ISI AKISI

JEO (GEO)
TERMAL (THERME)
YER
ISI
Yerin litosfer ve üst manto bölgesindeki radyoaktif maddeler ve
derinlerdeki gravitasyon enerjisi termal enerjiye dönüşerek
yeriçi ısısının başlıca kaynağını oluşturur.
YER İÇİNİN ISISI
Yer ısısı (jeotermal ısı) gezegenin derinliklerindeki ısı kaynaklarını içerir.
Güneş ışınları, Yer yüzeyine metrekare başına ortalama 1370 watt kadar
enerji taşır. Bunun üçte birden biraz fazlası, çoğu atmosferden olmak üzere,
yansıtılır. Geri kalan kısmı, atmosfer ve yer yüzeyinde soğurulduktan sonra yer
kabuğu, okyanuslar, canlılar ve atmosferin değişik tabakalarının katıldığı
karmaşık bir mekanizma ile yeniden uzaya döner. Yer kürenin derinliklerine
inildikçe artan sıcaklıkların nedeni gezegenin içindeki bir ısı kaynağıdır. Sondaj
çalışmaları yardımıyla çeşitli derinliklerde yapılan sıcaklık ölçümleriyle yerküre
derinliklerinden
gelen
ısı
akımının
0,05-0,1
watt/m2
kadar
olduğu
hesaplanmıştır. Bu ısı kaynağı, Yer'in güneşten aldığı enerjinin ancak
20.000'de biri düzeyinde olsa da gezegen merkezinde 5000C'yi aşan
sıcaklıkların sürdürülmesini sağlayabilmektedir.
YER İÇİ ISISININ KAYNAKLARI
Yerin iç ısı kaynağının doğrudan gözlemlere dayanarak belirlenmesi mümkün değildir.
Değişik mekanizmaların rollerinin belirlenmesi için, toplanan çeşitli verilerin
birleştirilmesi sonucunda birkaç model ortaya konmuştur. Bunlar:
1-Yerin oluşması sırasında ortaya çıkan ısı modeli
Güneş sisteminin oluştuğu dönemde:
* Yerküreyi meydana getiren çok sayıda küçük parçanın beraberlerinde getirdiği kinetik
enerji
* Yeni oluşan gezegenin kütleçekim gücü etkisiyle merkezi etrafında yoğunlaşmaları
sırasında açığa çıkan potansiyel enerji ile, sıvılaşma sıcaklığının çok üzerinde bir
sıcaklığa ulaşmışlar, içlerindeki daha ağır bileşenler gezegenin merkezine doğru
çökerken, hafif bileşenler yüzeye yakın bölgelerde kalmıştır. Bu çökme sırasında olduğu
gibi, gezegenin büyüdükçe artan çekim nedeniyle sıkışarak küçülmesi sonucunda da bir
miktar daha potansiyel enerji açığa çıkmıştır. 4,6-3,8 milyar yıllar arasında yoğun bir
şekilde süren kozmik çarpışmaların, bu dönem içinde aralıklarla yeni ısı taşınmasına
neden olduğu sanılmaktadır. 'Fosil ısı' olarak da adlandırılabilecek bu ısı, yerkürenin
katmanlarının erken dönemdeki farklılaşmalarında birinci derecede sorumlu görülmekle
birlikte, hesaplamalar, bilinen kayıp hızı ile bugüne dek önemini büyük ölçüde yitirmiş
olması gerektiğini ortaya koymaktadır.
2-İç çekirdeğin kristalleşmesi modeli
Tam olarak kanıtlanmamış bir görüştür. Yer çekirdeğinin öncelikle
homojen bir demir-nikel-oksijen-kükürt karışımı şeklinde ortaya
çıktığını, sonradan bu sıvı ortam içinde demir ve nikelden oluşan iç
çekirdeğin bir kristal gibi büyüyerek katı hale geçtiğini varsayar. Faz
değiştirme sırasında ortaya çıkan ısı ve daha yoğun olan demirin derine
doğru hareketi sırasında ortaya çıkan potansiyel enerji kuramsal olarak
yerkürenin toplam enerjisine katkıda bulunmakla birlikte payının büyük
olamayacağı sanılmaktadır.
3-Gel git etkileri modeli
Ay ve güneşin çekim etkilerinin yerin kendi çevresinde dönme düzeni
üzerinde yaptığı değişiklikler iç gerilimler ve sürtünmelere neden olur.
Ancak bu etkenin yerküre için birinci derecede bir ısı kaynağı olmadığı
düşünülmektedir.
4-Radyoaktif bozunma modeli
Günümüzde yerkürenin önde gelen iç ısı kaynağının, gezegen
bileşiminde bulunan radyoaktif elementlerin parçalanmasından ortaya
çıkan enerji olduğu düşünülür. Bunların önde gelenleri uranyum,
toryum, potasyum, rubidyum ve radon izotoplarıdır (238U, 235U,
232Th, 40K, 87Rb, 222Rn).
YERİÇİ ISISININ KAYNAĞI
Yer bir saniyede ortalama 32 x 10 19 Erg’lik ısı üretir.
Bunun 31 x 10 19 Erg’lik kısmı manto tarafından üretilirken
1 x 10 19 Erg’i çekirdek tarafından üretilir.
Yerin litosfer ve üst manto bölgesindeki radyoaktif
maddeler ve derinlerdeki gravitasyon enerjisi
termal enerjiye dönüşerek yeriçi ısısının başlıca
kaynağını oluşturur.
Kayaçların içerdiği Uranyum, Toryum ve Potasyum
miktarına göre ürettikleri ısı değişir. Isı akısını en
çok granitik kayaçlar üretir.
GÜNÜMÜZDE BAŞLICA ISI ÜRETEN İZOTOPLAR
İzotop
Isı
(W/kg izotop)
Yarılanma
ömrü
(Yıl)
Ort. Manto yoğ.
(kg. izotop/kg.
manto)
238U
9.46 × E-5
4.47 × E9
30.8 × E-9
235U
5.69 × E-4
7.04 × E8
0.22 ×E-9
232Th
2.64 × E-5
1.40 × E10 124 × E-9
40K
2.92 × E-5
1.25 × E9 36.9 × E-9
Kayacın
Adı
Üretilen Isı Enerjisi
( Erg/gr yıl )
U
Th
K
Üretilen
Toplam Isı
( Erg/gr yıl )
Granitler
117
84
34
235
Asidik
kayaçlar
126
109
38
273
Bazaltlar
25
26
41
28
6.4
5.5
72.4
59.5
0.42
0.44
0.01
0.87
Bazik
Lavlar
Dunitler
Yeriçinin Sıcaklığı
Yerin sıcaklığı yaklaşık 30 m derinlikte hissedilmeye başlar ve derinlere
inildikçe sıcaklık artar.
Yerin iç kısmından yeryüzüne doğru sürekli bir ısı akımı
T2
(ısı akışı) vardır. Bir yılda, atmosfere giren ısı miktarı
yaklaşık olarak 2,4 x 1020 kalori dir.
T1
Not : Bir yılda, güneşten yeryüzüne ulaşan ortalama enerji
1,3 x 1024 kaloridir ve bu değer yeriçinden gelen
enerjiden binlerce kat daha büyüktür.
Yer
Yeryuvarlağı bir ısı makinesi gibidir. Yeryuvarlağının Litosfer ve Üst Manto
bölgesindeki yüksek radyoaktivite ile daha derinlerde etken olan gravitasyon
enerjisinin termal enerjiye dönüşümü, bu ısı enerjisinin kaynağıdır.
Neden, yerin sıcaklığını 30 m derinlikten sonra hissedilmeye başlanır?
Yerkabuğunun ısı ,iletkenliğinin düşük olması, ısının yeryüzüne çok yavaş gelmesidir.
Aynı nedenden dolayı, güneşten gelen ısı da yer içine çok yavaş sızar. Yaklaşık
olarak, 30 m derinlikten sonra Güneş ve mevsim sıcaklık değişimlerinin etkisi kalmaz,
ondan sonra yerin kendi ısısı etkili olmaya başlar.
Yer sıcaklığının derilikle artma hızına “Jeotermik gradyan” denir.
Volkanik olmayan bölgelerde jeotermik gradyan ortalama olarak 100 m
derinlik için 2º-3ºC veya kilometre başına yaklaşık 30ºC dir.
Örnek: Kanada ve Güney Afrika da sıcaklık gradyanı kilometre başına
9º-10ºC, Fransa’da volkanik Riom çevresinde, 100 m derinlik için 6ºC
olarak saptanmıştır.
Yer ısı akısı :
Yer içinden yeryüzüne doğru birim zamanda birim alandan akan ısı enerjisine
denir. Değeri ise, jeotermik gradyana ve içinden geçtiği kayaç kütlesinin
iletkenliğine bağlıdır.
Tektonik açıdan aktif bölgelerde sıcaklık gradyenti hızlı artar ve bu bölgelerin
ısı akısı yüksektir. Jeotermal gradyan ısı akısı ile doğru orantılı, kayaçların
termal iletkenliği ile ters orantılıdır. [ Q = -k .A (dT/dz) ]
Sıcaklık artışı aynı hızla çekirdeğe kadar gitmez. Kayaçların ısı iletkenliklerine
göre değişim gösterir. Çoğu kayaçların ısı iletkenlikleri çok kötüdür.
ISI AKISI İLE İLGİLİ BİRİMLER
ISI AKISI:
HFU (Heat Flow Unit)
1 HFU = 10-6 kal/cm2.sn
10-3 W/m2 = 0.0239 HFU
1 kal/cm2 sn = 4.2 x 107 Erg/cm2 sn
TERMAL İLETKENLİK :
1 kal/cm sn oC = 418.7 W/m K
Sıcaklık artışı aynı hızla çekirdeğe kadar gitmez.
Kayaçların ısı iletkenliklerine göre değişim gösterir.
Çoğu kayaçların ısı iletkenlikleri çok kötüdür.
Okyanus Tabanlarında Ölçülmüş Isı Akısı Değerleri
N
Q (HFU)
SS
Pasifik
74
1.13
0.53
Atlantik
75
1.18
0.42
Hint
90
1.34
0.24
Bütün
Tabanlar
273
1.28
0.53
Okyanus diplerindeki ısı akısı yerin tüm ısı akısının
%45’i kadardır. Okyanus tabanları karalardan çok
daha çabuk soğur, çünkü karalarda bulunan ve
bol miktarda radyoaktif madde içeren granit
kütlesi okyanus tabanlarında yoktur.
Buna rağmen okyanuslarda ölçülen ısı akısı
değerlerinin kıtalardakine yakın büyüklükte olması
konveksiyon akımları ile açıklanır. Kıtalardaki ısı
akısının %30’u granitten kaynaklanır.
KONVEKSİYON AKIMLARI
Yeryuvarı içindeki ısı,
manto malzemesinin ısınmasına, yoğunluğunun
azalmasına ve genleşerek yükselmesine neden olur. Bu yukarı çıkan
malzemenin boşalttığı yeri çevreden, daha soğuk, ve ağır olan malzemeler
doldurur. Bu soğuk, ve ağır olanlardan boşalan yerleri ise yukarı çıkarak
ısısını litosfere veya kabuğa aktardığı için tekrar soğuyan manto malzemesi
almaya çalışır ve böylelikle, bir konveksiyon akımı döngüsü başlatılmış olur.
Isı akısı sırttan dalma-batma zonuna doğru azalır, okyanus
çukurunda en küçük değerini alır. Konveksiyon akımları ve
ergimiş mağma aracılığıyla ısı okyanus diplerine çıkar.
Burada sertleşen mağma “Okyanus sırtlarını” meydana
getirir.
Yer kabuğu birbirinden ayrılan yada yaklaşan levha sınırlarına
bölünmüştür. Üst mantodaki yarı ergimiş kayaçların ısı iletimi
levha tektoniği mekanizmasına yardımcı olur.
Dünyada, diğer bölgelere göre daha fazla ısı akısına sahip jeotermal
kuşaklar, mağmanın yeryüzüne yaklaştığı dört ana jeolojik olayla
oluşmuşlardır;
1. Okyanusal ve kıtasal kabuk çarpışır ve yitim zonları oluşur.
Levha sınırları çevresindeki sıcak bölgelere en iyi örnekler:
Kuzey Amerika Andları, A.B.D., Meksika, Kanada, Alaska,
Rusya’nın Kamçatka yarımadası, Japonya, Filipinler,
Endonezya, yeni Zelanda.
2. Yayılma merkezleri : İzlanda, Afrika’nın rift vadileri, Atlantik
ortası sırtları.
3. Genç orojenik kuşaklar: Alp Kuşağı, Fas, Cezayir, İtalya,
Yugoslavya,Yunanistan, Türkiye, İran, Hindistan, Çin.
4. Yeryüzüne sürekli mağma üreten, mantodaki sabit noktalar
“sıcak noktalar” olarak adlandırılır : Hawaii adaları.
Levha hareketlerinde, en çok üzerinde durulan varsayım ;
Termal Konveksiyon etkisidir.
Sırt
Litosfer
Çukur
Çukur
Manto
ÇEKİRDEK
ÖDEV:
Isı kaç şekilde yayılır? Örneklerle açıklayınız.
Yer içindeki yayılım bunların hangisidir?