Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15–20 м. Средняя температура на Земле в этот день превысила 17 градусов. Новости Новости. Температура земли на глубине 20 м примерно 10°C, и растет каждые 30м на 1°C. На нее не оказывают влияние климатические условия, и поэтому можно рассчитывать на качественный отбор энергии и зимой и летом. Ученые из Австралийского национального университета обнаружили, что температура Земли на глубине трех тысяч километров на самом деле неоднородна, как думали ранее.
Нижегородский ученый объяснил изменения температуры на Луне
Теоретики обещали, что температура Балтийского щита останется сравнительно низкой до глубины по крайней мере 15 километров. 2370°C — самая высокая температура в истории Земли, которую зафиксировали ученые. Температура земли на глубине 20 м примерно 10°C, и растет каждые 30м на 1°C. На нее не оказывают влияние климатические условия, и поэтому можно рассчитывать на качественный отбор энергии и зимой и летом. Отчет, подготовленный в Институте физики Земли, гласил: за миллиарды лет своего существования Кольский щит остыл, температура на глубине 15 км не превышает 150°С. А геофизики подготовили примерный разрез недр Кольского полуострова.
Температурные показатели планеты Земля
С некоторой глубины своей для каждой точки на карте действие Солнца и атмосферы ослабевает настолько, что на первое место выходят эндогенные внутренние факторы и происходит разогрев земных недр изнутри, так что температура с глубиной начинает расти. Разогрев глубинных слоёв Земли связывают, главным образом, с распадом находящихся там радиоактивных элементов, хотя называют и другие источники тепла, например физико-химические, тектонические процессы в глубоких слоях земной коры и мантии. Но чем бы это ни было обусловлено, температура горных пород и связанных с ними жидких и газообразных субстанций с глубиной растёт. С этим явлением сталкиваются горняки - в глубоких шахтах всегда жарко.
На глубине 1 км тридцатиградусная жара - нормальное явление, а глубже температура ещё выше. Незначительность теплового потока из недр к поверхности на большей части планеты связана с низкой теплопроводностью горных пород и особенностями геологического строения. Но есть исключения - места, где тепловой поток велик.
Это, прежде всего, зоны тектонических разломов, повышенной сейсмической активности и вулканизма, где энергия земных недр находит выход. Для таких зон характерны термические аномалии литосферы, здесь тепловой поток, достигающий поверхности Земли, может быть в разы и даже на порядки мощнее «обычного». Огромное количество тепла на поверхность в этих зонах выносят извержения вулканов и горячие источники воды.
Именно такие районы наиболее благоприятны для развития геотермальной энергетики. На территории России это, прежде всего, Камчатка, Курильские острова и Кавказ. В то же время развитие геотермальной энергетики возможно практически везде, поскольку рост температуры с глубиной - явление повсеместное, и задача заключается в «добыче» тепла из недр, подобно тому, как оттуда добывается минеральное сырьё.
В среднем температура с глубиной растёт на 2,5-3 о С на каждые 100 м. Отношение разности температур между двумя точками, лежащими на разной глубине, к разности глубин между ними называют геотермическим градиентом. Обратная величина - геотермическая ступень, или интервал глубин, на котором температура повышается на 1 о С.
Чем выше градиент и соответственно ниже ступень, тем ближе тепло глубин Земли подходит к поверхности и тем более перспективен данный район для развития геотермальной энергетики. В разных районах , в зависимости от геологического строения и других региональных и местных условий , скорость роста температуры с глубиной может резко различаться. В масштабах Земли колебания величин геотермических градиентов и ступеней достигают 25 крат.
Вопрос, какова температура на больших глубинах - 5, 10 км и более? При сохранении тенденции температура на глубине 10 км должна составлять в среднем примерно 250-300 о С. Это более или менее подтверждается прямыми наблюдениями в сверхглубоких скважинах, хотя картина существенно сложнее линейного повышения температуры.
На глубине 7 км зафиксирована уже температура 120 о С, на 10 км - 180 o С, а на 12 км - 220 o С. Другой пример - скважина, заложенная в Северном Прикаспии, где на глубине 500 м зарегистрирована температура 42 o С, на 1,5 км - 70 o С, на 2 км - 80 o С, на 3 км - 108 o С. Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20-30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300-1500 o С, на глубине 400 км - 1600 o С, в ядре Земли глубины более 6000 км - 4000-5000 o С.
Такими косвенными признаками могут быть характер прохождения сей-смических волн или температура изливающейся лавы. Впрочем, для целей геотермальной энергетики данные о температурах на глубинах более 10 км пока не представляют практического интереса. На глубинах в несколько километров много тепла, но как его поднять?
Иногда эту задачу решает за нас сама природа с помощью естественного теплоносителя - нагретых термальных вод, выходящих на поверхность или же залегающих на доступной для нас глубине. В ряде случаев вода в глубинах разогрета до состояния пара. Строгого определения понятия «термальные воды» нет.
Как правило, под ними подразумевают горячие подземные воды в жидком состоянии или в виде пара, в том числе выходящие на поверхность Земли с температурой выше 20 о С, то есть, как правило, более высокой, чем температура воздуха. Тепло подземных вод, пара, пароводяных смесей - это гидротермальная энергия. Соответственно энергетика, основанная на её использовании, называется гидротермальной.
Сложнее обстоит дело с добычей тепла непосредственно сухих горных пород - петротермальной энергии, тем более что достаточно высокие температуры, как правило, начинаются с глубин в несколько километров. На территории России потенциал петротермальной энергии в сто раз выше, чем у гидротермальной, - соответственно 3500 и 35 трлн тонн условного топлива. Это вполне естественно - тепло глубин Земли имеется везде, а термальные воды обнаруживаются локально.
Однако из-за очевидных технических трудностей для получения тепла и электроэнергии в настоящее время используются большей частью термальные воды. Воды температурой от 20-30 до 100 о С пригодны для отопления, температурой от 150 о С и выше - и для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях. В целом же геотермальные ресурсы на территории России в пересчёте на тонны условного топлива или любую другую единицу измерения энергии примерно в 10 раз выше запасов органического топлива.
Теоретически только за счёт геотермальной энергии можно было бы полностью удовлетворить энергетические потребности страны. Практически же на данный момент на большей части её территории это неосуществимо по технико-экономическим соображениям. В мире использование геотермальной энергии ассоциируется чаще всего с Исландией - страной, расположенной на северном окончании Срединно-Атлантического хребта, в исключительно активной тектонической и вулканической зоне.
Именно благодаря такой геологической специфике Исландия обладает огромными запасами геотермальной энергии, в том числе горячих источников, выходящих на поверхность Земли и даже фонтанирующих в виде гейзеров. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, то есть также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия выглядит неким мировым экологическим эталоном. До середины прошлого столетия она была очень бедной страной, сейчас занимает первое место в мире по установленной мощности и производству геотермальной энергии на душу населения и находится в первой десятке по абсолютной величине установленной мощности геотермальных электростанций.
Однако её население составляет всего 300 тысяч человек, что упрощает задачу перехода на экологически чистые источники энергии: потребности в ней в целом невелики. Помимо Исландии высокая доля геотермальной энергетики в общем балансе производства электроэнергии обеспечивается в Новой Зеландии и островных государствах Юго-Восточной Азии Филиппины и Индонезия , странах Центральной Америки и Восточной Африки , территория которых также характеризуется высокой сейсмической и вулканической активностью. Для этих стран при их нынешнем уровне развития и потребностях геотермальная энергетика вносит весомый вклад в социально-экономическое развитие.
Окончание следует. Один из самых лучших, рациональных приемов в возведении капитальных теплиц - подземная теплица-термос. Использование этого факта постоянства температуры земли на глубине, в устройстве теплицы дает колоссальную экономию расходов на обогрев в холодное время года, облегчает уход, делает микроклимат более стабильным.
Такая теплица работает в самые трескучие морозы, позволяет производить овощи, выращивать цветы круглый год. Правильно оборудованная заглубленная теплица дает возможность выращивать, в том числе, теплолюбивые южные культуры. Ограничений практически нет.
В теплице могут прекрасно чувствовать себя цитрусовые и даже ананасы. Но чтобы на практике все исправно функционировало, обязательно нужно соблюсти проверенные временем технологии, по которым строились подземные теплицы. Ведь эта идея не нова, еще при царе в России заглубленные теплицы давали урожаи ананасов, которые предприимчивые купцы вывозили на продажу в Европу.
Почему-то строительство подобных теплиц не нашло в нашей стране большого распространения , по большому счету, она просто забыта, хотя конструкция идеально подходит как раз для нашего климата. Вероятно, роль здесь сыграла необходимость рытья глубокого котлована, заливка фундамента. Строительство заглубляемой теплицы достаточно затратное, это далеко не парник, накрытый полиэтиленом, но и отдача от теплицы гораздо больше.
От заглубления в землю не теряется общая внутренняя освещенность, это может показаться странным, но в некоторых случаях светонасыщенность даже выше, чем у классических теплиц. Нельзя не упомянуть о прочности и надежности конструкции, она несравнимо крепче обычной, легче переносит ураганные порывы ветра, хорошо противостоит граду, не станут помехой и завалы снега. Котлован Создание теплицы начинается с рытья котлована.
Проектная глубина Кольской скважины была 15 км. Помимо общетеоретического значения описание геотермического градиента имеет значительный практический смысл, особенно в свете ожидаемого глобального топливно-сырьевого кризиса. Значение геотермического градиента окажет решающую роль на распространение геотермальной энергетики. Термические градиенты других небесных тел[ править править код ] Определение термических градиентов других тел Солнечной системы, в основном, — дело далёкого будущего. В XXI веке предпринимаются попытки установить на практике температурный градиент Марса , пока безуспешные.
По словам исследователей, это охлаждение могло быть связано с медленными циклами , обусловленными изменениями в земной орбите, из-за чего количество солнечного света, получаемого северным полушарием планеты, уменьшилось, и результатом стал малый ледниковый период последних веков. Однако затем картина изменилась. Пиковые температуры 6,5 тысяч лет назад примерно на 0,7 градуса Цельсия превосходили те, что наблюдались в середине 19 века.
Однако с тех пор средняя температура Земли выросла еще на один градус Цельсия. Как рассказывает первый автор исследования, возможно, последний раз такие высокие устойчивые значения наблюдались около 125 тысяч лет назад, когда уровень моря был примерно на 6 метров выше, чем сегодня. Климатологи отмечают, что их модели не позволяют определить, как менялся климат на масштабе десятилетий, что затрудняет сравнение с недавними периодами.
В различных участках и на разных глубинах геотермический градиент непостоянен и определяется составом горных пород, их физическим состоянием и теплопроводностью, плотностью теплового потока, близостью к интрузиям и другими факторами.
Географы создали карту Всемирного потопа
Ученые обнаружили скрытую экосистему под самой сухой и жаркой пустыней Земли на глубине четыре метра. Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности. На глубине 5 км исследователи столкнулись с неожиданно высокой температурой — более 700 °С. Через 2 км температура выросла до 1 200 °С. Тогда работы отложили на год — до установки модифицированной версии «Уралмаш-15000» с повышенной термостойкостью. «Оказалось, что температура поверхности выше ожидаемой — +70 градусов Цельсия — однако уже на глубине нескольких миллиметров температура падает до −10 градусов.
Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
В скважины глубиной до 15 метров каждая опущены термометрические косы с датчиками для измерения температуры многолетней мерзлоты в реальном времени и естественных условиях, сообщается на сайте окружного правительства. Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. метров. Чтобы получить представление о температуре в центре Земли, можно подумать, что достаточно экстраполировать геотермический градиент на глубину 6 371 км, что соответствует радиусу Земли.
Российский геолог — о прогнозировании землетрясений и глубинной структуре Земли
- Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось
- Температура земли на глубине 100 метров. Температура внутри Земли
- Какова температура на глубине 6 371 км?
- Смотрите также
- Под земной корой обнаружены скрытые слои расплавленной породы
Температура грунта на разных
Чтобы найти ответы, команда Мотохико Мураками Motohiko Murakami из Швейцарской высшей технической школы Цюриха ETH Zurich исследовала свойства минералов, поднятых с большой глубины, из области границы между мантией и внешним ядром планеты. Результаты работы представлены в статье , опубликованной в журнале Earth and Planetary Science Letters. Между нижней мантией и внешним жидким ядром существует большой перепад температуры, и там должен происходить активный перенос тепла.
В среднем Г. Колеблется в значит, пределах в зависимости от глубины и места от 5 до 150 м.
Для Москвы средняя величина Г. Измерение прироста темп-ры горных пород с увеличением глубин их залегания устанавливается геотермическим градиентом. В среднем для глубин коры, доступных непосредственным температурным измерениям, величина Г. Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности.
Правда, между 2022 и 2051 годами не прослеживается никакой разницы: пишут, что сейчас дело идёт к "тепловому насыщению", то есть если раньше почва прогревалась почти на полградуса в год, то сейчас эта скорость составляет 0,14 градуса в год. Зато по сравнению с серединой XX века разница очевидна. Изменение температуры грунта под самым густонаселённым районом Чикаго на разных глубинах с 1951 года. Значит, делаются менее плотными. Так вот, исследователи по итогам заявили, что всё это может повлиять на устойчивость фундаментов, свай, вызвать всевозможные наклоны и прогибы стен, плит.
И они предлагают бороться с перегревом земли при помощи геотермальных технологий, то есть, собственно говоря, выкачивать это лишнее тепло и использовать его в энергоснабжении. По счастью, в Чикаго пока ещё не было обрушения или какой-то крупной аварии именно по причине размягчения перегретой почвы, а вот в некоторых других местах на планете Земля где, между прочим, тоже живут люди подобные "тревожные значки" уже начинаются. А именно в обширных краях российской многолетней мерзлоты.
Выяснилось, что стандартный способ гидроразрыва давал недостаточное количество трещин, чтобы достичь нужной проницаемости и хорошего теплообмена. Поэтому в последующем ученые пошли по пути создания обширных резервуаров с множеством трещин и естественных дефектов пород. Всего на сегодняшний день реализовано около двадцати опытных систем в США, Японии, Великобритании, Франции, Германии и Австралии, которые подтвердили техническую возможность извлечения глубинного тепла с глубин до 5,1 км. Эти исследования помогли определить минимальные необходимые требования для создания таких станций. Данные проекты выявили и ряд серьезных технических проблем использования петротермальной энергетики. В то же время данные проекты продемонстрировали и значительные преимущества петроэнрегетики, каких нет у других источников энергии. Такие электростанции работают непрерывно и не зависят от времени года или погоды.
Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров
Станция использовала самый выгодный, но, к сожалению, редко встречающийся ресурс — сухой перегретый пар, который можно встретить лишь в недрах вулканических массивов. Но, на самом деле, жар Земли можно найти не только близ огнедышащих гор. Он есть повсеместно, под нашими ногами. Недра планеты раскалены до нескольких тысяч градусов. Ученые до сих пор не выяснили, вследствие каких процессов наша планета в течение нескольких миллиардов лет хранит в себе гигантское количество тепла, и невозможно оценить, на сколько миллиардов лет его хватит. Достоверно известно, что при погружении на каждые 100 метров вглубь земли температура пород повышается в среднем на 3 градуса. В среднем — это значит, что есть места на планете, где температура повышается на полградуса, а где-то — и на 15 градусов. И это — не зоны активного вулканизма. Температурный градиент, разумеется, увеличивается неравномерно. Финские специалисты рассчитывают достичь на глубине 7 км зоны, в которой температура пород составит 120 градусов Цельсия, притом что температурный градиент в Эспоо примерно 1,7 градуса на 100 метров, а это даже ниже среднего уровня.
И, тем не менее, это уже достаточная температура для запуска геотермальной теплоцентрали. Суть системы, в принципе, проста. Бурятся две скважины на расстоянии в несколько сот метров друг от друга. Между ними в нижней части нагнетают под давлением воду, чтобы разорвать пласты и создать меж ними систему проницаемых трещин. Технология отработана: подобным способом сейчас добывают сланцевую нефть и газ. Затем в одну из скважин закачивают воду с поверхности, а из второй — наоборот, откачивают. Вода идет по трещинам среди раскаленных пород, и затем поступает по второй скважине на поверхность, где передает тепло обычной городской теплоцентрали. Такие системы уже были запущены в США, в настоящее время идут разработки в Австралии и странах Европейского союза. Фото: www.
Приоритет в разработке низкотемпературной геотермальной энергетики принадлежит советским ученым — именно они более полувека назад решили вопрос использования такой энергии на Камчатке. Ученые предложили использовать в качестве кипящего теплоносителя органическую жидкость — фреон12, у которой точка кипения при нормальном атмосферном давлении — минус 30 градусов. Вода из скважины температурой в 80 градусов Цельсия передавала свое тепло фреону, который вращал турбины. Первой в мире электростанцией, работающей с водой такой температуры, стала Паужетская геотермальная электростанция на Камчатке, построенная в 1967 году.
По материалам. Шилкин, инженер, НИИСФ Москва Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов представляет сегодня собой одну из глобальных мировых проблем, успешное решение которой, по-видимому, будет иметь определяющее значение не только для дальнейшего развития мирового сообщества, но и для сохранения среды его обитания. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение новых энергосберегающих технологий , использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии НВИЭ Истощение запасов традиционного ископаемого топлива и экологические последствия его сжигания обусловили в последние десятилетия значительное повышение интереса к этим технологиям практически во всех развитых странах мира. Преимущества технологий теплоснабжения, использующих в сравнении с их традиционными аналогами, связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения.
По всей видимости, в недалеком будущем именно эти качества будут иметь определяющее значение в формировании конкурентной ситуации на рынке теплогенерирующего оборудования. Анализ возможных областей применения в экономике России технологий энергосбережения, использующих нетрадиционные источники энергии , показывает, что в России наиболее перспективной областью их внедрения являются системы жизнеобеспечения зданий. При этом весьма эффективным направлением внедрения рассматриваемых технологий в практику отечественного строительства представляется широкое применение теплонасосных систем теплоснабжения ТСТ , использующих в качестве повсеместно доступного источника тепла низкого потенциала грунт поверхностных слоев Земли. При использовании тепла Земли можно выделить два вида тепловой энергии — высокопотенциальную и низкопотенциальную. Источником высокопотенциальной тепловой энергии являются гидротермальные ресурсы — термальные воды, нагретые в результате геологических процессов до высокой температуры, что позволяет их использовать для теплоснабжения зданий. Однако использование высокопотенциального тепла Земли ограничено районами с определенными геологическими параметрами. В России это, например, Камчатка, район Кавказских минеральных вод; в Европе источники высокопотенциального тепла есть в Венгрии, Исландии и Франции. В отличие от «прямого» использования высокопотенциального тепла гидротермальные ресурсы , использование низкопотенциального тепла Земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно.
В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Низкопотенциальное тепло Земли может использоваться в различных типах зданий и сооружений многими способами: для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования охлаждения воздуха, обогрева дорожек в зимнее время года, для предотвращения обледенения, подогрева полей на открытых стадионах и т. В англоязычной технической литературе такие системы обозначаются как «GHP» — «geothermal heat pumps», геотермальные тепловые насосы. Климатические характеристики стран Центральной и Северной Европы, которые вместе с США и Канадой являются главными районами использования низкопотенциального тепла Земли, определяют главным образом потребность в отоплении; охлаждение воздуха даже в летний период требуется относительно редко. Поэтому, в отличие от США, тепловые насосы в европейских странах работают в основном в режиме отопления. В США тепловые насосы чаще используются в системах воздушного отопления , совмещенного с вентиляцией, что позволяет как подогревать, так и охлаждать наружный воздух. В европейских странах тепловые насосы обычно применяются в системах водяного отопления. Поскольку эффективность тепловых насосов увеличивается при уменьшении разности температур испарителя и конденсатора, часто для отопления зданий используются системы напольного отопления, в которых циркулирует теплоноситель относительно низкой температуры 35—40 оC.
Большинство тепловых насосов в Европе, предназначенных для использования низкопотенциального тепла Земли, оборудовано компрессорами с электрическим приводом. За последние десять лет количество систем, использующих для тепло- и холодоснабжения зданий низкопотенциальное тепло Земли посредством тепловых насосов , значительно увеличилось. Наибольшее число таких систем используется в США. Швейцария лидирует по величине использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли на душу населения. В Москве в микрорайоне Никулино-2 фактически впервые была построена теплонасосная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев Земли , а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы: парокомпрессионные теплонасосные установки ТНУ ; системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха; циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания.
Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома. Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами. Данные, оценивающие мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов, приведены в таблице. Таблица 1. Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов Грунт как источник низкопотенциальной тепловой энергии В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться подземные воды с относительно низкой температурой либо грунт поверхностных глубиной до 400 м слоев Земли. Теплосодержание грунтового массива в общем случае выше. Тепловой режим грунта поверхностных слоев Земли формируется под действием двух основных факторов — падающей на поверхность солнечной радиации и потоком радиогенного тепла из земных недр. Сезонные и суточные изменения интенсивности солнечной радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта.
Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15—20 м. Температурный режим слоев грунта, расположенных ниже этой глубины «нейтральной зоны» , формируется под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр Земли и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата рис. График изменения температуры грунта в зависимости от глубины С увеличением глубины температура грунта возрастает в соответствии с геотермическим градиентом примерно 3 градуса С на каждые 100 м. Величина потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр, для разных местностей различается. В эксплуатационный период массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника системы сбора низкопотенциального тепла грунта системы теплосбора , вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. Иначе говоря, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится в мерзлом или талом , представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему, скелет которой образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно ли связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе.
Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом или тем и другим одновременно. Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других. Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии. В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла. Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков , а также грунтовые воды.
Основные факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис. Факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунта Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла или холода в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли : открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение. Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах.
Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г.
Источник: Freepik В пустыне Атакама, расположенной в Чили, высшие формы жизни почти полностью отсутствуют, однако почва богата солями, в том числе сульфатами. Считается, что верхний слой толщиной 80 сантиметров является возможным убежищем для бактерий от ультрафиолетового света и содержит некоторое количество воды. В ходе новой экспедиции исследователи вырыли грунт на глубине более четырех метров в долине Юнгай, чтобы собрать образцы почвы.
Для их изучения были направлены несколько экспедиций. Участник 2-ой... Отмечу, что если бурить там, где самая тонкая кора — на дне океана, то там мы столкнёмся с самым большим геотермическим градиентом. Это означает, что по мере углубления в скважину температура будет быстро расти. Хотя проекты по бурению на океанических глубинах есть, они не направлены на создание очень глубоких скважин. Интерес представляют геологические отложения, которые можно найти на большой глубине — например, в Марианской впадине. Например, много геотермальных станций действует в Исландии, есть такие станции и на Камчатке. Однако нужно понимать, что не везде геотермальная энергия доступна для использования. Геотермический градиент везде отличается. Это означает, что для того, чтобы просто вскипятить воду, нам придётся пробурить скважину глубиной 10 км. И чтобы нагреть воду до состояния кипения, нам нужно бурить лишь чуть больше километра — это уже выгодно и целесообразно. Гейзер Gettyimages. Если да, то не относится ли это в равной мере и к добыче газа и нефти методом гидроразрыва пласта? Дело в том, что крупные землетрясения вызываются только движением литосферных плит, тектоническим явлениями. К счастью, вызвать их искусственно человек не способен. Хотя небольшие колебания верхних горизонтов земной коры гидроразрыв пласта действительно может вызвать, но здесь речь идёт о такой активности, которую могут зафиксировать только сейсмометры, но человек вряд ли сможет её заметить. Также по теме Как вулкан землетрясение остановил: учёные о взаимодействии двух стихийных бедствий Один из самых мощных действующих вулканов в мире — японский Асо — помог остановить сильное землетрясение. В такому выводу пришли... Находит ли эта теория подтверждение? Однако гравитационное взаимодействие Земли с другими космическими телами, включая Солнце, такое влияние оказывать может. Конечно, сегодня это воздействие не очень сильное и вряд ли может быть основной причиной землетрясений и вулканической активности. Однако следует напомнить, что, когда Луна проходит рядом с нашей планетой, поднимается не только уровень воды в океане, но также и суши на несколько сантиметров. А четыре миллиарда лет назад, когда Луна находилась ближе к Земле, этот приливной горб земной тверди составлял несколько километров. Результатом станет или похолодание, или, наоборот, усиление парникового эффекта и потепление.
Энергия тепла земных глубин
Но все подобные случаи являются не столько правилами, сколько исключениями. Причин, влияющих на геотермическую ступень, много. Кроме приведенных выше, можно указать на различную теплопроводность горных пород, на характер залегания пластов и др. Большое значение в распределении температур имеет рельеф местности. Последнее хорошо можно заметить на приложенном чертеже рис. Геоизотермы здесь как бы повторяют рельеф, но с глубиной влияние рельефа постепенно уменьшается.
Сильный изгиб геоизотерм вниз у Балле обусловливается наблюдающейся здесь сильной циркуляцией вод. Температура Земли на больших глубинах. Наблюдения над температурами в буровых скважинах, глубина которых редко превышает 2—3 км, естественно, не могут дать представления о температурах более глубоких слоев Земли. Но здесь нам на помощь приходят некоторые явления из жизни земной коры. К числу таких явлений относится вулканизм.
Однако подобные вычисления нельзя считать достаточно обоснованными. Наблюдения, производившиеся над температурой остывающего базальтового шара, и теоретические расчеты дают основание говорить, что величина геотермической ступени с глубиной увеличивается.
Глубина распространения суточных колебаний составляет 0,9—1,2 м, сезонных и годовых — 18—40 м. Нижней границей слоя сезонных колебаний температуры является т.
Экспериментальные геотермические измерения проводятся ниже этого слоя, где температура остаётся практически постоянной и не зависит от изменений условий на поверхности. Для устранения влияния различных приповерхностных возмущений при определении глубинного теплового потока преимущественно используют скважины глубиной больше 1000 м. Океанические измерения также проводят на значительных глубинах, где температура дна постоянна. Определение плотности теплового потока позволяет контролировать правильность выводов о внутреннем строении Земли и энергетике процессов, происходящих в земных недрах, а также оценивать значение планетарного теплового потока потерь тепла Землёй.
Изменение температуры с глубиной определяют с помощью различных измерений, оценок и расчётов с учётом различных механизмов теплопереноса.
Так, суточные колебания на глубине 1 м обычно уже почти не ощущаются. Что же касается годовых колебаний, то они проникают на разную глубину: в теплых странах на 10—15 м, а в странах с холодной зимой и жарким летом до 25—30 и даже 40 м. Глубже 30—40 м уже всюду на Земле температура держится неизменной. Слой с постоянной температурой наблюдается на всем земном шаре и носит название пояса постоянной или нейтральной температуры.
Глубина залегания этого пояса в зависимости от климатических условий различна, а температура равна приблизительно средней годовой температуре данного места. При углублении в Землю ниже слоя постоянной температуры обыкновенно замечается постепенное повышение температуры. Впервые это было замечено рабочими глубоких рудников. Замечалось это и при прокладке тоннелей. Еще более высокие температуры наблюдаются в глубоких буровых скважинах.
Геотермическая ступень в различных случаях неодинакова и чаще всего она колеблется от 30 до 35 м. В некоторых случаях эти колебания могут быть и выше. Например, в штате Мичиган США , в одной из буровых скважин, расположенных близ оз. Мичиган, геотермическая ступень оказалась не 33, а 70 м.
Военный сейсмограф LASA в штате Монтана зафиксировал резонанс от взрывов, колебания которых достигли внутреннего ядра Земли и отразились назад. Ученые использовали эти данные для оценки скорости и направления вращения ядра нашей планеты.
В 1990-х гг. Долгое время эти результаты считали основополагающими, пока сотрудники Университета Южной Калифорнии не представили новое исследование. Специалисты под руководством Джона Видале пересмотрели результаты и поняли, что ситуация с вращением намного сложнее: ядро действительно опережает вращение самой планеты, но иногда отстает от него. При этом разные слои ядра вращаются в разные стороны: внешнее жидкое ядро вращается вокруг своей оси с востока на запад, а внутреннее — с запада на восток. Структура ядра На сегодня можно выделить следующие физические характеристики ядра: радиус сферы составляет 3,5 тыс. Представить состав ядра можно методами изучения близких по составу материалов, например железных метеоритов, представляющих собой фрагменты ядер астероидов.
Внутренне ядро — самый центр Земли диаметром 1,3 тыс. В 2015 г.