Попался вопрос на #Яндекс.Кью :
Откуда берётся и почему не исчезает тепло в недрах Земли?
Вопрос не то, чтобы сложный, но позволяет разоблачить одно распространённое заблуждение. Почему-то многие считают, что планеты, которые по размерам меньше, чем Земля, "геологически мертвы". Мол, меньше масса - меньше и запас энергии, и потому она на Марсе (к примеру) уже полностью израсходовалась.
Но, скажем, в маленьких звёздах запас энергии тоже меньше, чем в больших. Однако "умрут" они, только прожив на порядки более долгий срок - триллионы лет, а не миллиарды (или даже миллионы, как очень большие звёзды). Почему с планетами не может выйти так же?
Разберёмся.
Гравитация и радиоактивность
Основной источник энергии для планет - по крайней мере нам хорошо известных - гравитация.
Исходно планетарные недра нагрела именно гравитационная энергия. Падение протопланетного вещества в гравитационную яму будущей Земли - всё возрастающей глубины - способствовало переходу его кинетической энергии в тепловую (планетезимали-астероиды-метеориты, сталкиваясь с прото-Землёй, нагревали её).
Первоначальный тепловой потенциал Земли, однако, расходовался довольно быстро: хватить его могло на считанные миллионы лет. Но и сейчас основная часть внутренней энергии Земли - опять-таки гравитационного происхождения. Она выделяется в связи с процессом сепарации магмы.
Как известно, кора Земли состоит из относительно лёгких веществ - в основном, силикатов. Ядро планеты состоит из железа. А то, что между ними, постепенно подвергается сепарации: всё больше железа тонет к ядру, силикаты же, напротив, всплывают.
При этом жидкой мантию назвать нельзя... но на протяжении миллионов лет она всё же течёт. Течения в мантии - та сила, которая ответственна за геотектонику: она перемещает континенты и взывает вулканические извержения.
Существуют разные расчёты, но обычно считается, что около 85% внутреннего тепла Земли генерируется за счёт этого механизма.
Во вторую очередь, в нагреве земных недр играет роль распад радиоактивных изотопов - в основном калия-40. Это даёт около 13% внутреннего тепла Земли. Радиоактивных веществ с момента вспышки сверхновой, породившей когда-то тяжёлые элементы, входящие в состав Солнечной системы, становится всё меньше, но тем не менее они ещё существуют в большом количестве.
В-третьих, определённый вклад вносит и приливное взаимодействие Земли с Луной (и в намного меньшей степени с Солнцем): оставшиеся 2%. Но это тоже форма гравитационной энергии.
Метки: #Марс , #Земля , #планетология , #планеты солнечной системы , #геология , #геотермальная энергия , #s-ликбез , #гравитация , #радиоактивность
Земля и Марс
Ну вот теперь сравним эту ситуацию с той, что имеет место на Марсе. Ну да, первоначальная гравитационная энергия там рассеялась быстрее, чем на Земле: её было меньше, а отношение площади поверхности к массе больше. Но ведь и на Земле она давно рассеялась!
Приливное взаимодействие, в связи с отсутствием у Марса крупных спутников и большим расстоянием от Солнца, играет пренебрежимо малую роль. Но и на Земле ведь это - всего 2%.
Радиоактивные элементы в недрах Марса распадаются с той же скоростью, что и в недрах Земли*. То есть тут всё одинаково. Единственное, что следует иметь в виду, это то, что опять-таки Марсу сбросить тепло вовне проще из-за большей площади поверхности на единицу массы (масса - одна девятая земной, а вот поверхность - одна четвёртая).
А вот сепарация магмы в более слабом гравитационном поле Марса однозначно идёт медленнее, чем в гравитационном поле Земли!. То есть энергия - как и в случае со звёздами - у меньшей по размеру планеты расходуется медленнее, чем у более крупной, а не быстрее!
То есть как раз наоборот: лёгкая планета - ну, объект планетарной массы, это формально может быть и спутник, и одиночный объект - будет в геологическом отношении "жить" дольше, чем тяжёлая. На тяжёлой планете сепарация мантийного вещества быстро завершится, и только распад радиоактивных элементов будет ещё давать о себе знать. А вот лёгкая планета того же возраста периодически ещё будет подавать признаки вулканической и тектонической активности. Правда - очень-очень редко. Но - долго...
Так что нет никаких оснований удивляться выявленным признакам тектонической активности Луны (почему бы и нет?). И великие марсианские вулканы, начиная с Олимпа, тоже, похоже, в состоянии лишь временной передышки...
Сноски:
* Конечно, небольшие отличия есть: в более мощном гравитационном поле время, по теории относительности, замедляется. В более плотном веществе некоторые виды радиоактивного распада, вроде К-захвата, ускоряются. Но это ничтожные различия, которые выявить можно только с помощью сверхточных измерений.
См. также
