreglemezhatrokknt ismerjk. A szttolds a kreglemezben repedseket hoz ltre, ezt magma tlti ki, s igy hoz ltre j fldkrget, mely lassan oldalirnyban tvolod mozgst vgez a hõcentrumtl.

A hõmrskletklnbsgek egyttal sûrûsgklnbsget is okoznak, ez a gravitcis kpben is jelentkezik.

A Fld hõeloszlsa

A Fld hõeloszlsra vonatkoz adatok elgg kis szmak s bizonytalan rtkûek.

Szeizmikus adatok alapjn a kpenyben a hõmrskletnvekeds elg nagy ahhoz, hogy a nyoms nvekedsnek hatst ellenslyozza, de nem elg nagy ahhoz, hogy a sûrûsg s a Vp sebessg cskkenjen.

Kpeny

Mivel a felsõ kpenyben az S hullmok terjednek, llapota bizonyosan szilrd, azaz hõmrsklete nem haladhatja meg tulzottan a helyi nyoms mellett rvnyes olvadspontot (csak bizonyos helyeken, pl vulkni centrumoknl, s bizonoy idõszakokban, vulkni aktivits sorn). Emiatt valszinûtlen, hogy a hõmrsklet 100 km mlysgben az 1300oC-t, 200 km mlysgben a 1600oC-t meghaladja.

Klsõ mag

A kpeny anyaga szilrd, a klsõ mag anyaga folyadk halmazllapotknt viselkedik. A hatrfelleten kb 1,4 Mbar nyoms uralkodik, ilyen nyoms mellett ksrleti hõmrskleti adatok nicnsenek. Termodinamikai alapon arra lehet kvetkeztetni, hogy a mag hatrn a hõmrsklet 2500-5000oC kztt lehet.

Belsõ mag

Szilrd halmazllapot, a hatrfelleten a hõmrsklet valszinûleg azonos a 3,2 Mbar uralkod nyomsnak megfelelõ olvadspontval. A tiszta vasra vonatkoztatott extrapolcik ezen a nyomson 2500-6000oC kztti hõmrskletet adnak, a tnyleges hõmrsklet ennl alacsonyabb.

A Fld hõtrtnete

A hõtrtnet szorosan kapcsoldik a szerkezetfejlõdshez. A mlt rekonstrukcija nagyobb pontossggal nem lehetsges.

Egy biztos fldtani adat az, hogy nem ismernk 3,5 Md vnl idõsebb kõzetet, mg viszont a Fld kora 4,5 Md vre tehetõ. Az elsõ 1 Md vben szilrd fldkreg nem ltezett. A prekambiumi formcik egyes specilis metamorfitjai - pl. cordierit granulitok - alacsony nyoms - azaz sekly mlysghez tartoz - magas hõmrskletekre utalnak, arra mutatva, hogy esetleg a hõram korbban nagyobb volt, mint most.

A hideg keletkezsi modell szerint a Fld hideg porrszecskkbõl sûrûsdõ kezdeti tmege felttelezhetõen 1000oC alatti hõmrskletû volt. A radioaktiv hõkpzõds, valamint az raply erõkbõl szrmaz surldsi hõ elegendõ lehetett ahoz, hogy a belsõ hõmrsklet mintegy 500 milli v alatt a vas olvadspontjig emelkedjen. Kb. 4,5 Md ve trtnhetett ez, s a kezdetben egyenletes eloszls vas ekkor sllyedt le, s hozta ltre a Fld magjt. Az ekkor felszabadul gravitcis energia elegendõ volt ahhoz, hogy a kpeny anyagban rszleges megolvadst okozzon. Az alacsony hõmrsklet megolvadt rsz foglalta magba s szllitotta a felszn kzelbe az eredeti K s U-ot, kirtve az als kpeny ezen elemtartalmt. A szilrd fldkreg ltrejtte ezt kvetõen, a radioaktivits tovbbi cskkense utn, kb. 3,5 Md ve vlt lehetsgess.

A hõ hatsa az svnyokra - hõtguls

A hõtguls eredete a kristly rcspontjainak vibrcijnak abban a sajtossgban rejlik, hogy a vibrci amplitudja a hõmrsklet nvekedsvel prhuzamosan nvekszik. Alapllapotban T = 0 K fokon a hõtguls zr. Anizotrp anyagokban a szimmetriatengelyeknek megfelelõen eltrõek a lineris hõtgulsi egytthatk.

A hõtgulsi egytthat ltalban pozitv, azaz a hõmrsklet nvekedse tgulst eredmnyez. Nhny anyagnl, mint pl. a vz 0 s 4oC kztt, negatv. Bizonyos svnyoknl - pl. kalcit - a hõtgulsi egytthat egyik irnyban negatv, azaz ebben az irnyban az emelkedõ hõmrsklet hatsra a kristlyok mrete cskken. Ha a nyoms nõ, az egytthat rtke cskken.

A legtbb svny hõtgulsi egytthatja 1-5 x 10-5 deg-1, azaz 100 fokonknt kisebb, mint 0,1-0,5 %.

A felszni hõmrsklet rvid peridus, napszakos, vszakos vltozsa s ezzel kapcsolatosan a kõzetek klnbzõ svnyos elegyrszeinek az azonos hõmrskletvltozsra eltrõ hõtgulsa, illetve a fagy a legfontosabb tnyezõk a fizikai mlls, aprzds elõidzsben.

A hõmrskletgradiens mrse

A geotermikus gradienst a leggyakoribb esetekben mlyfursokban, klnbzõ mlysgekben pontszerûen vagy folyamatosan mrt hõmrsklet alapjn hatrozzk meg mlyfurs-geofizikai eszkzkkel. A hõmrsklet mrsek sorn tekintettel kell lenni a mlyfurs geometrijra, a lyukba beraml fluidumok mennyisgre, ramlsi sebessgre, hõmrskletre, beramlsnak helyre. A Krpt-medencben a geotermikus gradiens rtkek mrsnek jelentõs gazdasgi fontossga van, a geotermlis energia hasznostsi lehetõsge, illetve a kõolaj-fldgz kutatsi lehetõsgek rtkelse szempontjbl.

Paleo-hõmrõk

Br a fldtrtneti idõben visszafel haladva a kzvetlen hõmrsklet mrs lehetõsge megszûnik, nagyon sok olyan fldtani jelleg van, amely megõrizte az egykori fldtani krnyezeti hõmrskletet, illetve a keletkezsi folyamat valamelyik szakasznak jellemzõ hõmrsklett. Ezek a fldtani jellegek lehetnek kõzettaniak, svnytaniak, biolgiaiak. Megfelelõen szlelve s rtkelve ezeket, kvetkeztethetnk az egykori hõmrskletre, annak szlsõ rtkeire, illetve sokszor a hõhats idõtartamnak hosszra is.

A legegyszerûbb paleo-hõmrõk azok, amelyek valamely fizikai-kmiai tulajdonsguk rvn kzvetlenl jeleznek a keletkezsk, illetve ltezsk sorn a krnyezetben valamely meghatrozhat folyamathoz tartoz hõmrskletet.

svnytani paleo-hõmrõk

Az svnyok egyik kzismert tulajdonsga a polimorfia, azaz ugyanahhoz a kmiai sszettelhez tartoz tbbfajta kristlyforma. ezek ltrejtte nyoms s hõmrsklet fggvnye. A kisrleti illetve tapasztalati adatok alapjn ismerjk azokat a hõmrskleti hatrokat, amelyek (a nyoms fggvnyben) bizonyos hõmrsklet alatt, illetve felett stabilak.

Az egyik ilyen ismert paleohõmrõ az SiO2. Ennek legalacsonyabb hõmrskletû vltozata a kovaglbõl kristlyosod opl, kalcedon. Magasabb hõmrskleten bta-kvarc, 575oC felett alfa-kvarc kristlyosodik. Tovbbi magasabb keletkezsi hõmrskletû vltozatok a tridimit, krisztobalit. Hasonl paleo-hõmrõ a kalcit-aragonit, pirit-markazit svnypr.

Kõzettani paleo-hõmrõk

A magms kõzetek olvadspontja kmiai sszettelk fggvnyben vltoz. Legalacsonyabb olvadspontak savany, azaz magas SiO2 tartalm kõzetek. A legalacsonyabb olvadspontja atmoszfrikus nyomson a grnitos sszettelû keverkeknek van: 550oC. Legmagasabb olvadspontja a bzisos, bazaltos sszettelû kõzeteknek van: 1100oC. Ezek fltt a hõmrskletek fltt folyadk halmazllapot stabil, azaz a lva formjban mozg olvadkok hõmrsklete ennl magasabb volt.

Biolgiai paleo-hõmrõk

A tengeri, ceni krnyezet lõvilgnak faj sszettele, diverzitsa jelentõs mrtkben a tengervz hõmrsklettõl fgg. A recens tengerekhez kapcsold megfigyelsek alapjn az egykori ledkgyjtõk krnyezetre pontos hõmrskleti kvetkeztetsek tehetõk. Jellegzetes faunatrsulsa van a tropikus s a borelis ceni krnyezeteknek, a tengeralatti hõforrs-centrumoknak.

A klnfle puhatestek vzban mrhetõ O16/O18 izotparny a tengervz beplskori hõmrsklett jelzi.

 

 
Föld
 
Fizika
 
Földönkivli Élet
 
Language
 
Hrdets
 
Facebook&Twitter

Keress meg minket a Google+

 
Hold llsa
CURRENT MOON
 
My IP
Powered by  MyPagerank.Net

IP

Google Pagerank mrs, keresooptimalizls

antivrus

 
Ltogatk
 

Nagyon ütõs volt a Nintendo Switch 2 Direct! Elemzést a látottakról pedig itt olvashatsz!    *****    Elkészítem születési horoszkópod és ajándék 3 éves elõrejelzésed. Utána szóban minden kérdésedet megbeszéljük! Kattints    *****    Könyves oldal - egy jó könyv, elrepít bárhová - Könyves oldal    *****    20 éve jelent meg a Nintendo DS! Emlékezzünk meg ról, hisz olyan sok szép perccel ajándékozott meg minket a játékaival!    *****    Ha érdekelnek az animék,mangák,videojátékok, japán és holland nyelv és kultúra, akkor látogass el a személyes oldalamra.    *****    Dryvit, hõszigetelés! Vállaljuk családi házak, nyaralók és egyéb épületek homlokzati szigetelését! 0630/583-3168 Hívjon!    *****    Könyves oldal - Ágica Könyvtára - ahol megnézheted milyen könyveim vannak, miket olvasok, mik a terveim...    *****    Megtörtént Bûnügyekkel foglalkozó oldal - magyar és külföldi esetek.    *****    Why do all the monsters come out at night? - Rose Harbor, a város, ahol nem a természetfeletti a legfõbb titok - FRPG    *****    A boroszkányok gyorsan megtanulják... Minden mágia megköveteli a maga árát. De vajon mekkora lehet ez az ár? - FRPG    *****    Alkosd meg a saját karaktered, és irányítsd a sorsát! Vajon képes lenne túlélni egy ilyen titkokkal teli helyen? - FRPG    *****    Mindig tudnod kell, melyik kikötõ felé tartasz. - ROSE HARBOR, a mi városunk - FRPG    *****    Akad mindannyijukban valami közös, valami ide vezette õket, a delaware-i aprócska kikötõvárosba... - FRPG    *****    boroszkány, vérfarkas, alakváltó, démon és angyal... szavak, amik mind jelentenek valamit - csatlakozz közénk - FRPG    *****    Why do all the monsters come out at night? - Rose Harbor, a város, ahol nem a természetfeletti a legfõbb titok - FRPG    *****    why do all monsters come out at night - FRPG - Csatlakozz közénk! - Írj, és éld át a kalandokat!    *****    CRIMECASESNIGHT - Igazi Bûntényekkel foglalkozó oldal    *****    Figyelem, figyelem! A második vágányra karácsonyi mese érkezett! Mesés karácsonyt kíván mindenkinek: a Mesetáros    *****    10 éves a Haikyuu!! Ennek alkalmából részletes elemzést olvashatsz az anime elsõ évadáról az Anime Odyssey blogban!    *****    Ismerd meg az F-Zero sorozatot, a Nintendo legdinamikusabb versenyjáték-szériáját! Folyamatosan bõvülõ tartalom.