Геотермия

ГЕОТЕРМИЯ (от греч. ge — Земля и therme — тепло * а. geothermy; н. Geothermie; ф. geothermie; и. geotermia) — раздел геофизики, изучающий тепловое состояние, распределение температуры и её источников в недрах, тепловую историю Земли.

Источниками термического поля Земли являются внутренние и внешние процессы. Внешний источник — солнечная радиация, проникающая на глубину лишь в несколько метров (поддерживает температуру поверхности в среднем около 0°С), дальнейшее увеличение температуры с глубиной связано с существованием внутренних источников: распадом радиоактивных изотопов U, Th, К, гравитационной дифференциацией вещества, приливным трением, метаморфизмом и фазовыми переходами. Большинство исследователей главным источником внутреннего тепла считают распад радиоактивных элементов, повсеместно рассеянных в породах земной коры и верхней мантии; по мнению других, основную роль играет гравитационная дифференциация вещества. Скорость возрастания температуры с глубиной зависит от теплопроводности, проницаемости горных пород и генерации тепла источниками. Коэффициент теплопроводности горных пород в верхних зонах земной коры меняется от 0,83-2,1 Вт/м•К (для осадочных пород) до 2,1-4,5 Вт/м•К (для изверженных пород). Основная потеря внутреннего тепла Земли (4•10¹² Вт) происходит за счёт теплового потока (меньшую роль играют вулканизм, землетрясения, действие гидротермальных источников). Величина плотности теплового потока из недр определяет энергетическое состояние тектонического региона и, например, в глубоководных океанических впадинах составляет 28-65 мВт/м², в пределах щитов 29-49 мВт/м², в геосинклинальных областях и срединно-океанических хребтах 100-300 мВт/м² (иногда и более); среднее значение по земному шару 64-75 мВт/м², что в несколько десятков тысяч раз меньше потока лучистой энергии от Солнца.

Для решения задач геотермии используют данные непосредственных измерений температуры, теплопроводности пород и теплового потока, а также применяют моделирование и аналитические методы расчёта и интерпретации геотермических полей. Непосредственное измерение температуры недр (до глубины в несколько километров) в пределах суши проводится в выработках шахт и буровых скважинах полевыми термометрами; для измерений в морях и океанах используются зонды-термоградиентометры. На больших глубинах температуру оценивают косвенно, например, по температуре излившейся лавы. На глубинах свыше 40 км определяют лишь вероятные её пределы. Температурные условия прошлых геологических эпох изучают путём расчёта термической истории Земли в комплексе с геологическими данными (фации метаморфизма, наличие интрузий).

Результаты геотермических съёмок позволяют выявить общие геотемпературные закономерности и особенности территории, обнаружить месторождения полезных ископаемых (см. геотермические поиски месторождений), учесть влияние температуры на процессы образования полезных ископаемых, выделить области питания и дренажа подземных вод и т.п. Знание закономерностей изменения теплового поля необходимо при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Температура влияет на технику и технологию процессов добычи (например, при бурении скважин определяет выбор бурового инструмента, изменение свойств бурового раствора и тампонажного цемента, позволяет предсказывать появление зон аномальных давлений). Сведения о термических свойствах горных пород, температуре необходимы для извлечения тепла Земли, при проектировании подземных сооружений, глубоких карьеров, при скважинной добыче полезных ископаемых, термических методах извлечения нефти, оттаивании и замораживании пород и т.п. По изменению теплового состояния участков земной коры выявляют области возникновения подземных пожаров. Геотермические исследования играют важную роль при решении практических задач народного хозяйства, например, для геотермального теплоэнергоснабжения.

История геотермических исследований связана с развитием гидрогеологии, геофизики, поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, с использованием тепла Земли. Геотермические съёмки на суше проводят с конца 19 — начала 20 вв., на дне океанов — с середины 20 в. Развитие геотермии в СССР связано с именами Н. И. Дьяконова, И. Д. Дергунова, А. Н. Тихонова, Е. А. Любимовой, Ф. А. Макаренко и др.; за рубежом — Э. Булларда (Великобритания), Ф. Берча (США), Ж. Гогеля (Франция), С. Уэда (Япония) и др.