海底热流是指来自地球内部的在海底表层散射的一种热流。地球的热场是重要的地球物理场之一。某一区域的热流值是通过求得岩石的导热率和地温梯度的乘积得出。
中文名:
海底热流
外文名:
hydrothermal
定义:
地球的热场是重要的地球,物理,场
属性:
在海底表层散射的一种热流
来源:
地球内部放射性元素衰变

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简介

热流值单位是微卡/平方厘米·秒,指每秒钟从地下通过每平方厘米面积的地面所释出的热。海底热流的测量开始于1948年,首先由美学者E·布拉德设计了海底热流计用来测量海底热流。经测定发现,海底热流的平均值与陆地热流的平均值几乎完全相等,都是1.5左右热流单位,但两者的来源不同。陆地、热流主要来自地壳中的放射性热,而海底热流则主要来自地幔深部的热。海底热流量在各地貌单元上不同,如在洋中脊处热流值高,而在海沟处的热流值低。海底扩张和板块构造学说提出以后,认为海底热流是从洋中脊脊部向两侧呈有规律地降低,这也说明海底热流随着大洋底部岩石圈年龄的变老而降低。所以,海底热流自洋中脊脊部向两侧降低的分布规律,与扩张着的洋底的岩石圈冷却作用有关。

分布

地球内部是一个巨大的热量库,它的热量主要来源于地球内部放射性元素衰变。热量不断地流出地表,这种微小热量是可测量的,这种热量称为热流,以每秒流过每平方厘米面积上的微卡数HFU来表示。50年代,爱德华。布拉德(Edward Bullard)发明了一种热流探针,这种探针可以下到海底,穿入海底层测量温度梯度。测量的结果令人吃惊,通过太平洋洋壳由地球内部释放的热流比预期值高10倍,几乎与大陆热流相当。而大洋中脊的热流值更高,海沟处则比正常值低,这种热流分布体制表明,热流应是从大洋中脊上升,在海沟处下降。由温差导致的热应力引起对流是常识,但人们习惯中很难想象地幔内的固态物质也能像液体一样对流。然而实验表明,固态物质在高温高压或长时间的应力作用下,也具有塑性。冰川期后的地壳均衡调整就是固体地球内部蠕变的实例。地球内部的地核温度高于4000摄氏度,赫斯认为高温熔融核心的热发散必将在地幔内导致热对流。

测量

测定海底热流量的一种地球物理方法。从地球内部穿过地壳来到地表的热量,称为地热流。在物理上将地球看成温度变化场,用每秒钟通过单位面积的热量来表示热流量。它是向量,可以表示成
Q=KgradT
即热流量Q为岩石的热传导率K和温度梯度gradT 的乘积,其单位为微卡/(厘米2·秒),简写成HFU。1HFU=41.87毫瓦/米2。在地球表面,由于海陆有很大差异,在海洋地区和大陆地区,所使用的测量手段和方法也不同,从而有海底热流测量和陆地热流测量之分。深海底层水的温度不随季节变化,所以在洋底测定热流值,没有必要穿透太深。而且海底沉积物的热传导率K 可以看成是各向同性的。这样,只要在海底表层不同深度上测定温度差,并取得海底沉积物样品以测定热传导率K,就可以求得热流量Q。

海底热流值

大洋的热流量

在世界大洋地区热流的平均值为1.64±1.11HFU。太平洋的平均热流值(1.78±1.15HFU)高于大西洋(1.34±0.88HFU)和印度洋(1.54±1.18HFU),这个情况说明太平洋的热活动性和构造活动性强。

大洋洋脊的热流量

大洋中高热流值区分布于大洋洋脊附近。东太平洋洋脊的热流平均值为2.26±1.71HFU,其脊轴两侧存在着两个宽50~90公里的异常高热流带,其间被宽100~150公里的高热流带所隔开,再向外为低热流带。高热流的大洋洋脊有浅源地震活动和条带状磁异常的存在。不伴有地震活动的海岭如皇帝海岭等处(热流值为1.15±0.32HFU)则没有发现高热流带。大西洋中脊上有高于两侧盆地的热流值。雷克雅内斯洋脊上有两个热流峰值,与脊峰上的中央裂谷两侧地形相对应,并有条带状磁异常伴生。印度洋洋脊的热流值也高于平均值。

海沟的热流量

海沟地区的热流值一般为低值(小于1HFU),例如秘鲁-智利海沟、千岛海沟、汤加-克马德克海沟、新赫布里底海沟、日本海沟、琉球海沟、伊豆-小笠原海沟和马里亚纳海沟等。但在雅浦海沟和帛琉海沟却观测到高热流值,而中美海沟和爪哇海沟则是既有高热流值,又有低热流值的混合型。阿留申海沟的中部呈低热流值,而东部为高热流值。因此,一般地说,低热流值与俯冲带直接有关,而高热流值则受到新生代火山活动的影响。

深海盆的热流量

比各大洋的平均值低,太平洋为1.59±1.01HFU,大西洋为1.24±0.36HFU,印度洋为1.41±0.79HFU,其中以太平洋为高。深海盆自由空间重力异常近于零,几乎没有地震活动,与大洋洋脊和海沟相比属于构造活动稳定的地区。
尽管已经取得相当数量的海底热流资料,并以此为依据进行了深入的讨论,但海底热流测量的数据毕竟还不多,而且在一些具有重要构造意义的地区,如海沟地区(总共有39个测点)的测量也进行得很不够。这是因为海沟形状狭长,水深很大,对设备和技术的要求较高。随着观测和研究的深入,海底热流量的设备和技术将会进一步完善,在提高测量质量的同时,将大量增加观测的数量,特别是在一些有重要意义的地区。

热流异常

地球是一个不断向外散发热量的球体。地球表面热流量的平均值在不同地区是不一样的。从各地热流测定的数值可以得出地表平均热流是1.2微卡/平方厘米。秒,洋底热流平均值是1.3微卡/平方厘米。秒,而大洋中脊的热流一般可达3微卡/平方厘米.秒,少数地方可达10微卡/平方厘米。秒以上。这说明必定有热物质从地幔进入大洋中脊。事实上也正是如此,见照片《中洋脊冒出的熔岩》这张照片记录了水下熔岩的模样。枕状熔岩呈圆形,因为熔岩在海水中很快冷却。这个岩流位于南大西洋中洋脊西坡2650米深的水底。更让人惊异的是,“阿尔文”深水潜艇在北大西洋中脊看到的奇观。在深3000米左右的中洋脊大裂谷底部,在探照灯的照射下,科学家们看到屹立在海底的一个个高2-3米的“烟囱”,“烟囱”口还一股股的冒着“浓烟”。探险队员不敢贸然闯入,机械手用测温传感器一测,“浓烟”竟是高达360多度的海水!幸亏没有进入这超高温的“汤”中,不然后果不堪设想。更有意思的是在这暗无天日的海底,在“烟囱”附近生活着大量的耐热细菌。这些细菌又养活着许多线虫和其它海水生物。这是一个与地球上其它地区生命形态不同的另一种生命部落。生命的诞生与循环不一定非要太阳不可。
与中洋脊的热流大量涌出截然相反,在深海沟地区,地热流的强度还不及平均值的1/10,象太平洋沿岸的阿卡普尔科海沟。这说明海沟地点的洋壳下拽阻碍了热流的上升。

研究简史

陆地热流测量始于1939年,是由A.E.本菲尔德在南非大陆上所做的测定。而海底热流测量则较晚,始于50年代初。1950年,A.马克斯韦尔在3米长尖头钢管(直径4.2厘米)的不同部位放置温度传感器,上端附有耐压容器放置记录器作为探针测量дTz,并用采样器取得海底沉积物样品测定K。1954年,E.C.布拉德作成的海底温度梯度探针长3~5米,直径2.5~4.0厘米,用热电偶测量。1962年,R.杰勒德等设计出采样器与温度梯度探针联合在一起的热流测定器,也称为尤因型热流测定器,使测量工作趋于简便。海底热流测量虽较陆地晚,但世界上的热流测定数据中,来自大洋底的却占90%(1968)。这主要是由于海底热流测量容易选择测点,而测量时间也较短的缘故。

分布特征

海底热流值不仅与地球的热活动有关,而且也是构造活动的一个指标。海底大地形是构造运动的直接反映,因此不同的海底地形单元有着不同的热流值特征。

相关资料

太平洋海底热流出口发现水母新物种
科学家们在靠近哥斯达黎加的太平洋海域发现一处喷发着铁暗色热流的矿物烟囱口吸引了珍稀的海洋生物。
这个喷射口位于海面以下8500英尺,是由美国人领导的探险队在勘探一段海底火山脊时发现的。
探险队成员来自于美国杜克大学、新罕布什尔大学、南卡罗莱纳大学和佛罗里达大学以及伍兹霍尔海洋研究所,他们将这处新发现命名为“Medusa热流出口”,探险队的负责人、杜克大学地质学教授EmilyKlein表示:之所以如此命名,是因为这个冒烟口被大量的细长的管状蠕虫缠绕着,这让人不仅想起了希腊神话中长有蛇发的令人恐怖的女妖——Medusa。
这个烟囱口附近也出现了象钟一样的粉色水母,新罕布什尔州大学地球科学教授KarenVonDamm表示:这种水母十分珍贵,可能是一种特别的物种,因为以前从未有人见过这种颜色的水母。

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