热性能
热流(或流量),问,在地球的地壳或岩石作为建筑材料,产品的温度单位距离梯度变化(温度)和材料的导热系数(k,热流在表面单位面积单位时间内存在温差时单位长度垂直于表面)。因此,
的单位下面给出方程时,表示第一centimetre-gram-second (cgs)系统,然后在国际单位制(SI)系统,转换因子从第一到第二个它们之间。
热导率
导热系数可以确定实验室或原位钻孔或深井,通过打开一个加热元件和测量温度与时间的上升。这取决于几个因素:(1)化学物质作文岩石(也就是说,矿物内容),(2)流体内容(孔隙空间的类型和饱和度);的存在水增加了热导率(也就是说,增强了热流的),(3)压力(高压增加导热系数通过关闭裂缝抑制热流)、温度(4)和(5)各向同性同质性的岩石。
典型的岩石材料的热导率值给出表。对晶体硅酸盐-“地下室”的主要岩石地壳-更低的值是典型的富含镁和铁(例如,玄武岩和辉长岩)和丰富的典型值就越高硅(石英)和氧化铝(例如,花岗岩)。这些值结果的热导率石英是相对较高的,而长石组成的低。
| 材料 | 在20°C | 在200°C |
|---|---|---|
| 典型的岩石 | 4到10 | |
| 花岗岩 | 7.8 | 6.6 |
| 片麻岩(垂直于条带) | 5.9 | 5.5 (100°C) |
| 片麻岩(平行分班) | 8.2 | 7.4 (100°C) |
| 辉长岩 | 5.1 | 5.0 |
| 玄武岩 | 4.0 | 4.0 |
| 纯橄榄岩 | 12.0 | 8.1 |
| 大理石 | 7.3 | 5.2 |
| 石英岩 | 15.0 | 9.0 |
| 石灰石 | 6.0 | |
| 一个砂岩(干) | 4.4 | |
| 一个砂岩(饱和) | 5.4 | |
| 页岩 | 3 - 4 | |
| 岩盐 | 12.8 | |
| 砂(干) | 0.65 | |
| 砂(30%水) | 3.94 | |
| 水 | 1.34 (0°C) | 1.6 (80°C) |
| 冰 | 5.3 (0°C) | 9.6 (−130°C) |
| 磁铁矿 | 12.6 | |
| 石英 | 20.0 | |
| 长石组成 | 5.0 |
热膨胀
dimension-linear或volumetric-of岩石的变化标本温度是表示的热膨胀系数。这是作为维度变化的比率(例如,体积变化)到原始尺寸(体积,V单位温度()T)变化:
大多数岩石体积膨胀系数的15-33×106在普通条件下每摄氏度。Quartz-rich岩石有相对较高的值,因为石英体积膨胀系数就越高。热膨胀系数随温度增加。表41列出了一些线性膨胀系数,
在哪里l代表的长度。所有数据都是基于至少三个样品。
| 岩石类型 | 线性膨胀系数(×10−6每摄氏度) |
|---|---|
| 花岗岩和流纹岩 | 8±3 |
| 安山岩和闪长岩 | 7±2 |
| 玄武岩、辉长岩和辉绿岩 | 5.4±1 |
| 砂岩 | 10±2 |
| 石灰石 | 8±4 |
| 大理石 | 7±2 |
| 板岩 | 9±1 |
放射性热的一代
的自发的原子核的衰变(部分解体)放射性元素衰变粒子和能量。能源、排放组成动能和辐射转换成热;这是一个重要的因素影响着地球的温度梯度和热演化。深部温度升高导致岩石变形提供热能的可塑性和移动,因此生成的过程在很大程度上盘tectonics-plate动作,海底扩张,大陆漂移,俯冲和大多数地震和火山活动。
一些元素,或他们的同位素(核物种一样原子序数但质量不同的数字),随时间衰减。这些包括元素的原子序数大于83——其中最重要的是铀- 235,铀- 238,钍- 232——几个原子序数较低,比如40。
产生的热量在岩石的类型及丰度取决于放射性元素和它们的宿主矿物。这样的热量生产,一个在卡路里每立方厘米每秒,每年或每克1卡路里= 4.186×107尔格每年每克= 1.327尔格每秒每克。的速度放射性衰变统计一个指数过程,是由半衰期,t1/2。半衰期是一半所需的时间原来特定同位素放射性原子衰变。
有些放射性衰变系列中列出表。自然元素的同位素丰度的百分比存在特定的放射性同位素;例如,99.28%的自然铀u - 238,是放射性钍th - 232的100%。最终产品的过程的最终结果(通常是多级)解体。的表给出了热生产力的放射性元素和岩石类型据乔治·d·加兰。岩石,铀和钍的典型内容给出(ppm (ppm)的重量)和钾(重量百分比)。的热量生产天然铀同位素接近的u - 238,因为几乎所有的天然铀的同位素的物种。
| 同位素 | 热量生产力,每年每克(卡路里) | |||
|---|---|---|---|---|
| u - 235 | 4.29 | |||
| u - 238 | 0.71 | |||
| 天然铀 | 0.73 | |||
| th - 232 | 0.20 | |||
| K-40 | 0.22 | |||
| 天然钾 | 27日(10−6) | |||
| rb - 87 | 130 (10−6) | |||
| 自然铷 | 36 (10−6) | |||
| 岩石大省 | 浓度 | 热量生产力, | ||
| U (ppm) | Th (ppm) | K (%) | (×10−13卡路里每立方厘米每秒) | |
| 海洋地壳 | 0.42 | 1.68 | 0.69 | 0.71 |
| 地盾地壳(旧) | 1.00 | 4.00 | 1.63 | 1.67 |
| 大陆上地壳(年轻的) | 1.32 | 5.28 | 2.15 | 2.20 |
| 元素 | 放射性同位素 | 最终产品 | 同位素丰度(%) | 半衰期(×109年) |
|---|---|---|---|---|
| * K-40整体半衰期为1.25×109年。 | ||||
| 铀 | u - 235 | pb - 207 | 0.72 | 0.7 |
| u - 238 | pb - 206 | 99.28 | 4.5 | |
| 钍 | th - 232 | pb - 208 | 100.0 | 14.0 |
| 钾 | K-40 | (89%)Ca-40 | 0.01 | 1.4 * |
| (11%)Argon-40 | 11.9 * | |||
| 铷 | rb - 87 | sr - 87 | 27.8 | 48.8 |
更集中在放射性元素大陆上流社会岩石富含石英(也就是说,长英质的,或少镁铁质)。这个结果,因为这些岩石有区别的的部分熔融上地幔和海洋地壳岩石。放射性元素往往是优先从这些岩石地球化学的原因。一个编译热的各种岩石类型给出的生产力表。
| 岩石类型 | 丰度 | 热产生 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U ppm | Th ppm | Rb ppm | K % | 从U | 从Th | 从K | 一个总 (在10−6每年每克卡路里) |
|
| 来源:修改编译William Van Schmus的罗伯特·s·卡迈克尔(主编),岩石物理性质的手册,3卷,CRC出版社,Inc . (1984)。 | ||||||||
| 花岗岩 | 3.4 | 50 | 220年 | 4.45 | 2.52 | 9.95 | 1.16 | 13.63 |
| 安山岩 | 1.9 | 6.4 | 67年 | 2.35 | 1.41 | 1.27 | 0.61 | 3.29 |
| 大洋玄武岩 | 0.5 | 0.9 | 9 | 0.43 | 0.37 | 0.18 | 0.11 | 0.66 |
| 橄榄岩 | 0.005 | 0.01 | 0.063 | 0.001 | 0.0037 | 0.002 | 0.0003 | 0.006 |
| 平均上大陆地壳 | 2.5 | 10.5 | 110年 | 2.7 | 1.85 | 2.09 | 0.7 | 4.64 |
| 大陆地壳的平均 | 1.0 | 2.5 | 50 | 1.25 | 0.74 | 0.5 | 0.33 | 1.56 |