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站在高山兮望井底 【漫谈地球物理】之一点五
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副标题：大地热流测量及其简单分析
学者梁进在我上一篇博文中留言，希望我再来个系列：站在海底望星空、站在高山望井底、用苍蝇的复眼看世界、在天狼星上看地球···
在天狼星上看地球这任务，还是交给二傻与发发完成去比较合适；至于用苍蝇的复眼看世界，需要用到生物学方面的专业知识，对我来讲可能也有点困难。剩下的就只有：或者站在高山望井底，或者从海底望星空。
我这就与大伙一起，按照梁家兄妹的指点，站在高山兮峰巅，望望井底兮牛蛙。
话分两头，发发很Niubious，曾经算过一笔帐，全球每年的降水量，估算约12万立方千米，如以平均降雨高度1千米计，每年全球降雨产生的能量为12x1019焦耳。发发并且说明，这些能量相当于330个三峡电站一年的发电总量。
发发估算的雨能确实很大，但我评论道，还有一类能量——地热能，其实更大。事实上每时每刻，地球表面都以平均约每平米60毫瓦的能量，向外释放着来自地底深处的热能呢。按照发发对于雨水能的估计，地热能量的释放应为雨水能的10倍左右，达到1021焦耳。换句话说，地球深部每年通过地表向外散发出的能量，大约相当于3300个三峡电站全部机组开工的情况下，一年所发电力的总和。
那么，我们是如何知道这些，关于地热能量的数据呢？
我们知道，热的传递方式主要为三种：热辐射、热传导与热对流。由于地球内部温度从外向里逐渐升高，地热主要以传导方式从里向外传递。进一步，怎么才能捕捉到来自于地球深部的热信息呢？
答案是：学者梁进所说的望望井底，给我们提供了很好的一个了解途径！
强行插播广告：所谓大地热流，就是单位时间通过地表单位面积向外散发的热量。热流单位以前用HFU来表示，现在则通用SI单位制mW/m2，其关系为: 1HFU=10-6 cal/cm2s = 41.84 mW/m2。
具体做法是，首先寻找到一个井，检查井里面是否还有牛蛙一类的生物生存？若有牛蛙类生物，说明这个井的深度太浅，不合适测量使用，需放弃之。这么左挑右选的，最后我们发现，只有一类井比较合适测量大地热流，那就是钻井的井（Borehole，一说钻孔），例如为了石油勘探所打的钻井，当然废弃井也可。
选好了钻井之后，下面的测量按部就班进行就可以了，首先测量井内不同深度的温度值并记下来（上图），进而便可得到其温度梯度值，同时测量一下这个井内的样品热导率，换言之，就是该样品关于热的传导效率。然后将两者相乘（下图及公式），即是该地的大地热流值。
方法本身比较简单，自1939年Bullard在南非，以这种办法取得第一批大地热流数据算起，至1991年的约50年间，关于整个地球表面，科学家们已经获得了24420个这样的大地热流数值。当然，这其中有很多个数据，是用其他一些办法得到的，但这些办法采用的原理没有变化。
下图给出了根据这两万多个观测数据进行的分析结果，可以看出，这种大地热流的高低分布，与板块边界具有非常强烈的相关性，那些新的板块生成的地方（洋中脊），大抵上其热流值普遍较高，基本超过120 mW/m2，最高可在300 mW/m2以上，而在板块消亡的那些地方（海沟），热流值普遍偏低，基本在60 mW/m2以下，甚至比40 mW/m2还要低。
一些基本统计数据：1、全球大地热流平均值随资料变化也不断更新。估计为70 mW/m2到84 mW/m2；2、海洋大地热流平均为78.2 mW/m2；3、大陆大地热流平均为56.5 mW/m2
我国也是主要通过钻孔测井及湖（海）底测量方法得到大地热流数据，在这方面虽然起步较晚，但进展很快。自第一批167个中国大陆地区的大地热流数据于1988年汇编发表，至2001年底，我国学者陆续整理发表了共计862个大地热流的基础数据，并对此进行了统计分析。
| [6] 标题：发表评论人：rock6783 [2009-5-22 9:51:21] 删除 回复 |
| 魏兄，地热能的确是一个很值得研究的领域。现在地球每年平均释放的地热能是多少？按这种释放速度，地热量还能释放（维持）多久？您认为地球会凝固吗？若会凝固的话，还会有多长时间？ 博主回复：呵呵，廖兄的这个问题，已经在李亚辉先生的一篇博文“地球(核)会不会凝固?” http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=223566 后面的评论里，问过科学网上的众家兄弟姊妹，好象廖兄自己也已经回答了这个问题，虽然我不太认同廖兄你的回答。 总之一句话，廖兄与我、及我们现在活着的大伙，根本不用担心地球到底会变成啥样，人类是不是可能活不下去了。如果真有一天，地球不适合我们人类生存了，那么我敢说，肯定与地球本身无关，主要原因是我们人类自己给折腾的，给捣鼓的，搞得我们自己在地球上活不下去了，而那时候地热能肯定还在按部就班地释放呢。 |
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