Nehéz azt gondolni, hogy kiszámíthatja a hőmérsékletet a föld belsejében. Bolygónk mélysége 6.000 kilométer, amíg el nem éri a magot. Ennek ellenére az emberi lény csak 12 km mélységet ért el. Számos technikánk van azonban a hőmérséklet mélységbeli kiszámításához. A hőmérséklet változása a földkéreg mélységét tekintve néven ismert geotermikus gradiens.
Ebben a cikkben a geotermikus gradiens összes jellemzőjéről és fontosságáról fogunk beszélni.
Mi a geotermikus gradiens
A geotermikus gradiens nem más, mint a hőmérséklet-szórás a mélység függvényében, amelyet találunk. A hőmérséklet a földkéreg első kilométerein mérhető, és ezek mélysége megnő a 3 méteres mélységre jutó 100 fokos átlagos nyomást követően. A hőmérséklet és a mélység változása közötti kapcsolatot geotermikus gradiensnek nevezzük. A föld magjának természetes hőjét a belül különböző fizikai és kémiai folyamatok okozzák. Vannak más tényezők is, amelyek ebbe az egyenletbe belemennek a hőmérséklet kiszámításához.
Főbb jellemzők
Nézzük meg, melyek azok a különböző tényezők, amelyek befolyásolják a geotermikus gradiens értékét:
- Regionális tényezők: az a régió, ahol a világ minden tájáról érkezünk, elengedhetetlen a hőmérséklet szórásának megismeréséhez. A földrajzi és szerkezeti kontextus regionális léptékben az egyik tényező, amely a hőmérséklet eloszlását feltételezi. Vagyis azokon a területeken, ahol ma aktív vulkanizmus folyik, olyan területeken, ahol a litoszféra kevésbé redukált, a geotermikus gradiens sokkal magasabb, mint más olyan területeken, ahol nincs vulkáni aktivitás, vagy ahol a litoszféra más vastagságú.
- Helyi tényezők: sokkal lokálisabb szinten különbségeket látunk a kőzetek termikus tulajdonságai között. Vannak olyan kőzetek, amelyek nagyobb hővezető képességgel rendelkeznek, és érzékeny oldalirányú és függőleges variációkat eredményeznek a geotermikus gradiensben. A geotermikus gradiens értékét leginkább meghatározó tényező a felszín alatti vizek keringése. És tény, hogy a víz nagy kapacitással képes a hő újraelosztására. Így találunk olyan víztartó feltöltő zónákat, amelyek geotermikus gradiense csökken a hidegebb víz lefelé keringése miatt.
Másrészt van néhány letöltési területünk, ahol az ellenkezője történik. A forró víz mélységbeli emelkedése a geotermikus gradiens növekedését okozza. Ezért, a geotermikus gradiens értéke a geológiai és szerkezeti kontextustól függően változik, a kőzetek műszaki tulajdonságai és a talajvíz keringése közötti különbségek. Mindezek a tényezők okozzák a hőmérséklet emelésének mélységét.
A földi hő áramlása és terjedése
Tudjuk, hogy a bolygónk által kibocsátott hő számszerűsíthető a felszíni hőárammal. Ez a hőmennyiség, amelyet a bolygó veszít egységnyi területre és időre jutva. A felületi hőáramot a geotermikus gradiens és a közeg hővezető képességének szorzataként számítják ki. Vagyis a geotermikus gradiens értéke szorozva azzal a képességgel, hogy hőt vezessen abból a sajátos környezetből, ahol vagyunk. Így ismerjük meg az adott területen fennálló hőveszteség teljes mennyiségét.
A hővezető képesség az anyag könnyű átadására képes a hő átadására. A kontinensen a hőáram tipikus értéke 60 mW / m2, amely a régi kontinentális területeken - ahol a litoszféra vastagabb - 30 mW / m2 értékre csökkenhet, fiatalabb területeken pedig meghaladja a 120 mW / m2 értéket, ahol a vastagabb a litoszféra. Bányákban és fúrásokban meglehetősen egyszerű ellenőrizni, az anyag hőmérséklete a föld belsejében növekszik a mélységgel.
Számos olajkutat találunk, amelyekben a 100 fokos értékeket körülbelül 4.000 méter mélységben érik el. Másrészt azokon a területeken, ahol vulkánkitörések vannak, különféle anyagokat hoznak a föld felszínére magas hőmérsékleten, amelyek sokkal mélyebb területekről származnak. A földkéreg egy része meghaladja a néhány tucat centiméter vastagságot. Jellemzője, hogy hőmérséklete a meglévő felületi hőmérséklettől függ, és nagyon sokféle napi és szezonális hőmérsékletet mutat. A külső hőmérséklet hatása sokkal kevésbé befolyásolja, amikor mélyebbre megyünk.
Amikor elérünk egy bizonyos mélységi szintet, a hőmérséklet állandó, egyenlő a hely felszíni hőmérsékletének átlagával. Ezt a zónát állandó hőmérsékletű ózon semleges szintnek nevezzük.
Geotermikus mélység és gradiens
A semleges szint mélysége, ahol a hőmérséklet állandó, általában 2 és 40 méter között változik. Minél annál szélsőségesebb a föld felszínén uralkodó éghajlat. Semleges alatt van, ahol a hőmérséklet a mélységgel növekszik. Ez a növekedés nem minden területen egységes. Az elsőben felszínesebb, mint a földkéreg, a geotermikus gradiens átlagos értéke körülbelül 33 méter. Ez azt jelenti, hogy 33 méter mélyen kell elmenned ahhoz, hogy 1 fokos hőmérsékletemelkedést érj el. Így, Az átlagos geotermikus gradiens 3 méterenként 100 méterenként van megállapítva.
Az átlagértékek csak a kéreg legkülső területeire vonatkoznak, mivel az egész sugárban fenntartható. Nagyobb mélységekben a hőmérséklet magasabb, mivel az anyagok csak néhány száz kilométeres mélységben olvadnak meg.
Ma már tudjuk, hogy a legtöbb geofizikus szerint a hőmérséklet a bolygó legbelső területein nem haladja meg a néhány ezer fokot. Leginkább, egyesek körülbelül 5.000 fokos értékeket becsülnek. Mindez ahhoz vezet, hogy a geotermikus gradiens a mélységgel csökken, amint elér egy bizonyos földalatti kvótát.
Remélem, hogy ezekkel az információkkal többet megtudhat arról, hogy mi a geotermikus gradiens és annak jellemzői.