Тепловой баланс Земли

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Тепловой баланс Земли[1]

Теплово́й бала́нс Земли́ — баланс энергии процессов теплопередачи и излучения в атмосфере и на поверхности Земли. Основной приток энергии в систему атмосфера—Земля обеспечивается излучением Солнца в спектральном диапазоне от 0,1 до 4 мкм. Плотность потока энергии от Солнца на расстоянии 1 астрономической единицы равен около 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). По данным за 2000—2004 годы[1] усреднённый по времени и по поверхности Земли этот поток составляет 341 Вт/м²[2][3], или 1,74·1017 Вт в расчёте на полную поверхность Земли.

Составляющие теплового баланса[править | править вики-текст]

Основной приток энергии к Земле обеспечивается солнечным излучением и составляет около 341 Вт/м² в среднем по всей поверхности планеты. Внутренние источники тепла (радиоактивный распад, стратификация по плотности) по сравнению с этой цифрой незначительны (около 0,08 Вт/м²)[2].

Из 341 Вт/м² солнечного излучения, попадающего на Землю, примерно 30 % (102 Вт/м²) сразу же отражается от поверхности Земли (23 Вт/м²) и облаков (79 Вт/м²), а 239 Вт/м² в сумме поглощается атмосферой (78 Вт/м²) и поверхностью Земли (161 Вт/м²)[1]. Поглощение в атмосфере обусловлено, в основном, облаками и аэрозолями[2].

Из 161 Вт/м² поглощаемой поверхностью Земли энергии 40 Вт/м² возвращается в космическое пространство в виде теплового излучения диапазона 3–45 мкм, ещё 97 Вт/м² передаются атмосфере за счёт различных тепловых процессов (80 Вт/м² — испарение воды, 17 Вт/м² — конвективный теплообмен). Кроме того, около 356 Вт/м² излучения Земли поглощается атмосферой, из которых 333 Вт/м² возвращается в виде обратного излучения атмосферы. Таким образом, полное тепловое излучение поверхности Земли составляет 396 Вт/м² (356+40), что соответствует средней тепловой температуре 288 К (15 °С)[1][2].

Атмосфера излучает в космическое пространство 199 Вт/м², включая 78 Вт/м², полученные от излучения Солнца, 97 Вт/м², полученные от поверхности Земли, и разность между поглощаемым атмосферой излучением поверхности и обратным излучением атмосферы в объёме 23 Вт/м²[1].

Внутреннее тепло Земли[править | править вики-текст]

Внутренние источники тепла Земли менее значительны по мощности, чем внешние. Считается, что основными источниками являются: распад долгоживущих радиоактивных изотопов (уран-235 и уран-238, торий-232, калий-40), гравитационная дифференциация вещества, приливное трение, метаморфизм, фазовые переходы[4].

Средняя плотность теплового потока по земному шару составляет 87±2 мВт/м² или (4,42±0,10)·1013 Вт в целом по Земле[5], то есть примерно в 5000 раз меньше, чем средняя солнечная радиация. В океанских районах этот показатель составляет в среднем 101±2 мВт/м², в континентальных — 65±2 мВт/м²[5]. В глубоководных океанических желобах она меняется в пределах 28-65 мВт/м², на континентальных щитах — 29-49 мВт/м², в областях геосинклиналей и срединно-океанических хребтах может достигать 100-300 мВт/м² и более[4]. Около 60 % теплового потока (2,75·1013 Вт) приходится на внутренние источники тепла[6], остальные 40 % обусловлены остыванием планеты.

Согласно измерениям нейтринного потока из недр Земли, на радиоактивный распад приходится 24 ТВт (2,4·1013 Вт) внутреннего тепла[7].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 Kevin E. Trenberth, John T. Fasullo, and Jeffrey Kiehl, March 2009: Earth’s global energy budget. — Bulletin of the American Meteorological Society, 90, 311–323.
  2. 1 2 3 4 Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
  3. Центральное сечение земного шара (S = πR²), на которое приходится тепловой поток от Солнца, в 4 раза меньше площади поверхности (S = 4πR²), откуда средний тепловой поток на единицу поверхности земли в 4 раза меньше солнечной постоянной: 341 Вт/м² ≈ 1367/4
  4. 1 2 Геотермия — Горная энциклопедия
  5. 1 2 Pollack, H. N., S. J. Hurter, and J. R. Johnson (1993), Heat flow from the Earth's interior: Analysis of the global data set, Rev. Geophys., 31(3), 267-280.
  6. Van Schmus W.R. Natural radioactivity of the crust and mantle, AGU Handbook of Phisical Constants, edited by T.J. Ahrens, Am. Geophys Un., Washington, D.C., 1994.
  7. Ядерный распад дает половину тепла Земли — infox.ru, 18.07.2011.

Ссылки[править | править вики-текст]

  • Carol A. Stein Heat Flow of the Earth, AGU Handbook of Phisical Constants, edited by T.J. Ahrens, Am. Geophys Un., Washington, D.C., 1994.