内部能源传热和流动从地球深处
在地质地壳热流测量的能量离开地球的热量内部的能源以卡路里每平方厘米每秒。典型的热流值大约1.5 microcalories每秒每平方厘米,通常表示为1.5热流单位。大部分地壳热流是由于地壳的热产生的放射性衰变铀、钍和钾。热流显示热产生的线性关系花岗质岩石。然而,一些地壳热流来自地球更深处的,下地壳。
地球展览一个巨大的温度变化,从数千度的核心本质上是零摄氏度的表面。地球的热量,内能通过几种机制,包括:
•从吸积热势能的陨石是转化为热能
•释放热量核心形成期间,重力势能转化为热金属铁和其他元素一样沉重隔离,形成吸积后不久的核心
•生产放射性元素的衰变热
•和热量late-impacting陨石和小行星,其中一些早期的地球历史上非常大热产生的各种机制逐渐流向表面传导,对流,或平流,占地壳热流的组件来自比地壳。
热流通过传导涉及内部热能从温暖寒冷的区域,与热通量与温差成正比,比例常数k,称为热导率,与材料特性有关。大多数岩石的导热系数很低,铜线的100。
平流涉及的热量的传递运动的材料,如运输或热岩浆,在热水中通过骨折或孔隙空间,而且,更重要的是,在全球范围内,通过加热的大规模上涨,相对低密度的材料和冷却的互补沉没,在地幔相对高密度材料。地幔的大规模运动,热材料在某些地方和冷材料沉没在其他地方,被称为对流,对流传热机制。在地幔对流发生浮力部队的加热材料必须强大到足以克服岩石的流动阻力,称为粘度。此外,浮力部队必须克服岩石失去热量通过传导的趋势,因为这将冷却岩石和减少其浮力。所有这些力量之间的平衡是衡量一个量称为罗利号码。对流在地球上面材料发生的临界值罗利号码,但低于这个临界值传热是通过导电过程。成熟的在地幔对流细胞非常有效地传输热量从深度到表面,是主要的推动力板块构造论。
传热在地幔是由对流(对流传热),除了在边界附近的下地幔的内核(D”地区),在地幔之上,在地壳(岩石圈),导电和热液(也平流)过程占主导地位。传导主导的区域传热被称为导电边界层,岩石圈可能被认为是一个对流,con-ductively冷却边界层。
主要的传热机制,把热力学能从深处地幔近地表地区的对流。它是一个热驱动过程中加热导致材料扩大深度和密度较低,使其上升而被补充冷却水槽的材料所取代。这个动作从深度到热表面在一个有效的循环因为材料上涨发出热量上升和冷却,和水槽加热的材料只有最终再次上升。对流是地球最重要的机制,释放热量,与其他机制包括传导、辐射、海面。然而,许多这些机制在盘子里一起工作构造旋回。地幔对流将热量从地幔深处的表面,释放热量的形式岩浆生成海洋地壳。的洋中脊轴是活跃的水热循环和热损失,形成黑烟的烟囱和其他通风口。随着地壳和岩石圈远离洋中脊,他们通过传导冷却,逐渐下沉(年龄)的平方根从约1.5 - -2.5英里(2.5 - -4.0公里)低于海平面。因此由地幔对流热损失是板块构造的主要驱动机制,和移动板块可以被认为是conduc-tively冷却边界层对大规模地幔对流系统。
的热转移表面通过对流是由放射性衰变产生热量等同位素铀235,232年,钍和钾40岁的残余热量从早期产生同位素如我129,剩余的吸积热地球上,热期间发表在核心形成和释放热量的影响陨石和小行星。至少在地球早期历史的地幔的部分熔融,和地球已经被对流冷却。估计多少地幔有冷却时间是困难的,但合理的估计表明,地幔可能是几百度热在最早的太古代。
地幔对流的速度取决于材料流动的能力。流动阻力是一个量测量粘度,定义为剪切应力应变率的比值。高粘度的液体更耐流比粘度较低的材料。目前的地幔粘度估计1020 - 1021年帕斯卡秒(Pa / s)上地幔和1021 - 1023 Pa / s下地幔,粘度足以允许地幔对流传热和完成一个每隔1亿年推翻周期。地幔的粘度与温度有关的,所以有可能在早期地球历史上地幔可能是能够更快的流动和推翻对流,使对流更高效的流程和加速盘的速度构造过程。
目前正在进行的辩论和研究有关地幔的风格对流在地上。相对异构的上地幔的深度延伸416英里(670公里),哪里有地震速度明显增加。更均匀的下地幔延伸到D”地区在1678英里(2700公里),转变成液态的外核。一所学校的地幔对流认为表明整个地幔,包括上部和较低部分,对流是一个单位。另一个学校认为地幔对流分为两层,下地幔对流与上地幔分开。各种各样的这些模型,目前持有的大部分地球物理学家,有两层对流,但俯冲板可以穿透415英里(670公里)不连续,地幔羽状,从D”地区可以穿透415英里(670公里)不连续。
地幔对流细胞的形状包括许多可能的形式反映到一阶的分布俯冲带和洋中脊系统。俯冲带标记的区域下降,而脊系统是广泛的上升流区域。物质上涌在广泛的细胞在大西洋和印度洋和环太平洋俯冲带的下降。被认为是有大plumelike“superswell”在太平洋的一部分提要东太平洋上升。地幔柱,来自深部地幔强调这个广泛的上地幔对流模式,以及他们的羽尾由对流上地幔流的扭曲。
地幔对流模式和内部能量转移到表面深在地质时间是不确定的。一些如白垩纪时期似乎有更严格的地幔对流和表面火山活动。更多不同类型或地幔对流率可能有助于让早期的地球失去热量更有效率。一些计算机模型允许对流主导的羽毛,和其他由推翻扁平形的细胞类似于现在的地球。一些模型显示循环关系,与板池425英里(670公里)不连续,突然陷入下地幔,造成一个巨大的地幔颠覆活动。还需要进一步的研究在地幔对流的链接保存记录变形大洲来帮助解释对流的历史。
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