O przewodności cieplnej meteorytu Jezersko

• Autorzy: Szurgot Marian A.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.01.02

Warianty tytułu

EN

The thermal conductivity of the Jezersko meteorite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca prezentuje wyniki przewidywań teoretycznych przewodności cieplnej (K) meteorytu Jezersko, sklasyfikowanego jako chondryt zwyczajny H4. Przewidywania oparto na wybranych modelach skał i różnych zależnościach teoretycznych i empirycznych. Wykorzystano skład modalny chondrytu Jezersko ustalony przez autora oraz literaturowe dane o przewodności cieplnej minerałów składowych meteorytu i jego porowatości (P). Stosując wymienione metody, określono przewodność cieplną szkieletu ziarnowego meteorytu i jego globalną przewodność cieplną, wykorzystując także przewidywane wartości dyfuzyjności cieplnej (D). Wyniki potwierdzają znane prawidłowości dotyczące skał ziemskich i meteorytów, że współczynnik porowatości skały i materia wypełniająca pory silnie wpływają na przewodność cieplną. Model średniej geometrycznej przewiduje dla szkieletu ziarnowego meteorytu Jezersko wartość przewodności cieplnej 4,35 W m−1 K−1, a średnia z dwóch modeli warstwowych: modelu średniej harmonicznej i modelu średniej arytmetycznej wartość 4,9 W m−1 K−1 dla temperatury 300 K. Globalna przewodność cieplna meteorytu Jezersko (K) według modelu średniej geometrycznej w temperaturze 300 K wynosi 2,6 W m−1 K−1 dla ciśnienia powietrza 1 atm, a 1,0 W m−1 K−1 dla próżni. Model Hashina–Shtrikmana przewiduje wartości K: 2,4 W m−1 K−1 i 1,9 W m−1 K−1, model Clausiusa–Mossottiego – wartości: 2,2 W m−1 K−1 i 1,9 W m−1 K−1, natomiast modele warstwowe skał – wartości: 2,1 W m−1 K−1 i 2,0 W m−1 K−1 dla temperatury 300 K i powietrza pod ciśnieniem 1 atm oraz dla próżni. Zależność pomiędzy przewodnością cieplną i porowatością wskazuje średnią wartość K dla meteorytu Jezersko dla próżni: 1,18 W m−1 K−1, a zależność pomiędzy przewodnością cieplną i dyfuzyjnością cieplną wskazuje wartość K: 1,12 W m−1 K−1 dla zakresu 200–300 K dla próżni, a w przypadku powietrza pod ciśnieniem normalnym wartość: 2,57 W m−1 K−1. Średnia wartość przewodności cieplnej chondrytu Jezersko dla wszystkich przewidywań wynosi w przypadku temperatury ~300 K i ciśnienia powietrza 1 atm: 2,45 ± 0,30 W m−1 K−1, a w przedziale temperatur 200–300 K i próżni: 1,40 ± 0,40 W m−1 K−1. Przewidywane wartości globalnej przewodności cieplnej meteorytu Jezersko dla powietrza i próżni są w zakresie wartości ostatnio prezentowanych przez Soini i in. (2020) dla grupy H4 chondrytów zwyczajnych: 2,8 ± 0,6 W m−1 K−1, wartość średnia K przy wypełnieniu porów przez powietrze pod ciśnieniem 1 atm, oraz 1,9 ± 1,0 W m−1 K−1, wartość średnia K dla zakresu temperatur: 200–300 K, gdy ośrodkiem wypełniającym pory jest próżnia.

EN

The thermal conductivity (K) of Jezersko H4 meteorite was predicted by various models of rocks, using literature data on the chemical composition, porosity (P), and by relationships between thermal conductivity and porosity, and between thermal conductivity and thermal diffusivity (D). The results confirm that the porosity of the chondrite and air pressure significantly affect thermal conductivity. The thermal conductivity of the chondrite skeleton/matrix predicted by the modal composition of the meteorite and by the geometric mean model is equal to 4.35 W m−1 K−1, and by arithmetic and harmonic mean models: 4.9 W m−1 K−1at 300 K. Bulk thermal conductivity of the meteorite predicted by the geometric mean model is equal to 2.6 W m-1 K-1 for air pressure of 1 atm, and 1.0 W m−1 K−1in vacuum at 300 K. The Hashin–Shtrikman model predicts the values: 2.4 and 1.9 W m−1 K−1, the Clausius–Mossotti model: 2.2 and 1.9 W m-1 K-1, and the mean of two-layer models: 2.1 and 2.0 W m−1 K−1 at 300 K, for air pressure of 1 atm, and in vacuum, respectively. The relationships between thermal conductivity and porosity based on experimental data for ordinary chondrites indicate a mean K value for bulk thermal conductivity of the Jezersko meteorite in vacuum: 1.18 W m−1 K−1, and between thermal conductivity and thermal diffusivity the mean value: 1.12 W m−1 K−1at 200–300 K. The mean value for all predictions for bulk thermal conductivity of the meteorite for air at 1 atm is equal to 2.45 ± 0.30 W m−1 K−1 (range: 2.0–2.9 W m−1 K−1) at 300 K, and in vacuum: 1.40 ± 0.40 W m−1 K−1 (range: 0.95–2.0 W m−1 K−1) at 200–300 K. Predicted values of bulk thermal conductivity of the Jezersko meteorite, for air and in vacuum, are in the range of values recently reported by Soini et al. (2020) for the H4 group of chondrites: 2.8 ± 0.6 W m−1 K−1, mean K for air at 1 atm, and 1.9 ± 1.0 W m−1 K−1 mean K value in vacuum at 200–300 K.

Słowa kluczowe

PL

meteoryt Jezersko; chondryty zwyczajne; przewodność cieplna

EN

Jezersko meteorite; ordinary chondrites; thermal conductivity

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 1
• Strony: 10--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Szurgot Marian A.

• Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki Politechniki Łódzkiej

Bibliografia

• Clauser C., Huenges E., 1995. Thermal conductivity of rocks and minerals. [W:] Ahrens T.J. (ed.). Rock physics & phase relations. A handbook of physical constants, volume 3. American Geophysical Union, Washington, DC: 105–126.
• Drury M.J., Jessop A.M., 1983. The estimation of rock thermal conductivity from mineral content. An assessment of techniques. Zentralbl. Geol. Palaeontol., 1: 35–48.
• Farouki O.T., 1986. Thermal properties of soils. Trans Tech Publications, Clausthal-Zellerfeld.
• Flynn G.J., Consolmagno G.J., Britt D.T., Brown P., Macke R.J., 2018. Physical properties of the stone meteorites: Implications for the properties of their parent bodies. Chemie der Erde, 78(3): 269–298. DOI: 10.1016/j.chemer.2017.04.002.
• Fuchs S., Balling N., Fӧrster A., 2015. Calculation of thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat capacity of sedimentary rocks using petrophysical well logs. Geophysical Journal International, 203(3): 1977–2000. DOI: 10.1093/gji/ggv403.
• Fuchs S., Schütz F., Fӧrster H.J., Fӧrster A., 2013. Evaluation of common mixing models for calculating bulk thermal conductivity of sedimentary rocks: Correction charts and new conversion equations. Geothermics, 47: 40–52.
• Griffiths C.M., Brereton N.R., Beausillon R., Castillo D., 1992. Thermal conductivity prediction from petrophysical data: a case study. [W:] Hurst A., Griffiths C.M., Worthington P.F. (eds.). Geological Applications of Wireline Logs II. GSSP Spec. Publ. 65: 299–315.
• Hashin Z., Shtrikman S., 1962. A variational approach to the theory of the effective magnetic permeability of multiphase materials. Journal of Applied Physics, 33: 3125–3131. DOI: 10.1063/1.1728579.
• Henke S., Gail H.P., Trieloff M., 2016. Thermal evolution and sintering of chondritic planetesimals III. Modelling the heat conductivity of porous chondrite. Astronomy & Astrophysics, 589: A41. DOI: 10.1051/0004-6361/201527687.
• Henke S., Gail H.P., Trieloff M., Schwartz W.H., Kleine T., 2012. Thermal history modeling of the H chondrite parent body. Astronomy & Astrophysics, 545: A135. DOI: 10.1051/0004-6361/201219100.
• Ho C.Y., Ackerman M.W., Wu K.Y., Oh S.G., Havill T.N., 1978. Thermal conductivity of ten selected binary alloy systems. Journal of Physical and Chemical Reference Data, 7: 959–1178. DOI: 10.1063/1.555583.
• Łuszczek K., Przylibski T.A., 2019. Potential deposits of selected metallic resources on L chondrite parent bodies. Planetary and Space Science, 168: 40–51. DOI: 10.1016/j.pss.2019.02.005.
• Matsui T., Osako M., 1979. Thermal property measurement of Yamato meteorites. Memoirs of National Institute of Polar Research (Special Issue), 15: 243–252.
• Miler M., Ambrožič B., Mitrič B., Gosar M., Šturm S., Dolenec M., Jeršek M., 2014. Mineral and chemical composition of the Jezersko meteorite – a new chondrite from Slovenia. Meteoritics & Planetary Science, 49: 1875–1887. DOI: 10.1111/maps.12365.
• Nobes D.C., Villinger H., Davis E.E., Law L.K., 1986. Estimation of marine sediment bulk physical properties at depth from seafloor geophysical measurements. Journal of Geophysical Research, 91: 14033–14043. DOI: 10.1029/JB091iB14p14033.
• Opeil C.P., Britt D.T., Macke R.J., Consolmagno G.J., 2020. The surprising thermal properties of CM carbonaceous chondrites. Meteoritics & Planetary Science, 55(8). DOI: 10.1111/maps.13556.
• Opeil C.P., Consolmagno G.J., Britt D.T., 2010. The thermal conductivity of meteorites: new measurements and analysis. Icarus, 208: 449–454. DOI: 10.1016/j.icarus.2010.01.021.
• Opeil C.P., Consolmagno G.J., Safarik D.J., Britt D.T., 2012. Stony meteorite thermal properties and their relationship to meteorite chemical and physical states. Meteoritics & Planetary Science, 47: 319–329. DOI: 10.1111/j.1945-5100.2012.01331.x.
• Osako M., 1981. Thermal diffusivity measurements of chondrites and iron meteorite. Bulletin of the National Science Museum Tokyo, Ser. E, 4 Dec., 22: 1–8.
• Ostrowski D., Bryson K., 2019. The physical properties of meteorites. Planetary and Space Science, 165: 148–178. DOI:10.1016/j.pss.2018.11.003.
• Plewa M., Plewa S., 1992. Petrofizyka. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa.
• Przelaskowska A., 2018. Szacowanie wartości współczynnika przewodności cieplnej piaskowców fliszowych na podstawie składu mineralnego. Nafta-Gaz, 6: 435–442. DOI: 10.18668/NG.2018.06.03.
• Schӧn J.H., 2011. Physical Properties of Rocks, A Workbook. Ch. 9, Handbook of Petroleum Exploration and Production. vol. 8. Wyd. Elsevier, Amsterdam.
• Soini A.-J., Kukkonen I.T., Kohout T., Luttinen A., 2020. Thermal and porosity properties of meteorites: A compilation of published data and new measurements. Meteoritics & Planetary Science, 55(2): 402–425. DOI: 10.1111/maps.13441.
• Szewczyk J., 2001. Estymacja gęstości strumienia cieplnego metodą modelowań właściwości termicznych ośrodka. Przegląd Geologiczny, 49(11): 1083–1088.
• Szewczyk J., Gientka D., 2009. Terrestrial heat flow density in Poland – a new approach. Geological Quarterly, 53(1): 125–140.
• Szurgot M., 2011. Thermal conductivity of meteorites. Meteoritics & Planetary Science, 46 Suppl.: A230.
• Szurgot M., 2019. Średni ciężar atomowy i gęstość ziaren chondrytu Jezersko (H4). Acta Societatis Metheoriticae Polonorum, 10: 140–159.
• Szurgot M., 2020a. Ciepło właściwe i ciepło atomowe chondrytu Jezersko. Przegląd Geologiczny, 68: 54–59. DOI: 10.7306/2020.1.
• Szurgot M., 2020b. Średni ciężar cząsteczkowy chondrytu Jezersko (H4). Promień i objętość atomu i cząsteczki chondrytu. Acta Societatis Metheoriticae Polonorum, 11: 98–109.
• Szurgot M., Wojtatowicz T.W., 2011. Thermal diffusivity of meteorites. Meteoritics & Planetary Science, 46 Suppl.: A230.
• Walsh J.B., Decker E.R., 1966. Effect of pressure and saturating fluid on the thermal conductivity of compact rock. Journal of Geophysical Research, 71: 3053–3061. DOI: 10.1029/JZ071i012p03053.
• Woodside W., Messmer J.H., 1961. Thermal conductivity of porous media. Journal of Applied Physics, 32(9): 1688–1706. DOI:10.1063/1.1728419.
• Yomogida K., Matsui T., 1983. Physical properties of ordinary chondrites. Journal of Geophysical Research, 88: 9513–9533. DOI:10.1029/JB088iB11p09513.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).