Слайд 1 - Кафедра физики Земли физического факультета МГУ

Лаборатория геотермии
(учебная работа)
Профессор Г.И. Петрунин – руководитель лаборатории,
Ст. преп. В.Г. Попов, аспирант В.В. Лупачик
Образовательные цели лаборатории – подготовка высококвалифицированных специалистов физиков,
ориентированных на изучение термического режима Земли
Спецкурсы:
1. Теплофизика вещества Земли (4 курс) -54 час – проф. Г.И. Петрунин
2. Внутреннее строение и физика Земли (5 курс) – 48 час – проф. Г.И. Петрунин
3. Современные методы геофизических (4 курс) – 14 час –ст.преп. В.Г. Попов
исследований
Для Черноморского филиала МГУ:
1.Основы геофизики и экологии (2 курс) – 18 час – проф. Г.И. Петрунин
2. Динамика литосферы (5 курс) – 36 час – проф. Г.И. Петрунин
Спецпрактикум:
1. Для смежных кафедр ОГФ (4 курс) -120 час - ст.преп. В.Г. Попов
2. Для кафедры физики Земли (4 курс) – 42 час – ст. преп. В.Г. Попов
Летняя студенческая практика:
Организация и проведение ежегодной полевой учебной геофизической практики (июль – август).
Научный руководитель практики – проф. Г.И. Петрунин
Начальник практики – ст. преп. В.Г. Попов
Дипломные работы – 6, курсовые работы – 6, аспиранты -1
Лаборатория геотермии
(научная работа)
Модели
распределения
теплофизических
свойств в недрах
Земли
Минералы
Экспериментальное
изучение особенностей
кондуктивной
теплопередачи в
геофизических средах
Горные породы
Модели
распределения
температурного
градиента,
теплового потока,
температуры
и их интерпретация
Синтетические
кристаллы и
модельные среды
Научная цель – изучение термического режима Земли, который
контролирует интенсивность и направленность большинства геофизических
процессов в ее недрах (вулканизм, тектонические движения, землетрясения и др.)
Публикации за отчетный период – 27, в том числе глава в монографии,
изданной Лондонским Королевским Геологическим Обществом.
Гранты РФФИ – 3
ебное пособие – Теплофизические свойства вещества Земли, Г.И. Петрунин, В.Г. Попов, 2
Термический режим мантии Земли
Оценка теплового
потока из ядра
Земли
Впервые, на основе высокотемпературных экспериментальных
исследований особенностей кондуктивной теплопередачи в
многоатомных минералах и горных породах и современных
механических/сейсмических моделей Земли, рассчитана плотность
теплового потока в мантии.
Анализ величины и характера распределения кондуктивного потока
позволил сделать следующие интересные выводы о термическом режиме
мантии:
1. Рассчитанная скорость изменения температуры на различных
глубинах /в рамках модели/
T / t êîíä  1 div( p gradT ) :
Cp
Глубина, 10³км
q = -λgradT
(T / t ) , К,млрд.лет
0,5
1
1,5
2
2,5
3
-30
-20
-10
0
+50
+140
свидетельствует об охлаждении Земли в верхней мантии и ее
разогрев на больших глубинах.
2. Средняя плотность теплового потока в нижней мантии /10002700км/ на порядок меньше q вблизи поверхности Земли и в
несколько раз меньше теплового потока из ядра. Возникает
вопрос – чем обусловлен повышенный тепловой поток из ядра и на
что он расходуется на границе с мантией.
Распределение кондуктивного
потока тепла в мантии Земли
3. Если тепловой поток из ядра связать с выделением теплоты
кристаллизации внутреннего ядра и считать, что Δq на границе
ядро-мантия идет на плавление вещества мантии, порождая
прогнозируемые «плюмы», то возраст внутреннего ядра /начало
его кристаллизации/ можно оценить в 400-500 млн.лет, что
соответствует началу последнего тектонического цикла в
геологической истории Земли.
Верхний предел распределения температуры в недрах Земли
Гипотеза Линдемана: для
твердых тел отношение
среднеквадратичной
амплитуды колебаний атомов
к параметру решетки
является постоянной
величиной на кривой
плавления.
2
m
2
1 X V M
Tпл  2
C
R
Xm - постоянная Линдеманна,V – средняя
скорость сейсмических волн, M – средний
атомный вес вещества недр Земли, R –
универсальная газовая постоянная, C –
числовая константа.
Мантия и внутренне ядро Земли находятся в эффективно твердом состоянии, поэтому верхним пределом
температуры в этих оболочках, как правило, считают температуру плавления (Т пл), залегающего там вещества.
На основе физической гипотезы Линдеманна о начале плавления твердых тел и в рамках дебаевского
акустического приближения получено соотношение, позволяющее проверить гипотезу для многоатомных
кристаллических соединений (минералов) и впервые рассчитать температуру плавления вещества недр в
условиях естественного залегания без задания реперных точек, используя только данные современных
сейсмических и минералогических моделей Земли.
Верхний предел распределения температуры в недрах Земли
Tпл=1800К
(100км)
Tпл=4400К
Tпл=6000К
В центре Земли Тпл ≈ 6400К; на границе внутреннего и внешнего ядра Тпл ≈ 6000К ; На границе
ядро-мантия Тпл ≈ 4400К ; на глубине 100км Тпл ≈ 1800К