Глубина в метрах, при которой температура повышается на 1°С, называется геотермической ступенью. Неопределённость оценок температуры зависит от глубины (возрастает от ±10 % в литосфере до ±30 % в центре Земли) и точности определения термодинамических параметров. на глубине 400 км температура должна достигать 1400 1700 °С. Наиболее высокие температуры (около 5000 °С) получены для ядра Земли. В таблице переведены средние значения температуры грунта по месяцам по данным вытяжных термометров на глубине 0,4 0,8, 1,6 метра в крупных городах РФ и СНГ.
Распределение температуры в Земле
В Кольской скважине глубиной 12 км температура достигает 220° C, а чем ниже — тем горячее. это скорость изменения температуры по мере увеличения глубины недр Земли. В таблице переведены средние значения температуры грунта по месяцам по данным вытяжных термометров на глубине 0,4 0,8, 1,6 метра в крупных городах РФ и СНГ. Это постоянство температуры вызвало ученых предположить о возможном искусственном происхождении пещер, хотя окончательные выводы еще рано делать. Петротермальные ресурсы (или использование глубинного тепла Земли) представляют собой часть тепловой энергии, которая заключена в практически водонепроницаемых сухих горячих горных породах, расположенных на глубинах 3-10 км. На этой глубине их температура. Неопределённость оценок температуры зависит от глубины (возрастает от ±10 % в литосфере до ±30 % в центре Земли) и точности определения термодинамических параметров.
Ученые встревожены резким нагреванием мирового океана
Постепенно экстремальные температуры стали сохраняться лишь на глубине, а наружные слои остыли и затвердели. 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. Электропроводимость вещества Земли на разных глубинах может быть использована для определения температуры, так как она очень сильно зависит от температуры. Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. метров.
Поверхность Луны оказалась более горячей, чем считалось раньше
Новые данные оказались для учёных неожиданными. Индийский луноход «Прагьян». В районе лунного южного полюса также обнаружены выходы породы, которые могут многое рассказать об образовании Луны.
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. Так, "теплое" преобладало в первые десять миллионов лет исследуемого периода, когда средняя температура была более чем на пять градусов по Цельсию выше сегодняшней. Фаза Hothouse началась 56 миллионов лет назад, продолжалась до 47 миллионов лет назад.
В начале 1960-х годов геологи предполагали, что планета состоит из трех концентрических сфер, расположенных друг над другом: расплавленного железно-никелевого ядра, мягкой мантии и тонкой твердой коры на поверхности Фото: Shutterstock Представления о границах этих слоев были довольно расплывчатыми. Считалось, что ясность в этот вопрос внесет исследование границы Мохоровичича Мохо — нижней части земной коры и условной черты между слоями с разным химическим составом, в которой происходит скачкообразное увеличение плотности пород. Первыми достичь границы Мохо и пробраться к мантии попытались американцы — в 1961 году США приступили к бурению скважины вблизи вулканического острова Гуадалупе в Тихом океане. Геологи считали, что на дне океана черта проходит ближе к поверхности, чем на континентальной части — на глубине примерно 5 км, и добраться до нее будет проще. Глубина океана в месте бурения составляла 3,5 км, что серьезно осложняло работы. За четыре года исследователи пробурили несколько скважин, самая глубокая из которых уходила в земную кору на 3 км.
В 1966 году Конгресс отказался выделить средства на финансирование проекта, и «Мохол» закрыли. У СССР была не менее амбициозная цель — советские ученые планировали пробраться на глубину 15 тыс. Буровая установка Кольской сверхглубокой. Исследовательскую группу сформировали в 1962-м, а спустя три года на Кольском полуострове рядом с городом Заполярным началось строительство 60-метровой башни для буровой установки. Бурение Кольской сверхглубокой началось в 1970 году. Металлическая крышка на Марианской впадине Если вы представляете Кольскую сверхглубокую широкой штольней, уходящей в землю примерно на глубину Марианской впадины, то в действительности она выглядит несколько иначе. Диаметр первого отрезка скважины глубиной в 2 км составлял 39,4 см, а на глубине отверстие сужалось до 21,4 см без учета обвалов породы , — и соответствовал диаметру бурового инструмента. Сегодня скважина закрыта металлическим люком с 12 массивными болтами. Под ним скрыта разветвленная структура отверстий разной глубины, похожая на крону дерева.
Кроме того, по проекту Российского научного фонда я провожу наблюдения за концентрацией газа по глубинам", — рассказал Глеб Краев. Сеть термометрических скважин обустроена под жилыми и социальными зданиями в Салехарде. 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.
Кольская сверхглубокая
Как сообщили ученые, находка доказывает, что жизнь способна существовать при температуре 122 °С и давлении, в десять тысяч раз превышающее давление на поверхности Земли. Геологи предполагали: на глубине 10-15 километров скважина вскроет мантию Земли. Какова температура Земной коры, на глубине 1-30 км от поверхности?
Под самой жаркой пустыней Земли обнаружили скрытую экосистему
Индийский луноход "Прагьян", доставленный на спутник Земли посадочным модулем миссии "Чандраян-3", передал на Землю первые научные данные, которые во многом меняют представления о южном полюсе Луны. Установлено, что вблизи поверхности Земли возрастание температуры с глубиной составляет примерно 20° на каждый километр. Геотермический градиент – приращение температуры с глубиной, выраженной в 0С/км. «Обратной» характеристикой является геотермическая ступень – глубина в метрах, при погружении на которую температура повысится на 1 0С.
Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров
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. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение.
Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником Теплоноситель циркулирует по трубам чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым , уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников рис. В одной скважине располагаются одна или две реже три пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления.
Двойные U-образные теплообменники — наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников. Коаксиальный концентрический теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы. Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций.
Сечение различных типов вертикальных грунтовых теплообменников Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками могут использоваться для тепло- и холодоснабжения зданий различных размеров. Для небольшого здания достаточно одного теплообменника; для больших зданий может потребоваться устройство целой группы скважин с вертикальными теплообменниками. Вертикальные грунтовые теплообменники этого колледжа располагают- ся в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин 154 скважины глубиной 70 м используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением «Deutsche Flug-sicherung».
Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами. Сечение такой сваи с тремя контурами грунтового теплообменника приведено на рис. Схема грунтовых теплообменников, замоноличенных в фундаментные сваи здания и поперечное сечение такой сваи Грунтовой массив в случае вертикальных грунтовых теплообменников и строительные конструкции с грунтовыми теплообменниками могут использоваться не только как источник, но и как естественный аккумулятор тепловой энергии или «холода», например тепла солнечной радиации. Существуют системы , которые нельзя однозначно отнести к открытым или замкнутым. Например, одна и та же глубокая глубиной от 100 до 450 м скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной.
Диаметр скважины обычно составляет 15 см. В нижнюю часть скважины помещается насос, посредством которого вода из скважины подается к испарителям теплового насоса. Обратная вода возвращается в верхнюю часть водяного столба в ту же скважину. Происходит постоянная подпитка скважины грунтовыми водами, и открытая система работает подобно замкнутой. Системы такого типа в англоязычной литературе носят название «standing column well system» рис.
Схема скважины типа «standing column well» Обычно скважины такого типа используются и для снабжения здания питьевой водой. Однако такая система может работать эффективно только в почвах, которые обеспечивают постоянную подпитку скважины водой, что предотвращает ее замерзание. Если водоносный горизонт залегает слишком глубоко, для нормального функционирования системы потребуется мощный насос, требующий повышенных затрат энергии. Большая глубина скважины обуславливает достаточно высокую стоимость подобных систем, поэтому они не используются для тепло- и холодоснабжения небольших зданий. Одно из перспективных направлений — использование в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии воды из шахт и туннелей.
Температура этой воды постоянна в течение всего года. Вода из шахт и туннелей легко доступна. Потребление энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает еще большее понижение температуры грунта, и его температурный потенциал еще больше снижается. Это заставляет при проектировании систем использования низкопотенциального тепла Земли рассматривать проблему «устойчивости» sustainability таких систем. Часто энергетические ресурсы для снижения периода окупаемости оборудования эксплуатируются очень интенсивно, что может привести к их быстрому истощению.
Поэтому необходимо поддерживать такой уровень производства энергии, который бы позволил эксплуатировать источник энергетических ресурсов длительное время. Эта способность систем поддерживать требуемый уровень производства тепловой энергии длительное время называется «устойчивостью» sustainability. Для систем использования низкопотенциального тепла Земли дано следующее определение устойчивости : «Для каждой системы использования низкопотенциального тепла Земли и для каждого режима работы этой системы существует некоторый максимальный уровень производства энергии; производство энергии ниже этого уровня можно поддерживать длительное время 100—300 лет ». Проведенные в ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» исследования показали, что потребление тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в почвенно-климатических условиях большей части территории России не успевает компенсироваться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает дальнейшее снижение температуры грунта, и к началу третьего отопительного сезона его температурный потенциал еще больше отличается от естественного.
И так далее. Однако огибающие теплового влияния многолетней эксплуатации системы теплосбора на естественный температурный режим грунта имеют ярко выраженный экспоненциальный характер, и к пятому году эксплуатации грунт выходит на новый режим, близкий к периодическому, то есть, начиная с пятого года эксплуатации, многолетнее потребление тепловой энергии из грунтового массива системы теплосбора сопровождается периодическими изменениями его температуры. Таким образом, при проектировании теплонасосных систем теплоснабжения представляется необходимым учет падения температур грунтового массива, вызванного многолетней эксплуатацией системы теплосбора, и использование в качестве расчетных параметров температур грунтового массива, ожидаемых на 5-й год эксплуатации ТСТ. В комбинированных системах , используемых как для тепло-, так и для холодоснабжения, тепловой баланс устанавливается «автоматически»: в зимнее время требуется теплоснабжение происходит охлаждение грунтового массива, в летнее время требуется холодоснабжение — нагрев грунтового массива. В системах, использующих низкопотенциальное тепло грунтовых вод, происходит постоянное пополнение водных запасов за счет воды, просачивающейся с поверхности, и воды, поступающей из более глубоких слоев грунта.
Таким образом, теплосодержание грунтовых вод увеличивается как «сверху» за счет тепла атмосферного воздуха , так и «снизу» за счет тепла Земли ; величина теплопоступлений «сверху» и «снизу» зависит от толщины и глубины залегания водоносного слоя. За счет этих теплопоступлений температура грунтовых вод остается постоянной в течение всего сезона и мало меняется в процессе эксплуатации. В системах с вертикальными грунтовыми теплообменниками ситуация иная. При отводе тепла температура грунта вокруг грунтового теплообменника понижается. На понижение температуры влияет как особенности конструкции теплообменника, так и режим его эксплуатации.
Например, в системах с высокими величинами отводимой тепловой энергии несколько десятков ватт на метр длины теплообменника или в системах с грунтовым теплообменником, расположенным в грунте с низкой теплопроводностью например, в сухом песке или сухом гравии понижение температуры будет особенно заметным и может привести к замораживанию грунтового массива вокруг грунтового теплообменника. Немецкие специалисты провели измерения температуры грунтового массива, в котором устроен вертикальный грунтовой теплообменник глубиной 50 м, расположенный недалеко от Франкфурта-на-Майне. Для этого вокруг основной скважины на расстоянии 2,5, 5 и 10 м от было пробурено 9 скважин той же глубины. Во всех десяти скважинах через каждые 2 м устанавливались датчики для измерения температуры — всего 240 датчиков. На рис.
В конце отопительного сезона хорошо заметно уменьшение температуры грунтового массива вокруг теплообменника. Возникает тепловой поток, направленный к теплообменнику из окружающего грунтового массива, который частично компенсирует снижение температуры грунта, вызванное «отбором» тепла. Схемы распределения температур в грунтовом массиве вокруг вертикального грунтового теплообменника в начале и в конце первого отопительного сезона Поскольку относительно широкое распространение вертикальные теполообменники стали получать примерно 15—20 лет назад, во всем мире ощущается недостаток экспериментальных данных, полученных при длительных несколько десятков лет сроках эксплуатации систем с теплообменниками такого типа. Возникает вопрос об устойчивости этих систем, об их надежности при длительных сроках эксплуатации. Является ли низкопотенциальное тепло Земли во- зобновляемым источником энергии?
Это на удивление выше, чем мы ожидали», — отмечает Индийская организация космических исследований ISRO. Температуру замеряли в рамках термофизического эксперимента ChaSTE. Датчик температуры может погружаться на глубину до 10 см.
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. Интенсивность поступления тепловой энергии из недр к поверхности отражается в величине геотермического градиента. Причина этого кроется в распределении источников тепловой энергии и характере теплопереноса. Источниками эндогенной энергии являются следующие. Энергия глубинной гравитационной дифференциации, то есть выделение тепла при перераспределении вещества по плотности при его химических и фазовых превращениях.
Основным фактором таких превращений служит давление. В качестве главного уровня выделения этой энергии рассматривается граница ядро — мантия. Радиогенное тепло, возникающее при распаде радиоактивных изотопов. Однако необходимо принимать во внимание, что повышенные содержания главных долгоживущих радиоактивных изотопов — урана, тория и калия отмечаются только в верхней части континентальной коры зона изотопного обогащения. Таким образом, радиогенное тепло является дополнительным источником тепла в верхней части континентальной коры, что и определяет высокую величину геотермического градиента в этой области планеты. Остаточное тепло, сохранившееся в недрах со времени формирования планеты. Твёрдые приливы, обусловленные притяжение Луны. Переход кинетической приливной энергии в тепло происходит вследствие внутреннего трения в толщах горных пород.
В литосфере преобладает кондуктивный молекулярный механизм теплопереноса, в подлитосферной мантии Земли происходит переход к преимущественно конвективному механизму теплопереноса. Расчёты температур в недрах планеты дают следующие значения: в литосфере на глубине около 100 км температура составляет около 1300 0С, на глубине 410 км — 1500 0С, на глубине 670 км — 1800 0С, на границе ядра и мантии — 2500 0С, на глубине 5150 км — 3300 0С, в центе Земли — 3400 0С. При этом в расчёт принимался только главный и наиболее вероятный для глубинных зон источник тепла — энергия глубинной гравитационной дифференциации. Эндогенное тепло определяет протекание глобальных геоднинамических процессов. Ниже поверхности влияние солнечного тепла резко снижается. Уже на небольшой глубине до 20-30 м располагается пояс постоянных температур — область глубин, где температура остаётся постоянной и равна среднегодовой температуре района. Ниже пояса постоянных температур тепло связано с эндогенными источниками. Магнетизм Земли Земля представляет собой гигантский магнит с магнитным силовым полем и магнитными полюсами, которые располагаются поблизости от географических, но не совпадают с ними.
Поэтому в показаниях магнитной стрелки компаса различают магнитное склонение и магнитное наклонение. Магнитное склонение — это угол между направлением магнитной стрелки компаса и географическим меридианом в данной точке. Этот угол будет наибольшим на полюсах до 900 и наименьшим на экваторе 7-80. Магнитное наклонение — угол, образуемый наклоном магнитной стрелки к горизонту. В приближении к магнитному полюсу стрелка компаса займёт вертикальное положение. Предполагается, что возникновение магнитного поля обусловлено системами электрических токов, возникающих при вращении Земли, в связи с конвективными движениями в жидком внешнем ядре. Суммарное магнитное поле складывается из значений главного поля Земли и поля, обусловленного ферромагнитными минералами в горных породах земной коры.
Карта астеносферы, составленная учеными, не совпадает с движением тектонических плит наверху — связь непрямая. Любопытно, что существует несколько полос расплавленных пород, пронизывающих всю астеносферу, а не только верхнюю ее часть. Там горячая магма имеет тенденцию скапливаться на глубине от 100 до 150 километров. Ученые давно подозревали, что тектонические плиты Земли движутся благодаря потокам расплавленной породы, лежащей глубоко под поверхностью, но точная динамика подъема и опускания газа, жидкости или породы пока неясна. Основываясь на новых результатах, исследователи подозревают, что постепенные изменения температуры и давления в астеносфере являются движущей силой глубокого потока полурасплавленной породы.
Ученые выявили сильные неоднородности температуры в центре Земли
Если верить американским исследователям из Агентства по защите окружающей среды (U.S. Environmental Protection Agency (EPA), то за столетие (с 1913 года) средняя температура на Земле поднялась на половину градуса Цельсия. на глубине 400 км температура должна достигать 1400 1700 °С. Наиболее высокие температуры (около 5000 °С) получены для ядра Земли. Новости космос Луна оказалась горячее, чем считалось ра.