7.4 Теплофизические свойства

Тепловое состояние земных недр является первопричиной многих геологических процессов.

Теплофизические параметры определяются следующими формулам:

теплопроводность

l = q/grad T,

где q – плотность теплового потока; grad T – температурный градиент;

удельная теплоёмкость

c = Q/m(T2 – T1),

где Q – количество теплоты; m – масса тела; Т – Т – разность температур, на которую изменяется температура тела массой m при подведении к нему количества теплоты Q;

температуропроводность

a =l /cs,

где cs - объёмная теплоёмкость [Дж/(м3*К)].

Параметром теплового поля земли, который можно непосредственно измерить, является плотность теплового потока

q = Q/St,

где S – площадь изотермической поверхности ; t – время.

В геологических исследованиях плотность теплового потока Земли находится из уравнения Фурье:

q = -l grad T,

Коэффициенты теплового линейного и объёмного расширения определяются соответственно формулами

a = (LT – L0)/L0;

b = (VT – V0)/V0,

где LТ и L0 – длина тела соответственно при температуре T и 00; VТ и V0 – объём тела соответственно при температуре T и 00.

Метаморфические породы (скарны, кварциты, гнейсы, мраморы, роговики и др.) имеют высокую теплопроводность (для скарнов lср =2,31 Вт/(м×К)), что связано с наличием у этих образований плотных кристаллических структур с низкой пористостью и широким развитием метаморфических минералов (андалузита, ставролита). Диапазон изменения теплопроводности метаморфических пород значителен - 0,55-76 Вт/(м×К). Стандартное отклонение теплопроводности метаморфических пород несколько выше, чем осадочных, и более чем в 3 раза превышает таковое для интрузивных пород. В полиминеральных метаморфических образованиях теплопроводность ниже, чем в мономинеральных метаморфических породах, как это видно на примере чарнокитов и гранито-гнейсов (Хср=1,3и 2 Вт/(м×К) соответственно). Продукты контактового метаморфизма отличаются повышенной теплопроводностью. Теплопроводность пород из зон гидротермального метасоматизма близка к теплопроводности продуктов регионального метаморфизма. Метаморфические породы имеют высокую теплоемкость, максимальными значениями ее характеризуются роговики - 1480 Дж/(кг×К). Средняя теплоемкость у метаморфических пород выше, чем у магматических.

7.5 Ядерно-физические (радиоактивные) свойства

Естественная радиоактивность пород обусловлена наличием в их составе либо минералов, содержащих радиоактивные элементы (уран U, торий Th, радий Ra), либо радиоактивных изотопов калия K40.

Кроме того, ряд минералов обладает способностью адсорбировать из окружающей среды радиоактивные элементы и изотопы (глины, глинистые сланцы).

Величина радиоактивность горных пород оценивается параметром горной радиоактивности R – количеством распадающихся в одну секунду атомов в килограмме вещества.

Содержание урана и тория в метаморфических породах, образующихся за счет метаморфизма вулканитов основного состава, является повсеместно низким и не зависит от фаций метаморфизма.

В целом в метаморфических породах – продуктах регионального динамотермального и контактового метаморфизма содержание урана и тория различно лишь для образований, метаморфизованных в условиях амфиболитовой, эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой фаций. В продуктах более высоких ступеней метаморфизма содержание радиоактивных элементов практически выравнивается во всех типах пород. Процессы ультраметаморфизма и метасоматоза приводят к увеличению содержания урана и тория. При этом среди продуктов ультраметаморфизма и метасоматоза выделяются образования с резко пониженным (<1) и аномально высоким (>10-20) торий-урановым отношением.

Список литературы

ü Белоусова О.Н., Михина В.В., Общий курс петрографии, “Недра”, М, 1972

ü Дортман Н.Б., Физические свойства горных пород и полезных ископаемых, “Недра”, М, 1984

ü Ермолов В.А., Попова Г.Б., Мосейкин В.В. и др., Месторождения полезных ископаемых: учебник для вузов, “МГГУ”, М, 2001

ü Ершов В.В., Геология и разведка месторождений полезных ископаемых, “Недра”, М, 1989

ü Жариков В.А., Метасоматизм и метасоматические породы, “Научный мир”, М, 1998

ü Павлинов В.Н., Михайлов А.Е., Кизевальтер Д.С. и др., Пособие к лабораторным занятиям по общей геологии, “Недра”, М, 1988

ü Попов В.С., Богатиков О.А., Петрография и петрология магматических, метаморфических и метасоматических горных пород, “Логос”, М, 2001