Co to jest „przepływ ciepła”?

Przepływ ciepła to ruch ciepła (energii) z wnętrza Ziemi na powierzchnię. Źródło większości ciepła pochodzi z chłodzenia jądra Ziemi i radioaktywnego wytwarzania ciepła w górnych 20-40 km skorupy ziemskiej. Radioaktywne wytwarzanie ciepła jest produktem skał skorupowych zawierających wysokie stężenia naturalnie występujących pierwiastków promieniotwórczych: toru, potasu i/lub uranu. Przepływ ciepła jest większy w obszarach o wysokiej radioaktywności lub tam, gdzie skorupa ziemska jest cieńsza, takich jak grzbiety śródoceaniczne lub prowincja Basin and Range w zachodnich Stanach Zjednoczonych. Dodatkowo, istnieją obszary z „anomaliami” przepływu ciepła, które mają wyższy niż przeciętny przepływ ciepła w skorupie ziemskiej bez jasno określonego tektonicznego lub radioaktywnego wyjaśnienia, zwykle związanego z przepływem płynów, jak w Południowej Dakocie.
Przepływ ciepła jest obliczany przy użyciu przewodności cieplnej skał pomnożonej przez gradient temperatury. Standardowe jednostki to mW/m2 = milli Wat na metr kwadratowy. Tak więc, pomyśl o płaskiej płaszczyźnie 1 metr na 1 metr i ile energii jest przekazywane przez tę płaszczyznę jest ilość przepływu ciepła.
Przewodność cieplna jest określana przy użyciu rdzeni skalnych lub cięcia na urządzeniu, które mierzy ilość energii, którą próbka skały może przenieść. Przykładami urządzeń stosowanych w laboratorium są dzielony pręt lub sonda igłowa. Jednostki przewodności cieplnej podaje się zazwyczaj w W/mK = watach na metr w skali Kelwina. Wartości przewodności cieplnej skały (minerału) będą się zmieniać wraz ze wzrostem temperatury, dlatego też jednostki zawierają Kelwiny.

Gradient temperatury Ziemi w miejscu pomiaru jest określany na podstawie zbierania temperatury w studni na określonych głębokościach. Często jednostkami gradientu są °C/km lub °F/100 stóp. Jeśli pomiary temperatury są wykonywane po tym, jak na odwiert nie oddziałuje już płyn wiertniczy, uznaje się, że znajduje się on w stanie równowagi. Wartości te są najwyższej jakości i zawierają szereg punktów danych, które pomagają w zrozumieniu zmian w geologii/strukturze Ziemi. Istnieje samouczek na temat rejestrowania temperatury z przykładami wyjaśniającymi, dlaczego gradient się zmienia.

Pomiary temperatury są również zbierane podczas wiercenia szybów, zwłaszcza szybów naftowych i gazowych. Te wartości są określane jako temperatury na dnie odwiertu, ponieważ są one pobierane na dnie interwału, do którego odwiert został wykonany w danym momencie. Dlatego do tych wartości należy dodać korekty, aby skompensować ogrzewanie (płytkie odwierty) lub chłodzenie (głębsze odwierty) płynu wiertniczego. Ponadto jedna lokalizacja odwiertu może mieć wiele temperatur dna otworu (BHT). Chociaż dla każdego miejsca zbierana jest mniejsza ilość informacji o temperaturze niż w przypadku miejsc równowagi, pole naftowe i gazowe zazwyczaj posiada liczne wartości BHT dostępne do porównania; możliwość porównania temperatur poprawia dokładność pojedynczej wartości.
Aby wartość przepływu ciepła była w pełni skalibrowana, po obliczeniu przewodności cieplnej i gradientu, istnieją korekty, które mogą być wymagane w oparciu o miejsce wykonania odwiertu. Przykładem tego jest stroma topografia (północne zbocze góry jest zimniejsze niż południowe) oraz struktura geologiczna (uskok tworzący ostrą zmianę w typie skały o bardzo różnej przewodności cieplnej).

Aby uzyskać dane o globalnym przepływie ciepła, odwiedź stronę Międzynarodowej Komisji Przepływu Ciepła.

.