Какова температура Земной коры, на глубине 1-30 км от поверхности?
Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось
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. Затем они упоминают среднюю температуру поверхности Венеры и Титана и то, как это повлияет на температуру на глубине 20 футов под землей. Индийский посадочный модуль «Викрам» передал на Землю первые данные о температуре лунной поверхности. На глубине 1 м температура грунта колеблется больше, но и зимой ее значение остается положительным, обычно в средней полосе температура составляет 4-10 С, в зависимости от времени года. «Оказалось, что температура поверхности выше ожидаемой — +70 градусов Цельсия — однако уже на глубине нескольких миллиметров температура падает до −10 градусов.
Как Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата
Но, не об этом речь. В мантийную конвекцию я мало верю, обмен вещества и энергии между оболочками Земли происходит через мантийный плюм-диапиризм, функционирующий на восходящих водородных струях, исходящих от ядра Земли. Понятно, что в мантии Земли с ее квазивязким пластичным агрегатным состоянием, открытых трещинных систем скорее нет хотя многие геологи допускают. Приведу выдержку на эту тему из своего доклада на 2-х КЧ, который выйдет в ближайшем 10-м номере журнала Глубинная нефть: "За основу механизма внутриочаговой мобилизации «первичной миграции» в терминах органического учения УВ-флюидов согласно теории глубинного генезиса нефти может быть принята модель И. Гуфельда 2013 , которая рассматривает «формирование структуры границ в литосфере на основе процессов взаимодействия восходящих потоков водорода и гелия с твердой фазой, приводящих к образованию газовой пористости и цепочек пор, связанных трещинами.
За счет действия P-T параметров и барьерного эффекта в среде характерны деструкция и развитая трещиноватость.
То есть почти столько же, как и температура Солнца. Факт различия в температурных показателях очень важен для ученых. Ведь это помогает объяснить то, как Земля генерирует магнитное поле. Твердое ядро Земли находится внутри внешнего жидкого ядра, сверху которого, в свою очередь, расположен твердый, но в то же время текучий слой мантии. Благодаря разнице температуры между слоем мантии и внутренним ядром, которая составляет порядка 2700 градусов Цельсия, а также за счет движения мантии и вращения планеты и создается магнитное поле.
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.
Это так называемая геотермическая ступень. Величина геотермической ступени в разных местах и на разных глубинах неодинакова и колеблется от 5 до 150 м. В вулканических районах с глубиной температура повышается очень быстро. Прирост температуры на каждые 100 м углубления от зоны постоянной температуры называется геотермическим градиентом. Он также в разных местах и на разных глубинах имеет неодинаковую величину. Различия в величине геотермической ступени и геотермического градиента обусловлены разной радиоактивностью и теплопроводностью горных пород, различными условиями залегания горных пород температура выше в слоях, собранных в складки недавно , гидрохимическими процессами в зависимости от того, какие реакции преобладают: с выделением тепла или с поглощением , температурой подземных вод, циркулирующих в толще пород.
С 1960-х нагрев вырос в 20 раз
- Глобальное потепление перевесило глобальное охлаждение
- Смотрите также
- Российский геолог — о прогнозировании землетрясений и глубинной структуре Земли
- Reader1 • Таяние «вечной» мерзлоты.
- Какова температура на глубине 6 371 км?
- С 1960-х нагрев вырос в 20 раз
Информация:
- Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров
- Кольская сверхглубокая
- Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров
- Зависимость температуры от глубины. Температура внутри Земли
Наши проекты
- Геотермический градиент - Что такое Геотермический градиент? - Техническая Библиотека
- Ученые выявили сильные неоднородности температуры в центре Земли
- Другие новости
- Внутреннее строение Земли
- Зависимость температуры от глубины. Температура внутри Земли
Тепловое состояние внутренних частей земного шара
Напомним, ранее индийский посадочный модуль «Чандраян-3» впервые выполнил прямые измерения температуры поверхности и подповерхностного слоя в районе южного полюса Луны, а ряд СМИ в очередной раз поставил под сомнение высадку американцев на спутнике Земли. Наблюдения продолжаются».
Что известно об индийском межпланетном аппарате "Чандраян-3" "ChaSTE Поверхностный термофизический эксперимент "Чандра" измеряет температуру верхнего слоя лунной почвы вокруг полюса, чтобы понять температурный режим на поверхности Луны", - говорится в сообщении. Аппарат оснащен датчиком температуры с механизмом, способным измерять температуру лунной почвы на глубине до 10 см. В публикации приводится график температур. Это первый подобный профиль южного полюса Луны", - сообщает индийское космическое ведомство.
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. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт. Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод. Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис. Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е.
Гуфельда 2013 , которая рассматривает «формирование структуры границ в литосфере на основе процессов взаимодействия восходящих потоков водорода и гелия с твердой фазой, приводящих к образованию газовой пористости и цепочек пор, связанных трещинами. За счет действия P-T параметров и барьерного эффекта в среде характерны деструкция и развитая трещиноватость. В литосфере и верхней мантии происходят эффекты аморфизации структуры, приводящей к увеличению пористости и диффузии комплексов типа C-H и O-H, допускается возможность горизонтальной миграции водорода и водородных комплексов на большие расстояния по зонам барьерного эффекта. Причем одной из таких зон может быть граница Мохо». Последняя граница Мохо в нашем понимании выступает не только как глобальная в масштабах планеты реологическая граница раздела квазихрупких земная кора и квазипластичных верхняя мантия сред, но и как граница распространения фронта барьерного эффекта аморфизации структуры среды, обеспечивающей реализацию механизма внутриочаговой мобилизации, то есть «первичной миграции» в терминах органического учения мантийных С-Н-N-О-S систем и других элементов включая металлы - компонентов глубинных УВ-систем в верхней мантии и формирование скоплений первичной протонефти. Как заключает И.
Температура Земли приблизилась к рекордным показателям за 50 млн лет
Новости космос Луна оказалась горячее, чем считалось ра. Постепенно экстремальные температуры стали сохраняться лишь на глубине, а наружные слои остыли и затвердели. Чтобы получить представление о температуре в центре Земли, можно подумать, что достаточно экстраполировать геотермический градиент на глубину 6 371 км, что соответствует радиусу Земли. Известно, что ядро Земли имеет чрезвычайно высокую температуру, для этого есть свои причины. Геотермический градиент — физическая величина, описывающая прирост температуры горных пород в °С на определённом участке земной толщи. 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.
Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
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. Исследователи надеются, что изучение закономерностей естественных изменений температуры помогут понять и оценить процессы, которые влияют на климат, а также улучшить прогнозы, которые будут учитывать как антропогенные, так и природные факторы.
В прошлом ученые провели другое моделирование, которое показало, что концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла максимума за последние три миллиона лет, а средняя глобальная температура в этот период не превышала уровни доиндустриального периода.
Эта стадия, на которую попадает и эволюция человека, закончилась голоценом ближе к концу последнего ледникового периода - около 12000 лет назад. На последовавшей за этим фазе Icehouse температура имела тенденцию к повышению, причем в последние несколько десятилетий с нарастающей скоростью. Климатологи также сопоставили полученные данные с вариациями орбиты Земли, известными как циклы Миланковича: кривая показала периодические колебания в отдельных фазах из-за изменений орбиты нашей планеты. Однако, по словам ученых, большинство глобальных климатических изменений за последние миллионы лет были связаны с изменением уровня парниковых газов и объема полярных ледяных щитов. Особенно интересно время от 66 до 34 миллионов лет назад, когда на планете было значительно теплее, чем сейчас".
Кривая также показывает, что текущее и прогнозируемое потепление находится вне естественных колебаний климата. Его причина - деятельность человека.
Соотношение изотопов кислорода и углерода в раковинах этих простейших позволяет сделать выводы о том, какими были миллионы лет назад температура на глубине моря, глобальные объемы льда и концентрация углерода в атмосфере. Получившаяся эталонная кривая климата дает детальную информацию об этом за последние 66 миллионов лет. И, кстати, ее начало совпадает с массовым вымиранием видов в конце мелового периода, жертвами которого, среди прочего, стали динозавры. Именно тогда началась кайнозойская эра, которая продолжается по сей день. Две дюжины исследователей из шести стран утверждают, что теперь они "знают, когда на планете было теплее или холоднее, и лучше понимают динамику климатических изменений". Ученые разделили климатические состояния Земли на 4 вида, которые они назвали жаркое Hothouse , теплое Warmhouse , прохладное Coolhouse и холодное Icehouse.
Эти климатические состояния сохранялись в течение миллионов или даже десятков миллионов лет.
Вязкий слой горячего материала — астеносфера — находится между земной корой, которая составляет поверхность нашей планеты, и мантией. Новое исследование показало, что верхняя часть астеносферы более жидкая, чем считалось ранее. Если говорить просто, тектонические плиты земной коры как бы «скользят» по астеносфере. Новое понимание этого процесса поможет улучшить прогноз тектоники. Открытие было сделано с помощью анализа сейсмических волн, проходящих через недра Земли.
Зависимость температуры от глубины. Температура внутри Земли
Якутске и г. Это небольшие энергозатраты, и в связи с этим нужно внимательно относиться к выбору пикового доводчика. Наиболее рациональным с точки зрения как удельных капвложений в 1 кВт мощности, так и автоматизации являются пиковые электродоводчики. Заслуживает внимание использование котлов, работающих на пеллетах. Эта проблема представляет сегодня очень серьезную задачу, для решения которой необходим серьезный численный анализ, учитывающий и специфику нашего климата, и особенности применяемого инженерного оборудования, инфраструктуры централизованных сетей, а также экологическую ситуацию в городах, ухудшающуюся буквально на глазах, и многое другое. Очевидно, что сегодня уже некорректно формулировать какие-либо требования к оболочке здания без учета его здания взаимосвязей с климатом и системой энерго-снабжения, инженерными коммуникациями и пр. Литература 1. Sanner B.
Ground Heat Sources for Heat Pumps classification, characteristics, advantages. Course on geothermal heat pumps, 2002. Васильев Г. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли: Монография. Издательский дом «Граница». Please wait... Поделиться статьей в социальных сетях: Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.
В 2019 году связь с посадочным модулем «Чандраян-2» пропала на завершающем этапе миссии, модуль разбился во время посадки.
Нижний слой — «базальтовый» - сложенный основными магматическими породами вверху — базальтами, ниже — основными и ультраосновными интрузивными породами. Возраст древнейших пород современной океанской коры около 160 млн. Мантия представляет собой наибольшую по объёму и массе внутреннюю оболочку Земли, ограниченную сверху границей Мохо, снизу — границей Гутенберга.
В её составе выделяется верхняя мантия и нижняя мантия, разделённые границей 670 км. Верхняя мания по геофизическим особенностям разделяется на два слоя. Верхний слой - подкоровая мантия - простирается от границы Мохо до глубин 50-80 км под океанами и 200-300 км под континентами и характеризуется плавным нарастанием скорости как продольных, так и поперечных сейсмических волн, что объясняется уплотнением пород за счёт литостатического давления вышележащих толщ. Ниже подкоровой мантии до глобальной поверхности раздела 410 км расположен слой пониженных скоростей. Как следует из названия слоя, скорости сейсмических волн в нем ниже, чем в подкоровой мантии.
Более того, на некоторых участках выявляются линзы, вообще не пропускающие S-волны, это даёт основание констатировать, что вещество мантии на этих участках находится в частично расплавленном состоянии. Этот слой называют астеносферой от греч. Таким образом, астеносфера — это слой в верхней мантии расположенный на глубине около 100 км под океанами и около 200 км и более под континентами , выявляемый на основании снижения скорости прохождения сейсмических волн и обладающий пониженной прочностью и вязкостью. Поверхность астеносферы хорошо устанавливается и по резкому снижению удельного сопротивления до значений около 100 Ом. Наличие пластичного астеносферного слоя, отличающегося по механическим свойствам от твёрдых вышележащих слоёв, даёт основание для выделения литосферы - твердой оболочки Земли, включающей земную кору и подкоровую мантию, расположенную выше астеносферы.
Мощность литосферы составляет от 50 до 300 км. Нужно отметить, что литосфера не является монолитной каменной оболочкой планеты, а разделена на отдельные плиты, постоянно движущиеся по пластичной астеносфере. К границам литосферных плит приурочены очаги землетрясений и современного вулканизма. Глубже раздела 410 км в верхней мантии повсеместно распространяются и P-, и S-волны, а их скорость относительно монотонно нарастает с глубиной. Исчезновение поперечных волн даёт основание предполагать, что внешнее ядро Земли находится в жидком состоянии.
Ниже раздела 5150 км находится внутреннее ядро, в котором возрастает скорость Р-волн, и вновь начинают распространяться S-волны, что указывает на его твёрдое состояние. Фундаментальный вывод из описанной выше скоростной модели Земли состоит в том, что наша планета состоит из серии концентрических оболочек, представляющих железистое ядро, силикатную мантию и алюмосиликатную кору. Плотность Плотность оболочек закономерно возрастает к центру Земли см. Давление Давление в недрах Земли рассчитывается на основании ее плотностной модели. Увеличение давления по мере удаления от поверхности обуславливается несколькими причинами: сжатием за счет веса вышележащих оболочек литостатическое давление ; фазовыми переходами в однородных по химическому составу оболочках в частности, в мантии ; различием в химическом составе оболочек коры и мантии, мантии и ядра.
В мантии Земли давление постепенно растет, на границе Гутенберга оно достигает 135 ГПа. Во внешнем ядре градиент роста давления увеличивается, а во внутреннем ядре, наоборот, уменьшается. Расчетные величины давления на границе между внутренним и внешним ядрами и вблизи центра Земли составляют соответственно 340 и 360 ГПа. Источники тепловой энергии Протекающие на поверхности и в недрах планеты геологические процессы в первую очередь обусловлены тепловой энергией. Источники энергии подразделяются на две группы: эндогенные или внутренние источники , связанные с генерацией тепла в недрах планеты, и экзогенные или внешние по отношению к планете.
Датчик температуры может погружаться на глубину до 10 см. Это первый подобный профиль для Южного полюса Луны. Наблюдения продолжаются», — говорится в заявлении ISRO.
Кольская сверхглубокая
Зоны глубинных разломов на картах изотерм выделяются положительными аномалиями. По замерам температур в скважинах составляются карты геотермических градиентов, выявляются геотермические аномалии. В Западной Сибири повышенными температурами недр отличается Салымский нефтеносносный район, пониженными температурами — недра Северных областей. Вертикальная геотермическая зональность определяет глубинную углеводородную зональность в условиях земных недр. На глубинах 6-10 километров, где господствуют высокие температуры, в основном развиты газоконденсатные залежи. Сложные углеводородные соединения нефтей на этих глубинах разрушаются с образованием молекул более простого строения вплоть до метана.
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. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт. Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод. Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис. Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е. Такая форма теплообменников распространена в США. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников а — теплообменник из последовательно соединенных труб; б — теплообменник из параллельно соединенных труб; в — горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г — теплообменник в форме петли; д — теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально так называемый «slinky» коллектор; е — теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей. Вертикальные грунтовые теплообменники в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» — «borehole heat exchanger» позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» 10—20 м от уровня земли. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопро- водностью, например, сухого песка или сухого гравия.
Самый резкий перепад между максимальным и минимальным значениями в течение суток зафиксирован в США в 1916 г. Когда метеорологи сообщают о фиксации нового рекорда или аномально высоких показателях для того или иного сезона, нужно понимать, что речь идет о сравнении с данными, зафиксированными за последние 200 лет. До этого контроль не проводился. Научные исследования свидетельствуют о том, что за последние 2,4 млрд лет Земля прошла через 5 ледниковых периодов. Завершение последнего мы сейчас наблюдаем. Тенденция к росту температуры наметилась во II в.
В настоящее время здесь апробируется и тестируется первая версия методики автоматизированного геотехнического мониторинга объектов капитального строительства, разработанная учёными Научного центра изучения Арктики в сотрудничестве с Институтом математики и механики Уральского отделения РАН. Окончательную версию разработчики планируют представить через три года. Новая технология позволит специалистам следить за параметрами многолетней мерзлоты в режиме онлайн и прогнозировать возможные процессы растепления грунтов и снижения их несущей способности в будущем.
Температура грунта на разных
Большая часть этой энергии, примерно 90%, хранится на глубине до 300 м в земле. Теоретики обещали, что температура Балтийского щита останется сравнительно низкой до глубины по крайней мере 15 километров. Какова температура Земной коры, на глубине 1-30 км от поверхности? Климатологи впервые составили непрерывный график температур на Земле за последние 66 миллионов лет. Затем они упоминают среднюю температуру поверхности Венеры и Титана и то, как это повлияет на температуру на глубине 20 футов под землей.