Установлено, что вблизи поверхности Земли возрастание температуры с глубиной составляет примерно 20° на каждый километр.
Подписка на дайджест
- Смотрите также
- Популярное
- Информация:
- Смотрите также
Ученые выявили сильные неоднородности температуры в центре Земли
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. Имеющиеся же предсказания теорий не обладают достоверностью по причине отсутствия достаточных знаний о внутреннем строении Марса.
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. Достоинства такой схемы очевидны — в любой точке Земли человечество сможет обеспечить себя теплом и электроэнергией, даже если погаснет Солнце. В толще земной коры запасена огромная энергия, более чем в 10 тысяч раз превышающая все топливопотребление современной цивилизации в год.
И эта энергия постоянно возобновляется за счет притока тепла из недр планеты. Современные технологии позволяют добывать этот вид энергии. Интересные места для строительства подобных геотермальных электростанций есть и в Ленинградской области. Выражение "Питер стоит на болоте" применимо лишь с позиции строительства малоэтажных объектов, а с точки зрения "большой геологии" — осадочный чехол в окрестностях Петербурга достаточно тонок, всего десятки метров, а затем берут свое начало, как и в Финляндии, коренные магматические породы. Этот скальный щит неоднороден: он испещрен разломами, по некоторым из которых поднимается наверх тепловой поток. Первыми на это явление обратили внимание ботаники, которые нашли на Карельском перешейке и на Ижорском плато островки тепла, где произрастают растения либо с высокой скоростью воспроизводства, либо относящиеся к более южным ботаническим подзонам. А под Гатчиной и вовсе обнаружена ботаническая аномалия — растения альпийско-карпатской флоры. Растения существуют благодаря тепловым потокам, идущим из-под земли.
По результатам бурения в районе Пулково на глубине 1000 метров температура кристаллических пород составила плюс 30 градусов, то есть в среднем она повышалась на 3 градуса каждые 100 метров. Это "средний" уровень температурного градиента, но он почти в два раза больше, чем в районе Эспоо, в Финляндии. Это означает, что в Пулково достаточно пробурить скважину на глубину всего лишь до 3500 метров, соответственно, такая теплоцентраль обойдется гораздо дешевле, чем в Эспоо. Стоит учесть, что срок окупаемости подобных станций зависит также и от тарифов на теплоснабжение и электроэнергию для потребителей в этой стране или региона. Столь невысокая цена на электричество в Финляндии связана, в том числе, с тем, что страна имеет собственные атомные генерирующие мощности. А вот в Латвии, которая вынуждена постоянно закупать электроэнергию и топливо, отпускная цена электроэнергии практически вдвое выше , чем в Финляндии. Однако финны полны решимости построить станцию в Эспоо, в не самом удачном по геотермическому градиенту месте. Дело в том, что геотермальная энергетика требует долгосрочных инвестиций.
В этом смысле она ближе к крупной гидроэнергетике и атомной энергетике. ГеоТЭС гораздо сложнее возвести, чем солнечную или ветростанцию. И нужно быть уверенными, что политики не начнут играть с ценами и правила не будут меняться на ходу. Поэтому финны и решаются на этот важный промышленный эксперимент. Если им удастся осуществить задуманное, и хотя бы для начала обогреть своих жителей теплом, которое никогда не кончится даже в масштабах вообще жизни на нашей планете — это позволит задуматься о будущем геотермальной энергетики и на обширных российских просторах. Сейчас в России греются теплом Земли на Камчатке и в Дагестане, но, возможно, настанет и время Пулково. Константин Ранкс Температура грунта непрерывно изменяется по глубине и во времени. Она зависит от целого ряда факторов, из которых многие трудно поддаются учету.
К последним, например, относится: характер растительности, экспозиция склона по сторонам света, затененность, снеговой покров, характер самих грунтов, наличие надмерзлотных вод и др. Однако температура грунта, как по величине, так и по характеру распределения сохраняется из года в год достаточно устойчиво, и решающее влияние здесь остается за температурой воздуха. Температура грунта на разных глубинах и в различные периоды года может быть получена непосредственными измерениями в термоскважинах, которые закладываются в процессе изысканий. Но такой способ требует длительных наблюдений и значительных расходов, что не всегда оправдано. Полученные по одной-двум скважинам данные распространяются на большие площади и протяжения, значительно искажая действительность так, что расчетные данные о температуре грунта во многих случаях оказываются более надежными. Рассчитав по одной из формул 3. В самых верхних слоях грунта, примерно до 1 м от поверхности, характер температурных колебаний очень сложен. Таблица 3.
Знак градиента показан в направлении к дневной поверхности. Чтобы получить расчетную температуру грунта в метровом слое от поверхности, можно поступить следующим образом. Вычислить температуру на глубине 1 м и температуру дневной поверхности грунта, а затем путем интерполяции по этим двум значениям определить температуру на заданной глубине.
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. Величина этого потока равна произведению Г. Это так называемая геотермическая ступень. Величина геотермической ступени в разных местах и на разных глубинах неодинакова и колеблется от 5 до 150 м.
Кроме того, экспедиция должна продолжить начатые индийской орбитальной станцией "Чандраян-1" поиски воды на спутнике Земли.
Полученные данные позволяют предположить, что замерзшая вода присутствует в некоторых кратерах. Если лед будет обнаружен, ученые получат уникальную возможность для анализа и понимания истории появления воды в Солнечной системе. В минувшую среду спускаемый модуль индийской миссии "Чандраян-3" успешно прилунился в районе южного полюса спутника Земли.
Средние значения температуры грунта по месяцам
- Температура внутри Земли
- Расчет необходимой глубины скважин
- Какая температура в центре Земли?
- Средние значения температуры грунта по месяцам
Как Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата
Луноход оснащен датчиком температуры с механизмом, способным измерять температуру почвы Луны на глубине до 10 см. Это позволит понять температурный режим на лунной поверхности. Информация о температуре почвы Луны необходима исследователям для строительства баз в будущем, объяснил руководитель института космической политики, научный руководитель Московского космического клуба Иван Моисеев. Новости Новости. 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.
Ученые выявили сильные неоднородности температуры в центре Земли
| Энергия земли для отопления дома | Большая часть этой энергии, примерно 90%, хранится на глубине до 300 м в земле. |
| Температура Земли: исторические наблюдения, показатели | Судя по полученным под руководством Брюса Баффета (Bruce Buffett) данным, глобальное магнитное поле Земли на этой глубине примерно в 50 раз мощнее, чем у поверхности. |
| Зависимость температуры от глубины. Температура внутри Земли | Если он положительный, то есть недра Земли излучают тепло, то температура должна повышаться с глубиной. |
| Геотермический градиент - Что такое Геотермический градиент? - Техническая Библиотека | Температура подземных вод на глубине 100 м. Температура земли в зависимости от глубины. |
| Что происходит в ядре Земли? | Главная» Новости» В феврале температура грунта на глубине 7 метров выше чем на глубине 2 метра. |
Как Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата
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. Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. Луноход оснащен датчиком температуры с механизмом, способным измерять температуру почвы Луны на глубине до 10 см. Это позволит понять температурный режим на лунной поверхности. 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. На некоторой глубине от поверхности Земли располагается пояс постоянной температуры, ниже его происходит увеличение температуры. Постепенно экстремальные температуры стали сохраняться лишь на глубине, а наружные слои остыли и затвердели.
Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось
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.
Так что не зря различные религии помещали ад и его пламя в центр Земли!
Источник тепла в центре Земли Именно здесь Земля производит большую часть своего тепла, которое затем излучает наружу. Горные породы не являются абсолютно теплоизолирующими и обладают определенной степенью теплопроводности, что позволяет передавать тепло через все оболочки Земли к поверхности. Увеличение температуры с глубиной описывается так называемым геотермическим градиентом.
Однако в вулканических областях он может быть гораздо выше. Какова температура на глубине 6 371 км? Чтобы получить представление о температуре в центре Земли, можно подумать, что достаточно экстраполировать геотермический градиент на глубину 6 371 км, что соответствует радиусу Земли.
Но все не так просто.
По утверждению Вестерхольда, тогда было более чем на 10-14 градусов теплее, чем сегодня. Затем появилась тенденция к похолоданию: до 34 миллиона лет назад длилась фаза Warmhouse. На этапе Coolhouse 3,3 млн лет назад сформировались огромные ледяные щиты в Антарктике и в северном полушарии. 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".
При этом в распоряжении исследователей имеется весь арсенал методов исследования строения и состава, что определяет высокую степенью детальности получаемых результатов. Вместе с тем, возможности этих методов при изучении глубин планеты весьма ограничены — самая глубокая в мире скважина имеет глубину лишь -12262 м Кольская сверхглубокая в России , ещё меньшие глубины достигнуты при бурении океанического дна около -1500 м, бурение с борта американского исследовательского судна «Гломар Челленджер». Сведения о глубинном строении базируются на анализе косвенных данных, полученных геофизическими методами, главным образом закономерностей изменения с глубиной различных физических параметров электропроводности, механической добротности и т. В основу разработки моделей внутреннего строения Земли положены в первую очередь результаты сейсмических исследований, опирающиеся на данные о закономерностях распространения сейсмических волн.
В очагах землетрясений и мощных взрывов возникают сейсмические волны — упругие колебания. Эти волны разделяются на объёмные — распространяющиеся в недрах планеты и «просвечивающие» их подобно рентгеновским лучам, и поверхностные — распространяющиеся параллельно поверхности и «зондирующие» верхние слои планеты на глубину десятки — сотни километров. Объемные волны, в свою очередь, разделяются на два вида — продольные и поперечные. Продольные волны, имеющие большую скорость распространения, первыми фиксируются сейсмоприёмниками, их называют первичными или Р-волнами от англ. Поперечные волны, как известно, обладают важной особенностью — они распространяются только в твёрдой среде. На границах сред с разными свойствами происходит преломление волн, а на границах резких изменений свойств, помимо преломлённых, возникают отраженные и обменные волны. Поперечные волны могут иметь смещение, перпендикулярное плоскости падения SH-волны или смещение, лежащее в плоскости падения SV-волны. При переходе границы сред с разными свойствами волны SH испытывают обычное преломление, а волны SV, кроме преломлённой и отражённой SV-волн, возбуждают P-волны.
Так возникает сложная система сейсмических волн, «просвечивающих» недра планеты. Анализируя закономерности распространения волн можно выявить неоднородности в недрах планеты - если на некоторой глубине фиксируется скачкообразное изменение скоростей распространения сейсмических волн, их преломление и отражение, можно заключить, что на этой глубине проходит граница внутренних оболочек Земли, различающихся по своим физическим свойствам. Сейсмическая модель Земли Изучение путей и скорости распространения в недрах Земли сейсмических волн позволили разработать сейсмическую модель её внутреннего строения. Сейсмические волны, распространяясь от очага землетрясения в глубь Земли, испытывают наиболее значительные скачкообразные изменения скорости, преломляются и отражаются на сейсмических разделах, расположенных на глубинах 33 км и 2900 км от поверхности см. Эти резкие сейсмические границы позволяют разделить недра планеты на 3 главные внутренние геосферы — земную кору, мантию и ядро. Земная кора от мантии отделяется резкой сейсмической границей, на которой скачкообразно возрастает скорость и продольных, и поперечных волн. Эта граница была открыта в 1909 г. Средняя глубина границы составляет 33 км нужно заметить, что это весьма приблизительное значение в силу разной мощности в разных геологических структурах ; при этом под континентами глубина раздела Мохоровичича может достигать 75-80 км что фиксируется под молодыми горными сооружениями — Андами, Памиром , под океанами она понижается, достигая минимальной мощности 3-4 км.
Ещё более резкая сейсмическая граница, разделяющая мантию и ядро, фиксируется на глубине 2900 км. Исчезновение поперечных волн указывает, что внешняя часть ядра обладает свойствами жидкости. Сейсмическая граница, разделяющая ядро и мантию, была открыта в 1914 г. Резкие изменения скорости и характера прохождения волн фиксируются на глубинах 670 км и 5150 км. Граница 670 км разделяет мантию на верхнюю мантию 33-670 км и нижнюю мантию 670-2900 км. Граница 5150 км разделяет ядро на внешнее жидкое 2900-5150 км и внутреннее твёрдое 5150-6371 км. Существенные изменения отмечаются и на сейсмическом разделе 410 км, делящим верхнюю мантию на два слоя. Полученные данные о глобальных сейсмических границах дают основание для рассмотрения современной сейсмической модели глубинного строения Земли.
Тепловое поле Земли
В новой работе ученые исследовали растворимость CaTiO3 в бриджманите, содержащем железо и алюминий. Температуру образцов резко поднимали до 1800-3000 кельвинов при давлении в 33-110 гигапаскалей. Для этой цели были использованы ячейки с алмазными наковальнями и лазерным нагревом, а за трансформациями минералов следили методом рентгеновской дифракции на источнике синхротронного излучения Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории. Было показано, что растворимость кальция в бриджманите резко возрастает при температуре около 2300 кельвинов и выше 40 гигапаскалей до уровня, достаточного для полного растворения всего CaSiO3.
Группа ученых исследовала данные более 4000 сейсмометров, установленных в разных точках земного шара. Используя процессы, подобные компьютерной томографии, ученые создали математический алгоритм обработки данных и составили детализированную карту нижних слоев мантии в виде полусферы, имеющей 400 километров в поперечнике. Карта показывает, что скорости распространения сейсмических волн варьируются сильнее, чем ожидалось на таких расстояниях. Вероятно, это явление вызвано теплообменом между мантией и ядром и процессами радиоактивности.
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.
Изучение температурного режима нефтяных и газовых залежей имеет важное практическое значение. От температуры и давления зависят плотность, вязкость нефтей, их газонасыщенность, растворимость газов и нефтяных компонентов и др. На картах изотерм антиклинальные складки часто выделяются локальными максимумами температуры. Такие аномалии вызваны тем, что в пределах поднятий развит преимущественно песчаный разрез, обладающий повышенной теплопроводностью. В пределах синклинальных прогибов и впадин преимущественно глинистые породы, обладающие меньшей теплопроводностью. Зоны глубинных разломов на картах изотерм выделяются положительными аномалиями.
Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров
Помимо этого ISRO получила первый профиль южного полюса Луны, который фиксирует температурные изменения поверхности спутника Земли на разных глубинах. Старший научный сотрудник космического агентства Би Дарукеша в комментарии Press Trust of India выразил удивление по поводу высокой температуры, зафиксированной на поверхности Луны. Это на удивление выше, чем мы ожидали», — сказал он.
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. Для нового эксперимента использовалась новая рентгеновская техника, которая позволяет намного быстрее производить расчеты, чем раньше. В обычных лабораторных условиях временной интервал процесса сжатия железа, который смог бы показать является ли его структура по-прежнему твердой или же железо начинает плавиться, был возможен только в течение нескольких секунд.
Новый же метод ученых основан на дифракции, которая образуется тогда, когда рентгеновские лучи или любая другая форма света сталкивается с препятствием и огибает его.
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.
Полная аналогия с учением об органической нефти. 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.
Пластовая температура
| Поверхность Луны оказалась более горячей, чем считалось раньше | Ученые из Австралийского национального университета обнаружили, что температура Земли на глубине трех тысяч километров на самом деле неоднородна, как думали ранее. |
| Тепловое поле Земли. Большая российская энциклопедия | Непосредственно измерять температуры на любых глубинах Земли мы пока не имеем возможности. |
| Глобальное потепление перевесило глобальное охлаждение | Если на поверхности Земли температура 5 градусов, то на глубине 2000 метров она составит 65 градусов. |
Ученые встревожены резким нагреванием мирового океана
Неопределённость оценок температуры зависит от глубины (возрастает от ±10 % в литосфере до ±30 % в центре Земли) и точности определения термодинамических параметров. 50 метров, преобладающим фактором является тепловая инерция верхнего слоя земли и температура там примерно равна среднегодовой температуре в данной местности. 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. «К 2300 году средняя глобальная температура может подняться до уровней, каких Земля не видела за 50 миллионов лет», – заявляют ученые. Неопределённость оценок температуры зависит от глубины (возрастает от ±10 % в литосфере до ±30 % в центре Земли) и точности определения термодинамических параметров. это скорость изменения температуры по мере увеличения глубины недр Земли.
Категории статей
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.
Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение.
В 2019 году связь с посадочным модулем «Чандраян-2» пропала на завершающем этапе миссии, модуль разбился во время посадки.
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. Самое глубокое из них, СГ-3, простирается на 12 262 м в земную кору. Это лишь треть толщины Балтийского континентального щита, через который пытались пробиться ученые. Кольский сегмент Балтийского щита был выбран для бурения из-за сравнительно невысоких температур, которые, по мнению теоретиков, должны были сохраняться вплоть до глубины в 15 км от поверхности.
Если бы это оказалось правдой, бур смог бы пробраться на 20 км, преодолев границу Мохо и оказавшись в мантии. Но расчеты оказались неверными. Проблема в буре? Советские инженеры не стали разрабатывать буровую установку с нуля — до глубины 7,23 км скважину прошли серийным буром для разработки нефтяных и газовых скважин «Уралмаш-4Э». Установка состояла из полой буровой колонны, к которой по мере продвижения вглубь земной коры добавляли дополнительные трубки из легких алюминиевых сплавов.
На конце колонны был установлен турбобур — 46-метровая турбина, которая приводилась в движение потоком воды с поверхности и вращала буровую колонку отдельно от остальной конструкции. Через все секции установки проходила труба — керноприемник, через который на поверхность выводилась отработанная порода с буровым раствором. Извлечение керна.
Проект выявил сразу несколько проблем создания подобных станций. 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.