Как известно, при увеличении расстояния от поверхности планеты температура в недрах непрерывно возрастает. Геотермический градиент- величина, показывающая прирост температуры на определенном участке земной толщи. В среднем на каждые 100 метров глубины - примерно 3 градуса. По научным оценкам, температура земного ядра достигает 6000 градусов Цельсия, как на поверхности Солнца. В чем причина такой высокой температуры? Основной причиной нагрева называют распад радиоактивных элементов.
Распределение температуры и плотности вещества в глубине планеты Земля
Однако все объясняется гораздо проще. А согласно принципу лезвия Оккама при наличии простого и логичного объяснения нет необходимости в сложных и мифических. Основной и первичный источник энергии - гравитация. Представим, что на Землю падает метеорит. Он имеет как минимум вторую космическую скорость - 11,2 км/с. Кинетическая энергия метеорита массой 1 килограмм - 63 мегаджоуля. Вся эта энергия превратится в конечном счете в тепло. На сколько нагреется метеорит, если вся эта энергия пойдет только на его разогрев, а не атмосферы и поверхности земли?
С точки зрения термодинамики, конечная температура определяется из условия, что разность энтальпий (сумма произведений теплоемкости на разность температур и теплоты фазовых переходов) до и после удара равна кинетической энергии, определенной по 2 космической скорости. Оказалось, что эту температуру определить проблематично из-за того, что температура оказывается очень высокой, а для многих веществ просто отсутствуют справочные данные по теплоемкости при таких высоких температурах. Одно из веществ, для которых есть данные при высоких температурах (до 6000 К) -это вода. Ледяные метеориты - одни из часто встречающихся, поэтому данные актуальны. Так вот, искомая температура - 4600 градусов Цельсия!!! При этом 2/3 энергии тратится не на испарение воды и нагрев пара, а на диссоциацию! Что это значит? При этой температуре молекул нет, а есть в основном атомарный водород и кислород. Из-за этого где то между 3 и 4 тысячами градусов теплоемкость возрастает примерно на порядок!
А если метеорит каменный? Поскольку теплоемкость минералов в несколько раз меньше, чем у воды, при переходе той же кинетической энергии в тепло температура будет существенно выше. Минерал - это в основном соли, сначала они разложатся на окислы, а затем на отдельные атомы.
Есть еще метеориты, в основе которых железо, они, по видимому, в прошлом и образовали ядро Земли. Данные по теплоемкости паров железа я в интернете не нашел, но тоже температура будет выше, чем для воды. Похоже, что будет близко к температуре земного ядра в 6000 К.
Я делал предположение, что нагревается только падающее тело, что неправильно и меня могут справедливо критиковать. Но вся земля практически состоит из таких метеоритов, упавших намного ранее - в основном миллиарды лет назад.
А теперь почему земля не остыла за 5 миллиардов лет? В начальные периоды существования Земля, очевидно, была очень горячей, а масса была меньше (не все составляющие метеориты успели упасть). При высокой температуре имеются большие потери от излучения, кроме того, если Земля была еще жидкой, был интенсивный тепловой поток из недр к поверхности за счет конвекции (перемешивания) Когда образовалась твердая кора, теплоотдача резко сократилась. Оценим величину теплоотдачи за счет теплопроводности. При градиенте температур 3 градуса на 100 метров вглубь и характерной теплопроводности горных пород получается тепловой поток из недр ВСЕГО 0, 05 Вт/кв.метра. Умножаем на поверхность Земли, получаем общий тепловой поток.
Предположим, что земля остывает равномерно во всем объеме. На сколько Земля остынет, скажем, за 1 миллион лет? Нужно массу Земли умножить на среднюю теплоемкость и разделить на тепловой поток за этот миллион лет. Знаете, сколько получилось? Всего 0,18 градуса за миллион лет! За миллиард лет -180 градусов. Конечно, я не учел вулканы, но они действуют время от времени и на отдельных участках планеты. Так вот, прочитал, ученые определили остывание за миллиард лет даже, не 180, как по моей грубой оценке, а всего 100 градусов! Так что не нужно привлекать никакую мифическую радиоактивность!
Ядерные реакции в земном ядре все же имеется. Это, оказывается, доказывается в том числе нейтринным излучением, идущим из центра Земли. Но, поскольку и без ядерных реакций нагрев вполне объясняется выделением тепла при падении тел со второй космической скоростью (это минимум, скорость может быть и в несколько раз выше космической), радиационный нагрев носит вспомогательный, дополнительный характер.
Крайне низкий тепловой поток из центра земли объясняет и такой феномен, как вечная мерзлота Температура на глубине примерно 3-5 метров (глубокий погреб) примерно равна среднегодовой температуре в данной местности, годовые колебания температуры незначительные. Например, в Подмосковье - примерно +5 град. цельс. А в винных массандровских подвалах и подвалах Абрау-Дюрсо - примерно +12. Это оптимальная температура для выдержки вина, созданная самой природой
К сожалению, в России примерно на 60% территорий среднегодовая температура ниже нуля, и соответственно там вечная мерзлота.
Всем удачи. Автор