Энергетика Земли
Вопрос об источниках энергии, определяющей тепловой режим и тектоническую активность Земли, является одним из главных и фундаментальных в планетарной геофизике, и решаться он должен только в теснейшей связи с современными данными о составе и развитии Земли и в строгих рамках физических законов.
Как уже отмечалось в ранее, основными процессами, управляющими тектонической активностью Земли, могут быть только те глубинные энергетические процессы, которые в наибольшей степени снижают потенциальную (внутреннюю) энергию нашей планеты и системы Земля-Луна. При этом снижение потенциальной энергии происходит за счёт её перехода в тепло и в кинетическую энергию движения земных масс — конвекцию, движение литосферных плит, дрейф континентов, горообразование и т. д. В свою очередь любые перемещения земных масс также сопровождаются диссипацией кинетической энергии и выделением тепла, которое приводит к частичному расплавлению вещества верхней мантии или пород континентальной коры, питая тем самым своей энергией магматизм Земли. Однако в конце концов все это тепло постепенно теряется с тепловым излучением через земную поверхность и рассеивается в космосе. Отсюда следует важный теоретический вывод: естественной и количественной мерой тектонической активности Земли является идущее из её недр тепло, которое далее излучается в космос. Таким образом, если нам на основании анализа энергетического баланса Земли удастся оценить её глубинные теплопотери в прошлые геологические эпохи, мы тем самым определим и эволюцию тектонической активности нашей планеты.
К наиболее мощным энергетическим процессам, развивающимся в недрах Земли, следует относить три глобальных процесса. Во-первых, это процесс гравитационной дифференциации земного вещества по плотности, приводящий к расслоению Земли на плотное окисно-железное ядро, остаточную силикатную мантию, лёгкую алюмосиликатную кору и гидросферу с атмосферой. Во-вторых, это распад радиоактивных элементов, приводящий к выделению существенной доли тепловой энергии. Третьим заметным энергетическим процессом является приливное взаимодействие Земли с Луной. Все остальные эндогенные источники энергии либо несоизмеримо меньше перечисленных, либо полностью обратимы благодаря конвективному массообмену в мантии (например, энергия переходов минеральных ассоциаций под влиянием давлений в восходящих и нисходящих конвективных потоках противоположны по знаку). Поэтому влиянием таких реакций на эндогенный энергетический баланс Земли можно пренебречь. Значительно больший тепловой поток солнечного излучения, падающий на Землю, после ряда преобразований в атмосфере, гидросфере, биосфере и приповерхностных слоях земной коры частично консервируется в осадочных толщах Земли и в форме залежей горючих ископаемых, но в ещё большей мере почти полностью отражается Землёй обратно в космос. Поэтому Солнечное излучение активно влияет лишь на протекание экзогенных процессов — выветривание пород, поверхностный перенос продуктов их разрушения, осадконакопление, образование месторождений горючих полезных ископаемых и, конечно, на развитие земной жизни.
Учитывая это, рассмотрим здесь только три главных источника эндогенной энергии в Земле: гравитационный, радиогенный и приливный.
Как уже отмечалось в ранее, основными процессами, управляющими тектонической активностью Земли, могут быть только те глубинные энергетические процессы, которые в наибольшей степени снижают потенциальную (внутреннюю) энергию нашей планеты и системы Земля-Луна. При этом снижение потенциальной энергии происходит за счёт её перехода в тепло и в кинетическую энергию движения земных масс — конвекцию, движение литосферных плит, дрейф континентов, горообразование и т. д. В свою очередь любые перемещения земных масс также сопровождаются диссипацией кинетической энергии и выделением тепла, которое приводит к частичному расплавлению вещества верхней мантии или пород континентальной коры, питая тем самым своей энергией магматизм Земли. Однако в конце концов все это тепло постепенно теряется с тепловым излучением через земную поверхность и рассеивается в космосе. Отсюда следует важный теоретический вывод: естественной и количественной мерой тектонической активности Земли является идущее из её недр тепло, которое далее излучается в космос. Таким образом, если нам на основании анализа энергетического баланса Земли удастся оценить её глубинные теплопотери в прошлые геологические эпохи, мы тем самым определим и эволюцию тектонической активности нашей планеты.
К наиболее мощным энергетическим процессам, развивающимся в недрах Земли, следует относить три глобальных процесса. Во-первых, это процесс гравитационной дифференциации земного вещества по плотности, приводящий к расслоению Земли на плотное окисно-железное ядро, остаточную силикатную мантию, лёгкую алюмосиликатную кору и гидросферу с атмосферой. Во-вторых, это распад радиоактивных элементов, приводящий к выделению существенной доли тепловой энергии. Третьим заметным энергетическим процессом является приливное взаимодействие Земли с Луной. Все остальные эндогенные источники энергии либо несоизмеримо меньше перечисленных, либо полностью обратимы благодаря конвективному массообмену в мантии (например, энергия переходов минеральных ассоциаций под влиянием давлений в восходящих и нисходящих конвективных потоках противоположны по знаку). Поэтому влиянием таких реакций на эндогенный энергетический баланс Земли можно пренебречь. Значительно больший тепловой поток солнечного излучения, падающий на Землю, после ряда преобразований в атмосфере, гидросфере, биосфере и приповерхностных слоях земной коры частично консервируется в осадочных толщах Земли и в форме залежей горючих ископаемых, но в ещё большей мере почти полностью отражается Землёй обратно в космос. Поэтому Солнечное излучение активно влияет лишь на протекание экзогенных процессов — выветривание пород, поверхностный перенос продуктов их разрушения, осадконакопление, образование месторождений горючих полезных ископаемых и, конечно, на развитие земной жизни.
Учитывая это, рассмотрим здесь только три главных источника эндогенной энергии в Земле: гравитационный, радиогенный и приливный.