שיפוע גיאותרמי

קשה לחשוב שאפשר לחשב את הטמפרטורה בתוך כדור הארץ. לכוכב הלכת שלנו עומק של 6.000 ק"מ עד שהוא מגיע לליבה. למרות זאת בן האדם הגיע רק לעומק של 12 ק"מ. עם זאת, יש לנו מספר טכניקות כדי לחשב את הטמפרטורה לעומק. השונות של הטמפרטורה מבחינת עומק קרום כדור הארץ ידועה בשם שיפוע גיאותרמי.

במאמר זה אנו נספר לכם על כל המאפיינים והחשיבות של השיפוע הגיאותרמי.

מהו השיפוע הגיאותרמי

השיפוע הגיאותרמי זה לא יותר משונות הטמפרטורה כפונקציה של עומק שאנחנו מוצאים את עצמנו. ניתן למדוד את הטמפרטורה בקילומטרים הראשונים של קרום כדור הארץ והם עולים לעומק בעקבות לחץ ממוצע של 3 מעלות ל 100 מטר עומק. הקשר בין השונות בטמפרטורה ובעומק נקרא שיפוע גיאותרמי. החום הטבעי של ליבת כדור הארץ נובע מתהליכים פיזיקלים וכימיים שונים המתרחשים בתוכו. ישנם גם גורמים אחרים שנכנסים למשוואה זו כדי להיות מסוגלים לחשב את הטמפרטורה.

תכונות עיקריות

בואו נראה מהם הגורמים השונים המשפיעים על ערך השיפוע הגיאותרמי:

• גורמים אזוריים: האזור בו אנו נמצאים מרחבי העולם הוא חיוני בכדי לדעת את שונות הטמפרטורה. ההקשר הגאולוגי והמבני בקנה מידה אזורי הוא אחד הגורמים התנאים להתפלגות הטמפרטורות. במילים אחרות, באזורים בהם יש כיום וולקניזם פעיל, אזורים בהם הליטוספירה מצטמצמת יותר, השיפוע הגיאותרמי גבוה בהרבה מאשר באזורים אחרים בהם אין פעילות וולקנית או שבהם ליתוספירה עובי שונה.
• גורמים מקומיים: ברמה הרבה יותר מקומית אנו רואים הבדלים בין המאפיינים התרמיים של סלעים. ישנם סלעים בעלי מוליכות תרמית גבוהה יותר המייצרים שינויים רוחביים ואנכיים רגישים של השיפוע הגיאותרמי כאמור. הגורם הקובע ביותר את ערך שיפוע גיאותרמי זה הוא זרימת המים התת-קרקעיים. והעניין הוא שלמים יש יכולת רבה להיות מסוגלים לחלק מחדש את החום. כך אנו מוצאים אזורי טעינה של אקוויפרים ששיפועם הגיאותרמי פוחת בגלל מחזור המים הקרים כלפי מטה.

מצד שני, יש לנו כמה אזורי פריקה שבהם ההפך קורה. עליית המים החמים בעומק גורמת לגידול שיפוע גיאותרמי. לָכֵן, הערך שייקח שיפוע גיאותרמי משתנה בהתאם להקשר הגיאולוגי והמבנה, ההבדלים בין המאפיינים הטכניים של סלעים לבין זרימת מי התהום. כל הגורמים הללו הם שגורמים לעלייה זו בטמפרטורה להשתנות בעומק.

זרימה והתפשטות החום הארצי

אנו יודעים שאפשר לכמת את החום שכדור הארץ פולט על ידי שטף חום פני השטח. זוהי כמות החום שכדור הארץ מאבד ליחידת שטח וזמן. שטף החום על פני השטח מחושב כתוצר השיפוע הגיאותרמי והמוליכות התרמית של המדיום. כלומר, ערך המדרג הגיאותרמי מוכפל בכושר הולכת החום של המדיום הספציפי בו אנו נמצאים. כך אנו יודעים את הסכום הכולל של אובדן החום הקיים באזור מסוים.

מוליכות תרמית היא כמה קל לחומר להעביר חום. ערך אופייני של שטף החום ביבשת הוא 60 mW / m2, שיכולה לרדת לערכים של 30 mW / m2 באזורים יבשתיים ישנים - שבהם הליטוספירה עבה יותר - ועולה על ערכים של 120 mW / m2 באזורים צעירים יותר, בהם הליטוספירה פחות עבה. קל למדי לבדוק מוקשים וקידוחים, טמפרטורת החומרים בפנים האדמה עולה עם עומק.

ישנן בארות נפט רבות בהן מגיעים לערכים של 100 מעלות בעומק של כ -4.000 מטר. מאידך, באזורים בהם יש התפרצויות געש, חומרים שונים מובאים לפני האדמה בטמפרטורות גבוהות שמגיעות מאזורים עמוקים בהרבה. חלק מקרום כדור הארץ הוא העובי של כמה עשרות סנטימטרים. הוא מאופיין בכך שטמפרטורותיו תלויות בטמפרטורת פני השטח הקיימת ומציגות מגוון גדול של טמפרטורות יומיות ועונתיות. השפעת הטמפרטורה החיצונית משפיעה הרבה פחות ככל שאנו מעמיקים יותר.

כשאנחנו מגיעים לרמת עומק מסוימת, הטמפרטורה קבועה שווה לממוצע של טמפרטורת פני השטח של המקום. אזור זה נקרא האוזון בטמפרטורה קבועה ברמה ניטרלית.

שיפוע עומק וגיאותרמי

העומק בו נמצא המפלס הנייטרלי בו הטמפרטורות קבועות משתנה בדרך כלל בין 2 ל -40 מטר. ככל שהוא גדול יותר ככל שהאקלים השורר על פני כדור הארץ קיצוני יותר. מתחת לניטראלי נמצא המקום בו הטמפרטורות מתחילות לעלות עם העומק. גידול זה אינו אחיד בכל התחומים. בראשונה הוא שטחי יותר מקרום כדור הארץ, הערך הממוצע של השיפוע הגיאותרמי הוא כ 33 מטר. המשמעות היא שעליך לעמוק 33 מטר כדי להיות בעלייה של מעלה אחת בטמפרטורה. לכן, הוא נקבע בין שיפוע גיאותרמי ממוצע הוא 3 מעלות בכל 100 מטר.

הערכים הממוצעים חלים רק על האזורים החיצוניים ביותר בקליפת המוח, מכיוון שניתן לשמור עליו לאורך הרדיוס. בעומקים גדולים יותר הטמפרטורות גבוהות יותר מכיוון שהחומרים נמסים בעומק של כמה מאות קילומטרים בלבד.

כיום אנו יודעים שרוב הגיאופיזיקאים מעריכים כי הטמפרטורות באזורים הפנימיים ביותר של כדור הארץ אינן עולות על כמה אלפי מעלות. הכי הרבה, יש המעריכים שהערכים יהיו כ -5.000 מעלות. כל זה מוביל לירידת שיפוע גיאותרמית בעומק ברגע שמגיעה למכסה תת קרקעית מסוימת.

אני מקווה שעם מידע זה תוכלו ללמוד עוד על מהו השיפוע הגיאותרמי ועל מאפייניו.