من الصعب التفكير في أنه يمكنك حساب درجة الحرارة داخل الأرض. يبلغ عمق كوكبنا 6.000 كيلومتر حتى يصل إلى القلب. على الرغم من ذلك ، وصل الإنسان إلى عمق 12 كم فقط. ومع ذلك ، لدينا تقنيات مختلفة لنكون قادرين على حساب درجة الحرارة في العمق. يُعرف تقلب درجة الحرارة من حيث عمق القشرة الأرضية باسم التدرج الجيوحراري.
في هذه المقالة سوف نخبرك عن جميع خصائص وأهمية التدرج الحراري الأرضي.
ما هو التدرج الجيوحراري
التدرج الجيوحراري إنه ليس أكثر من تباين درجة الحرارة كدالة للعمق الذي نجد أنفسنا فيه. يمكن قياس درجة الحرارة في الكيلومترات القليلة الأولى من قشرة الأرض، وتزداد مع العمق وفقًا لمتوسط ضغط يبلغ 3 درجات لكل 100 متر من العمق. العلاقة بين تغير درجة الحرارة والعمق تسمى بالتدرج الحراري الأرضي. الحرارة الطبيعية في نواة الأرض ترجع إلى عمليات فيزيائية وكيميائية مختلفة تحدث في الداخل، كما هو موضح في المقال الخاص بـ نواة الأرض. هناك أيضًا عوامل أخرى تدخل في الاعتبار في هذه المعادلة لحساب درجة الحرارة.
الملامح الرئيسية
دعونا نرى ما هي العوامل المختلفة التي تؤثر على قيمة التدرج الحراري الأرضي:
- العوامل الإقليمية: المنطقة التي نحن فيها من جميع أنحاء العالم ضرورية حتى نتمكن من معرفة تباين درجة الحرارة. يعد السياق الجيولوجي والهيكلية على نطاق إقليمي أحد العوامل التي تحدد توزيع درجات الحرارة. بعبارة أخرى ، في المناطق التي يوجد بها نشاط بركاني نشط اليوم ، والمناطق التي يكون فيها الغلاف الصخري أصغر ، يكون التدرج الحراري الأرضي أعلى بكثير من المناطق الأخرى التي لا يوجد فيها نشاط بركاني أو حيث يكون الغلاف الصخري بسماكة مختلفة.
- العوامل المحلية: على المستوى المحلي ، نرى اختلافات بين الخصائص الحرارية للصخور. هناك صخور ذات موصلية حرارية أعلى تنتج اختلافات جانبية ورأسية حساسة للتدرج الحراري الأرضي المذكور. العامل الأكثر تحديدًا لقيمة هذا التدرج الحراري الأرضي هو دوران المياه الجوفية. والشيء هو أن الماء لديه قدرة كبيرة على إعادة توزيع الحرارة. هذه هي الطريقة التي نجد بها مناطق إعادة تغذية الخزان الجوفي التي يتناقص التدرج الحراري الأرضي بسبب الدوران الهابط للمياه الباردة.
من ناحية أخرى ، لدينا بعض مناطق التفريغ حيث يحدث العكس. يتسبب ارتفاع المياه الساخنة في العمق في زيادة التدرج الحراري الأرضي. وبالتالي، تختلف القيمة التي سيتخذها التدرج الحراري الأرضي اعتمادًا على السياق الجيولوجي والهيكلية، الاختلافات بين الخصائص التقنية للصخور ودوران المياه الجوفية. كل هذه العوامل هي التي تجعل هذه الزيادة في درجة الحرارة تختلف في العمق.
تدفق وانتشار الحرارة الأرضية
نحن نعلم أن الحرارة التي ينبعث منها كوكبنا يمكن قياسها من خلال تدفق الحرارة السطحية. هذه هي كمية الحرارة التي يفقدها الكوكب لكل وحدة مساحة ووقت. يتم حساب التدفق الحراري للسطح كمنتج للتدرج الحراري الأرضي والتوصيل الحراري للوسط. وهذا يعني أن قيمة التدرج الحراري الأرضي مضروبة في قدرة التوصيل الحراري للوسط المحدد الذي نتواجد فيه. هذه هي الطريقة التي نعرف بها المقدار الإجمالي لفقدان الحرارة الموجود في منطقة معينة.
الموصلية الحرارية هي سهولة المادة لتكون قادرة على نقل الحرارة. تبلغ القيمة النموذجية للتدفق الحراري في القارة 60 ميغاواط / م 2، والتي يمكن أن تنخفض إلى قيم 30 ميغاواط/م2 في المناطق القارية القديمة - حيث الغلاف الصخري أكثر سمكًا - وتتجاوز قيم 120 ميغاواط/م2 في المناطق الأحدث، حيث الغلاف الصخري أرق. ومن السهل جدًا التحقق في المناجم والحفر من أن درجة حرارة المواد داخل الأرض ترتفع مع العمق.
توجد آبار نفطية عديدة تصل فيها درجات الحرارة إلى ما بين 100 إلى 4.000 درجة على عمق حوالي XNUMX متر. ومن ناحية أخرى، في المناطق التي تحدث فيها الانفجارات البركانية، يتم جلب مواد مختلفة من مناطق أعمق بكثير إلى سطح الأرض بدرجات حرارة عالية. يبلغ سمك جزء من قشرة الأرض أكثر من بضع عشرات من السنتيمترات. ويتميز بأن درجات حرارته تعتمد على درجة حرارة السطح الموجودة ويظهر تنوعًا كبيرًا في درجات الحرارة اليومية والموسمية. يصبح تأثير درجة الحرارة الخارجية أقل أهمية بكثير كلما تعمقنا.
عندما نصل إلى مستوى معين من العمق ، درجة الحرارة ثابتة مساوية لمتوسط درجة حرارة سطح المكان. هذه المنطقة تسمى المستوى المحايد درجة حرارة ثابتة الأوزون.
العمق والتدرج الحراري الأرضي
عادةً ما يتراوح العمق الذي يوجد به المستوى المحايد حيث تكون درجات الحرارة ثابتة بين 2 و 40 مترًا. تزداد حدة المناخ السائد على سطح الأرض. ما دون المستوى المحايد هو المكان الذي تبدأ فيه درجات الحرارة في الزيادة مع العمق. هذه الزيادة ليست موحدة في جميع المجالات. في الحالة الأولى ، تكون أكثر سطحية من القشرة الأرضية ، ومتوسط قيمة التدرج الحراري الأرضي حوالي 33 مترًا. هذا يعني أنه يجب عليك الذهاب إلى عمق 33 مترًا لزيادة درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة. وهكذا ، تم تأسيسه بين متوسط التدرج الحراري الأرضي 3 درجات كل 100 متر.
لا تنطبق القيم المتوسطة إلا على المناطق الخارجية من القشرة ، حيث يمكن الحفاظ عليها في جميع أنحاء نصف القطر. في الأعماق الأكبر تكون درجات الحرارة أعلى لأن المواد تذوب على أعماق لا تتجاوز بضع مئات من الكيلومترات.
نعلم اليوم أن معظم الجيوفيزيائيين يقدرون أن درجات الحرارة في الأجزاء الداخلية من الكوكب لا تتجاوز بضعة آلاف من الدرجات. في الغالب، يقدر البعض قيم حوالي 5.000 درجة. كل هذا يؤدي إلى انخفاض التدرج الحراري الأرضي مع العمق بمجرد الوصول إلى حصة معينة تحت الأرض.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد حول ماهية التدرج الحراري الأرضي وخصائصه.