Голосования

Какой теорией происхождения жизни вы придержавайтесь?
 

Узнал новое?

Поделись с друзьями:

Наша кнопка

88x31 Код




Невидимое сияние Земли
(0 голоса, среднее 0 из 5)
Планета Земля

доктор геолого-минералогических наук Н. В. Вилор

Невидимое сияние Земли

 

Куда уходит тепло Земли

 

Земля хранит огромный запас тепла — того тепла, которое уже потеряно замёрзшей Луной и полузамёрзшим Марсом. Она ещё не растратила ресурсы своей энергии, которые, быть может, в будущем станут для человечества экологически чистым и неисчерпаемым источником энергии. В течение последних миллионов лет внутреннее тепло планеты проникает к её поверхности в виде извержений вулканов, пепло-газовых „дымов“ и воды горячих источников. Кроме того, оно передаётся теплопроводностью по горным породам к дну озёр, морей и океанов, и далее — конвекцией воды. В итоге тепло, поступающее на поверхность Земли, излучается в космос; это излучение может быть измерено и изучено.

 

Любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает. С ростом температуры мощность излучения растёт примерно пропорционально четвертой её степени, а длины волн излучения убывают обратно пропорционально температуре. Поверхность Земли имеет температуру около 300К и излучает в основном в диапазоне волн 5-20 мкм, Солнце — соответственно 6000К и 0,2-0,8 мкм (оптический диапазон — 0,45-0,65 мкм). Активных вулканических районов и месторождений горячих вод на Земле немного, а тепло, поступающее в воду океанов, по пути к поверхности успевает распределиться по большой площади. Поэтому в тепловых лучах Земля должна была бы светиться равномерно, кроме отдельных ярких точек — вулканов, гейзеров, горячих источников. Реальная же картина выглядит совершенно иначе.

 

Что видно в инфракрасных лучах

 

Инфракрасное излучение Баргузинской впадины. Снимок со спутника

Тепловая энергия излучается самым верхним слоем земной поверхности, его толщина порядка длины волны излучения, то есть порядка 10 мкм. Излучающий слой имеет очень сложное строение — ведь он состоит из поверхностного слоя почвы, камней, стеблей травы, веток деревьев и кустарников, игл хвойных деревьев. Когда удобно наблюдать тепловое излучение земной поверхности? Во-первых, ночью, когда не мешает нагрев поверхности солнечным излучением. Во-вторых, осенью, когда деревья сбрасывают листья и хотя бы лиственные леса перестают прикрывать поверхность Земли от глаз спутниковой аппаратуры. Хвойные, естественно, продолжают делать своё дело, но в этих условиях становятся заметными мощные тепловые потоки, сосредоточенные вдоль некоторых элементов земной поверхности, которые связаны с её геологическим строением. А именно, вдоль разломов горных пород — хотя никаких особых источников тепла там, казалось бы, нет.

 

Откуда берётся лишнее тепло

 

Тепло, выделяющееся на поверхности Земли, может и не поступать из её глубин. Например, тепло горящего газового факела и тепло гниения растительных остатков — химического происхождения, результат процессов окисления. Но никаких процессов окисления, никаких горящих газов и гниющих растений вдоль геологических разломов тоже нет. Если тепло не поступает из глубин, а выделяется на месте и если это не результат химических процессов, остаётся одно — тепловыделение при фазовых переходах. То есть при конденсации пара или замерзании жидкости.

 

При конденсации пара, за счёт которой происходит образование капель тумана и выпадение росы, выделяется около 2500 Дж/г. Конденсации с выделением воды предшествует образование пересыщенного водяного пара Но этого условия ещё недостаточно. Необходимо появление центров конденсации, на которых вода образует микрокапли, затем сливающиеся в крупные капли и росу. Такие центры конденсации создаются при движении в воздухе заряженных частиц. Например, один из классических методов изучения элементарных частиц основан на применении насыщенного водяного пара в камере Вильсона. В ней фотографируют цепочку мельчайших капель воды, которые образуются при пролёте заряженной частицы.

 

Природный источник заряженных частиц — радиоактивные минералы. При распаде радия, тория и урана образуется радон: изотопы Rn222, Rn220, Rn219. Радон может подниматься по трещинам к поверхности Земли. А тектонические разломы и представляют собой узкие линейные зоны трещиноватых, проницаемых горных пород. Радон поднимается по трещинам, попадает в атмосферу и претерпевает альфа-распад. Это ионизирующее излучение при наличии насыщенного водяного пара в воздухе вызывает конденсацию. Пар воды превращается в туман — капли воды, взвешенные в воздухе. При этом выделяется тепло фазового перехода, его и „видят“ радиометры на спутниках.

 

Откуда водичка?

 

Но чтобы под действием ионизирующего излучения заработала природная камера Вильсона, необходим пересыщенный водяной пар. В лаборатории пересыщение получают при охлаждении воздуха за счёт увеличения его объёма (адиабатическое расширение). В природе пересыщенный пар возникает на сочленении плоского днища долины с крутым склоном, который обычно образуется вдоль разлома. Более тёплый и поэтому менее плотный воздух с высокой влажностью поднимается, „всплывает“ по склону вверх, причём его температура падает и появляется пересыщенный пар А дальше — ионизация, конденсация, тепловыделение.

 

За счёт выделения тепла и происходит нагрев атмосферы. Это подтверждают многосуточные измерения наземных метеостанций в Тункинской впадине, в полосе повышенной яркости над Тункинским сбросом термодинамическая температура в приземном слое на один градус выше, чем на двух других станциях в центре впадины.

 

Где искать камеру Вильсона

 

Природные камеры Вильсона образуются на границах впадин, которые окружены высокими горными хребтами, причём на их подножиях и склонах есть тектонические разломы. Это районы сильных, часто разрушительных землетрясений, в таких местах по разломам перемещаются части земной коры, поэтому разломы называют „активными сейсмогенными“. Подобные разломы есть вдоль Байкала и соседних впадин, составляющих Байкальскую рифтовую зону. Они есть также на окраинах Таримской впадины в Синцзяне (Западный Китай). В Центральной Европе разломы ограничивают долину Рейна в среднем течении реки. Они создают склоны плодороднейших долин Сакраменто, Сан-Хоакин и северной части пустыни Мохаве на юго-западе США. На поверхности этих разломов существуют наблюдаемые со спутников узкие (шириной не более 4-15 км) полосы протяжённостью до нескольких сотен километров с повышенным поверхностным тепловым потоком. Тепловое излучение ослабевает на поверхности речных долин, пересекающих разломы, в их сухих дельтах при выходе на пустынные безводные равнины, а также у толщ обвально-оползневого происхождения, у подножия высочайших горных хребтов — то есть везде, где что-то экранирует поток радона. Все они хорошо видны на спутниковых тепловых изображениях, особенно на безлесных пространствах Синцзяна и горно-пустынных территориях юго-запада США.

 

Необходимый для конденсации пара эффект адиабатического расширения имеет место ещё в одном случае — при подъёме воздуха вверх в зоне прибоя. Поэтому если области повышенной ионизации попадают на границу водной поверхности, то и там происходит усиленная конденсация. Такова ситуация на Байкале, и это лучше всего заметно во второй половине ночи, особенно в осенне-зимний период.

 

На курорте

 

Со „светящимися“ разломами, прежде всего в Байкальской рифтовой зоне (Россия) и в долине Рейна (земля Рейн-Вестфалия, Германия), связаны месторождения горячих и холодных минеральных вод, и на некоторых их них расположены известные курорты (Баден-Баден). Все они находятся в областях с повышенной концентрацией радона. Поток радона в основном зависит от проницаемости горных пород, а она — от сжатия или растяжения частей земной коры. Из области сжатия газ вытесняется в область растяжения, откуда выходит на поверхность и в атмосферу. Во время усиленного выделения Rn на водных лечебницах опасно находиться людям с ослабленным здоровьем. Из активных разломов, кроме Rn, выходят и другие легко подвижные элементы — ртуть, селен, мышьяк, бор; они в определённой концентрации могут быть опасны для человека. Инфракрасное излучение разломов, фиксируемое спутниками, можно использовать для мониторинга радоноактивности. Медико-экологические исследования, проводимые в различных странах, показали, что при прочих равных условиях в радоноопасных районах больше лёгочных и лёгочно-раковых заболеваний.