Các nguồn năng lực

TÀI LIỆU
Các nguồn năng lực
2
MỤC LỤC
Chương 2: Các nguồn năng lượng
2.1 Nguồn năng lượng bên trong
2.1.1 Năng lượng trọng lực
2.1.2 Năng lượng từ nguyên tố phóng
xạ
2.2 Tuổi và các sự kiện của lịch sử
trái đất
2.2.1 Tuổi của trái đất
2.2.2 Lịch sử của trái đất
2.3 Trái đất phân lớp
2.4 Đẳng tĩnh
2.5 Các nguồn năng lượng bên ngoài
3
Chương 2: Các nguồn năng lượng
Vỏ cảnh quan xuất hiện đồng thời với vỏ Trái đất và chúng có sự
phân dị theo đai, theo đới địa lý. Nguyên nhân gây ra sự phân dị
này là các nguồn năng lượng bên trong và bên ngoài Trái đất bao
gồm: 1) nội nhiệt của Trái đất, 2) mặt trời, 3) trọng lực, và 4) tác
động của các vật thể ngoài Trái đất.
Năng lượng chứa bên trong Trái đất liên tục phun lên bề mặt (còn
gọi là những lực xây dựng), tùy theo qui mô và thời gian hoạt động
các lực này tạo nên các cấp cảnh quan khác nhau:
• Trong những khoảng thời gian ngắn năng lượng bên trong
được tập trung tạo ra các núi lửa hay động đất tạo nên các
thung lũng.
4
• Trong những khoảng thời gian địa chất dài hơn, nó tạo ra các

lục địa, đại dương, và khí quyển.
• Ở qui mô hành tinh, dòng phun ra ngoài của nội nhiệt làm cho
lục địa trôi dạt, va chạm và tạo nên các dải núi và cao nguyên.
Những lực xây dựng lục địa công suất lớn bên trong nói trên bị
ngoại lực của mặt trời cộng với trọng lực kháng lại.
• Khoảng ¼ năng lượng mặt trời đến Trái đất làm bay hơi nước
vào khí quyển.
• Sức hút liên tục của trọng lực giúp mang độ ẩm khí quyển trở
lại mặt đất như nước và tuyết.
• Trọng lực cung cấp năng lượng cho các nhân tố xâm thực –
băng hà, các dòng chảy, nước ngầm, sóng đại dương, dòng
biển và thời tiết (phong hóa) đã làm xói mòn các lục địa, phân
hủy các tàn tích và vận chuyển các mảnh vỡ của chúng vào
biển.
Như vậy, bức xạ mặt trời là nguồn ngoại lực quan trọng nhất vì
chúng làm bốc hơi nước, nhưng trọng lực là lực trung gian điều
khiển các nhân tố xâm thực.
Một nguồn năng lượng khác đến từ không gian-các thiên thể và sao
chổi-tác động đến Vỏ cảnh quan. Mặc dầu các vụ va chạm với các
vật thể lớn không thường xuyên, ảnh hưởng của chúng đến sự sống
có thể là toàn cầu.
Xung đột lâu dài giữa các lực nội sinh xây dựng hình thành
và nâng cao khối đất đồng thời các lực ngoại sinh phá hủy xói mòn
lục địa và vận chuyển các mảnh vỡ lục địa vào các bồn đại dương.
Nếu tất cả các công trình núi và sự nâng lên dừng lại. Lực kết hợp
của các nhân tố xâm thực sẽ đủ để hạ thấp lục địa tới mực nước
biển chỉ trong 45 triệu năm. Điều này tưởng như thời gian kéo dài
5
vô cùng, nhưng nhớ rằng trong 4.5 tỉ năm tuổi Trái đất, nghĩa là
xâm thực đủ mạnh để san phẳng lục địa khoảng 100 lần nếu nội

lực không duy trì nâng cao lục địa cổ và bổ sung các khối đất mới.
2.1 Nguồn năng lượng bên trong
Để hiểu nguồn gốc và đặc điểm năng lượng bên trong Trái đất,
chúng ta cần tìm lịch sử sơ khai của hành tinh chúng ta. Trái đất là
hành tinh động; nó tái sinh các đá và loại bỏ nhiều dữ liệu của lịch
sử sơ khai của nó. Các đá càng cổ, thời gian dài hơn càng bị phá
hủy nhiều hơn. Tuy nhiên các đá cấu trúc nên vỏ cảnh quan thời
kỳ sơ khai còn lại cùng với các kiến thức khoa học phát triển của
chúng ta về các quá trình bên trong Trái đất và trong Hệ Mặt trời,
cho phép chúng ta phác thảo lịch sử sơ khai phức tạp của Trái đất
nói chung và vỏ cảnh quan nói riêng.
Trái đất xuất hiện lúc đầu như là khối bồi kết của các hạt và khí từ
các đám mây quay trong vũ trụ cách ngày nay khoảng 4.5 tỷ năm.
Các mảnh tích tụ ở thời kỳ đầu của Trái đất gồm các hạt giầu kim
loại (như các thiên thạch giầu sắt), các đá (các thiên thạch đá), và
băng (nước, carbonic, và các thành phần khác). Khi quả cầu của
các hạt kết thành khối tăng lên, lực trọng lực có thể đã hút nhiều
mẩu kim loại vào trung tâm, trong khi một số vật liệu nhẹ hơn có
thể tập trung ra gần bên ngoài. Trái đất trong thời thơ ấu được xem
là các vật liệu tương đối đồng nhất.
Tuy vậy, Trái đất không duy trì sự đồng nhất lâu dài. Các quá trình
hình thành hành tinh tạo ra lượng nhiệt rất lớn, đã làm thay đổi cơ
bản hành tinh trẻ từ quả cầu gần như đồng nhất thành một khối
phân tầng theo tỷ trọng với các vật liệu nặng hơn ở tâm và các vật
liệu nhẹ hơn dần ra phía ngoài. Nhiệt làm biến đổi Trái đất do: 1)
năng lượng va chạm, 2) năng lượng trọng lực và 3) sự phân rã các
nguyên tố phóng xạ.
6
Hình 2.1 Các quá trình sinh nhiệt trong nhiều năm hình thành Trái đất gồm: 1) va chạm của
các tiểu hành tinh, 2) phân rã các nguyên tố phóng xạ, 3) sự co trọng lực.

2.1.1 Năng lượng va chạm
Năng lượng va chạm của các hạt đập vào nhau khi Trái đất lớn dần
đã tạo ra nhiệt. Số lượng rất lớn các các thiên thể lớn nhỏ, thiên
thạch và sao chổi dụng vào trái đất, với năng lượng di chuyển của
nó chuyển thành nhiệt trong tác động.
2.1.2 Năng lượng trọng lực
Năng lượng trọng lực được giải phóng khi Trái đất sơ khai bị hút
thành một khối đậm đặc tăng lên. Sự chôn vùi sâu hơn của vật liệu
khi khối Trái đất lớn dần gây ra sức hút trọng lực gia tăng nhiều
hơn rồi được nén vào bên trong. Năng lượng trọng lực này đã được
chuyển thành nhiệt mà không thoát ra được một cách dễ dàng do sự
dẫn nhiệt rất chậm qua các đá. Khi nhiệt độ bên trong Trái đất vượt
quá 1,000
o
C, nó vượt qua điểm nóng chảy của sắt tại các độ sâu
khác nhau.
7
Sắt hình thành khoảng 1/3 khối lượng Trái đất, mặc dầu nó có tỷ
trọng lớn hơn nhiều các đá thông thường, nhưng nó chảy ở nhiệt độ
thấp hơn nhiều. Sự tích lũy nhiệt làm cho các khối thiên thạch giầu
sắt nóng chảy. Sắt lỏng tỷ trọng cao bị hút bởi trọng lực vào tâm
Trái đất. Khi khối lượng sắt lỏng khổng lồ này di chuyển vào trong
để tạo thành Nhân Trái đất, chúng giải phóng một khối lượng năng
lượng trọng lực mà được chuyển thành nhiệt và nâng nhiệt độ bên
trong Trái đất tới 2000
o
C. Sự giải phóng khối lượng lớn nhiệt này
sẽ tạo ra sự nóng chảy tràn lan làm cho các vật liệu tỉ trọng thấp nổi
lên cao và hình thành:
1) Vỏ nguyên thủy của các đá tỉ trọng thấp ở bề mặt của Trái

đất
2) Các đại dương lớn
3) Khí quyển nặng hơn.
Sự hình thành nhân giầu sắt là sự kiện duy nhất trong lịch
sử Trái đất.
2.1.3 Năng lượng từ các nguyên tố phóng xạ
Năng lượng được giải phóng từ các nguyên tố phóng xạ khi các
nguyên tử mẹ phóng xạ không bền vững bắn ra các hạt dưới
nguyên tử, giảm kích thước của chúng và trở nên nhỏ hơn, các
nguyên tử con không phóng xạ (Hình 2.2). Các hạt nhân của các
nguyên tử phóng xạ được nhồi đầy các hạt dưới nguyên tử, gồm
các proton nạp điện dương và các neutron trung hòa.
Các nguyên tử phóng xạ nặng quá mức giảm kích thước ổn định
xuống bởi sự phát ra:
1) Các hạt alpha gồm hai proton và hai neutron (hạt nhân của
nguyên tử helium)
8
2) Các hạt beta là các điện tử được giải phóng trong lúc phân
chia neutron và
3) Bức xạ gamma tương tự như các tia X nhưng với bước sóng
ngắn hơn. Vì các hạt bật ra nhanh bị chậm lại và bị hấp thu
bởi vật chất bao quanh, năng lượng di động của chúng được
chuyển đổi thành nhiệt.
Hình 2.2 Các nguyên tử mẹ phóng xạ phân rã thành nguyên tử con bởi phát ra các hạt
alpha (như hạt nhân của nguyên tử heli, tức là 2 proton và 2 neutron), các hạt beta
(electron), và bức xạ gamma (như tia X)
Trái đất trẻ có sự bổ sung các nguyên tố phóng xạ lớn hơn nhiều,
tạo ra lượng nhiệt lớn hơn nhiều so với hiện nay. Vào lúc khởi đầu
của trái đất có vô số các nguyên tố phóng xạ tồn tại ngắn, như
aluminum-26 mà bây giờ không còn nữa, cũng như các nguyên tố

phóng xạ tồn tại dài, hiện rất nhiều nguyên tố đã dùng rất nhiều
năng lượng của chúng (Bảng 2.1).
Bảng 2.1 Một số nguyên tố phóng xạ trong trái đất
Nguyên tử mẹ Sản phẩm phân rã Chu kỳ bán phân rã
Aluminum-26
Uranium-235
Potassium-40
Uranium-238
Magnesium-26
Lead-207
Argon-40
Lead-206
0.00072 (720.000năm)
0.71
1.3
4.5
9