Тепловий баланс Землі [1]

Тепловий баланс Землі — баланс енергії процесів теплопередачі і випромінювання в атмосфері і на поверхні Землі. Основний приплив енергії в систему атмосфера-Земля забезпечується випромінюванням Сонця в спектральному діапазоні від 0,1 до 4 мкм. Щільність потоку енергії від Сонця на відстані 1 астрономічної одиниці дорівнює близько 1367 Вт/м ² (сонячна постійна). За даними за 2000-2004 роки [1] усереднений за часом і по поверхні Землі цей потік становить 341 Вт/м²[2][3], або 1,74×10 17 Вт в розрахунку на повну поверхню Землі.

Зміст

Складові теплового балансуРедагувати

Основний приплив енергії до Землі забезпечується сонячним випромінюванням і становить близько 341 Вт/м² в середньому по всій поверхні планети. Внутрішні джерела тепла (радіоактивний розпад, стратифікація по щільності) у порівнянні з цією цифрою незначні (близько 0,08 Вт/м²) [2].

З 341 Вт/м² сонячного випромінювання, що потрапляє на Землю, приблизно 30% (102 Вт/м²) відразу ж відбивається від поверхні Землі (23 Вт/м²) і хмар (79 Вт/м²), а 239 Вт/м² в сумі поглинається атмосферою (78 Вт/м²) і поверхнею Землі (161 Вт/м²) [1]. Поглинання в атмосфері зумовлено, в основному, хмарами і аерозолями [2].

З 161 Вт/м² поглинається поверхнею Землі енергії 40 Вт/м² повертається в космічний простір у вигляді теплового випромінювання діапазону 3-45 мкм, ще 97 Вт/м² передаються атмосфері за рахунок різних теплових процесів (80 Вт/м² - випаровування води, 17 Вт/м² - конвективний теплообмін). Крім того, близько 356 Вт/м² випромінювання Землі поглинається атмосферою, з яких 333 Вт/м² повертається у вигляді зворотного випромінювання атмосфери. Таким чином, повне теплове випромінювання поверхні Землі становить 396 Вт/м² (356 + 40), що відповідає середній теплової температурі 288 К (15 °С) [1] [2].

Атмосфера випромінює в космічний простір 199 Вт/м², включаючи 78 Вт/м², отримані від випромінювання Сонця, 97 Вт/м², отримані від поверхні Землі, і різницю між випромінюванням поверхні, що поглинається атмосферою, і зворотним випромінюванням атмосфери в обсязі 23 Вт/м² [1].

Внутрішнє тепло ЗемліРедагувати

Внутрішні джерела тепла Землі менш значні за потужністю, ніж зовнішні. Вважається, що основними джерелами є: розпад довгоживучих радіоактивних ізотопів (уран-235 і уран-238, торій-232, калій-40), гравітаційна диференціація речовини, приливне тертя, метаморфізм, фазові переходи[4].

Середня щільність теплового потоку по земній кулі становить 87 ± 2 мВт/м² або (4,42 ± 0,10)×10 13 Вт в цілому по Землі [5], тобто приблизно в 5000 разів менше, ніж середня сонячна радіація. У океанських районах цей показник становить у середньому 101 ± 2 мВт/м², в континентальних - 65 ± 2 мВт/м²[5]. У глибоководних океанічних жолобах вона змінюється в межах 28-65 мВт/м², на континентальних щитах - 29-49 мВт/м², в областях геосинкліналей і серединно-океанічних хребтах може досягати 100-300 мВт/м² і більше [4]. Близько 60% теплового потоку (2,75×10 13 Вт) припадає на внутрішні джерела тепла [6], інші 40% зумовлені охолодженням планети.

Відповідно до вимірів нейтринного потоку з надр Землі, на радіоактивний розпад доводиться 24 ТВт (2,4×10 13 Вт) внутрішнього тепла [7].

Див. такожРедагувати

ЛітератураРедагувати

  • Кондратьев К.Я. Радиационные факторы современных измерений глобального климата. - Л., 1980.
  • Кондратьев К.Я., Биненко В.И. Влияние облачности на радиацию и климатю - Л. - 1984; Климатология Л. - 1989.

Ресурси ІнтернетуРедагувати

  • 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.

ПриміткиРедагувати

  1. а б в г д 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. а б в г Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
  3. Центральний перетин земної кулі ( S = π R²), на який припадає тепловий потік від Сонця, в 4 рази менше площі поверхні (S = 4π R²), звідки середній тепловий потік на одиницю поверхні землі в 4 рази менше сонячної постійної: 341 Вт/м² ≈ 1367/4
  4. а б Геотермия — Горная энциклопедия
  5. а б 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.