海底的大地热流密度如何测量

大家想知道海底散失热量有多快吗？想不想出海体验一下？出海前，我们首先需要了解调查区的情况，比如，调查站位的海底需要有较厚的沉积物，海底不能是坚硬的石头，不然会损坏探针。当调查船到达工作区后，利用绞车把连接好的地热探针下放到水中，在距海底50米左右时，让地热探针在水中停一会儿，以保持垂直的姿态，然后高速转动绞车以便探针能高速插入沉积物中。然后不要扰动探针，让探针停留在沉积物中工作一会儿。尤因型的探针因为只测沉积物的温度，工作10分钟左右就完成任务了。李斯特型探针任务比较重，测量温度后，还要测量沉积物热导率，因此需要多工作一会儿，大概需要20～30分钟。探针完成工作后，调查人员利用绞车把地热探针从海底收回到调查船上（图9、 10） 。

海上测量以后，科学家需要对采集到的数据进行分析处理。探针插入沉积物时，沉积物和探针表面因为摩擦生热的缘故，温度会升高，然后随时间温度又会逐渐降下来。这样安装在探针上的热敏电阻就会记录到所在深度的温度变化曲线（图11） 。有些探针还需要测量沉积物的热导率，这时探针就需要自己控制加热并记录下加热后的冷却曲线。科学家可以推导出探针插入前不同深度处的沉积物温度和热导率，然后根据各个热敏电阻间的距离，计算出温度梯度。有些地热探针不能直接测量热导率，可以通过测量采集的沉积物样品获得热导率数据。这样，有了温度梯度和热导率，我们就可以计算出大地热流密度了（图12） 。

⑨将李斯特型地热探针放入水中进行测量（李同寿提供）

⑩李斯特型探针海底工作示意图

⑪李斯特型地热探针采集的时间-温度曲线

⑫热导率仪

有了不同地区的大地热流密度，我们就可以计算出地球热量散失速率有多大。根据现有大地热流数据，科学家估算出现今地球热量散失速率约为44 TW （44× 1012W） ，地球一年散失的热量大约相当于三峡水电站年发电量的4000倍。这些热量有三分之二是从大洋海底散失的。大家会不会担心地球会很快“冰冻”起来呢？可以告诉大家， 目前还不用担心，因为地球内部除了过去储存的热量外，还含有铀、钍、钾等放射性元素，这些元素衰变时也在不断“制造”热量。

另外，科学家们利用大地热流密度数据，还可以了解地球上发生的各种地质运动如地震、火山、热液活动等。大地热流密度还能帮助我们探测石油天然气资源呢！沉积物中的有机质“煮熟”后就会转化为石油天然气。有了大地热流密度，科学家就知道有机质“煮熟”的过程，从而更快地找到它们。科学家还发现在海底沉积物里藏有主要成分为甲烷的可燃冰。如果能找到这种新能源，就有可能缓解当今的能源危机。可燃冰与沉积物温度高低关系密切。如果沉积物温度高，可燃冰就会分解成气体跑掉。有了大地热流密度数据，科学家们就知道沉积物温度有多高，这样就可以帮助判断沉积物中有没有可燃冰，以及有多少可燃冰了。

小贴士

XIAO TIE SHI

热流密度，指单位时间内通过单位面积的热量，其数值等于热导率与地温梯度的乘积， 由于温度随深度增加而增加， 因此热流是由高温区向低温区传递的。热流的单位是mW/m2。

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热导率是传热物质的属性，热导率越高表示物质的导热性能越好。

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地温梯度是指单位距离的温度差。