Конвекция естественная (свободная) — Энциклопедия по машиностроению XXL
Различают естественную (свободную) и искусственную (вынужденную) конвекцию. Причиной перемещения жидкости или газа из одной части пространства в другую может быть различие плотностей отдельных частей жидкости или газа из-за их неравномерного нагрева. Более легкие частицы жидкости или газа будут подниматься вверх, а на их место будут опускаться болев холодные частицы, обладающие большей плотностью. В этом случае характер движения и теплообмена определяется только условиями нагрева (температурным полем). Такое движение жидкости или газа носит название свободной, а теплообмен —теплообмена в свободном потоке. [c.270]При неизотермическом движении среды процесс конвекции всегда сопровождается теплопроводностью, роль которой зависит от характера течения и свойств жидкости.
Естественная конвекция. При естественной (свободной) конвекции движение жидкости полностью определяется процессом теплообмена. В жидких металлах влияние молекулярной теплопроводности распространяется далеко за область гидродинамического пограничного слоя, где поле скорости определяется не молекулярной вязкостью, а турбулентной (V v, ). В таком случае N11 = == / (Сг Рг°-). [c.98]
Различают конвективный теплообмен в однофазной среде и в двухфазной среде, в частности при изменении агрегатного состояния жидкости (или пара). По другому признаку различают конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости или газа (вынужденная конвекция) и свободном движении (естественная конвекция). Вынужденным называют движение жидкости (газа), обусловленное внешними силами, свободным — движение, обусловленное неравномерным распределением плотности жидкости (газа) в поле силы тяжести в связи с протеканием процесса теплообмена (температурное поле, изменение агрегатного состояния).
От причины, вызывающей движение среды, различают свободную и вынужденную конвекцию. При свободной конвекции теплопередача протекает в среде, движение которой возникло в результате изменения плотности в различных ее частях, например, естественное охлаждение внешней поверхности стенок печей в среде окружающего воздуха.
Конвекция — перенос теплоты в жидкостях и газах за счет перемещения их объемов при нагревании. Конвективный перенос теплоты происходит совместно с теплопроводностью. Он может осуществляться в результате свободного или вынужденного движения жидкости или газов (естественная или вынужденная конвекция). Естественная конвекция происходит вследствие разности температур (плотностей) нагретых и холодных частиц жидкости или газа (при нагревании воды в котлах, воздуха у нагревательных приборов). Вынужденная конвекция происходит под влиянием вынужденного движения воды (насосом) или воздуха (вентилятором). Теплоотдача конвекцией повышается с увеличением разности температур и скорости движения жидкости или газа.
Условия подобия процессов теплообмена при естественной конвекции. Естественная или свободная конвекция возникает вследствие различия плотностей нагретых и холодных частиц жидкости — теплоносителя. Для большинства жидкостей в практических условиях зависимость плотности от температуры имеет характер, близкий к линейному. Если вдали от нагретого тела температура теплоносителя ж, а около поверхности тела /, то соответствующие значения плотности рж и р связаны уравнением
Конвекция подразделяется на сио-бодную и вынужденную. Если движение среды обусловлено разностью ее плотностей вследствие неравномерности обогрева, то конвекция называется свободной (естественной). Вынужденная (искусственная) конвекция создается принудительно с помош,ью нагнетателей (насоса, вентилятора и компрессора). [c.14]
Движение газов под действием сил тяжести, возникающих, например, вследствие разности удельных весов газов в различных точках рабочего пространства печи, называют естественным (свободным движением, естественной конвекцией).
Характер движения жидкости различают и по тому, каким способом оно осуществляется. По этому признаку различают вынужденный поток жидкости, если движение ее осуществляется под воздействием внешней побудительной силы (насос, компрессор, вентилятор), и естественный (свободный) поток (так называемая естественная конвекция), если движение ее происходит вследствие разности плотностей, возникающей при разности температур жидкости, например при нагреве ее снизу.
Свободная см. Конвекция естественная [c.603]
Процесс конвективного теплообмена зависит от природы возникновения движения жидкости. Различают вынужденную и естественную (свободную) конвекцию. [c.59]
Конвекция — перенос тепла в процессе перемещения н перемешивания более нагретых и менее нагретых частиц. Такой процесс может иметь место в среде с подвижными частицами, т. е. в капельных жидкостях и газах. Обычно конвекция сопровождается обменом энергией между этими частицами — теплопроводностью. Такой процесс называют конвективным теплообменом. Его интенсивность зависит от состояния, скорости и характера движения жидкости. Перемещение жидкости может быть как естественным, так и вынужденным. Естественное (свободное) перемещение частиц возникает в результате разности плотностей более нагретых и менее нагретых объемов жидкостей в сосуде.
Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называют конвективным теплообменом-, он может быть свободным и вынужденным. Если движение рабочего тела вызвано искусственно (вентилятором, компрессором, мешалкой и др.), то такой конвективный теплообмен называют вынужденным. Если же движение рабочего тела возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей жидкости от нагревания, то такой теплообмен называют свободным, или естественным, конвективным теплообменом. [c.346]
При ламинарном движении большое значение приобретает естественная конвекция. Наличие ее меняет закон распределения скорости но сечению и интенсивность теплообмена.
Характер движения жидкости и границы ламинарного и турбулентного режима в основном зависят от температурного напора А/ = — t . При малых значениях температурного напора вдоль всей поверхности будет преобладать ламинарное движение жидкости. При больших температурных напорах будет преобладать турбулентный режим движения. В развитии естественной конвекции форма тела играет второстепенную роль. Основное значение для свободного потока имеет длина поверхности, вдоль которой происходит теплообмен.
Коэффициенты тепло- и массопереноса при испарении жидкости со свободной поверхности в условиях естественной конвекции рассчитываются по следующим с юрмулам А. В. Нестеренко [c.512]
Естественная конвекция представляет собой свободное движение, происходящее вследствие разности плотностей нагретых и > о-лодных частиц жидкости, находящихся в поле действия сил тяжести В этом случае возникает подъемная сила, которая перемещает нагретые слои жидкости вверх, а охлажденные слои движутся вниз.
При малых скоростях движения жидкости и больших перепадах температур теплота переносится как за счет естественной, так и вынужденной конвекции. Если скорости движения велики, а температурные перепады незначительны, то влияние свободной конвекции на суммарный теплообмен также незначительно. Интенсивность теплоотдачи конвекцией зависит от характера течения жидкости в пограничном слое. При ламинарном режиме течения жидкости, когда линии тока параллельны теплоотдающей поверхности, интенсивность теплоотдачи невелика, слабо зависит от скорости течения жидкости и сильно изменяется при изменении теплофизических свойств теплоносителя. [c.131]
Однако движение жидкости может происходить и без внешней побудительной силы, а за счет разности плотностей, возникающей вследствие разности температур в жидкости. Такое движение, например, возникает в помещении около нагретой батареи отопления или в сосуде с водой, подогреваемой снизу. Это движение жидкости называется свободным (естественная конвекция).
[c.230]
Теплоотдача при свободном движении. Если около нагретой стенки (рис. 6-8) находится газ (или жидкость) и температура стенки отличается от температуры газа, то ближайшие к стенке части газа нагреются и как более легкие поднимутся вверх, на их место подойдет более холодный газ в результате начнется циркуляция газа около стенки. Получающийся в этом случае теплообмен, при котором движение происходит за счет разности удельных весов холодного и нагретого газа или жидкости, называется теплообменом при свободном движении (естественной конвекции). [c.242]
При кипении жидкостей в большом свободном объеме для невысокой тепловой нагрузки (для воды это соответствует At пузырчатое кипение) пара мало влияют на интенсивность теплообмена, можно пользоваться формулами для естественной конвекции (6-28) и (6-29). [c.246]
Свободное движение или свободная (естественная) конвекция жидкости — движение под действием неоднородного поля массовых сил, приложенных к частицам жидкости внутри системы и обусловленных внешними полями (например, гравитационным).
[c.117]
Наличие температурного поля, в свою очередь, вызывает изменение плотности среды там, где имеется более высокая температура, плотность среды уменьшается, а поэтому элементы жидкости (газа) приходят в движешь, обусловленное самим температурным полем (естественная или свободная конвекция). Поэтому наряду с влиянием поля скоростей на температурное поле имеет место и обратное воздействие температурного поля на поле скоростей. [c.312]
В свободном потоке (естественная конвекция) число Фруда учитывается, но преобразованием приводится к иному виду, поскольку причиной движения жидкости в данном случае является разность плотностей в смежных точках пространства кроме того, невозможно в свободном потоке измерять скорости. [c.325]
Из графика следует, что при прочих равных условиях с увеличением Gr or комплекс растет, а следовательно, и число Нуссельта увеличивается. Последнее объясняется влиянием на коэффициент теплоотдачи естественной конвекции (свободного движения среды), вызывающей заметную турбулизацию потока и соответствующее увеличение коэффициента а.
[c.339]
Из кривых, приведенных на рис. 27.4, следует, что в переходной области, как и при ламинарном течении, большое влияние на теплообмен оказывает естественная конвекция чем больше число Грасгофа Gr, характеризующее интенсивность свободного движения, тем больше значение комплекса /( , а следовательно, и коэффициента теплоотдачи а. По мере возрастания скорости вынужденного течения интенсивность перемешивания жидкости возрастает и влияние свободной конвекции ослабевает. При развитом турбулентном течении свободное движение на теплообмен практически не оказывает влияния (на рис. 27.4 при Re >10 000 все кривые слились в одну линию). [c.341]
Если в жидкость достаточно большого объема ввести нагретое тело, то внутри такого пространства возникнет естественная конвекция. В этом случае жидкость приходит в движение, обусловленное только наличием температурного поля и возникающим благодаря этому процессом теплообмена.
Такое движение жидкости называется свободным. Причиной возникновения циркуляционных токов является различие в плотностях неодинаково нагретой жидкости.
[c.352]Под конвекцией тепла понимают процесс передачи его из одной части пространства в другую перемещающимися макроскопическими объемами жидкости или газа. В зависимости от причины, вызывающей движение, конвекция может быть свободной (естественной) или вынужденной, происходящей за счет действия внешних сил. Естественное или свободное движение жидкости или газа, а следовательно, и конвекция тепла вызываются разностью удельных весов неравномерно нагретой среды принудительное движение осуществляется нагнетателями (насосами, вентиляторами, компрессорами и др.). [c.135]
Второй случай соответствует взаимно перпендикулярному направлению вынужденной и естественной конвекции, он наблюдается в горизонтальных трубах. В поперечном сечении трубы под влиянием естественной конвекции возникает поперечная циркуляция жидкости.
При нагревании жидкости у стенки возникают восходящие токи и нисходящие — в середине трубы при охлаждении —наоборот (рис. 8-8). В результате жидкость движется как бы по винтовой линии. За счет лучшего перемешивания жидкости теплоотдача в среднем увеличивается. При прочих равных условиях она будет больше, чем при совпадении вынужденного и свободного движения.
[c.206]
По природе возникновения различают два вида движения — свободное и вынужденное. Свободным называется движение, происходящее вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости в поле тяжести. Возникновение и интенсивность свободного движения определяются тепловыми условиями процесса и зависят от рода жидкости, разности температур, напряженности гравитационного поля и объема пространства, в котором протекает процесс. Свободное движение называется также естественной конвекцией. Вынужденным называется движение, возникающее под действием посторонних возбудителей, например насоса, вентилятора и пр.
В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. Относительное влияние последнего тем больше, чем больше разность температур в отдельных точках жидкости и чем меньше скорость вынужденного движения.
[c.32]
Условия подобия процессов теплообмена при естественной конвекции. Процесс естественной или свободной конвекции возникает из-за различия плотностей нагретых и холодных частиц теплоносителя. Для большинства теплоносителей в том интервале температур, который обычно встречается на практике, зависимость плотности от температуры с достаточным приближением может рассматриваться как линейная. Так, если вдали от нагретого тела температура теплоносителя составляет /ж, а в некоторой точке [c.53]
Общие уравнения. Конвективная теплопередача осуществляется путём переноса энергии перемещающимися в пространстве частями жидкости (капельной или газа). Теплообмен, достигаемый конвективной теплопередачей, является следствием переноса энергии перемещающимися конечными массами жидкости, сопутствуемого обязательно кондукцией, т.
е. переносом энергии элементарными частицами носителя прн их соприкосновении (контакте) здесь коидукция осуществляется в условиях совершенно отличных, чем в твёрдых телах, она зависит от перемещения конечных масс носителя энергии. Различают конвекцию естественную (свободную) и вынужденную в первой перемещенпе масс жидкости есть следствие неравенства удельных весов жидкости в различных точках её за счёт неравенства в них температур во второй — перемещение масс жидкости определяется какими-нибудь внешними побудителями, например, напором вентилятора, циркуляционного насоса.
[c.490]
Различают свободную и вынужденную конвекцию. Конвекция, создаваемая принудительным способом (мешалкой, вентилятором и т д.), носит название вынужденной. Если же движение элементов объема среды вызвано наличием в ней температурных разностей, а следовательно, разных плотностей, то такая конвекция называется свободной или естественной. Она создается за счет того, что более холодные частицы жидкости или газа, имеющие большую плотность, под денстпнем гравитационного поля Земли опускаются вниз, а более нагретые под действием архимедовой силы иодип-маются вверх.
[c.76]
Естественная (свободная) конвекция возникает под действием неоднородного поля внешних массовых сил (сил гравитационного, инерционного, магнитного или электрического поля), приложенных к частицам жидкости внутри системы. Вьшужзенная конвекция возникает под действием внешних поверхностных сил, приложенных на границах системы, или под действием однородного поля массовых сил, действующих в жидкости внут]ти системы. Вынужденная конвекция может осуществляться также за счет запаса кинетической энергии, полученной жидкостью вне рассматриваемой системы. [c.94]
Конвективный теплообмен свободном лотоке происходит в условиях местного нагревания или охлаждения теплоносителя. В строительной теплотехнике и многих других областях техники этот вид конвактивиого теплообмена играет большую роль. Например, нагревание комнатного воздуха печами или отопительными приборами, а также его охлаждение огдельны ми частями строительных ограждений (окна, двери, наружные стены и т.
п.) происходит в условиях так называемой естественной конвекции, или свободного потока. Естествеввый конвектив-
[c.155]
КОНВЕКЦИОННЫЙ ТОК, перенос электрич. зарядов, осуществляемый перемещением заряж. макроскопич. тела. С точки зрения электронной теории, любой перенос зарядов в конечном счёте обусловлен конвекцией (перемещением) заряж. микрочастиц. Этим объясняется полная тождественность магн. св-в К. т. и тока проводимости (упорядоченного движения эл-нов, ионов и т.п.), установленная в опытах амер. физика Г. Роуланда (1879) и А. А. Эйхенвальда (1903). КОНВЕКЦИЯ (от лат. сопуес11о — принесение, доставка), перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками в-ва. Естественная (свободная) К. возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих или сыпучих в-в. Нагретое в-во под действием архимедовой силы Р(Др — разность плотности нагретого в-ва и окружающей среды, V — его объём, д — ускорение свободного падения см. Архимеда закон) перемещается относительно менее нагретого в-ва в направлении, противоположном направлению силы тяжести.
К. приводит к выравниванию темп-ры в-ва. При стационарном подводе теплоты к в-ву в нём возникают стационарные конвекц. потоки. Интенсивность К. зависит от разности темп-р между слоями, теплопроводности и вязкости среды.
[c.307]
При неодинаковой температуре в сечении возникает естественная конвекция и создается подъемная сила. Это влияет па п[)офиль скорости, причем характер изменения профиля скорости зависит от того как расположена труба, вертикально или горизонтально, и совпадают ли направления свободного и вынужденного движений или они противоположны. Для вертикальной трубы в случае совпадения направлений свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее сверху или нагреве жидкости и подаче ее снизу) у стенки трубы скорость возрастает, а в центре уменьшается (рис. 1.7, а). В случае противоположно направленных свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее снизу или нагревании жидкости и подаче ее сверху) скорость у стенки трубы становится меньше, а в центре больше (рис.
1.7, 6).
[c.21]
Естественная конвекция, или конвективный теплообмен, в свободном потоке возникает в связи с изменением плотности жидкости от нагревания. Кстественная конвекция имеет место у нагретых стен нечей, трубопроводов, у батарей центрального отопления, [c.440]
Свободный, или естественный, теплообмен возникает в неравномерно нагретом газе или жидкости, находяш,ихся как в ограниченном, так и в неограниченном пространстве. Если тело имеет более высокую температуру, чем окружаюш,ая его жидкость, то слои жидкости, нагреваясь от тела, становятся легче и под действием возникаюш,ей подъемной силы поднимаются вверх, а на их место поступают из окружающего пространства более холодные слри. Поэтому и возникает естественная конвекция. [c.440]
Режимы кипения. Различают по крайней мере три режима кипения жидкости в большом объеме естественная или свободная конвекция пузырчатое кипение пленочнбе кипение (при этом между пузырчатым и устойчивым пленочным кипением имеется переходный режим).
[c.468]
При свободном движении среды (естественная конвекция) когда движение осуществляется только за счет разности илотно стей, вызванной неравномерностью температурного ноля, кри терием подобия, определяющим расиространение теплоты в среде является критерий Грасгофа. Он находится из ироиз ведения числа Рейнольдса на отношение подъемной силы = = pgP к силе вязкости F [c.82]
Свободная конвекция Естественная конвекция — Справочник химика 21
Теплоотдача при свободном движении (естественной конвекции) в неограниченном пространстве [c.567] При свободной или естественной конвекции характер движения жидкости определяется только подъемными силами, зависящими в свою очередь от плотности и сил тяжести. Кроме того, профили скорости и температуры в жидкости тесно взаимосвязаны. Это резко отличает рассматриваемый вид теплообмена от вынужденной конвекции, когда режим течения определяется внешними силами, создаваемыми, например, насосами или вентиляторами.
В последнем случае предварительно определяют профиль скорости, а затем используют его для расчета профиля температуры. При вынужденной конвекции число Нуссельта является функцией чисел Прандтля и Рейнольдса, а при свободной конвекции — чисел Прандтля и Грасгофа. Число Грасгофа — это безразмерный комплекс, представляющий собой отношение подъемных сил к силам вязкости [c.33]
Свободное движение (естественная конвекция) [c.287]
Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц. Перемещение частиц обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная или принудительная конвекция), либо разностью плотностей жидкости в разных точках объема, вызываемой неравномерным распределением температуры в массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности.
[c.364]
Свободное движение жидкости, или естественная конвекция, возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости и определяется физическими свойствами жидкости, ее [c.132]
Естественная или свободная конвекция, вызываемая разностью плотностей в различных точках раствора, может оказывать существенное влияние на массоперенос, особенно при разделении растворов электролитов, плотность которых сильно зависит от концентрации. В аппаратах с горизонтальными плоскими мембранами естественная конвекция может вносить большой вклад в общий массоперенос, при [c.177]
В зависимости от характера движения потока различают два, принципиально различных, конвективных способа теплообмена — теплообмен при свободном движении (естественная конвекция) и при вынужденном движении (вынужденная конвекция). Если вдоль поверхности нагрева меняется температура среды, то меняется и ее плотность. Последнее обстоятельство является причиной возникновения свободного (естественного) конвективного потока.
В другом случае внешние силы, вызывающие движение потока, могут быть настолько велики, что по сравнению с ними силы, вызывающие возникновение свободного движения, оказываются чрезвычайно малыми. В этом случае имеет место вынужденное движение. Если теплообмен происходит между частицами тел, находящимися только в непосредственном соприкосновении, то такой способ передачи тепла называется теплопроводностью. [c.61]
Движение жидкой или газообразной фазы относительно граничной поверхности может происходить под действием внешних источников движения (вынужденная конвекция) или за счет различия плотности в разных областях среды, находящейся в поле гравитационных сил (свободная или естественная конвекция). [c.205]
Поток свободной -или естественной конвекции возникает различными путями, например, когда нагретый объект помещен в газ, плотность которого изменяется с температурой. Тепло переносится от поверхности объекта к слоям окружающего его газа.
Уменьшение плотности, которое в обычном газе связано с увеличением температуры, заставляет эти слои подниматься и таким образом создает поток свободной конвекции, переносящий тепло от объекта. Физически такой поток можно описать на основании учета тех объемных сил, которые его вызывают. [c.384]В частности, при свободном движении (естественной конвекции), обусловленном разностью плотностей жидкости (газа) за счет разности температур в различных ее точках, затруднительно определить скорость потока. Ее исключают, комбинируя критерии Рейнольдса и Фруда [c.38]
Конвекция — это перенос тепла движущейся жидкостью, сопровождаемый перемешиванием ее объемов с различной температурой. Жидкость, соприкасающаяся с горячей поверхностью, нагрета сильнее, чем остальная масса. Если движение жидкости происходит только вследствие возникающей при этом разницы плотностей и подъемных сил в поле тяжести, такой процесс называют свободной или естественной конвекцией.
Если перемешивание осуществляется каким-либо другим способом, то такой процесс называют вынужденной конвекцией, хотя в некоторых случаях свободная и вынужденная конвекция вносят одинако- [c.26]
II. Свободное движение [естественная конвекция). . . [c.154]
Вынужденное движение жидкости вызывается работой насоса, вентилятора, дымовой трубы или другого устройства, причем между входом и выходом из канала, по которому движется жидкость, устанавливается определенная разность давлений. Свободное движение (естественная конвекция) может происходить и при отсутствии перепада давлений и обусловливается различием удельных весов жидкости в разных точках рассматриваемого объема, вызывающим появление так называемой подъемной силы. [c.24]
Теплообмен между стенкой и газом, массы которого перемещаются под влиянием разности температур поверхности стенки и газа, называется теплообменом при свободной или естественной конвекции.
[c.194]
VI. Свободный поток (естественная конвекция) [c.271]
Если движение жидкости обусловлено градиентами температуры или концентраций, то говорят о свободной, или естественной, конвекции. Если движение вызывается внешними силами, то процесс носит название вынужденной конвекции [4]. [c.322]
В общем случае возможны две различные (по происхождению) формы движения вынужденное движение, вызванное действием внешних возбудителей процесса, и свободное движение (естественная конвекция), обусловленное неоднородностью поля плотности. Но пространственные различия плотности могут возникнуть только как следствие одной из следующих двух причин либо физической неоднородности среды (смесь двух жидкостей, твердые частицы или пузырьки газа в капельной жидкости и т. п.), либо изменения плотности среды в зависимости от температуры или давления. Мы изучаем здесь случай однородной среды и к тому же полагаем, что она обладает неизменными физи- [c.
114]
При наличии заметных градиентов концентрации компонента с сильно отличной от газовой среды молекулярной массой возникает естественная конвекция за счет разности плотностей и конвекционные токи усиливают перемешивание [8]. Подробнее к этому вопросу мы вернемся в гл. IV при учете свободной конвекции, вызываемой температурными градиентами. [c.89]
Передача тепла в теплообменниках происходит в основном за счет проводимости и конвекции, так как при существующих температурах тепловое излучение незначительно. Проводимость — основной механизм передачи тепла в твердых телах. Он заключается главным образом в передаче энергии при прохождении одного слоя молекул вдоль другого слоя и обмена между ними кинетической энергией. Конвекция имеет место только в потоках и заключается в реальном перемещении молекул с одного места па другое. Свободная конвекция возникает при естественном случайном движении, а принудительная является результ атом принудительного движения молекул, которое имеет место только при наличии потоков.
[c.167]
При естественной свободной конвекции, связанной исключительно с изменениями температуры окружающей среды, конвекционные токи в резервуаре в зависимости от направления теплового потока могут быть круговыми или вертикальными (рис. 13). В наземных ре- [c.144]
Область свободной конвекции АВ, где температурные градиенты создаются в объеме и теплота передается естественной конвекцией к свободной поверхности жидкости и отсюда испарением в паровое пространство. [c.369]
Подъемные силы обусловливают возникновение потока в жидкости или газе, даже когда они находятся в состоянии покоя (ио = 0). Перемещение тепла, вызванное этим движением, называется свободной или естественной конвекцией. Здесь критерий Рейнольдса равен нулю и поэтому выпадает из решеиий (9-15) — (9-17) и из уравнений, описывающих безразмерные параметры теплообмена. [c.297]
Передача тепла конвекцией имеет место только в жидкостях и газах и происходит при перемещении частиц жидкости (или газа).
Перемещение частиц либо обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная, или принудительная конвекция), либо является следствием разности плотностей в различных точках, вызванной неравномерных распределением темлера-туры по массе жидкости или газа (свободная, или естественная конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла теплопроводностью. [c.269]Различают два типа конвективного переноса свободную (или естественную) конвекцию, при которой поток создается исключительно различиями в плотности, связанными с различиями температур тела и окружающей среды (в данном случае воздуха), и вынужденную конвекцию, при которой поток возникает вследствие движения воздуха. В прир10дных условиях над поверхностью листьев редко наблюдается в чистом виде конвекция первого типа, так как воздух обычно не бывает неподвижным. Вынужденная конвекция, таким образом, преобладает, хотя иногда важное значение имеют оба процесса. [c.256]
Для общего случая свободной или естественной конвекции тепла между твердым телом и жидкостью (газом), без перемены агрегат-ноге состояния Nusselt, Davis, Ri e и ряд других исследователей дают следующее уравнение в однородных единицах (см.
стр. 187) [c.212]
Теплопередача конвекцией предполагает наличие (перемещающегося вещества, следовательно, она возможна только между телом и текучим веществом. Под текучим веществом следует понимать жидкость, газы и пары. При нагреве твердого и текучего вещества происходит обмен тепла между более нагретыми, т. е. бы-стродвижущимися молекулами, и более холодными. Как в твердом теле, так и в текучем веществе передача тепла производится теплопроводностью. Однако это явление в текучем веществе протекает значительно более интенсивно благодаря тому, что частицы вещества в данном случае являются свободно движущимися. Слои текучего вещества, которые прилегают непосредственно к нагретому твердому телу, нагреваются, благодаря чему они становятся более легкими. Нагретые частицы начинают двигаться, подымаются и не только освобождают место у поверхности твердого тела новым, более холодным частицам, но и переносят с собой тепло в более холодные слои текучего вещества и там его передают дальще.
При этом безразлично, происходит ли движение текучего вещества у поверхности нагрева в результате разности температур и, следовательно, удельных весов жидкости (естественная конвекция) или в результате искусственно вызванного и поддерживаемого фактора (искусственная или вынужденная конвекция). Вполне очевидно, что указанные рассуждения применимы как для процесса нагрева, так и для процесса охлаждения. Оба случая имеют одинаковое техническое значение в обоих случаях закономерности конвективного теплообмена оказывают решающее влияние на механизм теплопередачи. Не зная их, нельзя рассчитать количество передаваемого тепла. [c.28]
При неодинаковой температуре в сечении возникает естественная конвекция и создается подъемная сила. Это влияет на п[)офиль скорости, причем характер изменения профиля скорости зависит от того как расположена труба, вертикально или горизонтально, и совпадают ли направления свободного и вынужденного движений или они противоположны. Для вертикальной трубы в случае совпадения направлений свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее сверху или нагреве жидкости и подаче ее снизу) у стенки трубы скорость возрастает, а в центре уменьшается (рис.
1.7, а). В случае противоположно направленных свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее снизу или нагревании жидкости и подаче ее сверху) скорость у стенки трубы становится меньше, а в центре больше (рис. 1.7, 6). [c.21]
Назовем несколько общих обзоров по свободной конвекции. В 1954 г. в [1] проведен наиболее общий об.зор. В 1901 г. в [2] рассмотрены результаты исследования свободной и естественной конвекций, особое внимание уделено последним достижениям. В 1965 г. в [3 проведен обзор работ по стационарной свободгюй и естественной конвекции. В 1966 г. в [4 рассмотрены достижения в области численных методов исследования свободной и естественной конвекций. В 1967 г. в [5] проведен подробный обзор результатов по свободной конвекции на вертикальных пластинах. В 16] материал о свободной конвекции включен в обзор, посвященный задачам, описывающим конвекцию около цилиндров. [c.274]
Не удается найти страницу | Autodesk Knowledge Network
(* {{l10n_strings.
REQUIRED_FIELD}})
{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}}*
{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}
{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}}/500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}
{{l10n_strings.
LANGUAGE}}
{{$select.selected.display}}{{article.content_lang.display}}
{{l10n_strings.AUTHOR}}{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}
{{$select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}Космос: Наука и техника: Lenta.
ruПланетологи факультета геологических наук Брауновского университета в Род-Айленде (США) нашли причину появления на Миранде — ледяной луне Урана — трех венцов. Ученые считают, что они возникли в результате приливов, вызванных гравитацией от главной планеты. Результаты своего исследования ученые опубликовали в журнале Geology, а кратко с ними можно ознакомиться в пресс-релизе, доступном на сайте Американского геологического общества.
Венцы представляют собой кольцевые или овальные образования на поверхности планет, возникшие в результате давления слоев мантии на слой коры. Это давление образует куполообразное возвышение на поверхности небесного тела. С течением времени такое возвышение разрушается в центре, что приводит к вытеканию магмы из возникшего отверстия. Магма растекается по поверхности возвышения и застывает, что и приводит к образованию венца. Кроме спутника Урана, венцы есть и на Венере.
Материалы по теме:
Ученые пришли к выводу, что образования на Миранде возникли в результате конвекции в ледяной мантии спутника.
Из-за подогрева плавучий лед поднялся к поверхности луны и вызвал растяжения коры небесного тела, что привело к появлению характерного рельефа на Миранде.
Причиной появления конвекции внутри спутника Урана ученые считают разогрев недр планеты в результате приливов. Их возникновение связано с периодическими сближениями и удалениями луны от ледяного гиганта. К таким выводам ученые пришли в результате компьютерного моделирования.
Как сообщается в пресс-релизе, самый крупный из венцов Миранды — Арден — обладает рельефом с гребнями и впадинам высотой до двух километров. Другой — Эльсинор — имеет внешнее кольцо шириной около 80 километров, возвышающееся над внешней поверхностью на высоте около ста метров. Третий венец, Инвернесс, представляет собой трапециевидную область площадью около 200 квадратных километров. Большую его часть занимают параллельные канавы, расстояние между которыми не превышает несколько километров.
Синоптик объяснил большое число природных катаклизмов летом — URA.
RUПричина ураганов — во взрывной конвекции Фото: Анна Майорова © URA.RU
Число природных аномалий летом значительно выше из-за процессов «взрывной конвекции». Об этом рассказал научный руководитель Гидрометцентра Роман Вильфанд.
«Количество опасных явлений летом в пять-десять раз больше, чем зимой. Связано это с процессами так называемой взрывной конвекции, когда происходит быстрый подъем воздушных масс, насыщенных влагой. Влага — это источник опасных явлений», — цитирует Вильфанда РИА «Новости».
Летом также происходит столкновение северных и южных воздушных масс. Поэтому, по словам Вильфанда, во многих регионах Западной Сибири, Урала, Европейской России и Дальнего Востока прогнозируются частые грозы, ливни, молнии и ураганы.
Ранее Вильфанд сообщал, что по всей территории России летом ожидается переменчивая погода. Жаркие и сухие дни будут чередоваться с холодными и дождливыми. Ученые также рассчитали, что количество так называемых опасных явлений, включая ливни, ураганы и грозы, в России с каждым годом будет увеличиваться.
Однако неспокойная летняя погода не навредит урожайности. Напротив, ученые ожидают высоких показателей по сбору культур в этом году.
Оперативные новости России и Урала — в telegram-канале «URA.RU» и с доставкой в вашу почту — обзор самых важных сообщений.
Число природных аномалий летом значительно выше из-за процессов «взрывной конвекции». Об этом рассказал научный руководитель Гидрометцентра Роман Вильфанд. «Количество опасных явлений летом в пять-десять раз больше, чем зимой. Связано это с процессами так называемой взрывной конвекции, когда происходит быстрый подъем воздушных масс, насыщенных влагой. Влага — это источник опасных явлений», — цитирует Вильфанда РИА «Новости». Летом также происходит столкновение северных и южных воздушных масс. Поэтому, по словам Вильфанда, во многих регионах Западной Сибири, Урала, Европейской России и Дальнего Востока прогнозируются частые грозы, ливни, молнии и ураганы. Ранее Вильфанд сообщал, что по всей территории России летом ожидается переменчивая погода.
Жаркие и сухие дни будут чередоваться с холодными и дождливыми. Ученые также рассчитали, что количество так называемых опасных явлений, включая ливни, ураганы и грозы, в России с каждым годом будет увеличиваться. Однако неспокойная летняя погода не навредит урожайности. Напротив, ученые ожидают высоких показателей по сбору культур в этом году.
Причина аварии параплана: турбулентность или виноват пилот
Несчастные случаи, которые случаются в парапланеризме, почти всегда обусловлены ошибками пилота. Но потерпевшие редко признают свою некомпетентность, часто склоняются к мысли, что причиной аварии стало складывание аппарата, которое случается из-за турбулентности. Захваченные врасплох пилоты не всегда могут корректно отреагировать на внеплановое событие, случаются аварии. Разберемся, возможно ли спрогнозировать это явление, избежать его, обладая некоторыми знаниями, или оно не поддается объяснению.
Почему возникает турбулентность
Такое явление вызывает действие ветра.
Нестабильный поток воздуха при передвижении вдоль рельефа меняет свое направление и амплитуду, возникает разница в скорости. Те слои масс, которые движутся медленно, всасываются наверх, ускоряясь. Быстрые потоки при этом отражаются вниз, теряют скорость. Поочередное ускорение и торможение приводят к образованию вихрей и роторов разных размеров, что и является почвой для образования зон турбулентности.
Причиной данного явления также может стать эффект термической конвекции. Теплый воздух, поднимаясь, соприкасается с окружающими потоками, образуется турбулентность. Интересно, что при эффекте термической конвекции ветроуказатель меняет свои показатели буквально каждые 10–15 минут в зависимости от того, откуда появляется теплый воздух.
Расположение зон турбулентности
При перемещении потоков воздуха, на пути которых встречаются препятствия, образуются роторы. То есть, на их появление влияют любые деревья и здания, горы. Ротор теряет свою силу при увеличении расстояния до преграды.
Интересно, что не только прямые ветровые потоки, но и идущие со склона тоже могут стать турбулентными, проходя через препятствия.
От пилота требуется в таких случаях лишь внимательность. Он должен уметь предполагать, где возникают зоны турбулентности, исходя из особенностей рельефа местности. Опасные нестабильные источники часто образуются на границе леса, рядом с оврагами, крутыми склонами, поскольку ротор формируется за выступающими объектами. Сложность прогнозирования заключается в том, что периодически нестабильность может исчезать на время, а потов внезапно вновь появляться, но уже в другой форме.
При наличии термической конвекции роторы особенно коварны, поскольку такое явление буквально вытаскивает их наверх. Над кучевыми облаками они сталкиваются с холодным нисходящим воздухом, от этого образуются еще большие завихрения. К причинам неожиданной турбулентности относятся также ситуации, когда теплые потоки входят в область сильного ветра. Неприятной особенностью нестабильных зон является их статическая вероятность.
Принцип усиления турбулентности
Возрастание скорости ветра приводит к повышению интенсивности нестабильных зон. Вызванная потоками воздуха турбулентность увеличивается. Возрастает ее активность, расширяется область завихрения. Чтобы безопасно посадить параплан в таких условиях, от пилота требуется максимальная концентрация.
Сложность ситуации еще и в таком моменте: когда нестабильность вызвана термической конвекцией, область турбулентности растет вверх.
Несмотря на специфику явления, спрогнозировать его вероятность можно. Главное – запомнить, что при нестабильном и сильном ветре риск появления возрастает.
Меры безопасности
Как видим из описания, турбулентность – это действительно опасное и сложное явление, определить наличие которого наверняка невозможно. Существуют некоторые превентивные меры, которые могут уберечь пилота от аварии:
- Перед полетами на параплане стоит внимательно изучить метеорологические условия. Эти данные помогут спрогнозировать вероятность появления зон турбулентности, исходя из показателей термической активности и скорости воздушных потоков.
- Не стоит осваивать незнакомую местность самостоятельно. Следует расспросить пилотов о потенциально опасных местах, где чаще всего возникают нестабильные зоны.
Отдельно нужно отметить еще один момент: если вы не уверены в безопасности местности, тревожат погодные условия, сомневаетесь в том, стоит ли сегодня летать, то лучше отложите эту затею, даже если другие парапланеристы поднялись в небо. Очень важно не только основательно подготовиться, но и быть уверенным в своих силах в текущий момент. Помните, что ваша безопасность зависит только от вас.
Ученые нашли новую причину таяния льдов в Арктике — Наука
МОСКВА, 17 июля. /ТАСС/. Российские исследователи обнаружили влияние теплового воздействия из глубин Северного Ледовитого океана на ускорение таяния льдов в приатлантической Арктике (Баренцево, Карское море и прилегающая часть Арктического бассейна) в зимнее время. Новые данные повысят точность прогнозов изменения климата в регионе, сообщил ТАСС в субботу ведущий научный сотрудник МГУ им.
Ломоносова Владимир Иванов.
Авторы провели математические расчеты с использованием новых данных спутниковых систем мониторинга, оценив сокращение площади и объема льдов в бассейне Нансена Северного Ледовитого океана за последние 20 лет.
«Выполненный анализ позволил установить, что вклад вертикального конвективного потока тепла из глубин океана в верхний 100-метровый слой в зимний сезон является определяющим в процессе сокращения ледяного покрова в зимний сезон. Следствием этого мощного теплового потока является продолжительное существование свободных ото льда зон вдоль потока атлантических вод в это время года. Мы предполагаем, что механизмом такого воздействия является вертикальная термохалинная конвекция — противоположно направленные вертикальные движения вод под действием гравитационных сил», — сказал ТАСС Иванов.
Ученые считают, что поступление теплой воды из умеренных широт формирует вертикальную структуру вод в океане таким образом, что в верхнем 300-метровом слое температура и соленость увеличиваются с глубиной.
При этом из-за охлаждения воды в зимний сезон поверхностный слой океана становится «тяжелее», что способствует развитию вертикального движения вод под действием гравитационных сил.
«Глубокое проникновение конвекции в приатлантической Арктике — это, по существу, аномалия, вызванная сокращением площади и толщины льда, произошедшее вследствие глобального потепления. В «нормальных» климатических условиях глубокое проникновение конвекции блокируется наличием толстого сплоченного ледяного покрова. Последствия сокращения морского льда в приатлантической Арктике в зимний сезон несут дестабилизацию устойчивого режима энергетического обмена между океаном и атмосферой, что, вероятнее всего, уже влияет на частоту погодных аномалий и опасных природных явлений в Европе и на Европейской территории России. Однако этот вопрос требует дальнейшего изучения», — также пояснил исследователь.
В течение последних десятилетий ученые отмечают ежегодное сокращение площади льда в приатлантической Арктике.
В частности, в Баренцевом море эти потери в зимний сезон составляют 2-4 % ежегодно, отметил представитель МГУ. Таяние льдов, помимо влияния на климат, несет в себе угрозу для обитающей в них морских живых организмов, часть из которых может исчезнуть.
Распространение морского дна | Национальное географическое общество
Распространение морского дна происходит на расходящихся границах плит. По мере того, как тектонические плиты медленно удаляются друг от друга, тепло от конвекционных потоков мантии делает кору более пластичной и менее плотной. Менее плотный материал поднимается, часто образуя гору или возвышенность морского дна.
В конце концов, корочка трескается. Горячая магма, подпитываемая мантийной конвекцией, пузырится, заполняя эти трещины и выплескиваясь на земную кору.Эта вскипающая магма охлаждается холодной морской водой, образуя изверженную породу. Эта горная порода (базальт) становится новой частью земной коры.
Срединно-океанические хребты
Распространение морского дна происходит вдоль срединно-океанических хребтов — больших горных хребтов, поднимающихся со дна океана. Срединно-Атлантический хребет, например, отделяет Североамериканскую плиту от Евразийской плиты, а Южноамериканскую плиту — от Африканской плиты. Восточно-Тихоокеанское поднятие — это срединно-океанический хребет, который проходит через восточную часть Тихого океана и отделяет Тихоокеанскую плиту от Северо-Американской плиты, плиты Кокос, плиты Наска и Антарктической плиты.Юго-Восточный Индийский хребет отмечает место, где южная Индо-Австралийская плита образует расходящуюся границу с Антарктической плитой.
Распространение морского дна неравномерно на всех срединно-океанических хребтах. Медленно стелющиеся хребты представляют собой участки высоких узких подводных скал и гор. Быстро раскидистые хребты имеют гораздо более пологие склоны.
Срединно-Атлантический хребет, например, представляет собой центр медленного спрединга.
Он расширяется на 2-5 сантиметров (0,8-2 дюйма) каждый год и образует океанскую впадину размером с Гранд-Каньон.С другой стороны, Восточно-Тихоокеанское поднятие является быстро распространяющимся центром. Он распространяется примерно на 6-16 сантиметров (3-6 дюймов) каждый год. На Восточно-Тихоокеанском поднятии нет океанской впадины, потому что морское дно расширяется слишком быстро, чтобы он мог развиваться!
Самая новая и самая тонкая кора на Земле расположена недалеко от центра срединно-океанического хребта — фактического места распространения морского дна. Возраст, плотность и мощность океанической коры увеличиваются по мере удаления от срединно-океанического хребта.
Геомагнитные инверсии
Магнетизм срединно-океанических хребтов помог ученым впервые определить процесс расширения морского дна в начале 20 века.Базальт, когда-то расплавленная порода, из которой состоит большая часть новой океанической коры, является довольно магнитным веществом, и ученые начали использовать магнитометры для измерения магнетизма дна океана в 1950-х годах.
Они обнаружили, что магнетизм океанского дна вокруг срединно-океанических хребтов был разделен на соответствующие «полосы» по обе стороны от хребта. Удельный магнетизм базальтовых пород определяется магнитным полем Земли при остывании магмы.Ученые определили, что один и тот же процесс сформировал идеально симметричные полосы по обе стороны срединно-океанического хребта.Непрерывный процесс расширения морского дна разделял полосы в упорядоченном порядке.
Географические объекты
Океаническая кора медленно отдаляется от срединно-океанических хребтов и участков спрединга морского дна. По мере движения он становится холоднее, плотнее и толще. В конце концов, более древняя океаническая кора сталкивается с тектонической границей с континентальной корой.В некоторых случаях океаническая кора сталкивается с активным краем плиты. Активная окраина плиты — это фактическая граница плиты, где океаническая кора и континентальная кора сталкиваются друг с другом.
Активные края плит часто являются местом землетрясений и извержений вулканов. Например, океаническая кора, образованная распространением морского дна в Восточно-Тихоокеанском поднятии, может стать частью Огненного кольца, подковообразной структуры вулканов и зон землетрясений вокруг бассейна Тихого океана.В других случаях океаническая кора сталкивается с пассивным краем плиты. Пассивные окраины — это не границы плит, а области перехода единой тектонической плиты из океанической литосферы в континентальную литосферу.Пассивные окраины не являются участками разломов или зон субдукции. Толстые слои отложений покрывают переходную кору пассивной окраины. Океаническая кора Срединно-Атлантического хребта, например, станет частью пассивной окраины Северо-Американской плиты (на восточном побережье Северной Америки) или Евразийской плиты (на западном побережье Европы).
Новые географические особенности могут быть созданы за счет расширения морского дна. Например, Красное море образовалось, когда Африканская плита и Аравийская плита оторвались друг от друга.
Сегодня только Синайский полуостров соединяет Ближний Восток (Азию) с Северной Африкой. В конце концов, предсказывают геологи, расширение морского дна полностью разделит два континента и соединит Красное и Средиземное моря.Срединно-океанические хребты и распространение морского дна также могут влиять на уровень моря. По мере того, как океаническая кора удаляется от мелководных срединно-океанических хребтов, она охлаждается и опускается, становясь более плотной. Это увеличивает объем бассейна океана и снижает уровень моря. Например, система срединно-океанических хребтов в Панталассе — древнем океане, окружавшем суперконтинент Пангею, — способствовала мелководью океанов и повышению уровня моря в палеозойскую эру.Панталасса была ранней формой Тихого океана, который сегодня меньше расширяется по морскому дну и имеет гораздо менее обширную систему срединно-океанических хребтов. Это помогает объяснить, почему уровень моря резко упал за последние 80 миллионов лет.
Распространение морского дна опровергает раннюю часть теории дрейфа континентов.
Сторонники дрейфа континентов изначально предполагали, что континенты перемещаются (дрейфуют) через неподвижные океаны. Распространение морского дна доказывает, что океан сам по себе является местом тектонической активности.
Поддержание формы Земли
Распространение морского дна — это лишь часть тектоники плит. Субдукция — это другое. Субдукция происходит, когда тектонические плиты сталкиваются друг с другом, а не расходятся. В зонах субдукции край более плотной плиты погружается или скользит под менее плотную. Затем более плотный литосферный материал снова растворяется в мантии Земли.
Растекание морского дна создает новую кору. Субдукция разрушает старую кору.Эти две силы примерно уравновешивают друг друга, поэтому форма и диаметр Земли остаются постоянными.
Мантийная конвекция – обзор
1 Введение
Концепция мантийной конвекции предполагает, что некоторые перидотиты, встречающиеся в виде ксенолитов в кимберлитах и лампроитах или в виде линз внутри метаморфических поясов сверхвысокого давления (UHPM), связанных с континентальными столкновениями, ранее находились на глубинах, соответствующих в переходную зону мантии или даже в нижнюю мантию (т.
г. Мур и Герни, 1985 г .; Добржинецкая и др., 1996; Харт и др., 1999; Стахель, 2001; Gillet и др., 2002). Их породообразующие минералы, уравновешенные при высоких давлениях и температурах, разрушаются во время декомпрессии, когда тектонические процессы или эксплозивные кимберлитовые и/или лампроитовые события выносят их на поверхность Земли.
Поскольку поднятие мантийных ксенолитов происходит очень быстро, во многих случаях не более чем за несколько дней, эти породы частично сохраняют минералогический состав и микроструктурные отношения, сформировавшиеся на большой глубине, и фиксируют явные признаки нарушения равновесия, такие как каймы гидрофазосодержащих изменений вокруг граната или некоторые тонкие, такие как диффузионные профили (например,г. Smith, 1999) и нечетной изотопной систематики (например, Shimizu, 1999). Известно, что оценки глубин зарождения мантийных перидотитов всегда неопределенны. С одной стороны, сравнение распределения химических элементов между сосуществующими минеральными парами в природных перидотитах и высокими экспериментальными исследованиями P и T показывает, что такие ксенолиты находились на глубинах до ~150–200 км, когда они были извлеченные их вулканическими хозяевами.
С другой стороны, некоторые включения в алмазах (напр.г. Мур и Герни, 1985 г .; Harte et al., 1999) и микроструктурные отношения между внутрикристаллическими ламелями пироксенов и вмещающих их гранатов (Haggerty and Sautter, 1990; Sautter et al., 1991) убедительно свидетельствуют о том, что эти породы сохраняют микроструктурные особенности, соответствующие декомпрессии из-за их поднятия из глубина от 300 до 800 км. Открытия микроалмазов в метаморфических террейнах, связанных с континентальными коллизиями, показали, что континентальный материал был субдуцирован на глубину около 120–150 км (Соболев, Шацкий, 1990; Xu et al., 1992; Добржинецкая и др., 1995; Насдала и Массонн, 2000 г.; ван Рурмунд и др., 2002 г.; Yang et al., 2003) и возвращены на поверхность Земли путем тектонической эксгумации.
Кроме того, несколько недавних исследований предполагают, что перидотиты, тектонически включенные в литологию земной коры в террейнах UHPM, могут нести микроструктурные паттерны, указывающие на еще более глубокую историю рекристаллизации.
Эти микроструктурные паттерны включают внутрикристаллические ламели распада пироксенов в бывшем мажоритовом (сверхкремнистом) гранате в гранатовых перидотитах из норвежских каледонид, из регионов Сулу и Кайдам Центрально-китайского орогенного пояса (COB), что предполагает эксгумацию этих пород от 185 км до> 250 км. (Ван Рурмунд и Друри, 1998; Йе и др., 2000; Song et al., 2004), пластины клиноэнстатита высокого давления в клинопироксене и высокая концентрация ориентированных стержней ильменитов и пластин хромита в оливине из гранатовых перидотитов Альпе-Арами из Швейцарских Альп и Кайдама из COB, что предполагает эксгумацию с глубины >250 км (Добржинецкая и др., 1996; Божилов и др., 1999, 2003; Song и др., 2004), и ламели магнетита в оливине в гранатовом перидотите из района Сулу ХОБ, что предполагает эксгумацию с территории >400 км (Zhang et al. ., 1999). Важно отметить, что перидотиты и эклогиты этих орогенных поясов окутаны сильно деформированными континентальными гнейсами, нередко проявляющими обширную мигматизацию.
Считалось, что эти гнейсы не содержат свидетельств истории высокого давления, и в течение некоторого времени бушевали споры о том, испытали ли они также глубокую субдукцию. Однако недавние тщательные исследования цирконов, извлеченных из этих кислых гнейсов, показали, что они содержат включения коэсита (например, Ye et al., 2000; Лю и др., 2002, 2003). Это наблюдение подтверждает, что коровые гнейсы действительно испытали глубокую субдукцию, но в остальном утратили микроструктурные свидетельства событий высокого давления, которые сохранились в более тугоплавких основных и ультраосновных породах. Хотя выделения пироксена из граната в некоторых эклогитах, прослоенных континентальными метаосадками террейнов COB, сохраняют свидетельства субдукции на глубину более 200 км (Ye et al., 2000), дискуссия о том, что такие породы могли образоваться на гораздо меньшей глубине (~80 км), все еще продолжается (т.г. Хирадзима и Накамура, 2004). Такие значительные противоречия в интерпретации возникают из-за отсутствия экспериментальных исследований того, какие микроструктуры образуются при декомпрессии мажоритового граната при различных давлениях и температурах.
Мы представляем здесь экспериментальные данные по мажоритовому гранату, синтезированному из минеральной смеси гранатового перидотита объемной химии, которая была декомпрессирована при высоких температурах и теперь характеризуется выделением Mg 2 SiO 4 и пироксенов из мажоритового граната.Недавно было опубликовано краткое описание результатов этой экспериментальной программы (Добржинецкая и др., 2004). Образцы микроструктуры гранатовых перидотитов, полученные нами в лаборатории при высокотемпературной декомпрессии от 14 до 13, 12 или 7 ГПа и от 8 до 5 ГПа, согласуются с химическими изменениями повторно уравновешенных минеральных фаз. Следовательно, они могут быть полезны для установления стандарта для оценки микроструктур в природных породах, где химические характеристики, связанные с их более ранней историей высокого давления, стираются наложенными поверхностными термическими явлениями.
ТЕРМОКОНВЕКЦИЯ
Цели: Эксперимент
с тепловой конвекцией.
Проиллюстрируйте, как
тепловая энергия (тепло) может создавать движение (поток) в жидкости. Тепловая конвекция в этой модели
подобно конвекции, предполагаемой для мантии Земли. Конвекция может создавать горизонтальный поток, который
может вызвать (или связано) с движением плит.
Исследуйте вязкость жидкости и проиллюстрируйте, что земная
мантию можно рассматривать как твердое тело для кратковременных процессов (таких как
распространение сейсмических волн) и как очень вязкая жидкость в течение длительного времени
процессов (таких как мантийная конвекция и тектонические движения плит).
Материалы:
1 стеклянная форма для хлеба (1,5 л; 2 л, 20×20 см или 8×8 дюймов) стеклянную посуду можно заменить, если используются две банки Стерно или 3 маленькие свечи из-за дополнительной ширины контейнера)
2 Керамика кофейные чашки
1 маленькая банка Стерно или 2 маленькие свечи
растительное масло (около 800-1000 мл)
10 мл (~ 2 ложки) тимьян
ложка
соответствует
метрическая линейка
секундомер
воронка (к слить масло обратно в емкость)
3 тонких (около 2 мм или толщиной 1/16″) пробкового дерева, каждый 4×10 см
Для вязкости эксперимент:
Каро лайт кукурузный сироп (около 60 мл)
Форма для печенья
Алюминиевая фольга
3 маленьких контейнеры, такие как мерные стаканы на 1/8 чашки
Глупая замазка
1 Тефлон Сковорода или противень с покрытием
Эксперименты по тепловой конвекции: Mix
растительное масло и тимьян (приправа) в форме для хлеба.
Тщательно перемешайте, чтобы распределить хлопья
тимьян. Разложите форму для хлеба и другие
материалов, как показано на рис. 1. (Поскольку
вязкости масла и плотности хлопьев тимьяна, шт.
тимьяна имеют приблизительно нейтральную плавучесть.
Если оставить его без движения в течение длительного периода времени, тимьян не будет
равномерно распределенный по объему масла, часть тимьяна будет плавать
а некоторые склонны тонуть. Тем не менее
тимьян остается распределенным в течение достаточного периода времени, чтобы выполнить
эксперимент.Если тимьян становится
значительно отделены, просто перемешайте, чтобы тщательно перемешать, дайте смеси постоять
без нагрева, пока хлопья тимьяна не перестанут двигаться, и начинаем эксперимент
снова путем добавления тепла.)
1. Обратите внимание на масло и специи
смесь. Без тепла (энергии)
добавленные в систему, они должны быть небольшими или отсутствовать движение жидкости. Хлопья тимьяна потекут вместе с
жидкость, показывающая направление и скорость любого потока жидкости.
2. Зажгите банку Sterno и дайте жидкости нагреться. вверх на пару минут. (Если вы делаете не хотите использовать стерно в качестве источника тепла, вы можете использовать две маленькие свечи (Рисунок 2) или кофейная чашка с электрическим нагревателем на одну чашку для нагрева воды в чашке и подогрейте дно формы для хлеба.) Когда масло нагреется и начнет течь, наблюдайте картина потока жидкости (циркуляция), отмечая расположение отдельных хлопьев тимьяна с течением времени (рис. 3). Обязательно просмотрите модель несколько раз в ходе эксперимента как сверху, так и сбоку от посуды. Начертить эскиз тиража (копии Рисунок 4 можно использовать в качестве базовой схемы для построения схемы потока с помощью стрелки). Схема примерно симметрично с двух сторон отапливаемой площади? Где вы наблюдаете восходящий поток? Где вы видите нисходящий поток? Где вы наблюдаете горизонтальное течение?
Обратите внимание, что поток определяет
конвекционная ячейка (фактически две ячейки), в которой восходящий поток над пламенем
(вызванный нагревом жидкости, который вызывает расширение и уменьшение
плотность) вызывает горизонтальное течение вблизи поверхности жидкости.
Охлаждение жидкости вблизи концов
контейнер увеличивает плотность жидкости и производит опускание и возврат
горизонтальный поток к центру контейнера, тем самым завершая
«цикл» течения жидкости в конвекционной ячейке. Обратите внимание, что тепло, добавленное к нижней части
контейнер выносится на поверхность и распределяется в основном за счет движения
нагретой жидкости (конвекционный ток), а не теплопроводностью. Этот тип движения энергии называется
тепловая конвекция, потому что добавленное тепло вызывает поток жидкости (циркуляция по
конвекция) за счет снижения плотности жидкости.Разница температур между
приповерхностная область масла, измеренная над источником тепла и вблизи концов
блюда из хлеба (вдали от огня) будет около 2-3С и его можно наблюдать
с помощью чувствительного термометра. (Это
нет необходимости нагревать масло в течение длительного времени или до высокой температуры, чтобы
вызывают конвекцию. Конвекция начнется
вскоре после того, как тепло подается на дно формы для хлеба.
Время нагрева будет несколько больше
с помощью свечей.)
3. Измерьте горизонталь скорости конвективного потока вблизи поверхности жидкости, поместив метрическая линейка на верхней части контейнера (ориентированная вдоль длинного направления блюдо из хлеба). Глядя вниз на конвектируя жидкость и наблюдая за отдельными хлопьями тимьяна, измерьте расстояние, на которое перемещается одна хлопья за период времени, например, 10 или 20 секунд или более. (Можно также выполнить это измерение путем просмотра со стороны тарелки.) Разделите расстояние (в см) на время до определяют скорость в см/с (обычно ниже 1 см/с). Измерить скорость и направление движение в нескольких местах для приповерхностного потока жидкости. Являются ли все измерения приблизительно такой же? Где скорости самый большой? Где они самый маленький? Чем можно объяснить эти колебания скорости? Являются ли направления потока «в сторону» от обогреваемой центральной зоны контейнер? Какие эффекты или характеристики модели могут вызвать изменчивость скоростей?
4.
Поместите тонкие кусочки
пробкового дерева на поверхности жидкости, как показано на рисунке 5. Наблюдайте за движением кусочков дерева.
(представляющие относительно жесткие части плит, таких как большинство континентальных
регионов) с течением времени. Вы должны увидеть табличку
разделение или дивергенция (аналогично континентальному рифтогенезу и последующему морскому
растекание океанической литосферы по срединно-океаническим хребтам) на
центр контейнера, где значительный восходящий поток жидкости вызван
обогрев.(из-за поверхностного натяжения
два куска дерева в центре формы для хлеба могут иметь тенденцию «слипаться». В этом случае используйте карандаш или другой инструмент, чтобы
слегка отделить древесину. Однажды
поверхностное натяжение уменьшается, плиты будут двигаться вместе с лежащей под ними жидкостью
поток.) Кроме того, с течением времени
две плиты должны столкнуться аналогично континентальному столкновению, которое
часто сопровождает субдукцию, когда две плиты движутся навстречу друг другу
(сходится).
Используя метрическую линейку, как в
шаг 3, измерьте скорость одного из кусков дерева. Как эта скорость соотносится со скоростью жидкости?
скорости потока, которые были получены ранее?
Конвекция в
Земля: Тепловая конвекция
предполагается, что они существуют в больших масштабах по крайней мере в двух регионах в
Земной шар. Жидкое внешнее ядро и
верхняя мантия, которая ведет себя как твердое тело для распространения сейсмических волн и как очень
вязкая жидкость для длительных геологических процессов, включая конвекцию.Тепло, вызывающее конвекцию внутри
Земля поступает из двух источников первоначального тепла от аккреции и тепла, выделяемого
при радиоактивном распаде нестабильных изотопов.
Хотя Земле около 4,5 миллиардов лет, некоторое количество тепла остается
от аккреционного процесса во время его образования, потому что фрагменты Земли
материалы были нагреты до очень высоких температур ударом во время формирования
планета и материалы Земли имеют относительно низкую теплопроводность, поэтому
что значительное количество тепла было сохранено с ранних стадий Земли
история.
Более важным источником
Однако теплота есть естественный самопроизвольный радиоактивный распад неустойчивых
изотопы элементов, которые распространены по всей Земле, особенно в
кора и мантия. Эти радиоактивные
элементы включают уран, торий и рубидий.
Эти источники тепла вызывают повышение температуры Земли с
глубине до температуры около 5000С во внутреннем ядре.
Земля
Предполагается, что внешнее ядро состоит в основном из жидкого железа.Конвективный поток во внешнем ядре не
приносит тепло только к границе ядра и мантии, где часть его передается
в мантию, но и вызывает магнитное поле Земли движениями
электропроводящий материал внутреннего сердечника.
Температура в верхней мантии достаточно высока, 1200°С.
вызывают тепловую конвекцию высоковязких пород верхней мантии, хотя
скорость потока, по-видимому, очень мала — порядка см/год. Мантийная конвекция в верхней мантии
или предполагалась вся мантия (рис. 6).Течение мантии, вероятно, является причиной
тектонические движения.
Все еще
дискуссии о деталях конвекции в мантии и
Связь конвекции с тектоникой плит.
Например, есть свидетельства опознания субдуктивных
плиты в верхней мантии Земли, то есть литосферные плиты (субдуктивные плиты)
иногда простираются (проникают) на глубины, превышающие верхнюю мантию (ниже
переходная зона мантии, включая 670-километровый разрыв, где сейсмическая волна
скорость быстро увеличивается с глубиной, что указывает на изменения в составе или
кристаллическая структура или «упаковка» мантийных минералов).Следовательно, мантийная конвекция может быть не такой
такие простые, как модели конвекции верхней мантии или конвекции всей мантии, которые
показаны на рисунке 6. Аналогично,
точная связь мантийной конвекции с движением плит в настоящее время не установлена.
известен. Мантийная конвекция может быть
основная причина тектоники плит. Альтернативно,
мантийная конвекция могла быть более пассивной реакцией на движения плит. В любом случае становится очевидным, что тепло
внутри Земли является главной движущей силой тектоники плит и мантии.
конвекция.Для получения дополнительной информации о
тектонике плит и мантийной конвекции, см. почти все недавние вводные,
учебник по геологии для колледжей, такой как Press and Siever (1994), Lutgens and
Тарбак (1999) или Скиннер и Портер (1999).
Вязкость Эксперименты: ньютоновских Вязкость — закон трения для жидкостей. Вязкость определяется как напряжение сдвига, деленное на скорость сдвига. для жидкостей. Касательное напряжение – это сила на единицу площади (в точке), направленная параллельно направлению сдвига или поток.Вязкость можно рассматривать как сопротивление жидкости течению. За например, если жидкость (такая как вода) легко течет, она имеет низкую вязкость; если это не течет легко (например, патока, мед или тяжелое масло), оно имеет более высокую вязкость. Вязкость измеряется в единицы Паскаль-секунды (Па-с), которые эквивалентны Ньютон-секундам/м 2 .
1. Чтобы проиллюстрировать значение касательного напряжения
и вязкость и показать различную вязкость двух жидкостей, попробуйте
следующий эксперимент.
Поместите кусок
пробковое дерево на поверхности масла в форме для хлеба. Слегка надавите на древесину
палец (чтобы создать трение между пальцем и деревом), а затем нажмите
горизонтально (параллельно поверхности жидкости) на древесине. Обратите внимание, что для перемещения требуется очень небольшое усилие.
кусок дерева. Вязкость
жидкость низка, эквивалентна небольшому напряжению сдвига (в определении
ньютоновской вязкости, указанной выше) и большой скорости сдвига или
поток.Отметим также, что движение
древесина вдоль поверхности практически не влияет на остальную жидкость. Масло и тимьян в масле не
потока (за исключением масла непосредственно под древесиной или по бокам
древесина, на которую действует поверхностное натяжение масла). В дополнение к иллюстрации низкой вязкости
этой жидкости, этот эксперимент демонстрирует, что жидкости не способны
выдерживающие или распространяющиеся напряжения сдвига (движение древесины и
попутное движение жидкости, прилегающей к древесине, не вызывает течения в
оставшийся объем нефти) и, таким образом, не распространяют сейсмические поперечные волны,
которые в твердых телах связаны с движением сдвига и напряжениями сдвига.
2. Далее сделай куб из куска глупого
замазка. Глупая замазка может быть придумана
как упругое тело при кратковременных напряжениях (если его скатать в шар, то
будет отскакивать от пола, как резиновый мяч, если его уронить), и вязкое
жидкость для более длительных процессов (обратите внимание также на сравнение вязкости
иллюстрацию, описанную ниже). Поместите
кубик глупой замазки на столе и положить кусок пробкового дерева поверх
куб.Используя ту же процедуру, что и в
предыдущий эксперимент, слегка надавите на дерево (чуть выше глупой замазки
куб) и нажмите горизонтально. Продолжать
приложить усилие в горизонтальном направлении.
Через какое-то время (много секунд) поток в глупой замазке станет
виден, и куб будет искажен сдвигом. В этом эксперименте напряжение сдвига равно
больше (нужно сильнее надавить на дурацкую замазку в горизонтальном направлении, чтобы
заставьте глупую замазку течь), и скорость сдвига будет намного медленнее.Поэтому, согласно определению
Ньютоновская вязкость (напряжение сдвига /скорость сдвига ), вязкость
глупая замазка намного выше, чем масло.
3. Исследовать вязкость некоторых жидкостей.
и продемонстрировать, что на вязкость жидкости также влияют дополнительные
эффекты, такие как температура жидкости, попробуйте следующий эксперимент. Застелите большой противень алюминиевой фольгой
и сделайте наклонную плоскость, поместив одну сторону противня на
керамические чашки, подняв таким образом эту сторону примерно на 10 см.Нарисуйте короткую горизонтальную линию на фольге возле
вершина наклонной плоскости и дополнительная линия около 10 см
«по наклону» от первой строки.
Последовательно налейте на фольгу следующие жидкости (примерно по 20 мл)
чуть выше первой строки: вода, Каро
сироп подогретый до 40С,
Сироп Каро комнатной температуры (~20С), охлажденный сироп Каро (~5С). (Используйте 3 мерных стакана для сиропа; нагрейте
сироп в одной емкости; охладите сироп в одной емкости; и использовать
третий контейнер для воды комнатной температуры и комнатной температуры
сироп.) Используя секундомер, засеките время
сколько времени требуется жидкости, чтобы пройти 10 см от верхней линии до нижней
линия (один эксперимент привел к следующим временам: вода:
0,5 с; подогретый сироп: 2с;
сироп комнатной температуры: 6 с; охлажденный
сироп: 24с).
Подготовьте таблицу данных, показывающую жидкость,
температура и время истечения, чтобы облегчить
сравнение и анализ результатов.
Вязкость этих жидкостей примерно пропорциональна длине
время течения (или обратно пропорционально скорости течения).Вода имеет наименьшую вязкость и
охлажденный сироп Каро имеет наибольшую вязкость среди этих жидкостей. Отметим также, что вязкость Каро
сироп был сильно затронут температурой с более высокой температурой
соответствует более низкой вязкости. В
вообще говоря, вязкость жидкости определяется не только составом
жидкости, но и давлением и температурой жидкости, а иногда и
размер и продолжительность напряжения, которое вызывает поток жидкости.
Примеры
вязкости для некоторых обычных жидкостей и некоторых земных материалов показаны на
Таблица 1. Обратите внимание, что существует очень большой
диапазон вязкостей. Также; Обратите внимание, что
вязкость мантии Земли очень велика. Породы мантии даже при высоком давлении и
температуре, ведут себя примерно как твердые тела, за исключением длительных периодов времени или
когда порода расплавлена (плавится, чтобы превратить твердое тело в жидкость), например, в
магматические камеры.
Магматические очаги были
в горячей мантии под срединно-океаническими хребтами и в земной коре под
вулканы. Мантийный поток (тепловой
конвекция мантии) происходит с очень малыми скоростями (скорость течения в несколько
см/год). (Контрольный вопрос: насколько выше скорость потока овощей?
нефть в эксперименте с моделью тепловой конвекции по сравнению с мантийным течением
скорости?) Наконец, поместите шар из
глупая замазка на сковороде или противне с тефлоновым покрытием. Наклоните кастрюлю или противень, чтобы сформировать крутой
(наклон не менее 45 градусов) наклонная плоскость.Поместите полоску скотча (длиной около 10 см) рядом с дурацкой замазкой и положите
метка на ленте, чтобы отметить положение «переднего края»
глупая шпаклевка. Дать постоять несколько
дней. Проверьте положение нижнего
край глупой замазки каждый день или два и отметьте положение. Глупая замазка будет медленно стекать по
наклонная плоскость. Поток будет происходить быстрее
если глупая замазка находится в относительно теплом месте.
Обратите внимание, что глупая замазка гораздо более вязкая.
чем вода или сироп, использовавшиеся в предыдущем эксперименте.
Связанные Виды деятельности: Расследование Плотность драгоценных камней; Пазл с тарелками; Перекидная книга по тектонике плит; Интерьер Земли Структура; Исследование тектоники плит с использованием моделей пены; Посмотреть видео «Внутри гавайских вулканов» (Смитсоновский институт), чтобы увидеть конвекционные потоки. в лавовом озере и аналогиях лавового озера с тектоникой плит (разделение плит и дивергенция, трансформные разломы, столкновение и субдукция плит).
Каталожные номера:
Этуотер,
Т., Континентальный дрейф и тектоника плит, видеозапись, 20 минут, 1988 г. (к
заказ: отправить чек на 15 долларов, подлежащий оплате
«Регенты Калифорнийского университета» запрашивают 1988 г.
Видеозапись дрейфа континентов и тектоники плит, адресованная Рику Джонсону, Учебная консультация,
Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, Санта-Барбара, Калифорния
93106).
Лютгенс, Ф.К. и Э.Дж. Тарбак, Основы наук о Земле , Прентис Холл, Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси, 454 стр., 1999 г. (глава 5 о тектонике плит).
Пресс, R. и R. Siever, Understanding Earth , (3 rd edition), W.H. Фриман, Нью-Йорк, 682 стр., 1994 г. (глава 20 о тектонике плит).
Симкин, Т., Дж. Д. Унгер, Р. И. Тиллинг, П. Р. Фогт и Х. Сполл, Эта динамическая планета А. Карта мира вулканов, землетрясений, ударных кратеров и тектоники плит, Смитсоновский институт и Геологическая служба США, карта масштаба 1:30 000 000, 1994 г. (1-888-ASK-USGS; http://pubs.usgs.gov/pdf/planet.html).
Скиннер, Б., С. Портер и Д. Боткин, Голубая планета: введение в Землю System Sci ence, (2 nd edition), J.Уайли, Нью-Йорк, 1999.
.
Смитсоновский институт
Institution, Inside Hawaiian Volcanoes, видеозапись, 25 минут, 1989 г.
(http://nmnhwww.si.edu/gvp/products/inv.htm).
Таблица 1: Вязкость выбранных жидкостей и материалов
Жидкость/Материал | Температура ( С) | Вязкость (Па-с; |
Воздух | 20 | 1.8 10 -5 |
Вода | 20 | 1,0 10 -3 |
Мед | 20 | 1,6 |
Течет горячий
лава | ~ 1150 | ~ 80 |
Стекло | ~ 20 | ~ 10 12 |
Лед | 0 | ~ 10 12 |
Каменная соль | 20 | ~ 10 14 |
Мелкая мантия | ~ 1000 | ~ 10 23 -10 24 |
Астеносфера | ~ 1300 | ~ 10 19 -10 20 |
Глубокая мантия | > 1500 | ~ 10 21 -10 22 |
*Вязкость часто указывается в единицах Пуаз; 10 Равновесие = 1
Па-с.
Рисунок 1. Расстановка кофейных чашек, банки Sterno и формы для хлеба на столешнице (вид сбоку) для эксперимента по тепловой конвекции. Короткие линии представляют собой хлопья тимьяна в масло. Стрелки показывают ожидаемые направления поток жидкости, определяющий конвекционные ячейки после нагревания жидкости.
Рисунок 2.Альтернативный сетап с использованием двух свечей вместо грудины для тепла.
Рисунок
3. Фото крупным планом (вид сбоку) масла
и тимьян в форме для хлеба. Тепло от
свечи заставляют масло и тимьян подниматься в середине блюда (выше
пламя свечи), текут горизонтально (от центра) у поверхности
масла, тонут у более холодных краев формы для хлеба и текут горизонтально
к центру по дну посуды, тем самым завершая конвекцию
клетки.
Рис. 4. Схема устройства для экспериментов с потоком жидкости. Копии этого рисунка можно использовать для записи наблюдаемые направления течения жидкости (стрелками на схеме) в масла после начала конвекции при подводе тепла.
Рис. 5.Композиция из 3 кусков пробкового дерева на поверхность масла (вид сверху на блюдо) для иллюстрации «тарелки движения».
Рис. 6.
Гипотетические сечения Земли, показывающие возможные закономерности
конвекции. Верхняя диаграмма: схематическая диаграмма, иллюстрирующая конвекцию в
верхней мантии Земли.
Ниже
диаграмма: Схематическая диаграмма, иллюстрирующая
конвекция в мантии Земли, в которой конвекционная ячейка и связанный с ней поток
действуют по всей мантии.
Движение континентов в результате тектоники плит
Тектонические плиты Земли
Земная кора разбита на отдельные куски, называемые тектоническими плитами (рис. 7.14). Напомним, что кора — это твердая каменистая внешняя оболочка планеты. Он состоит из двух совершенно разных типов материала: менее плотной континентальной коры и более плотной океанической коры.Оба типа коры покоятся на твердом материале верхней мантии. Верхняя мантия, в свою очередь, плавает на более плотном слое нижней мантии, похожем на густую расплавленную смолу.
Каждая тектоническая плита находится в свободном плавании и может двигаться независимо. Землетрясения и извержения вулканов являются прямым результатом движения тектонических плит по линиям разломов. Термин разлом используется для описания границы между тектоническими плитами.
Большинство землетрясений и извержений вулканов вокруг Тихоокеанского бассейна — явление, известное как «огненное кольцо», — происходят из-за движения тектонических плит в этом регионе.Другие наблюдаемые результаты кратковременного движения плит включают постепенное расширение озер Великого разлома в восточной Африке и подъем Гималайского горного хребта. Движение плит можно описать четырьмя общими схемами:
- Столкновение : когда две континентальные плиты столкнутся вместе
- Субдукция : когда одна плита погружается под другую (рис. 7.15)
- Распространение : когда две пластины раздвинуты (рис.7.15)
- Преобразование разлом : когда две плиты скользят друг мимо друга (рис. 7.15)
Подъем Гималаев происходит из-за продолжающегося столкновения Индийской плиты с Евразийской плитой. Землетрясения в Калифорнии происходят из-за движения трансформных разломов.
Геологи выдвинули гипотезу, что движение тектонических плит связано с конвекционными течениями в мантии Земли. C конвекционные потоки описывают подъем, распространение и опускание газа, жидкости или расплавленного материала, вызванные приложением тепла.Пример конвекционного течения показан на рис. 7.16. Внутри стакана горячая вода поднимается вверх в точке приложения тепла. Горячая вода движется к поверхности, затем растекается и охлаждается. Более холодная вода опускается на дно.
Твердая кора Земли действует как теплоизолятор для горячих недр планеты. Магма — это расплавленная горная порода под корой, в мантии. Огромная жара и давление внутри земли заставляют горячую магму течь конвекционными потоками.Эти течения вызывают движение тектонических плит, составляющих земную кору.
Деятельность
Моделирование распространения тектонических плит путем моделирования конвекционных потоков, происходящих в мантии.
Деятельность
Изучите карту тектонических плит Земли. Основываясь на доказательствах, обнаруженных на границах плит, выдвиньте несколько гипотез о движении этих плит.
Земля во многом изменилась с тех пор, как впервые образовалась 4.5 миллиардов лет назад. Расположение основных массивов суши Земли сегодня сильно отличается от их расположения в прошлом (рис. 7.18). Они постепенно перемещались в течение сотен миллионов лет, попеременно объединяясь в суперконтиненты и раздвигаясь в процессе, известном как дрейф континентов . Суперконтинент Пангея сформировался в результате постепенного объединения массивов суши примерно между 300 и 100 млн лет назад. Сухопутные массивы планеты в конечном итоге переместились на свои нынешние позиции и будут продолжать двигаться в будущем.
Тектоника плит — научная теория, объясняющая движение земной коры. Сегодня это широко признано учеными.
Напомним, что и континентальные массивы суши, и дно океана являются частью земной коры, и что кора разбита на отдельные части, называемые тектоническими плитами (рис. 7.14). Движение этих тектонических плит, вероятно, вызвано конвекционными потоками в расплавленной породе в мантии Земли под корой. Землетрясения и извержения вулканов являются краткосрочными результатами этого тектонического движения.Долговременным результатом тектоники плит является перемещение целых континентов в течение миллионов лет (рис. 7.18). Присутствие одного и того же типа окаменелостей на континентах, которые в настоящее время сильно разделены, свидетельствует о том, что континенты перемещались в течение геологической истории.
Деятельность
Оценить и интерпретировать несколько свидетельств дрейфа континентов в геологических временных масштабах.
Доказательства движения континентов
Формы континентов дают представление о движении континентов в прошлом.
Края континентов на карте, кажется, складываются вместе, как мозаика. Например, на западном побережье Африки есть углубление, в которое вписывается выпуклость вдоль восточного побережья Южной Америки. Форма континентальных шельфов — затопленных массивов суши вокруг континентов — показывает, что соответствие между континентами еще более поразительно (рис. 7.19).
Некоторые окаменелости свидетельствуют о том, что когда-то континенты располагались ближе друг к другу, чем сегодня. Окаменелости морской рептилии под названием Mesosaurus (рис.7.20 А) и наземная рептилия под названием Cynognathus (рис. 7.20 Б) были обнаружены в Южной Америке и Южной Африке. Другим примером является ископаемое растение под названием Glossopteris, которое встречается в Индии, Австралии и Антарктиде (рис. 7.20 C). Присутствие идентичных окаменелостей на континентах, которые в настоящее время сильно разделены, является одним из основных свидетельств, которые привели к первоначальной идее о том, что континенты перемещались в течение геологической истории.
Доказательства дрейфа континентов также обнаруживаются в типах горных пород на континентах.В Африке и Южной Америке есть пояса горных пород, которые совпадают, когда соединяются концы континентов. Горы сопоставимого возраста и структуры находятся в северо-восточной части Северной Америки (Аппалачи) и через Британские острова в Норвегию (Каледонские горы). Эти массивы суши можно собрать так, чтобы горы образовали непрерывную цепь.
Палеоклиматологи ( палео = древний; климат = долговременная температура и погодные условия) изучают свидетельства доисторического климата.Свидетельства ледниковых бороздок в скалах, глубоких бороздок на земле, оставленных движением ледников, показывают, что 300 млн лет назад были большие щиты льда, покрывавшие части Южной Америки, Африки, Индии и Австралии. Эти штрихи указывают на то, что направление движения ледников в Африке было в сторону бассейна Атлантического океана, а в Южной Америке — из бассейна Атлантического океана.
Эти данные свидетельствуют о том, что Южная Америка и Африка когда-то были связаны, и что ледники двигались через Африку и Южную Америку.Нет никаких ледниковых свидетельств движения континентов в Северной Америке, потому что 300 миллионов лет назад континент не был покрыт льдом. Северная Америка могла быть ближе к экватору, где высокие температуры препятствовали образованию ледяного щита.
Распространение морского дна срединно-океаническими хребтами
Конвекционные потоки приводят в движение твердые тектонические плиты Земли в жидкой расплавленной мантии планеты. В местах, где конвекционные потоки поднимаются к поверхности земной коры, тектонические плиты удаляются друг от друга в процессе, известном как растекание морского дна (рис.7.21). Горячая магма поднимается на поверхность земной коры, на дне океана появляются трещины, и магма выталкивается вверх и наружу, образуя срединно-океанические хребты. Срединно-океанические хребты или спрединговые центры представляют собой линии разломов, где две тектонические плиты удаляются друг от друга.
Срединно-океанические хребты являются крупнейшими непрерывными геологическими образованиями на Земле. Они имеют протяженность в десятки тысяч километров, проходят через большую часть океанических бассейнов и соединяют их.Океанографические данные показывают, что расширение морского дна медленно расширяет бассейн Атлантического океана, Красное море и Калифорнийский залив (рис. 7.22).
Постепенный процесс расширения морского дна медленно раздвигает тектонические плиты, образуя новые породы из остывшей магмы. Скалы океанского дна, расположенные вблизи срединно-океанического хребта, не только моложе отдаленных пород, но и демонстрируют устойчивые полосы магнетизма в зависимости от их возраста (рис. 7.22.1). Каждые несколько сотен тысяч лет магнитное поле Земли меняется на противоположное в процессе, известном как геомагнитное обращение.Некоторые полосы горных пород образовались в то время, когда полярность магнитного поля Земли была противоположна его текущей полярности.
Инверсия геомагнитного поля позволяет ученым изучать движение дна океана с течением времени.
Палеомагнетизм — изучение магнетизма древних горных пород. По мере того как расплавленная порода остывает и затвердевает, частицы внутри горных пород выравниваются с магнитным полем Земли. Другими словами, частицы будут указывать в направлении магнитного поля, присутствующего при охлаждении породы.Если плита, содержащая горную породу, дрейфует или вращается, то частицы в горной породе больше не будут выровнены с магнитным полем Земли. Ученые могут сравнить направленный магнетизм частиц горной породы с направлением магнитного поля в текущем местоположении горной породы и оценить, где находилась плита, когда образовалась горная порода (рис. 7.22.1).
Расширение морского дна постепенно раздвигает тектонические плиты срединно-океанических хребтов. Когда это происходит, противоположный край этих плит упирается в другие тектонические плиты.
Субдукция возникает, когда встречаются две тектонические плиты и одна перемещается под другую (рис. 7.23). Океаническая кора в основном состоит из базальта, что делает ее немного более плотной, чем континентальная кора, состоящая в основном из гранита. Поскольку при встрече океанической и континентальной коры она более плотная, океаническая кора скользит под континентальную кору. Это столкновение океанической коры одной плиты с континентальной корой второй плиты может привести к образованию вулканов (рис.7.23). Когда океаническая кора входит в мантию, давление разрушает горную породу земной коры, тепло от трения плавит ее, и образуется лужа магмы. Эта густая магма, называемая андезитовой лавой, состоит из смеси базальта океанической коры и гранита континентальной коры. Вынужденная огромным давлением, она в конце концов течет по более слабым каналам земной коры к поверхности. Магма периодически прорывается сквозь земную кору, образуя огромные взрывоопасные составные вулканы — конусообразные горы с крутыми склонами, подобные тем, что находятся в Андах на краю Южно-Американской плиты (рис.
7.23).
Континентальное столкновение происходит, когда сталкиваются две плиты, несущие континенты. Поскольку континентальные коры состоят из одного и того же материала с низкой плотностью, одна не погружается под другую. Во время столкновения земная кора движется вверх, а ее материал сворачивается, изгибается и ломается (рис. 7.24, А). Многие из крупнейших в мире горных хребтов, такие как Скалистые горы и Гималаи, образовались в результате столкновения континентов, что привело к восходящему движению земной коры (рис.7.24 Б). Гималаи образовались в результате столкновения Индийской и Евразийской тектонических плит.
Океанические желоба представляют собой крутые впадины на морском дне, образованные в зонах субдукции, где одна плита движется вниз под другую (рис. 7.24 C). Эти желоба глубокие (до 10,8 км), узкие (около 100 км) и длинные (от 800 до 5900 км), с очень крутыми бортами. Самая глубокая океанская впадина — Марианская впадина к востоку от Гуама.
Он расположен в зоне субдукции, где Тихоокеанская плита погружается под край Филиппинской плиты. Зоны субдукции также являются местами глубоководных землетрясений.
Трансформные разломы обнаруживаются там, где две тектонические плиты движутся мимо друг друга. Когда плиты скользят друг относительно друга, возникает трение, и перед тем, как произойдет скольжение, может накопиться большое напряжение, что в конечном итоге приведет к неглубоким землетрясениям. Люди, живущие вблизи разлома Сан-Андреас, трансформного разлома в Калифорнии, регулярно испытывают такие землетрясения.
Горячие точки
Вспомним, что некоторые вулканы образуются вблизи границ плит, особенно вблизи зон субдукции, где океаническая кора перемещается под континентальную кору (рис. 7.24). Однако некоторые вулканы образуются над горячими точками в середине тектонических плит вдали от зон субдукции (рис. 7.25). Горячая точка — это место, где магма поднимается из земной мантии к поверхности коры.
Когда магма извергается и вытекает на поверхность, она называется лавой .Базальтовая лава, обычно встречающаяся в горячих точках, течет горячим густым сиропом и постепенно образует щитовые вулканы. Щитовой вулкан имеет форму купола с пологими сторонами. Эти вулканы гораздо менее взрывоопасны, чем составные вулканы, образовавшиеся в зонах субдукции.
Некоторые щитовые вулканы, такие как острова Гавайского архипелага, начали формироваться на дне океана над горячей точкой. Каждый щитовой вулкан медленно растет с повторяющимися извержениями, пока не достигает поверхности воды, образуя остров (рис.7.25). Самая высокая вершина острова Гавайи достигает 4,2 км над уровнем моря. Однако основание этого вулканического острова находится почти на 7 км ниже поверхности воды, что делает пики Гавайев одними из самых высоких гор на Земле — намного выше, чем гора Эверест. Почти все острова бассейнов Средней части Тихого и Среднего Атлантического океанов сформировались аналогичным образом над вулканическими горячими точками.
В течение миллионов лет по мере движения тектонической плиты вулкан, находившийся над горячей точкой, удаляется, перестает извергаться и угасает (рис.7.25). Эрозия и опускание (оседание земной коры) в конечном итоге приводят к тому, что старые острова опускаются ниже уровня моря. Острова могут разрушаться в результате естественных процессов, таких как ветер и течение воды. Рифы продолжают расти вокруг эрозионного массива суши и образуют окаймляющие рифы, как это видно на Кауаи на основных Гавайских островах (рис. 7.26).
В конце концов от острова осталось только кольцо кораллового рифа. Атолл представляет собой кольцеобразный коралловый риф или группу коралловых островков, выросших вокруг края потухшего подводного вулкана, образующего центральную лагуну (рис.7.27). Формирование атолла зависит от эрозии земли и роста коралловых рифов вокруг острова. Атоллы коралловых рифов могут встречаться только в тропических регионах, оптимальных для роста кораллов.
Все основные Гавайские острова, вероятно, станут коралловыми атоллами через миллионы лет в будущем. Более старые Северо-Западные Гавайские острова, многие из которых сейчас являются атоллами, были образованы той же вулканической горячей точкой, что и более молодые основные Гавайские острова.
Что вызывает конвекционные потоки в мантии класс 11 обществознание CBSE
Подсказка: Мантия состоит из льда и/или горных пород, и это самая большая и самая обширная поверхность Земли.Конвекционные потоки используют движение массы жидкости, например воды, расплавленных пород или воздуха, для переноса тепла из одного места в другое. Полный ответ:
— Земля состоит из трех основных слоев: земной коры, мантии и ядра.
— Мы знаем, что тепло в мантии изначально возникает из-за нескольких факторов, таких как расплавленное внешнее ядро Земли, затем из-за радиоактивного распада, а также из-за давления тектонических плит, которые движутся вниз в верхней части мантии.
.
— Внешнее ядро имеет тепло, которое производится распадающимися радиоактивными элементами и оставшейся энергией от событий формирования Земли. Это тепло повышает температуру основания мантии примерно до семи тысяч градусов по Фаренгейту. Температура мантии оценивается в триста девяносто два градуса по Фаренгейту на границе мантии и коры.
— Нам нужно понять, что разница температур между границами верхней и нижней мантии является причиной возникновения этого теплообмена.Конвекция также происходит в мантии, помимо того факта, что теплопроводность кажется более очевидным способом передачи тепла. Теперь та часть, которая ближе к ядру более теплая и менее плотная, начинает неуклонно двигаться вверх.
— Породы, находящиеся в более высоких частях мантии, более прохладные, неуклонно погружающиеся в мантию. Затем происходит то, что более теплые части там поднимаются и охлаждаются, в конце концов оттесняются в сторону и падают в ядро более теплым растущим материалом, что вызывает конвекционные потоки.
— Затем материал мантии перемещается довольно медленно. Тепло и давление заставляют конвекционные потоки смещать материал мантии, в то время как он все еще остается в твердой форме.
Примечание: Давайте разберемся в другой похожей теме, называемой проводимостью. Тепловая энергия передается при столкновениях между соседними атомами или молекулами в процессе теплопроводности. Твердые и жидкие вещества, в которых частицы расположены ближе друг к другу, проводят лучше, чем газы, в которых частицы расположены дальше друг от друга.Это основные вещи, которые происходят во время процесса дирижирования.
Науки о Земле: конвекционные течения
Конвекция Течения и мантия
Теплопередача
Перемещение энергии от более теплого объекта к более холодному называется теплотой. перечислить.
Направление передачи тепла всегда от более теплого вещества к более холодному.
Есть три виды теплопередачи:
1.Излучение
Излучение — это передача энергии через пустое пространство.
Теплообмен излучением происходит без прямого контакта между источником тепла и объектом.
Пример: Излучение позволяет солнечному свету согреть поверхность Земли.
2. Проводимость
Теплопроводность – это передача тепла при прямом контакте частиц иметь значение.
При теплопроводности нагретые частицы вещества передают тепло другим частицам посредством прямого контакта.
3. Конвекция
Конвекция – это передача тепла движением нагретой жидкости.
При конвекции нагретые частицы жидкости начинают течь, передавая тепловую энергию от одной части жидкости к другой.
Конвекционные потоки продолжаются до тех пор, пока тепло добавляется в жидкость.
Переменные конвекции
Три фактора способствуют приведению в движение конвекционных потоков:
1.
нагрев и охлаждение жидкости,
2.изменения в плотности жидкости и
3. сила тяжести
Конвекционные течения в Земле
Конвекционные течения в астеносфере.
1. Источник тепла ибо эти потоки — это тепло от ядра Земли и от самой мантии.
2. Горячие столбы мантийного материала медленно поднимаются.
3. В верхней части В астеносфере горячий материал распространяется и отталкивает более холодный материал с пути.
4. Этот более холодный материал опускается вниз в астеносферу.
5. Конвекция токи, подобные этим, двигались внутри Земли более 4 миллиардов лет.
Конвекция и мантия Земли
Основным механизмом теплопередачи в мантии Земли является конвекция, термический процесс, при котором нагревание на глубине заставляет материал расширяться и становиться менее плотным, заставляя его подниматься, замещая его холодным материалом, который тонет.
Это перемещает тепло из глубины на поверхность в очень эффективном цикле, поскольку материал, который поднимается, отдает тепло по мере того, как он поднимается и охлаждается, а материал, который опускается, нагревается только для того, чтобы в конце концов снова подняться. Конвекция является наиболее важным механизмом, с помощью которого Земля теряет тепло, наряду с другими механизмами, включая теплопроводность, излучение и адвекцию. Однако многие из этих механизмов работают вместе в тектоническом цикле плит. Мантийная конвекция переносит тепло из глубины мантии на поверхность, где выделяющееся тепло образует магмы, образующие океаническую кору.Ось срединно-океанического хребта является местом активной гидротермальной циркуляции и потери тепла, образуя черные дымовые трубы и другие жерла. По мере того, как кора и литосфера удаляются от срединно-океанических хребтов, они охлаждаются за счет теплопроводности, постепенно опускаясь (согласно квадратному корню из ее возраста) примерно с 1,5–2,5 миль (2,54,0 км) ниже уровня моря.
Таким образом, потеря тепла за счет мантийной конвекции является основным движущим механизмом тектоники плит, а движущиеся плиты можно рассматривать как кондуктивно охлаждающийся пограничный слой для крупномасштабных систем мантийной конвекции.
Тепло, переносимое на поверхность в результате конвекции, образуется в результате распада радиоактивных элементов с образованием таких изотопов, как уран-235, торий-232 и калий-40, остаточного тепла от первых выделяющих тепло изотопов, таких как йод-129, остаточного тепла от аккреции Земля, тепло, выделяющееся при формировании ядра, и тепло, выделяющееся при ударах метеоритов и астероидов. В начале истории планеты по крайней мере часть мантии была расплавлена, и с тех пор Земля охлаждается за счет конвекции.Оценить, насколько мантия остыла со временем, сложно, но разумные оценки предполагают, что мантия могла быть на пару сотен градусов горячее в самом раннем архее.
Поперечное сечение Земли, показывающее возможные режимы мантийной конвекции
Скорость мантийной конвекции зависит от способности материала течь.
Сопротивление течению представляет собой величину, измеряемую как вязкость, определяемую как отношение напряжения сдвига к скорости деформации. Жидкости с высокой вязкостью более устойчивы к текучести, чем материалы с низкой вязкостью.Текущая вязкость мантии оценивается в 1020–1021 Паскаль-секунд (Па/с) в верхней мантии и 1021–1023 Па/с в нижней мантии, значений, достаточных для конвекции мантии и завершения цикла опрокидывания. раз в 100 миллионов лет. Вязкость мантии зависит от температуры, поэтому мантия могла течь и конвективно опрокидываться гораздо быстрее в ранней истории Земли, что делало конвекцию еще более эффективным процессом и ускоряло скорость тектонических процессов.
Продолжающиеся в настоящее время дебаты и исследования касаются типа конвекции мантии Земли. Верхняя мантия относительно неоднородна и простирается до глубины 416 миль (670 км), где наблюдается выраженное увеличение сейсмических скоростей. Нижняя мантия более однородна и простирается до области, известной как D» (произносится как «ди-дабл-прайм») на высоте 1678 миль (2700 км), обозначая переход в жидкое внешнее ядро.
Одна школа мысли о мантийной конвекции предполагает, что вся мантия, включая верхнюю и нижнюю части, конвектируется как единое целое.Другая школа мысли утверждает, что мантийная конвекция состоит из двух слоев, при этом нижняя мантия конвектируется отдельно от верхней мантии. Разновидность этих моделей, которых в настоящее время придерживается большинство геофизиков, утверждает, что существует двухслойная конвекция, но что погружающиеся плиты способны проникать через 670-километровый разрыв сверху, и что мантийные плюмы, поднимающиеся из области D может проникнуть через 670-километровый разрыв снизу.
Формы, которые принимают конвективные ячейки мантии, включают множество возможных форм, которые в первом порядке отражаются распределением зон субдукции и систем срединно-океанических хребтов.Зоны субдукции отмечают области нисходящего движения, тогда как система хребтов отмечает широкие области апвеллинга. Вещество поднимается вверх в широкой плоской ячейке под Атлантическим и Индийским океанами и опускается вниз в околотихоокеанских зонах субдукции.
Считается, что под частью Тихого океана находится большой шлейфовый «супервелл», который питает восточно-тихоокеанское восточно-тихоокеанское поднятие. Мантийные плюмы, исходящие из глубин мантии, подчеркивают эту широкую картину конвекции верхней мантии, и их хвосты плюмов должны быть искажены течением в конвектирующей верхней мантии.
Реальные данные на разрезе Земли, показывающие движение глубинных плит породы в мантии. Тонущие плиты синие, мантия желтая, а поднимающаяся расплавленная порода красная. Тонущие плиты, в том числе одна (вверху слева), опускающаяся из Карибского моря, имеют ширину до 930 миль (1500 км) и проникают на расстояние до 1800 миль (2900 км) в область D на границе ядра и мантии. плиты могут быть обнаружены путем измерения времени прихода в точки по всему миру сейсмических поперечных волн, вызванных землетрясениями.Эти волны быстрее распространяются по плотным холодным камням, чем по теплым. (Стив Гранд, Техасский университет/Photo Researchers, Inc.
)
Характер мантийной конвекции в глубине геологического времени неясен. некоторые периоды, такие как меловой период, по-видимому, имели гораздо более строгую мантийную конвекцию и поверхностный вулканизм. Возможно, большее количество или разные типы или скорости мантийной конвекции помогли ранней Земле терять тепло более эффективно. некоторые компьютерные модели допускают периоды конвекции, в которых преобладают шлейфы, а в других преобладают опрокидывающиеся плоские ячейки, подобные современной Земле.некоторые модели предполагают циклические отношения, когда плиты объединяются в 670-километровом разрыве, а затем внезапно все погружаются в нижнюю мантию, вызывая огромный переворот мантии. Необходимы дальнейшие исследования по связыванию сохранившихся записей мантийной конвекции на деформированных континентах, чтобы помочь интерпретировать прошлую историю конвекции.
Конвергентные краевые процессы плит Структурные, магматические, метаморфические и седиментологические процессы, происходящие в регионе, подверженном влиянию сил, связанных с конвергенцией двух или более плит, сгруппированы под заголовком конвергентных краевых процессов плит.
Конвергентные границы плит бывают двух основных типов: зоны субдукции и зоны столкновения. зоны субдукции, в свою очередь, бывают двух основных типов, первый из которых обнаруживается там, где океаническая литосфера одной плиты опускается под другую океаническую плиту, например, на Филиппинах и Марианских островах юго-западной части Тихого океана. Второй тип зоны субдукции формируется там, где океаническая плита опускается под верхнюю континентальную плиту, например, в Андах Южной Америки. Конвергентная окраина южной Аляски особенно интересна, поскольку она фиксирует переход от конвергентной границы океан/континент к конвергентной границе океан/океан на Алеутских островах.
Дуги имеют несколько различных геоморфологических зон, определяемых в основном их топографическими и структурными проявлениями. Активная дуга представляет собой топографическое возвышение с вулканами, а задуговая область простирается от активной дуги в сторону от желоба и может заканчиваться более древней рифтовой дугой или континентом.
Преддуговой бассейн представляет собой, как правило, плоский топографический бассейн с мелководными и глубоководными отложениями, обычно отложившимися над более древними сросшимися отложениями и офиолитовым или континентальным фундаментом. Аккреционная призма включает приподнятые, сильно деформированные породы, соскобленные с опускающейся океанической плиты по серии разломов.Траншея может находиться на глубине от нескольких до шести миль (до 10 и более километров) ниже среднего уровня морского дна в регионе и отмечает границу между перекрывающей и поддвигающей плитами. Внешний склон желоба — это область от желоба до вершины изогнутой океанической коры, которая образует топографическое возвышение высотой от нескольких сотен до одной тысячи футов (несколько сотен метров), известное как передняя выпуклость на опускающейся плите.
Дно траншей имеет треугольную форму в профиле и, как правило, частично или полностью заполнено грау-вакке-сланцевыми турбидитными отложениями, образовавшимися в результате эрозии аккреционного клина.
Они также могут переноситься течениями вдоль оси желоба на большие расстояния, до сотен или даже тысяч миль (тысяч километров) от их конечного источника в приподнятых горах конвергентного орогена.
Флиш — это термин, который применяется к быстро отлагающимся глубоководным синорогенным обломочным породам, которые обычно представляют собой турбидиты. Траншеи также характеризуются хаотическими отложениями, известными как олистостромы, которые обычно состоят из обломков или блоков одного типа горных пород, таких как известняк или песчаник, смешанного с илистой или сланцевой матрицей.Они интерпретируются как обвальные или гигантские подводные оползневые отложения. Они обычны в траншеях из-за перекрутки откосов в клине. сросшиеся отложения могут также включать пелагические отложения, первоначально отложившиеся на погружающейся плите, такие как красная глина, кремнистый ил, кремни, марганцевые кремни, известковые илы и переносимая ветром пыль.
Отложения отлагаются в виде плоско залегающих турбидитовых пакетов, затем постепенно включаются в аккреционно-клиновой комплекс за счет складчатости и распространения разломов через траншейные отложения.
субдукционная аккреция — это процесс, при котором отложения, отложившиеся на нижележащей плите, нарастают на основание вышележащей плиты. Это вызывает вращение и подъем аккреционной призмы, что в целом представляет собой стационарный процесс, который продолжается до тех пор, пока траншейные отложения, содержащие наносы, продвигаются глубже в траншею. Как правило, новые разломы формируются и распространяются под более старыми, поворачивая старые разломы и структуры в более крутые положения по мере того, как новый материал добавляется к носку и основанию аккреционного клина.Этот процесс увеличивает размер господствующего аккреционного клина и вызывает омоложение в сторону моря в эпоху деформации.
Части океанического фундамента погружающейся плиты иногда соскабливаются и включаются в аккреционные призмы. Эти тектонические осколки обычно состоят из ограниченных разломами пластин базальтов, габбро и ультраосновных пород, и редко можно распознать частичные или даже полные последовательности офиолитов.
Эти офиолитовые осколки часто являются частью сильно деформированных поясов горных пород, известных как меланжи.Меланжи представляют собой смеси многих различных типов горных пород, обычно включающих блоки океанического фундамента или известняка в глинистой, глинистой, серпентинитовой или даже кремнистой матрице. Образовавшиеся в результате тектонического смешения множества различных типов горных пород, встречающихся в преддуговой дуге, меланжи являются одной из отличительных черт горных пород сходящихся границ.
Основные различия в процессах происходят в дуговых системах Андского стиля по сравнению с дуговыми системами Марианского типа. Дуги андского типа имеют неглубокие траншеи глубиной менее 3,7 миль (6 км), тогда как дуги марианского типа обычно имеют глубокие траншеи, достигающие 6.8 миль (11 км) в глубину. большинство дуг андского типа субдуцируют молодую океаническую кору и имеют очень малоглубокие зоны субдукции, тогда как дуги марианского типа субдуцируют старую океаническую кору и имеют крутопадающие зоны Беньофа.
Андские дуги имеют задуговые области, в которых преобладают форландские (ретродуговые) складчатые надвиговые пояса и осадочные бассейны, тогда как дуги марианского типа обычно имеют
задуговых бассейнов, часто с активным спредингом морского дна. Андские дуги имеют толстую кору до 43,5 миль (70 км) и сильные землетрясения на доминирующей плите, в то время как дуги Марианского типа имеют тонкую кору, обычно всего 12.5 миль (20 км) и сильные землетрясения на нижней плите. Андские дуги имеют только редкие вулканы, и они имеют магмы, богатые sio2, такие как риолиты и андезиты. Более распространены плутонические породы, а фундаментом является континентальная кора. В дугах марианского типа есть много вулканов, которые извергают лаву с низким содержанием кремнезема, обычно базальта, и построены на океанической коре.
Многие дуги являются переходными между андскими или континентальными окраинными типами и океаническими или марианскими типами, а некоторые дуги имеют большое количество сдвиговых движений.
Были исследованы причины этих вариаций, и было установлено, что скорость конвергенции мало влияет, но наибольшее влияние, по-видимому, оказывают относительные направления движения и возраст субдуцированной океанической коры. В частности, старая океаническая кора имеет тенденцию опускаться до точки, где она имеет почти вертикальное падение, перекатываясь через вязкую мантию и увлекая за собой дуговые и преддуговые области вышележащих дуг марианского типа. Этот процесс способствует формированию задуговых бассейнов.
Большая часть вариаций процессов, происходящих в сходящихся краевых дугах, может быть связана с относительными векторами конвергенции между основной и нижней плитами. В этом кинематическом подходе к моделированию конвергентных краевых процессов нижняя пластина может сходиться под любым углом с основной пластиной, которая сама движется к траншее или от нее. поскольку активная дуга представляет собой поверхностное выражение изобаты 68 миль (110 км) на погружаемой плите, дуга всегда будет оставаться на высоте 68 миль (110 км) над этой зоной.
Таким образом, дуга разделяет две части перекрывающей плиты, которые могут перемещаться независимо, в том числе переднюю полосу дуги между дугой и канавкой и основную часть перекрывающей плиты. Отрез лобовой дуги в большинстве случаев кинематически связан с нисходящей плитой и движется параллельно краю плиты в направлении, содержащем косую составляющую движения между нисходящей и опережающей плитой. Различные относительные углы конвергенции между основной и основной плитой определяют, будет ли дуга иметь сдвиговые движения, а величина, на которую погружающаяся плита откатывается назад (которая зависит от возраста), определяет, оторвется ли передняя часть дуги от дуги. и заставляет задний дуговой бассейн открываться или нет.Эта модель помогает объяснить, почему некоторые дуги являются дугами растяжения с большими задуговыми бассейнами, другие имеют системы с преобладанием сдвигов, а третьи представляют собой дуги исключительно сжатия. Конвергентные окраины также показывают изменения этих векторов и последующих геологических процессов во времени, часто быстро переключаясь с одного режима на другой с изменениями параметров погружающейся плиты.
В термической и флюидной структуре дуг преобладают эффекты опускающейся плиты, которая намного холоднее окружающей мантии и охлаждает преддугу.Жидкости, высвобождаемые из плиты, когда она опускается на 68 миль (110 км), способствуют частичному плавлению вышележащей мантии и генерируют магмы, образующие дугу на доминирующей плите. Эта широкая термическая структура дуг приводит к образованию парных метаморфических поясов, где метаморфизм в среде желоба градируется от холодного и низкого давления на поверхности до холодного и высокого давления на глубине, тогда как дуга регистрирует низко- и высокобарические. барическая высокотемпературная метаморфическая фациальная серия. Одним из отличительных типов горных пород, встречающихся в траншейных средах, являются необычные фации голубых сланцев с высоким давлением и низкой температурой в зонах палеосубдукции.Присутствие минералов-индикаторов глаукофана (натриевый амфибол), жадеита (натриевый пироксен) и лоусонита (Ca-цеолит) указывает на то, что низкие температуры простираются на глубину 12–20 миль (20–30 километров) (7–10 килобар).
[кб]). Поскольку эти минералы нестабильны при высоких температурах, их присутствие указывает на то, что они образовались в низкотемпературной среде, а охлаждающий эффект погружающейся плиты предлагает единственную известную среду для поддержания таких низких температур на глубине Земли.
Преддуговые бассейны могут включать скопления осадков толщиной в несколько километров, отложившиеся в ответ на опускание, вызванное тектонической нагрузкой или термическим охлаждением преддуг, построенных на океанической литосфере.Великая долина Калифорнии представляет собой преддуговой бассейн, сформировавшийся на океанической преддуговой коре, сохранившейся в офиолитовых фрагментах, найденных в центральной Калифорнии, а залив Кука на Аляске представляет собой активный преддуговой бассейн, образованный перед вулканической дугой Алеутского и Аляскинского хребтов.
Породы в активных дугах обычно включают несколько различных фаций. Вулканические породы могут включать субаэральные потоки, туфы, спаянные туфы, вулканокластические конгломераты, песчаники и пелагические породы.
Обычны потоки мусора с вулканических склонов, и могут присутствовать обильные и толстые скопления пепла, отложенного ветрами и выброшенного плинианскими и другими колоннами извержений.Вулканические породы в дугах включают в основном известково-щелочные серии, демонстрирующие раннее обогащение расплава железом, обычно включающие базальты, андезиты, дациты и риолиты. Незрелые островные дуги сильно смещены в сторону извержения на мафическом конце спектра и могут также включать толеитовые базальты, пикриты и другие вулканические и интрузивные серии. Более зрелые континентальные дуги извергают больше кислых пород и могут включать крупные кальдерные комплексы.
Относительные векторы движения по дугам.Изменения в относительных движениях могут привести к резкому изменению геологии дуги. Vu = скорость опорной плиты; Vo = скорость перекрывающей пластины; Vb = вектор скольжения между дублирующей и поддерживающей пластинами; Vg = скорость погружения; Vr = скорость отката. Обратите внимание, что Vu sin a = скорость нисходящего компонента субдукции, а Vr = Vg cot 8.
Покрытая снегом гора Фудзи в Японии — классический активный сходящийся краевой вулкан (изображения AP)
Задуговые и окраинные бассейны формируются за дугами растяжения или могут включать куски океанической коры, захваченные в результате образования новой дуги на краю океанической плиты.В юго-западной части Тихого океана обнаружено множество тыловых дуг растяжения, тогда как Берингово море между Аляской и полуостровом Камчатка считается частью океанической коры, захваченной во время формирования Алеутской гряды. Расширенные задуговые бассейны могут иметь океаническую кору, образовавшуюся в результате спрединга морского дна, и эти системы очень напоминают центры спрединга, обнаруженные на границах расходящихся плит. Геохимические признаки некоторых лав показывают некоторые тонкие и некоторые не очень тонкие различия, однако вода и летучие вещества играют более важную роль в образовании магм в средах задуговой надсубдукционной зоны.
Дуги сжатия, такие как Анды, имеют высокие горы, достигающие высоты более 24 000 футов (7 315 м) на обширных территориях.
У них мало или совсем нет вулканизма, но много плутонизма, и обычно под ними есть неглубоко падающие плиты. Дуги сжатия андского типа характеризуются толстой континентальной корой с сильными землетрясениями сжатия и показывают ретродуговой бассейн форландского типа в тыловой области дуги. некоторые сегменты дуги сжатия не имеют аккреционных преддуг, но демонстрируют субдукционную эрозию, во время которой материал разрушается и соскабливается с доминирующей плиты и утягивается в зону субдукции.Анды демонстрируют замечательные вариации процессов и тектонических стилей вдоль простирания с резкими границами между различными сегментами. Эти вариации, по-видимому, связаны с субдукцией и векторами движения плит. В областях, где нисходящая плита имеет крутые провалы, основная плита состоит из вулканических пород; в районах мелкой субдукции вулканизм отсутствует.
Продолжить чтение здесь: Столкновения
Была ли эта статья полезной?
.