JEO (GEO) YER TERMAL (THERME) 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 (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 ) Üretilen Toplam Isı U Th K Granitler 117 84 34 235 Asidik kayaçlar 126 109 38 273 Bazaltlar 25 41 6.4 72.4 Bazik Lavlar 26 28 5.5 59.5 Dunitler 0.42 0.44 0.01 0.87

Yeriçinin Sıcaklığı Yerin sıcaklığı yaklaşık 30 m derinlikte hissedilmeye başlar ve derinlere inildikçe sıcaklık artar. Yerin iç kısmından yeryüzüne doğru sürekli bir ısı akımı (ısı akışı) vardır. Bir yılda, atmosfere giren ısı miktarı yaklaşık olarak 2,4 x 1020 kalori dir. Not : Bir yılda, güneşten yeryüzüne ulaşan ortalama enerji 1,3 x 1024 kaloridir ve bu değer yeriçinden gelen enerjiden binlerce kat daha büyüktür. 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 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 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 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

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.

ÖDEV: Isı kaç şekilde yayılır. Örneklerle açıklayınız ÖDEV: Isı kaç şekilde yayılır? Örneklerle açıklayınız. Yer içindeki yayılım bunların hangisidir?