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增温層

鎖定
增温層有兩種概念,如下:
①對於大氣層來説,增温層是指中氣層頂以上温度再度升高的區域。
②根據地表以下地熱的來源和温度分佈,由地表向地下,可將地殼分為變温層恆温層和增温層。增温層又稱內熱帶,是指地球表面以下完全受控於地球的內熱活動,温度隨深度的增加而增加的地帶。
中文名
增温層
外文名
increasing zone of subsurface temperature
又    稱
內熱帶、電離層
釋    義
温度隨深度的增加而增加的地帶
表述方式
地温梯度地熱增温級
兩種類別
大氣增温層、地殼增温層

增温層概念

增温層有兩種概念,如下:
①對於大氣層來説,增温層是指中氣層頂以上温度再度升高的區域。 [1] 
②根據地表以下地熱的來源和温度分佈,由地表向地下,可將地殼分為變温層恆温層和增温層。增温層又稱內熱帶,是指地球表面以下完全受控於地球的內熱活動,温度隨深度的增加而增加的地帶。一般地説,温度是穩定地向着地球中心的方向遞增的。一般每增加100米,温度升高3℃。但到一定的深度後,增温的速度減緩。 [2] 

增温層大氣增温層

在增温層內N2、O2、O吸收波長非常短的太陽輻射(<0.1μm),因為空氣稀薄,空氣分子易於此產生光電離作用,使得空中自由電子頗為豐富,故也稱為電離層
由於空氣稀薄,只要吸收一點能量,温度就變得很高(可達數千度),這裏的温度變化與太陽黑子的活動關係密切,當太陽平靜時,此層可伸展至400 km高度,而在太陽活動期間更可達500km上下,由於電離子會吸收、反射電訊,所以電離層受太陽黑子活動的狀況影響很大,當太陽黑子活動劇烈頻繁時,地球上長程通訊及雷達作業即受其相當嚴重的影響。這是因為氧原子強烈吸收波長小於0.175μm的太陽短波輻射而升温的緣故。此時的氣温會因高度而迅速上升,有時甚至可以高達2000℃。增温層的上方是從距離地面500至1000 km開始的外氣層,那裏的大氣層會與外太空接壤。縱然少數的空氣粒子甚至可以到達2500℃高温,但卻不會感受到温暖,一般的温度計也只會量度到攝氏零度以下。這是因為分子之間的距離太遠的原因。
到達於離地表85公里以上的高空,在這樣的高度,剩餘的大氣氣體會根據分子量而分層。增温層的空氣極為稀薄,本層質量僅佔大氣總質量的0.5%。在120公里高度以上的空間,空氣密度已小到聲波難以傳播的程度,在270公里高度上,空氣密度約為地面空氣的百億分之一,在300公里的高度上,空氣密度只及地面密度的千億分之一,再向上空氣就更稀薄了。
增温的大氣分子吸收了因太陽的短波輻射及磁場後其電子能量增加,當中一部份進行電離。這些電離過的離子與電子形成了電離層。電離層又分為E層(90~160 km)、F1層(180~200 km)、F2層(大於250 km)三層。而因季節變化更會出現突發性E層(Es層,約100 km)。電離層可以反射無線電波,因此它又被人類利用進行遠距離無線電通信。在高緯度地區因磁場而被加速的電子會順勢流入,與增温層中的大氣分子衝突繼而受到激發及電離。當那些分子恢復回原來狀態的時候,就會產生髮光現象,此稱為極光 [1] 

增温層地殼增温層

關於地球內部地熱的來源有多種假説,比較公認的是地球內部放射性元素蜕變放熱和地幔熱對流傳播;其次是地球轉動能轉變、化學反應熱、結晶熱和重力分異熱。此外,在火山活動地帶地温較高,其熱源主要來自和火山活動有關的岩漿。 [3] 
增温層是常温層以下的地球內部,熱量主要來源於地球內部放射性元素蜕變。地球的温度隨深度的增加而逐漸增高,有兩種表述方式:
地温梯度是指温度隨深度的改變率。地球的平均地温梯度為3℃/m,海底的平均地温梯度為4~8℃/m,大陸的平均地温梯度為0.9~5.2℃/m。世界的不同地區,地温梯度有很大的不同,大陸中地温梯度最大的在美國的俄勒岡州,地温梯度為150℃/km,最小的則在南非,地温梯度僅為6℃/km,大多數地區的地温梯度值在20~50℃/km的範圍之間變化。
②地温深度或地熱增温級
地温深度或地熱增温級指在常温層以下,温度每升高1℃所需的深度。地温梯度和地温深度二者互為倒數。如果某地的地温梯度為5℃/100m,那麼其地温深度為20m/℃。但地温梯度僅適於淺部地殼不適於深部。如按100m增温2.5℃計算,地心可達160000℃。據此有人認為地心是空心的(氣態或液態),這與地震波橫波可以通過地球內部主體部分的事實不符。
比較公認的推算結果:莫霍面附近地温400~900℃;岩石圈底面附近温度約在1100℃;地幔內温度範圍為1000~3500℃;地核內温度為4000~6000℃。 [4] 
地熱對煤礦生產有很大影響,尤其是採掘工作進入較深水平時,應充分考慮地熱問題。主要原因在於井下温度過高,會直接影響一線工人的身體健康,影響生產效率和安全生產。因此,我國於2007年頒佈了《煤礦井下熱害防治設計規範》圍家標準,編號為GB50418—2007,自2007年12月1日起實施。
我國一些礦井主要採取冰和水製冷降温系統,加大送風量,增大巷道斷面,加大通風巷道的修護力度,減少通風阻力,保證充足的風量等措施,以降低工作面的温度。雖然地熱對礦井生產有害,但它也是一種可以利用的廉價資源。地熱開發和利用越來越受到相關部門的重視。 [5] 
大陸地熱資源分佈很不均勻,中生代褶皺帶(相當於環太平洋帶)和新生代喜馬拉雅褶皺帶(相當於地中海喜馬拉雅帶)是兩條著名的地熱帶,也是世界著名的地震、火山活動帶。地熱流值或地温梯度高於平均值的地方稱地熱異常區,常有温泉、熱泉、沸泉或噴氣孔,有時還會形成熱水湖。所有這些可以直接或間接被人們利用。 [6] 
參考資料
  • 1.    鄭師中編著.氣象學:氣候變遷與災變天氣:合記圖書出版社,2013:18
  • 2.    地質礦產部《地質辭典》辦公室編輯.地質辭典 四 礦牀地質 應用地質分冊.北京:地質出版社,1986:284
  • 3.    北京市科學技術協會主編;北京地質學會,北京市地質礦產勘查開發局編著.探秘地球的往世今生.北京:北京出版社,2015:99
  • 4.    錢建平編著.基礎地質學教程.北京:地質出版社,2014:27
  • 5.    何保主編;張亞明副主編.遠程教育“十二五”規劃教材 煤礦地質學:東北大學出版社,2013:5
  • 6.    王數,東野光亮主編.地質學與地貌學教程 第2版:中國農業大學出版社,2013:13