Файл: Лабораторная работа 4 По дисциплине Разведочная геофизика Тема " Исследование структуры экспериментального сигнала с прогнозом ".docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 37
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
кг/л, где a – объём озера в литрах. Тогда при разбавлении проточным водотоком втекает и вытекает b литров воды. Следовательно, концентрация разбавления будет составлять 
кг/л.
Так как разбавление связано с уменьшением концентрации соли в воде, то скорость изменения концентрации будет равна обратному значению разбавления
Скорость – это изменение количества вещества x за определённое количество времени t, что можно выразить как
, где dx – это изменение количество вещества, а dt – течение времени. Это значит, чтобы выразить изменение количества концентрации токсичной соли в водоёме с течением времени, необходимо скорость изменения концентрации выразить как отношения dx/dt. В итоге мы получаем закон, по которому изменяется содержание вредных солей в воде:
Предположим, что озеро – это чаша, с постоянным объёмом, который обозначен как «a». Тогда проточный ручей переполняет эту чашу с одной стороны, выливая тот же объём из переполненной чаши с другой стороны. Усложнение задачи вызвано погодными изменениями, когда проток полностью замерзает. Следовательно объём озера перестанет увеличиваться на величину b литров. Значит объём озера a=const.
Тогда в зимний сезон, концентрация токсичных солей будет протекать по следующему закону:
Перенесём величину x влево, а величину dt вправо, для составления уравнения:
Выполним интегрирования для определения константы, где С – постоянная интегрирования.
Природа собственного теплового излучения
Нагретые объекты излучают энергию не только в инфракрасном, но и в радиодиапазоне, хотя радиотепловое излучение по интенсивности значительно уступает инфракрасному. Радиотепловое излучение формируется определённым излучательным слоем, так называемым скин-слоем. Мощность этого слоя тем больше, чем длиннее волна излучения. Основным показателем радиотеплового излучения является радиояркостная (Радиояркостная температура системы атмосфера–поверхность на частоте ν под углом θ, регистрируемая антенной радиометра на искусственном спутнике Земли определяется следующим выражением:
+
, где 
– энергетический коэффициент отражения поверхности, – угол падения излучения на подстилающую поверхность, 
– температура поверхности, – интегральное зенитное поглощение радиоволн в зените,
– вертикальный профиль температуры, 
– погонный коэффициент поглощения. ) температура Тя, измеряемая в К˚ - произведение абсолютной температуры Т t и коэффициента излучения æ (закон Релея-Джинса). Тя= æ Т t
Основной приток энергии к Земле обеспечивается солнечным излучением и составляет около 341 Вт/м² в среднем по всей поверхности планеты. Внутренние источники тепла (радиоактивный распад, стратификация по плотности) по сравнению с этой цифрой незначительны (около 0,08 Вт/м²).
Из 341 Вт/м² солнечного излучения, попадающего на Землю, примерно 30 % (102 Вт/м²) сразу же отражается от поверхности Земли (23 Вт/м²) и облаков (79 Вт/м²), а 239 Вт/м² в сумме поглощается атмосферой (78 Вт/м²) и поверхностью Земли (161 Вт/м²). Поглощение в атмосфере обусловлено, в основном, облаками и аэрозолями.
Из 161 Вт/м² поглощаемой поверхностью Земли энергии 40 Вт/м² возвращается в космическое пространство в виде теплового излучения диапазона 3–45 мкм, ещё 97 Вт/м² передаются атмосфере за счёт различных тепловых процессов (80 Вт/м² — испарение воды, 17 Вт/м² — конвективный теплообмен). Кроме того, около 356 Вт/м² излучения Земли поглощается атмосферой, из которых 332 Вт/м² (161–40–97–356 + 332 = 0) возвращается в виде обратного излучения атмосферы. Таким образом, полное тепловое излучение поверхности Земли составляет 396 Вт/м² (356+40), что соответствует средней тепловой температуре 288 К (15 °С).
Атмосфера излучает в космическое пространство 199 Вт/м², включая 78 Вт/м², полученные от излучения Солнца, 97 Вт/м², полученные от поверхности Земли, и разность между поглощаемым атмосферой излучением поверхности и обратным излучением атмосферы в объёме 23 Вт/м²
Землю солнечного излучения совпадает с энергиейобратного теплового излучения Земли
. Это означает, что каждый фотон солнечного излучения (частица света - световой квант) распадается в среднем на Т / Г, 6000 / 30020 фотонов теплового излучения, которые рассеиваются Землей обратно в космическое пространство. В результате такого стабильного энергетического баланса на земной поверхности сохраняется постоянная средняя температура, равная 15 С. Такая температура способствует нахождению воды в жидком состоянии, что обеспечивает использование ее в жизненных процессах. На ближайших от Земли планетах солнечной системы эта температура весьма далека от оптимальной: на Венере - плюс 477 С, на Марсе - минус 53 С. Такое различие температур объясняется разными значениями солнечной постоянной на этих планетах из-за их различной удаленности от Солнца: Венера - на 108 1 млн. км, Земля - на 149 5 млн. км, Марс - на 227 8 млн. км.
Тропосфера почти не задерживает идущую к Земле коротковолновую солнечную радиацию, зато поглощаеттепловое излучение Земли и нагревается, вследствие чего образуются облака и выпадают осадки.
Углекислый газ обладает тепличным (парниковым) эффектом: он свободно пропускает солнечные лучи и задерживаетотраженное тепловое излучение Земли. Солнце излучает огромное количество теплоты на Землю, годовое его значение примерно в 10 раз больше всей тепловой энергии, которая заключена во всех разведанных запасах органического топлива планеты. Однако количество усвояемой Землей солнечной энергии ничтожно мало.
Эффект тепличный - эффект, обусловленный нагреванием внутренних слоев атмосферы Земли вследствие прозрачности атмосферы для основной части излучения Солнца и поглощения ею основной инфракрасной части
теплового излучения Земли, нагретой Солнцем, а также в результате накопления в атмосфере углекислого и др. газов антропогенного происхождения, которые аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению поверхности Земли. Повышение температуры Земли может привести к таянию полярных льдов и резкому подъему уровня Мирового океана. Водой могут быть затоплены огромные равнины.
Содержащийся в воздухе водяной пар (наряду с углекислым газом) играет громадную роль в тепловом балансе земной поверхности: он пропускает большую часть солнечных лучей, но в значительной степени задерживает обратное тепловое излучение Земли и таким образом способствует сохранению ею тепла.
Выделение энергии при вулканических процессах. Доля теплового излучения.
Вулканы, отдельные возвышенности над каналами и трещинами земной коры, по которым из глубинных магматических очагов выводятся на поверхность продукты извержения. Вулканы обычно имеют форму конуса с вершинным кратером (глубиной от нескольких до сотен метров и диаметром до 1,5 км). Во время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованием кальдеры – крупной впадины диаметром до 16 км и глубиной до 1000 м. При подъеме магмы внешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность, и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносятся древние горные породы, а не магма, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называют фреатическим. К действующим, - относятся вулканы, извергавшиеся в историческое время или проявлявшие другие признаки активности (выброс газов и пара и проч.). Некоторые ученые считают действующими те вулканы, о которых достоверно известно, что они извергались в течение последних 10 тыс. лет. Например, к действующим следовало относить вулкан Ареналь в Коста-Рике, поскольку при археологических раскопках стоянки первобытного человека в этом районе был обнаружен вулканический пепел, хотя впервые на памяти людей его извержение произошло в 1968, а до этого никаких признаков активности не проявлялось.
Рисунок 3. Карта Земли с наиболее активными действующими вулканами. ● – обозначает зону вулканической активности.
Извержение вулканов — одно из самых эффектных и грозных явлений природы. В процессе извержения из глубинных недр Земли на поверхность выносится расплавленная огненная масса (магма). Наземные вулканы образуют огромное количество лав и вулканогенно-обломочного материала. Например, во время извержения вулкана Безымянного на Камчатке в 1956 г. выброшенный из жерла вулкана обломочный материал достиг объема нескольких кубических километров, а объем излившейся лавы составил несколько десятков кубических километров. При этом высота подъема газов, паров воды, насыщенных пеплом и обломками, лав достигала 45 км.
Еще больше масштабы подводного вулканизма. В пределах срединно-океанских хребтов ежегодно извергается базальтовых подводных лав приблизительно в три раза больше, чем у наземных вулканов. В соответствии с концепцией тектоники литосферных плит, - вся океанская земная кора (более – 2/3 всей поверхности Земли) сформировалась в результате глубоководного вулканизма за последние 150 млн. лет.
Наземные извержения вулканов происходят практически на всех формах рельефа поверхности, сформировавшихся в результате самых различных геодинамических процессов. Отнесем сюда: островные дуги (Курило-Камчатская, Японская, Филиппинская и другие островные дуги Тихого океана, острова Индонезийского архипелага, Малые Антильские острова). Также: активные окраины континентов андийского типа (Анды и Кордильеры), зоны сочленения континентов (Кавказ и Средиземноморье), рифтовые зоны континентов (Восточная Африка и Байкал) и участки аномального вулканизма («горячие точки») в пределах срединно-океанских хребтов (Исландия, Галапагос, о. Вознесения и др.). Это и зоны аномального внутриплитового вулканизма (нагорья Ахаггар и Тибести в Африке) и районы пассивных окраин континентов (острова Зеленого Мыса, Камерун). (Рисунок 3)
В зависимости от вязкости и газонасыщенности магмы наземные извержения отличаются исключительным разнообразием. При обычных для начала извержения температурах 1000 – 1200 °С вязкость магматических расплавов разного состава (в зависимости от места извержения) может изменяться от 102 до 1010 Пуаз. При этом по мере снижения температуры расплава его вязкость может возрастать на 3-4 порядка. Существуют различные типы извержений вулканов в зависимости от величины вязкости расплавов. Гавайский тип извержения
кг/л. Так как разбавление связано с уменьшением концентрации соли в воде, то скорость изменения концентрации будет равна обратному значению разбавления
Скорость – это изменение количества вещества x за определённое количество времени t, что можно выразить как
, где dx – это изменение количество вещества, а dt – течение времени. Это значит, чтобы выразить изменение количества концентрации токсичной соли в водоёме с течением времени, необходимо скорость изменения концентрации выразить как отношения dx/dt. В итоге мы получаем закон, по которому изменяется содержание вредных солей в воде: Предположим, что озеро – это чаша, с постоянным объёмом, который обозначен как «a». Тогда проточный ручей переполняет эту чашу с одной стороны, выливая тот же объём из переполненной чаши с другой стороны. Усложнение задачи вызвано погодными изменениями, когда проток полностью замерзает. Следовательно объём озера перестанет увеличиваться на величину b литров. Значит объём озера a=const.
Тогда в зимний сезон, концентрация токсичных солей будет протекать по следующему закону:
Перенесём величину x влево, а величину dt вправо, для составления уравнения:
Выполним интегрирования для определения константы, где С – постоянная интегрирования.
Природа собственного теплового излучения
Нагретые объекты излучают энергию не только в инфракрасном, но и в радиодиапазоне, хотя радиотепловое излучение по интенсивности значительно уступает инфракрасному. Радиотепловое излучение формируется определённым излучательным слоем, так называемым скин-слоем. Мощность этого слоя тем больше, чем длиннее волна излучения. Основным показателем радиотеплового излучения является радиояркостная (Радиояркостная температура системы атмосфера–поверхность на частоте ν под углом θ, регистрируемая антенной радиометра на искусственном спутнике Земли определяется следующим выражением:
+ , где – энергетический коэффициент отражения поверхности, – угол падения излучения на подстилающую поверхность, – температура поверхности, – интегральное зенитное поглощение радиоволн в зените, – вертикальный профиль температуры, – погонный коэффициент поглощения. ) температура Тя, измеряемая в К˚ - произведение абсолютной температуры Т t и коэффициента излучения æ (закон Релея-Джинса). Тя= æ Т tОсновной приток энергии к Земле обеспечивается солнечным излучением и составляет около 341 Вт/м² в среднем по всей поверхности планеты. Внутренние источники тепла (радиоактивный распад, стратификация по плотности) по сравнению с этой цифрой незначительны (около 0,08 Вт/м²).
Из 341 Вт/м² солнечного излучения, попадающего на Землю, примерно 30 % (102 Вт/м²) сразу же отражается от поверхности Земли (23 Вт/м²) и облаков (79 Вт/м²), а 239 Вт/м² в сумме поглощается атмосферой (78 Вт/м²) и поверхностью Земли (161 Вт/м²). Поглощение в атмосфере обусловлено, в основном, облаками и аэрозолями.
Из 161 Вт/м² поглощаемой поверхностью Земли энергии 40 Вт/м² возвращается в космическое пространство в виде теплового излучения диапазона 3–45 мкм, ещё 97 Вт/м² передаются атмосфере за счёт различных тепловых процессов (80 Вт/м² — испарение воды, 17 Вт/м² — конвективный теплообмен). Кроме того, около 356 Вт/м² излучения Земли поглощается атмосферой, из которых 332 Вт/м² (161–40–97–356 + 332 = 0) возвращается в виде обратного излучения атмосферы. Таким образом, полное тепловое излучение поверхности Земли составляет 396 Вт/м² (356+40), что соответствует средней тепловой температуре 288 К (15 °С).
Атмосфера излучает в космическое пространство 199 Вт/м², включая 78 Вт/м², полученные от излучения Солнца, 97 Вт/м², полученные от поверхности Земли, и разность между поглощаемым атмосферой излучением поверхности и обратным излучением атмосферы в объёме 23 Вт/м²
Землю солнечного излучения совпадает с энергиейобратного теплового излучения Земли
. Это означает, что каждый фотон солнечного излучения (частица света - световой квант) распадается в среднем на Т / Г, 6000 / 30020 фотонов теплового излучения, которые рассеиваются Землей обратно в космическое пространство. В результате такого стабильного энергетического баланса на земной поверхности сохраняется постоянная средняя температура, равная 15 С. Такая температура способствует нахождению воды в жидком состоянии, что обеспечивает использование ее в жизненных процессах. На ближайших от Земли планетах солнечной системы эта температура весьма далека от оптимальной: на Венере - плюс 477 С, на Марсе - минус 53 С. Такое различие температур объясняется разными значениями солнечной постоянной на этих планетах из-за их различной удаленности от Солнца: Венера - на 108 1 млн. км, Земля - на 149 5 млн. км, Марс - на 227 8 млн. км.
Тропосфера почти не задерживает идущую к Земле коротковолновую солнечную радиацию, зато поглощаеттепловое излучение Земли и нагревается, вследствие чего образуются облака и выпадают осадки.
Углекислый газ обладает тепличным (парниковым) эффектом: он свободно пропускает солнечные лучи и задерживаетотраженное тепловое излучение Земли. Солнце излучает огромное количество теплоты на Землю, годовое его значение примерно в 10 раз больше всей тепловой энергии, которая заключена во всех разведанных запасах органического топлива планеты. Однако количество усвояемой Землей солнечной энергии ничтожно мало.
Эффект тепличный - эффект, обусловленный нагреванием внутренних слоев атмосферы Земли вследствие прозрачности атмосферы для основной части излучения Солнца и поглощения ею основной инфракрасной части
теплового излучения Земли, нагретой Солнцем, а также в результате накопления в атмосфере углекислого и др. газов антропогенного происхождения, которые аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению поверхности Земли. Повышение температуры Земли может привести к таянию полярных льдов и резкому подъему уровня Мирового океана. Водой могут быть затоплены огромные равнины.
Содержащийся в воздухе водяной пар (наряду с углекислым газом) играет громадную роль в тепловом балансе земной поверхности: он пропускает большую часть солнечных лучей, но в значительной степени задерживает обратное тепловое излучение Земли и таким образом способствует сохранению ею тепла.
Выделение энергии при вулканических процессах. Доля теплового излучения.
Вулканы, отдельные возвышенности над каналами и трещинами земной коры, по которым из глубинных магматических очагов выводятся на поверхность продукты извержения. Вулканы обычно имеют форму конуса с вершинным кратером (глубиной от нескольких до сотен метров и диаметром до 1,5 км). Во время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованием кальдеры – крупной впадины диаметром до 16 км и глубиной до 1000 м. При подъеме магмы внешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность, и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносятся древние горные породы, а не магма, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называют фреатическим. К действующим, - относятся вулканы, извергавшиеся в историческое время или проявлявшие другие признаки активности (выброс газов и пара и проч.). Некоторые ученые считают действующими те вулканы, о которых достоверно известно, что они извергались в течение последних 10 тыс. лет. Например, к действующим следовало относить вулкан Ареналь в Коста-Рике, поскольку при археологических раскопках стоянки первобытного человека в этом районе был обнаружен вулканический пепел, хотя впервые на памяти людей его извержение произошло в 1968, а до этого никаких признаков активности не проявлялось.
Рисунок 3. Карта Земли с наиболее активными действующими вулканами. ● – обозначает зону вулканической активности.
Извержение вулканов — одно из самых эффектных и грозных явлений природы. В процессе извержения из глубинных недр Земли на поверхность выносится расплавленная огненная масса (магма). Наземные вулканы образуют огромное количество лав и вулканогенно-обломочного материала. Например, во время извержения вулкана Безымянного на Камчатке в 1956 г. выброшенный из жерла вулкана обломочный материал достиг объема нескольких кубических километров, а объем излившейся лавы составил несколько десятков кубических километров. При этом высота подъема газов, паров воды, насыщенных пеплом и обломками, лав достигала 45 км.
Еще больше масштабы подводного вулканизма. В пределах срединно-океанских хребтов ежегодно извергается базальтовых подводных лав приблизительно в три раза больше, чем у наземных вулканов. В соответствии с концепцией тектоники литосферных плит, - вся океанская земная кора (более – 2/3 всей поверхности Земли) сформировалась в результате глубоководного вулканизма за последние 150 млн. лет.
Наземные извержения вулканов происходят практически на всех формах рельефа поверхности, сформировавшихся в результате самых различных геодинамических процессов. Отнесем сюда: островные дуги (Курило-Камчатская, Японская, Филиппинская и другие островные дуги Тихого океана, острова Индонезийского архипелага, Малые Антильские острова). Также: активные окраины континентов андийского типа (Анды и Кордильеры), зоны сочленения континентов (Кавказ и Средиземноморье), рифтовые зоны континентов (Восточная Африка и Байкал) и участки аномального вулканизма («горячие точки») в пределах срединно-океанских хребтов (Исландия, Галапагос, о. Вознесения и др.). Это и зоны аномального внутриплитового вулканизма (нагорья Ахаггар и Тибести в Африке) и районы пассивных окраин континентов (острова Зеленого Мыса, Камерун). (Рисунок 3)
В зависимости от вязкости и газонасыщенности магмы наземные извержения отличаются исключительным разнообразием. При обычных для начала извержения температурах 1000 – 1200 °С вязкость магматических расплавов разного состава (в зависимости от места извержения) может изменяться от 102 до 1010 Пуаз. При этом по мере снижения температуры расплава его вязкость может возрастать на 3-4 порядка. Существуют различные типы извержений вулканов в зависимости от величины вязкости расплавов. Гавайский тип извержения