Загальні дані
Сонце є джерелом тепла і світла на Землі. Воно випромінює в світовий простір величезна кількість енергії, частина якої перехоплює земля. Кількість тепла, що дається сонцем, досить для того, щоб розплавити щорічно шар льоду потужністю в 36 м, що покриває всю земну поверхню при t = 0 °. Інші джерела енергії є нікчемною. Місяць і зірки нам посилають дуже мало тепла. Власна теплота землі надає нікчемне дію на температуру земної поверхні і прилеглих шарів атмосфери. 1 кв. см земної поверхні отримує завдяки їй тільки 54 м кал на рік, що становить близько 1/5000 частки тепла, що посилається сонцем. Нагрівання Землі, отже, відбувається, головним чином, від Сонця.
Фізичне опис сонячної енергії
Вся сукупність сонячної енергії (від інфрачервоних до ультрафіолетових променів), що посилається сонцем, називається сонячною радіацією. Загальна кількість тепла, отриманого від сонця в 1 хвилину 1 кв. см вичерненной поверхні, поставленої перпендикулярно (нормально) до сонячних променів, називається напругою сонячної радіації. Воно виражається в малих калоріях і позначається буквою I. Величина інсоляції. тобто тієї кількості теплоти і світла, яке виходить від сонця в одиницю часу, наприклад в одну хвилину, одиницею поверхні, вимірюється особливими приладами - актинометр. і піргеліометра. Інтенсивність інсоляції змінюється в залежності від наступних умов. По-перше, вона залежить від відстані землі від сонця. Як відомо з фізики, напруга променевої енергії змінюється обернено пропорційно квадрату відстані від джерела світла і тепла.
По-друге, величина інсоляції залежить від кута падіння променів і прямо пропорційна синусу кута, що складається падаючим променем з поверхнею землі. Чим ближче цей кут до прямого, тим більше промені дають тепла і світла. Якщо пучок променів падає вертикально, то він дає максимум тепла і світла, а якщо горизонтально, то він зовсім не дає тепла. Кількість тепла, що отримується 1 кв. см горизонтальній поверхні, на підставі законів фізики, дорівнює кількості тепла, одержуваного 1 кв. см поверхні, спрямованої перпендикулярно до променів, помноженому на синус кута, утвореного променями з горизонтальною поверхнею. Третім фактором є тривалість нагрівання. Два останніх фактора мають особливо велике значення. У різних місцях і в різні пори року визначалася величина сонячної інсоляції, і з цих визначень спробували вивести і величину сонячної постійної, тобто кількості енергії, одержуваної в хвилину при вертикальному падінні променів 1 кв. см чорної поверхні, що знаходиться за межами атмосфери, тобто коли промені абсолютно не затримуються останньою. Довгий час приймалося визначення Лангдея, який вирахував, що сонячна постійна дорівнює 3 м кал (м. Кал - кількість тепла, що потрібне для нагрівання 1 г води на 1 °). За останні роки точні спостереження американських астрофізиків і інших учених в різних країнах показали, що сонячна постійна в середньому дорівнює 1,94 м кал / кв. см хв. Ця сонячна постійна однак, не залишається постійною і змінюється, по-перше, у зв'язку зі зміною відстані землі від сонця і, по-друге, у зв'язку з коливаннями в самій радіації, що випускається сонцем. Під час найменшої відстані землі від сонця (близько 147 млн км) приплив сонячної енергії на зовнішню межу атмосфери повинен бути на 6,7% більше, ніж в момент найбільшого видалення (близько 152 млн км). Що стосується другої причини, що впливає на коливання величини сонячної постійної, то помічено, що в роки з великою кількістю сонячних плям, коли поверхня сонця знаходиться в найбільш активній стані, сонячна постійна збільшується приблизно на 2% в порівнянні з роками мінімального розвитку плям.
Bходит в атмосферу. сонячна радіація частиною поглинається і розсіюється, так що до поверхні землі досягає лише решта. Коли сонце перебуває в зеніті, шлях сонячної радіації через атмосферу найбільш короткий. Коефіцієнт прозорості зменшується при збільшенні вмісту в повітрі пилу, водяної пари (абсолютної вологості) і вуглекислого газу. Так як взимку менше пилу і внаслідок низької температури абсолютна вологість мала, то прозорість повітря більше, ніж влітку. У земної поверхні розрізняють пряму сонячну радіацію і розсіяну. Розглянуті вище формули відносяться до прямої сонячної радіації. Чим нижче сонце і, отже, довше шлях сонячної радіації в атмосфері, тим більше розсіюється променів. У похмуру погоду в тіні ми маємо справу з розсіяною сонячною радіацією. При цьому потрібно не забувати, що до неї завжди додається радіаційний хмар і навколишніх предметів (невидима інфрачервона теплова радіація).
Величина інсоляції зазнає як добове зміна, так річне: зміна добове походить від обертання землі навколо осі причому зрозуміло, що при сході сонця промені його падають спочатку в площині горизонту, а потім, коли сонце піднімається все вище і вище над горизонтом, то і промені його падають під великим і великим кутом, і внаслідок цього інсоляція зростає до 12 годин пня, а потім починає зменшуватися. Крім добової періодичності, існує ще річна, так як, окрім обертання навколо своєї осі, земля рухається ще навколо сонця, причому вісь землі поставлена нe вертикально по відношенню до екліптики (тобто шляху, по якому рухається земля), а похило під кутом в 66 ° 33 '.
Енергія підземних джерел
Загальні дані
Оцінка температури в надрах Землі
Оскільки мантія Землі по відношенню до сейсмічних хвилях поводиться як тверде тіло, то за верхню межу температури зазвичай беруть кордон температур плавлення. Температура плавлення силікатів, що становить мантію, на кордоні ядро-мантія, становить приблизно 5000К при тиску 1,4 млн бар. Земне ядро знаходиться в розплавленому стані. Воно, в основному, складається з заліза, температура плавлення якого при тиску 1,4 млн бар становить 4600 К. Температуру в центрі ядра Землі оцінюють в 6000 К.
Тепловий потік визначають як на суші, так і на морі. Вимірювання показали, що величина теплового потоку залежить від геології регіону. У найбільш древніх регіонах, наприклад, на докембрійських щитах тепловий потік складає 0.92 мккал / смс, а в вулканічних областях, виключаючи геотермальні райони, 2,16 мккал / смс. На океанах найбільший тепловий потік спостерігається на підводних хребтах, а найменший - в глибоководних жолобах. Нерозгадана таємниця Однією з загадок природи геофізики вважають приблизна рівність теплових потоків на океанах і континентах, хоча товщини земної кори відрізняються значно. Середнє значення теплового потоку на континентах становить 1,55, а на океанах 1,50 мккал в секунду з квадратного сантиметра. Існує кілька гіпотез, що пояснюють це явище. Пояснюють або ступенем диференціації радіоактивних елементів або конвекцією у верхній мантії. Хоча до кінця це питання залишається вивченим.