Меню

Что является источником тепла земли

Верхняя астеносфера источник тепла и природных.

ВЕРХНЯЯ АСТЕНОСФЕРА ИСТОЧНИК ТЕПЛА И ПРИРОДНЫХ КАТАКЛИЗМОВ ЗЕМЛИ

Глубинное тепло Земли является одной из составляющих в топливно-энергетическом балансе многих стран. Однако, в настоящее время тепловая энергия Земли извлекается лишь из приповерхностных источников, имеющих температуру не более 400;С, что не достаточно для выработки количества электроэнергии, сопоставимого с той, что дают тепло- или гидростанции [8]. Вследствие этого, доля гидротермальных ресурсов в топливно-энергетическом балансе промышленно-развитых стран составляет всего лишь 5-10% [5]. Такое положение вещей является результатом недоизученности данного явления, в силу чего коренной вопрос геотермии – о «природе теплового потока из земных недр» остаётся открытым. Эта недоизученность оборачивается колоссальными издержками экономического, экологического и, как следствие, политического характера, в основе которых лежит постоянный дефицит традиционных видов энергоносителей. В частности, этот дефицит заставил обратиться к такому, далеко не безопасному, виду энергии, каким является ядерное топливо. Как показал трагический опыт последних десятилетий, атомная электростанция – это «мина замедленного действия», что заставило ряд стран отказаться от использования атомной энергии. Таким образом, вопрос о широкомасштабном использовании безопасного, дешёвого и практически неисчерпаемого глубинного тепла Земли должен стать главнейшим для мировой науки в самое ближайшее время.

Несомненный интерес для изучения этого явления с целью выработки стратегии извлечения тепла Земли из больших глубин представляют данные глубинного сейсмического зондирования Сибирской платформы [2]. Полученные данные коренным образом меняют наши представления о рельефе подошвы жёсткой оболочки Земли, залегающей на геосфере «С», то есть на верхней астеносфере. Как выяснилось, мощность жёсткой оболочки Земли в данном регионе оказалась далеко не однородной: от 50 до 200 км. (рис. 2). Обращает на себя внимание локальный участок с поперечником ;300х500 км., расположенный в бассейне среднего течения р. Нижней Тунгуски. Здесь установлена наименьшая ; 50-80 км. мощность твёрдой оболочки Земли и наибольшая величина теплового потока: >50 мВт/м2 [1] (рис. 2). Данный участок является центральной частью гигантской структуры – так называемого литосферного «плюм-вулканогена», в которой весьма активные вулканические процессы продолжались дольше всего и закончились лишь в среднем триасе [7].

Уменьшение теплового потока имеет место там, где увеличена мощность жёсткой оболочки Земли (рис.2). Этот пример показывает, что тепловой поток чётко коррелируется с мощностью жёсткой оболочки Земли: чем меньше её мощность, тем интенсивнее на дневной поверхности тепловой поток.

Указанный участок может стать «центром генерации тепла и электроэнергии», столь необходимых для Среднесибирского региона с его уникальным комплексом месторождений полезных ископаемых. Участки, подобные нижнетунгускому, должны рассматриваться как потенциально перспективные на извлечение тепла из больших глубин Земли. Выявление подобных участков в других регионах естественно потребует, в сочетании с температурными замерами, проведение работ по изучению рельефа подошвы жёсткой оболочки Земли с помощью глубинного сейсмического зондирования.

Таким образом, источником глубинного тепла является геосфера, залегающая под жёсткой оболочкой Земли – так называемая верхняя астеносфера (рис. 1). Её подошва расположена на глубине 410 км. от дневной поверхности, что соответствует геофизической «границе Лемана» [4]. Верхняя граница неровная, что обусловлено различной мощностью залегающей выше литосферы (геосфера «В») [7]: под континентами мощность геосферы «С» местами может равняется нулю, в то время, как под океанами достигать 300 км. [6]. Особенностью данной геосферы является её аномальный разогрев – до 1300-1500;С [6]. Такой разогрев, по-видимому, обусловлен воздействием гигантских тепловых потоков, получивших название «суперплюмов» [3]. Последние, зарождаясь вблизи внутреннего ядра Земли, а именно, в геосфере «F» [6,7] (рис. 1) и имея температуру до 4000;С, «прожигают мантию, достигают самых верхних оболочек Земли и оказывают на них тепловое воздействие на протяжении сотен миллионов лет» [3].

Читайте также:  Половина земли с ядром

Начиная с юрского периода (примерно 160 млн. лет тому назад) это воздействие оказывается в основном лишь на геосферу «С». Это объясняется тем, что к этому времени над указанной геосферой сформировалась жёсткая оболочка Земли и свободный выход в космос тепловой энергии прекратился. Вся поступающая с суперплюмами тепловая энергия стала аккумулироваться в данной геосфере, что и привело к её аномальному разогреву. Как известно, жёсткая оболочка Земли состоит из двух слоёв. Верхний слой, так называемая кора (геосфера «А»), а точнее, её фундамент, образовался 3,5-4 млрд. лет назад и представлял собой разрозненные плиты (будущие континенты), мощность которых достигала 40 км. Будучи разобщёнными друг от друга, они не могли препятствовать свободному выходу в космос тепловой энергии Земли. Нижний слой, так называемая литосфера (геосфера «В»), постепенно прирастал снизу к плитам верхнего слоя, увеличиваясь по мощности и по латерали, заполняя промежутки между плитами верхнего слоя. В ходе этого процесса возможность свободного выхода тепловой энергии в космос постепенно уменьшалась. Этот процесс завершился примерно 160 млн. лет назад, то есть в юрском периоде, когда окончательно сформировались планетарные литосферые плиты, мощность которых варьирует от нескольких десятков километров под океанами до 100-250 км. под континентами. С этого времени весьма ограниченный выход тепловой энергии в космос мог происходить лишь в местах неплотной стыковки литосферных плит. Таким образом, под геосферой «В» образовалась зона аккумуляции тепловой энергии Земли планетарного масштаба. Этот факт является ответом на коренной вопрос геотермии – «о природе теплового потока из земных недр»: аккумулятором и главным источником тепловой энергии Земли является геосфера «С», то есть верхняя астеносфера.

Верхняя астеносфера является не только источником тепловой энергии. Процессы, происходящие в данной геосфере, таят в себе угрозу периодических катаклизмов, а также угрозу катастроф планетарного масштаба. Так, погребение раскалённой верхней астеносферы под литосферу привело к кардинальному изменению климата планеты в сторону похолодания, что вызвало массовую гибель холоднокровных гигантских пресмыкающихся и резкому сокращению площадей распространения теплолюбивой флоры. Постоянный приток с суперпюмами тепловой энергии продолжался и продолжается по сегодняшний день, что приводило и приводит к нарушению теплового баланса в данной геосфере. Следствием этого являются «взрывные» процессы, постоянно идущие на стыках литосферных плит. Поэтому наиболее достоверной причиной землетрясений являются взрывные выбросы в космос избытка тепловой энергии, накапливающейся в локальных очагах вдоль полос соприкосновения литосферных плит. Это подтверждается данными по пространственному размещению очагов землетрясений [6]. Следовательно, землетрясения – это следствие моментального восстановления теплового баланса в геосфере «С».

Кроме того, вызванные переизбытком тепловой энергии колоссальные напряжения в жёсткой оболочке Земли стали приводить к нарушениям в её сплошности в виде глубинных разломов и зон растяжения. Избыточная тепловая энергия, проникая по этим трещинам, способствует образованию магматических очагов в геосферах «А» и»В» с последующим выбросом в космос её избытка через вулканы центрального или трещинного типа, что также сопровождается землетрясениями.

Вулканизм и землетрясения нередко оборачиваются трагическими последствиями для людей. Тем не менее, наличие хотя и ограниченной возможности выброса в космос избыточного количества тепловой энергии является для нашей планеты величайшим благом. Как только этой возможности не будет, то есть когда литосферные плиты, возможно в недалеком геологическом будущем, окончательно сомкнуться и, тем самым, образуют сплошной непроницаемый «панцирь» Земли, произойдёт катастрофический взрыв. Тогда Земля может повторить судьбу планеты, некогда существовавшей между Марсом и Юпитером и потерпевшей подобную катастрофу. Обнаруженные между этими планетами многочисленные осколки, имеющие неправильную форму, являются, вероятно, фрагментами её жёсткой оболочки. Самый крупный из них, имеющий в поперечнике 770 км., получил название Церера.

Читайте также:  Как был найден диаметр земли

Иными словами случится то, о чём нас предупреждал великий гражданин Земли Жюль Верн в своём послании человечеству – книге под названием «Таинственный остров», где под этим «островом», в одночасье уничтоженным стихией, подразумевалась планета Земля. В этом послании Жюль Верн показал, что все, так называемые технические «достижения» человека – ничто по сравнению с силами Природы. Изучение этих сил должно стать главнейшей задачей для человечества, если оно хочет сохранить себя в грозном океане космоса.

Выводы
1. Аккумулятором и источником глубинного тепла Земли является геосфера «С», так называемая «верхняя астеносфера»;
2. Нарушения в тепловом балансе в геосфере «С» приводят к взрывным процессам, вызывающим землетрясения, и оживлению вулканической деятельности;
3. Разработка методов извлечения тепловой энергии из больших глубин Земли с целью ликвидации дефицита в энергоносителях должна являться главнейшей задачей мировой науки в самое ближайшее время.

Источник

Теплота Земли. Вероятные источники внутренней теплоты

Геотермия – наука, изучающая тепловое поле Земли. Средняя температура поверхности Земли имеет общую тенденцию к уменьшению. Три млрд. лет назад средняя температура на поверхности Земли составляла 71 о , сейчас – 17 о . Источниками теплового (термического) поля Земли являются внутренние и внешние процессы. Теплота Земли вызывается солнечной радиацией и зарождается в недрах планеты. Величины притока тепла от обоих источников количественно крайне неодинаковы и различны их роли в жизни планеты. Солнечный нагрев Земли составляет 99,5% от всей суммы тепла, получаемого ее поверхностью, а на долю внутреннего нагревания приходится 0,5 %. К тому же приток внутреннего тепла очень неравномерно распределен на Земле и сосредоточен в основном в местах проявления вулканизма.

Внешний источник — это солнечная радиация. Половина солнечной энергии поглощается поверхностью, растительностью и приповерхностным слоем земной коры. Другая половина отражается в мировое пространство. Солнечная радиация поддерживает температуру поверхности Земли в среднем около 0 0 С. Солнце прогревает приповерхностный слой Земли на глубину в среднем 8 – 30 м, при средней глубине в 25 м, влияние солнечного тепла прекращается и температура становится постоянной (нейтральный слой). Глубина эта минимальна в зонах с морским климатом и максимальна в Приполярье. Ниже этой границы располагается пояс постоянной температуры, соответствующей средней годовой температуры данной местности. Так, например, в Москве на территории сельхоз. академии им. Тимирязева, на глубине 20 м температура с 1882 г неизменно сохраняется равной 4,2 о С. В Париже на глубине 28 м термометр уже более 100 лет неизменно показывает 11,83 о С. Слой с постоянной температурой самый глубокий там, где развита многолетняя (вечная) мерзлота. Ниже пояса постоянной температуры следует зона геотермии, для которой свойственно тепло, генерируемое самой Землей.

Внутренними источниками являются недра Земли. Земля излучает в мировое пространство больше тепла, чем она получает от Солнца. К внутренним источникам относят остаточное тепло с того времени, когда планета была расплавлена, тепло термоядерных реакций, протекающих в недрах Земли, тепло гравитационного сжатия Земли под действием силы тяжести, тепло химических реакций и процессов кристаллизации и др. (например приливное трение). Тепло из недр идет в основном из подвижных зон. Увеличение температуры с глубиной связано с существованием внутренних источников тепла – распадом радиоактивных изотопов – U, Th, K, гравитационной дифференциацией вещества, приливным трением, экзотермическими окислительно-восстановительными химическими реакциями, метаморфизмом и фазовыми переходами. Скорость возрастания температуры с глубиной определяется рядом факторов – теплопроводностью, проницаемостью горных пород, близостью вулканических очагов и т.п.

Читайте также:  Эта планета в 2 раза меньше земли

Ниже пояса постоянных температур идет повышение температуры, в среднем 1 о на 33 м (геотермическая ступень) или на 3 о через каждые 100 м (геотермический градиент). Эти величины являются показателями теплового поля Земли. Понятно, что эти величины средние и разные по величине в различных областях или зонах Земли. Геотермическая ступень в различных точках Земли различна. Например, в Москве – 38,4 м, в Ленинграде 19,6, в Архангельске – 10. Так, при бурении глубокой скважины на Кольском полуострове на глубине в 12 км предполагали температуру 150 о , в действительности она оказалась порядка 220 градусов. При бурении скважин в северном Прикаспии на глубине 3000 м предполагали температуру 150 о градусов, а она оказалась 108 о .

Следует отметить, что климатические особенности местности и среднегодовая температура не влияют на изменение величины геотермической ступени, причины кроются в следующем:

1) в различной теплопроводности горных пород, слагающих тот или иной район. Под мерой теплопроводности понимают количество тепла в калориях, передаваемое в 1 сек. Через сечение в 1 см 2 при градиенте температуры в 1 о С;

2) в радиоактивности горных пород, чем больше теплопроводность и радиоактивность, тем меньше геотермическая ступень;

3) в различных условиях залегания горных пород и возрасте нарушения их залегания; наблюдения показали, что температура нарастает быстрее в слоях собранных в складки, в них чаще бывают нарушения (трещины), по которым облегчается доступ тепла из глубин;

4) характером подземных вод: потоки горячих подземных вод прогревают горные породы, холодные – охлаждают;

5) удаленностью от океана: около океана за счет охлаждения горных пород массой воды, геотермическая ступень больше, а на контакте – меньше.

Знание конкретной величины геотермической ступени имеет большое практическое значение.

1. Это важно при проектировании шахт. В одних случаях нужно будет принимать меры для искусственного понижения температуры в глубоких выработках (температура – 50 о С является предельной для человека при сухом воздухе и 40 о С при влажном); в других – можно будет вести работы на больших глубинах.

2. Большое значение имеет оценка температурных условий при проходке туннелей в горных местностях.

3. Изучение геотермических условий недр Земли дает возможность использовать пар и горячие источники, выходящие на поверхность Земли. Подземное тепло используется, например, в Италии, Исландии; в России на природном тепле построена на Камчатке экспериментально-промышленная электростанция.

Используя данные о величине геотермической ступени, можно сделать некоторые предположения о температурных условиях глубоких зон Земли. Если принять среднюю величину геотермической ступени за 33 м и допустить, что увеличение температуры с глубиной происходит равномерно, то на глубине 100 км будет температура 3000 о С. Эта температура превышает точки плавления всех веществ известных на Земле, следовательно на этой глубине должны быть расплавленные массы. Но за счет огромного давления 31000 атм. Перегретые массы не имеют признаков, свойственных жидкостей, а наделены признаками твердого тела.

С глубиной геотермическая ступень видимо должна значительно увеличиваться. Если считать, что ступень не меняется с глубиной, то температура в центре Земли должна составлять порядка 200 000 о градусов, а по расчетам она не может превышать 5000 — 10 000 о .

Источник