Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
Учитывая это, кратко рассмотрим только три главных источника эндогенной энергии в Земле: гравитационный, радиогенный и приливной.
8.2.1. Энергия аккреции и гравитационной дифференциации Земли
К основным первичным источникам энергии Земли, запасенной ею еще в процессе своего образования, можно отнести часть энергии гравитационной аккреции земного вещества и энергию сжатия земных недр. Суммарный эффект разогрева Земли за счет действия этих энергетических источников, подробно рассмотрен в работах В.С.Сафронова [109]. Как уже отмечалось, процесс образования
Земли за счет аккреции протопланетного газопылевого облака развивался за время порядка 108 лет и завершился около 4,6-109 лет тому назад образованием первичной и в среднем однородной по составу Земли.
На геологической стадии развития нашей планеты, начиная примерно с 4,0-109 лет назад, стал развиваться другой мощный процесс - выделение гравитационной энергии - связанный с плотност-ной дифференциацией земных недр. Этот процесс привел к образованию в центре Земли плотного окисно-железного ядра и к возникновению в остаточной силикатной оболочке, т.е. в ее мантии интенсивных конвективных движений и, как следствие, к проявлению рифтогенеза на её поверхности.
Энергия аккреции определяется потенциальной энергией Земли U. Часть полной энергии аккреции ушла на упругое сжатие земных недр. Остальная часть энергии перешла в тепло. Если бы при этом не происходило интенсивных теплопотерь через поверхность Земли, то ее температура могла бы подняться до значения ~ 30 ООО °С и земное вещество полностью испарилось бы. Однако в действительности такого интенсивного разогрева не возникло, поскольку формирование нашей планеты происходило за конечное время порядка 108 лет, а энергия ударов планетезимапей выделялась только в приповерхностных слоях растущей Земли и поэтому быстро терялась с тепловым излучением планеты [109].
Тепловой запас (тепловое содержание) Земли определяется по формуле:
R
Е-4%jp(r)T(r)cр-r2dr, (8.1)
о
где р(г) - плотность вещества на радиусе г, Ср -средняя теплоемкость недиференцированного земного вещества.
Для первичной Земли распределение температуры Т(г) определялось B.C. Сафроновым [109]. С учетом этих температур на рис. 8.6 приведено соответствующее распределение плотности р(г), методика расчета распределения коэффициента удельной теплоемкости при постоянном давлении Ср(г) описана в работе [55]. Используя эти данные, можно оценить, что теплозапас первичной Земли Enjb, характеризующийся отмеченными распределениями температуры Т(г), находился в пределах от
7,4-10 до 9,4-10' эрг, тогда как теплосодержание современной Земли существенно большее Ео,о~ 14,9-1037 эрг (численные индексы указывают время в миллиардах лет назад). При условии Ej'6 ~ 7,4-1037 эрг получено, что в процессе формирования Земли с тепловым излучением она должна была потерять около 19,4-1038 эрг энергии первичной аккреции. Поскольку формирование Земли происходило за время порядка 10s лет, то это значит, что средний суммарный тепловой поток тогда достигал 6-1023 эрг/с и приблизительно в 1500 раз превышал современный тепловой поток через по-
верхность Земли (4,3-1020 эрг/с) [121, 122].
Энергия аккреции выделялась только во время роста Земли. На планетной стадии ее развития главным источником эндогенной энергии становится процесс гравитационной дифференциации земного вещества на плотное окисно-железное ядро и остаточную более легкую силикатную оболочку - земную мантию. Численно энергия гравитационной дифференциации ?g равна разности между потенциальной энергией Що однородной Земли, которой она обладала непосредственно перед началом развития процесса выделения земного ядра (т.е. около 4,0-109 лет назад) и потенциальной энергией Uq о современной расслоенной Земли
'eg=t/4,o-?/o,o. (8.2)
Значение [/4,0 можно найти, если к потенциальной энергии первичной Земли U+s ~ - 23, 61-10за эрг прибавить радиогенную и приливную энергии, выделившиеся в катархее за первые 600 млн лет существования Земли: ей = 1,09-1037 эрг и е, = 2,09-1037 эрг[ 121; 122]. В этом случае U4fi = -23,29-1038 эрг. Потенциальная энергия современной Земли-и распределение температуры в ее недрах (рис. 8.7) были определены в работе [91]. По этим данным С/о,о = -24,75-1038 эрг. Следовательно, согласно (8.2), полная энергия гравитационной дифференциации Земли eg =1,46-10 эрг.
Выделяющаяся в недрах Земли энергия гравитационной дифференциации в большей своей части переходит сначала в кинетическую энергию конвективных течений мантийного вещества, а затем в тепло. Но заметная часть этой энергии расходуется на дополнительное сжатие земных недр, возникающее благодаря концентрации плотных фаз в центральных зонах Земли. Упругая энергия сжатия Земли перед самым началом выделения земного ядра (около 4-109 лет назад) должна была быть несколько меньшей, чем у первичной Земли, поскольку к тому времени ее недра уже успели несколько прогреться за счет выделения радиогенной и приливной энергий, а дифференциация земного вещества еще не началась.
