Ջերմաստիճանի դաշտերը մոդելավորելու և այլ հաշվարկների համար անհրաժեշտ է իմանալ հողի ջերմաստիճանը տվյալ խորության վրա:

Հողի ջերմաստիճանը խորության վրա չափվում է արտանետվող հողի խորության ջերմաչափերի միջոցով: Դրանք պլանային ուսումնասիրություններ են, որոնք պարբերաբար իրականացվում են օդերեւութաբանական կայանների կողմից։ Հետազոտության տվյալները հիմք են հանդիսանում կլիմայական ատլասների և կարգավորող փաստաթղթերի համար:

Հողի ջերմաստիճանը տվյալ խորության վրա ստանալու համար կարող եք փորձել, օրինակ, երկու պարզ եղանակ. Երկու մեթոդներն էլ հիմնված են տեղեկատու գրականության օգտագործման վրա.

1. Ջերմաստիճանի մոտավոր որոշման համար կարող եք օգտագործել TsPI-22 փաստաթուղթը: «Երկաթուղային անցումներ խողովակաշարերով». Այստեղ խողովակաշարերի ջերմային ինժեներական հաշվարկի մեթոդոլոգիայի շրջանակներում տրված է Աղյուսակ 1, որտեղ որոշակի կլիմայական շրջանների համար տրված են հողի ջերմաստիճանները՝ կախված չափման խորությունից: Ստորև ներկայացնում եմ այս աղյուսակը.

Աղյուսակ 1

1. Տարբեր խորություններում հողի ջերմաստիճանի աղյուսակ ԽՍՀՄ ժամանակների «գազի արդյունաբերության աշխատողին օգնելու համար» աղբյուրից

Որոշ քաղաքների համար սառեցման նորմատիվ խորություններ.

Հողի սառեցման խորությունը կախված է հողի տեսակից.

Կարծում եմ, որ ամենահեշտ տարբերակը վերը նշված հղումային տվյալները օգտագործելն է, այնուհետև ինտերպոլացիան:

Հողի ջերմաստիճանի օգտագործմամբ ճշգրիտ հաշվարկների ամենահուսալի տարբերակը օդերևութաբանական ծառայությունների տվյալների օգտագործումն է: Օդերեւութաբանական ծառայությունների հիման վրա որոշ առցանց գրացուցակներ աշխատում են: Օրինակ՝ http://www.atlas-yakutia.ru/:

Այստեղ բավական է ընտրել բնակավայրը, հողի տեսակը և կարող եք ստանալ հողի ջերմաստիճանի քարտեզ կամ դրա տվյալները աղյուսակային տեսքով։ Սկզբունքորեն դա հարմար է, բայց թվում է, որ այս ռեսուրսը վճարովի է:

Եթե ​​գիտեք հողի ջերմաստիճանը տվյալ խորության վրա որոշելու ավելի շատ եղանակներ, ապա գրեք մեկնաբանություններ:

Ձեզ կարող է հետաքրքրել հետևյալ նյութը.

Ածխաջրածիններով հարուստ մեր երկրում երկրաջերմային էներգիան մի տեսակ էկզոտիկ ռեսուրս է, որն իրերի ներկա վիճակում դժվար թե մրցակցի նավթի ու գազի հետ։ Այնուամենայնիվ, էներգիայի այս այլընտրանքային ձևը կարելի է օգտագործել գրեթե ամենուր և բավականին արդյունավետ։

Երկրաջերմային էներգիան երկրագնդի ներքին ջերմությունն է: Այն առաջանում է խորքերում և տարբեր ձևերով ու ինտենսիվությամբ դուրս է գալիս Երկրի մակերևույթ։

Հողի վերին շերտերի ջերմաստիճանը հիմնականում կախված է արտաքին (էկզոգեն) գործոններից՝ արևի լույսից և օդի ջերմաստիճանից։ Ամռանը և ցերեկը հողը տաքանում է մինչև որոշակի խորություններ, իսկ ձմռանը և գիշերը սառչում է օդի ջերմաստիճանի փոփոխության հետևանքով և որոշակի ուշացումով՝ խորության հետ մեծանալով։ Օդի ջերմաստիճանի ամենօրյա տատանումների ազդեցությունն ավարտվում է մի քանի տասնյակ սանտիմետր խորություններում։ Սեզոնային տատանումները գրավում են հողի ավելի խորը շերտերը` մինչև տասնյակ մետր:

Որոշակի խորության վրա՝ տասնյակից մինչև հարյուրավոր մետր, հողի ջերմաստիճանը պահպանվում է հաստատուն՝ հավասար Երկրի մակերևույթի օդի միջին տարեկան ջերմաստիճանին։ Սա հեշտ է ստուգել՝ իջնելով բավականին խորը քարանձավ:

Երբ տվյալ տարածքում օդի միջին տարեկան ջերմաստիճանը զրոյից ցածր է, դա դրսևորվում է որպես մշտական ​​սառույց (ավելի ճիշտ՝ հավերժական սառույց): Արևելյան Սիբիրում ամբողջ տարվա ընթացքում սառեցված հողերի հաստությունը, այսինքն՝ հաստությունը, տեղ-տեղ հասնում է 200–300 մ-ի։

Որոշակի խորությունից (քարտեզի յուրաքանչյուր կետի համար իր սեփականը) Արեգակի և մթնոլորտի գործողությունն այնքան է թուլանում, որ առաջին հերթին գալիս են էնդոգեն (ներքին) գործոնները, և երկրի ներսը տաքանում է ներսից, այնպես որ ջերմաստիճանը սկսում է բարձրանալ։ բարձրանալ խորությամբ:

Երկրի խորքային շերտերի տաքացումը հիմնականում կապված է այնտեղ տեղակայված ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման հետ, թեև ջերմության այլ աղբյուրներ նույնպես կոչվում են, օրինակ՝ ֆիզիկաքիմիական, տեկտոնական պրոցեսները երկրի ընդերքի և թիկնոցի խորը շերտերում։ Բայց ինչ էլ որ լինի պատճառը, ապարների և հարակից հեղուկ և գազային նյութերի ջերմաստիճանը խորության հետ մեծանում է: Հանքագործները բախվում են այս երևույթին. խորը հանքերում միշտ շոգ է: 1 կմ խորության վրա երեսուն աստիճան տաքությունը նորմալ է, իսկ ավելի խորը ջերմաստիճանն էլ ավելի բարձր է։

Երկրի ներսի ջերմային հոսքը, հասնելով Երկրի մակերևույթին, փոքր է. միջինում դրա հզորությունը կազմում է 0,03–0,05 Վտ / մ 2 կամ մոտավորապես 350 Վտժ / մ 2 տարեկան: Արեգակից ջերմային հոսքի և դրանով տաքացվող օդի ֆոնի վրա սա աննկատելի արժեք է. միջինում, բևեռային և հասարակածային լայնությունների միջև հսկայական տարածմամբ և կախված այլ կլիմայական և եղանակային գործոններից):

Ջերմային հոսքի աննշանությունը խորքից դեպի մակերես մոլորակի մեծ մասում կապված է ապարների ցածր ջերմահաղորդականության և երկրաբանական կառուցվածքի առանձնահատկությունների հետ։ Բայց կան բացառություններ՝ վայրեր, որտեղ ջերմային հոսքը բարձր է։ Դրանք, առաջին հերթին, տեկտոնական խզվածքների, սեյսմիկ ակտիվության և հրաբխի աճի գոտիներն են, որտեղ ելք է գտնում երկրի ներքին էներգիան։ Նման գոտիներին բնորոշ են լիթոսֆերայի ջերմային անոմալիաները, այստեղ Երկրի մակերեսին հասնող ջերմային հոսքը կարող է բազմապատիկ և նույնիսկ մեծության կարգերով ավելի հզոր լինել, քան «սովորականը»։ Հսկայական քանակությամբ ջերմություն այս գոտիներում մակերևույթ է դուրս բերվում հրաբխային ժայթքումներով և ջրի տաք աղբյուրներով:

Հենց այս տարածքներն են առավել բարենպաստ երկրաջերմային էներգիայի զարգացման համար։ Ռուսաստանի տարածքում դրանք, առաջին հերթին, Կամչատկան, Կուրիլյան կղզիները և Կովկասն են։

Միևնույն ժամանակ, երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը հնարավոր է գրեթե ամենուր, քանի որ խորության հետ ջերմաստիճանի բարձրացումը ամենուր տարածված երևույթ է, և խնդիրն աղիքներից ջերմություն «արդյունահանելն» է, ինչպես հանքային հումք են արդյունահանվում այնտեղից։

Միջին հաշվով, ջերմաստիճանը բարձրանում է 2,5–3°C-ով յուրաքանչյուր 100 մ-ի համար: Տարբեր խորություններում գտնվող երկու կետերի միջև ջերմաստիճանի տարբերության հարաբերությունը դրանց խորության տարբերությանը կոչվում է երկրաջերմային գրադիենտ:

Փոխադարձը երկրաջերմային քայլն է կամ խորության միջակայքը, որի դեպքում ջերմաստիճանը բարձրանում է 1°C-ով:

Որքան բարձր է գրադիենտը և, համապատասխանաբար, որքան ցածր է աստիճանը, այնքան Երկրի խորության ջերմությունը մոտենում է մակերեսին և այնքան խոստումնալից է այս տարածքը երկրաջերմային էներգիայի զարգացման համար։

Տարբեր տարածքներում, կախված երկրաբանական կառուցվածքից և տարածաշրջանային և տեղական այլ պայմաններից, ջերմաստիճանի բարձրացման տեմպերը խորության հետ կարող են կտրուկ տարբերվել: Երկրի մասշտաբով երկրաջերմային գրադիենտների և աստիճանների արժեքների տատանումները հասնում են 25 անգամ։ Օրինակ՝ Օրեգոն նահանգում (ԱՄՆ) գրադիենտը 1 կմ-ի վրա 150°C է, իսկ Հարավային Աֆրիկայում՝ 6°C 1 կմ-ի վրա։

Հարցն այն է, թե ինչպիսի՞ն է ջերմաստիճանը մեծ խորություններում՝ 5, 10 կմ կամ ավելի։ Եթե ​​միտումը շարունակվի, 10 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը միջինը պետք է լինի մոտ 250–300°C: Դա քիչ թե շատ հաստատվում է գերխոր հորերի ուղիղ դիտարկումներով, թեև պատկերը շատ ավելի բարդ է, քան ջերմաստիճանի գծային աճը։

Օրինակ՝ Բալթյան բյուրեղային վահանում հորատված Կոլա գերխորքային հորում ջերմաստիճանը փոխվում է 10°C/1 կմ արագությամբ մինչև 3 կմ խորության վրա, իսկ հետո երկրաջերմային գրադիենտը դառնում է 2–2,5 անգամ ավելի։ 7 կմ խորության վրա արդեն գրանցվել է 120°C ջերմաստիճան, 10 կմ-ում՝ 180°C, իսկ 12 կմ-ում՝ 220°C։

Մեկ այլ օրինակ է Հյուսիսային Կասպից ծովի ջրհորը, որտեղ 500 մ խորության վրա գրանցվել է 42°C ջերմաստիճան, 1,5 կմ-ում՝ 70°C, 2 կմ-ում՝ 80°C, 3 կմ-ում՝ 108°C։

Ենթադրվում է, որ երկրաջերմային գրադիենտը նվազում է՝ սկսած 20–30 կմ խորությունից. 100 կմ խորության վրա գնահատված ջերմաստիճանը կազմում է մոտ 1300–1500°C, 400 կմ խորության վրա՝ 1600°C, Երկրի վրա։ միջուկ (6000 կմ-ից ավելի խորություններ) – 4000–5000°C։

Մինչև 10–12 կմ խորությունների վրա ջերմաստիճանը չափվում է հորատված հորերի միջոցով. որտեղ դրանք չկան, այն որոշվում է անուղղակի նշաններով այնպես, ինչպես ավելի մեծ խորություններում: Նման անուղղակի նշաններ կարող են լինել սեյսմիկ ալիքների անցման բնույթը կամ ժայթքող լավայի ջերմաստիճանը:

Այնուամենայնիվ, երկրաջերմային էներգիայի նպատակների համար 10 կմ-ից ավելի խորություններում ջերմաստիճանի տվյալները դեռ գործնական հետաքրքրություն չեն ներկայացնում:

Մի քանի կիլոմետր խորության վրա շատ ջերմություն կա, բայց ինչպե՞ս բարձրացնել այն: Երբեմն բնությունն ինքն է լուծում մեզ համար այս խնդիրը բնական հովացուցիչ նյութի օգնությամբ՝ տաքացվող ջերմային ջրերը, որոնք դուրս են գալիս մակերես կամ ընկած են մեզ համար հասանելի խորության վրա: Որոշ դեպքերում խորքում ջուրը տաքացվում է գոլորշու վիճակի։

«Ջերմային ջրեր» հասկացության խիստ սահմանում չկա։ Որպես կանոն, դրանք նկատի ունեն տաք ստորերկրյա ջրերը հեղուկ վիճակում կամ գոլորշու տեսքով, ներառյալ նրանք, որոնք Երկրի մակերևույթ են դուրս գալիս 20 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանով, այսինքն, որպես կանոն, օդի ջերմաստիճանից բարձր:

Ստորերկրյա ջրերի, գոլորշու, գոլորշի-ջուր խառնուրդների ջերմությունը հիդրոթերմային էներգիա է։ Համապատասխանաբար, դրա օգտագործման հիման վրա էներգիան կոչվում է հիդրոթերմալ։

Իրավիճակն ավելի բարդ է ուղղակիորեն չոր ապարներից ջերմության արտադրության հետ կապված՝ նավթաջերմային էներգիա, հատկապես, որ բավականաչափ բարձր ջերմաստիճանները, որպես կանոն, սկսվում են մի քանի կիլոմետր խորություններից:

Ռուսաստանի տարածքում նավթաջերմային էներգիայի պոտենցիալը հարյուր անգամ գերազանցում է հիդրոթերմային էներգիայինը՝ համապատասխանաբար 3500 և 35 տրիլիոն տոննա ստանդարտ վառելիք։ Սա միանգամայն բնական է. Երկրի խորքերի ջերմությունն ամենուր է, իսկ ջերմային ջրերը տեղային են: Սակայն ակնհայտ տեխնիկական դժվարությունների պատճառով ջերմային ջրերի մեծ մասը ներկայումս օգտագործվում է ջերմության և էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար։

Ջրի ջերմաստիճանը 20-30-ից մինչև 100°C հարմար է ջեռուցման, 150°C և բարձր ջերմաստիճանների և երկրաջերմային էլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Ընդհանուր առմամբ, Ռուսաստանի տարածքում գտնվող երկրաջերմային պաշարները տոննաներով ստանդարտ վառելիքի կամ էներգիայի չափման ցանկացած այլ միավորի առումով մոտ 10 անգամ գերազանցում են հանածո վառելիքի պաշարները։

Տեսականորեն միայն երկրաջերմային էներգիայի շնորհիվ հնարավոր կլիներ լիովին բավարարել երկրի էներգետիկ կարիքները։ Գործնականում այս պահին, իր տարածքի մեծ մասում, դա իրագործելի չէ տեխնիկական և տնտեսական պատճառներով։

Աշխարհում երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը ամենից հաճախ կապված է Իսլանդիայի հետ՝ մի երկիր, որը գտնվում է Միջինատլանտյան լեռնաշղթայի հյուսիսային ծայրում՝ չափազանց ակտիվ տեկտոնական և հրաբխային գոտում: Հավանաբար բոլորը հիշում են Էյյաֆիաթլայոկուդլ հրաբխի հզոր ժայթքումը ( Էյաֆջալաջոկուլ) 2010 թ.

Այս երկրաբանական առանձնահատկությունի շնորհիվ է, որ Իսլանդիան ունի երկրաջերմային էներգիայի հսկայական պաշարներ, ներառյալ տաք աղբյուրները, որոնք դուրս են գալիս Երկրի մակերևույթ և նույնիսկ հորդում են գեյզերների տեսքով:

Իսլանդիայում սպառվող էներգիայի ավելի քան 60%-ը ներկայումս վերցվում է Երկրից: Այդ թվում երկրաջերմային աղբյուրների շնորհիվ ապահովված է ջեռուցման 90%-ը և էլեկտրաէներգիայի արտադրության 30%-ը։ Հավելում ենք, որ երկրի մնացած էլեկտրաէներգիան արտադրվում է հիդրոէլեկտրակայանների կողմից, այսինքն՝ օգտագործելով նաև վերականգնվող էներգիայի աղբյուր, ինչի շնորհիվ Իսլանդիան նման է մի տեսակ համաշխարհային բնապահպանական ստանդարտի։

20-րդ դարում երկրաջերմային էներգիայի «սանձումը» զգալիորեն օգնեց Իսլանդիային տնտեսապես։ Մինչև անցյալ դարի կեսերը այն շատ աղքատ երկիր էր, այժմ աշխարհում առաջին տեղն է զբաղեցնում մեկ շնչին ընկնող դրված հզորությամբ և երկրաջերմային էներգիայի արտադրությամբ, իսկ երկրաջերմային էներգիայի բացարձակ դրվածքային հզորությամբ առաջին տասնյակում է։ բույսեր. Այնուամենայնիվ, նրա բնակչությունը կազմում է ընդամենը 300 հազար մարդ, ինչը հեշտացնում է էկոլոգիապես մաքուր էներգիայի աղբյուրներին անցնելու խնդիրը. դրա կարիքն ընդհանուր առմամբ փոքր է:

Իսլանդիայից բացի, էլեկտրաէներգիայի արտադրության ընդհանուր հաշվեկշռում երկրաջերմային էներգիայի բարձր տեսակարար կշիռ ունեն Նոր Զելանդիան և Հարավարևելյան Ասիայի կղզի պետությունները (Ֆիլիպիններ և Ինդոնեզիա), Կենտրոնական Ամերիկայի և Արևելյան Աֆրիկայի երկրները, որոնց տարածքը նույնպես բնութագրվում է. բարձր սեյսմիկ և հրաբխային ակտիվությամբ։ Այս երկրների համար, իրենց ներկայիս զարգացման մակարդակով և կարիքներով, երկրաջերմային էներգիան զգալի ներդրում ունի սոցիալ-տնտեսական զարգացման մեջ:

Երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը շատ երկար պատմություն ունի։ Առաջին հայտնի օրինակներից մեկը Իտալիան է, մի վայր Տոսկանա նահանգում, որն այժմ կոչվում է Լարդերելլո, որտեղ դեռևս 19-րդ դարի սկզբին տեղական տաք ջերմային ջրերը, որոնք բնական հոսում էին կամ արդյունահանվում էին ծանծաղ հորերից, օգտագործվում էին էներգիայի համար: նպատակներ։

Այստեղ բորաթթու ստանալու համար օգտագործվել է ստորգետնյա աղբյուրներից բորով հարուստ ջուր։ Սկզբում այս թթուն ստացվում էր երկաթե կաթսաներում գոլորշիացման արդյունքում, իսկ սովորական վառելափայտը որպես վառելիք վերցվում էր մոտակա անտառներից, բայց 1827 թվականին Ֆրանչեսկո Լարդերելը ստեղծեց համակարգ, որն աշխատում էր հենց ջրերի ջերմության վրա: Միաժամանակ բնական ջրային գոլորշու էներգիան սկսեց օգտագործվել հորատման սարքերի շահագործման համար, իսկ 20-րդ դարի սկզբին՝ տեղական տներն ու ջերմոցները տաքացնելու համար։ Նույն տեղում՝ Լարդերելոյում, 1904 թվականին ջերմային ջրի գոլորշին դարձավ էներգիայի աղբյուր՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։

19-րդ դարի վերջի և 20-րդ դարի սկզբի Իտալիայի օրինակին հետևեցին մի շարք այլ երկրներ։ Օրինակ, 1892 թվականին ջերմային ջրերն առաջին անգամ օգտագործվել են տեղային ջեռուցման համար ԱՄՆ-ում (Բոիզ, Այդահո), 1919 թվականին՝ Ճապոնիայում, 1928 թվականին՝ Իսլանդիայում։

ԱՄՆ-ում առաջին հիդրոթերմալ էլեկտրակայանը հայտնվել է Կալիֆորնիայում 1930-ականների սկզբին, Նոր Զելանդիայում՝ 1958 թվականին, Մեքսիկայում՝ 1959 թվականին, Ռուսաստանում (աշխարհի առաջին երկուական GeoPP-ն)՝ 1965 թվականին։

Հին սկզբունք նոր աղբյուրում

Էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը պահանջում է ջրի աղբյուրի ավելի բարձր ջերմաստիճան, քան ջեռուցումը, ավելի քան 150°C: Երկրաջերմային էլեկտրակայանի (GeoES) շահագործման սկզբունքը նման է սովորական ՋԷԿ-ի շահագործման սկզբունքին: Իրականում երկրաջերմային էլեկտրակայանը ՋԷԿ-ի տեսակ է։

ՋԷԿ-երում, որպես կանոն, էներգիայի հիմնական աղբյուր են հանդիսանում ածուխը, գազը կամ մազութը, իսկ որպես աշխատանքային հեղուկ՝ ջրային գոլորշին: Վառելիքը, երբ այրվում է, ջուրը տաքացնում է գոլորշու վիճակի, որը պտտում է շոգետուրբինը, և այն արտադրում է էլեկտրականություն։

GeoPP-ի տարբերությունն այն է, որ այստեղ էներգիայի առաջնային աղբյուրը երկրագնդի ներսի ջերմությունն է, և աշխատանքային հեղուկը գոլորշու տեսքով մտնում է էլեկտրական գեներատորի տուրբինի շեղբեր «պատրաստ» ձևով անմիջապես արտադրական ջրհորից:

Գոյություն ունեն GeoPP-ի շահագործման երեք հիմնական սխեմաներ՝ ուղղակի, չոր (երկրաջերմային) գոլորշու օգտագործմամբ; անուղղակի, հիդրոթերմալ ջրի վրա հիմնված և խառը կամ երկուական:

Այս կամ այն ​​սխեմայի օգտագործումը կախված է ագրեգացման վիճակից և էներգիայի կրիչի ջերմաստիճանից:

Ամենապարզը և, հետևաբար, յուրացված սխեմաներից առաջինը ուղիղն է, որի դեպքում ջրհորից եկող գոլորշին անմիջապես անցնում է տուրբինի միջով։ Աշխարհի առաջին GeoPP-ը Լարդերելոյում 1904 թվականին նույնպես աշխատում էր չոր գոլորշու վրա:

Գործողության անուղղակի սխեմայով GeoPP-ները մեր ժամանակներում ամենատարածվածն են: Նրանք օգտագործում են ստորգետնյա տաք ջուր, որը բարձր ճնշման տակ մղվում է գոլորշիացնող սարք, որտեղ դրա մի մասը գոլորշիացվում է, և ստացված գոլորշին պտտվում է տուրբինով։ Որոշ դեպքերում լրացուցիչ սարքեր և սխեմաներ են պահանջվում ագրեսիվ միացություններից երկրաջերմային ջուրը և գոլորշին մաքրելու համար:

Արտանետվող գոլորշին մտնում է ներարկման ջրհոր կամ օգտագործվում է տարածքի ջեռուցման համար. այս դեպքում սկզբունքը նույնն է, ինչ CHP-ի շահագործման ժամանակ:

Երկուական GeoPP-ներում տաք ջերմային ջուրը փոխազդում է մեկ այլ հեղուկի հետ, որը գործում է որպես աշխատանքային հեղուկ՝ ավելի ցածր եռման կետով: Երկու հեղուկներն էլ անցնում են ջերմափոխանակիչով, որտեղ ջերմային ջուրը գոլորշիացնում է աշխատող հեղուկը, որի գոլորշիները պտտում են տուրբինը։

Այս համակարգը փակ է, որը լուծում է մթնոլորտ արտանետումների խնդիրը։ Բացի այդ, համեմատաբար ցածր եռման կետով աշխատող հեղուկները հնարավորություն են տալիս որպես էներգիայի առաջնային աղբյուր օգտագործել ոչ շատ տաք ջերմային ջրերը։

Բոլոր երեք սխեմաներն օգտագործում են հիդրոթերմալ աղբյուր, սակայն նավթաջերմային էներգիան կարող է օգտագործվել նաև էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Շղթայի դիագրամն այս դեպքում նույնպես բավականին պարզ է. Անհրաժեշտ է հորատել երկու փոխկապակցված հորեր՝ ներարկման և արտադրական: Ջուրը մղվում է ներարկման ջրհորի մեջ: Խորության վրա այն տաքանում է, ապա ուժեղ տաքացման արդյունքում առաջացած տաքացած ջուրը կամ գոլորշին արտադրական հորի միջոցով մատակարարվում է մակերեսին։ Ավելին, ամեն ինչ կախված է նրանից, թե ինչպես է օգտագործվում նավթաջերմային էներգիան՝ ջեռուցման, թե էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար։ Փակ ցիկլը հնարավոր է արտանետվող գոլորշու և ջրի պոմպով ներարկման ջրհորի մեջ կամ հեռացման այլ եղանակով:

Նման համակարգի թերությունն ակնհայտ է. աշխատանքային հեղուկի բավականաչափ բարձր ջերմաստիճան ստանալու համար անհրաժեշտ է հորատանցքեր հորատել մեծ խորությամբ։ Եվ սա լուրջ ծախս է և ջերմության զգալի կորստի վտանգ, երբ հեղուկը բարձրանում է: Հետևաբար, նավթաջերմային համակարգերը դեռևս ավելի քիչ են տարածված, քան հիդրոթերմայինները, թեև նավթաջերմային էներգիայի ներուժը մեծության կարգերով ավելի մեծ է:

Ներկայում այսպես կոչված նավթաջերմային շրջանառության համակարգերի (PCS) ստեղծման առաջատարը Ավստրալիան է։ Բացի այդ, երկրաջերմային էներգիայի այս ուղղությունը ակտիվորեն զարգանում է ԱՄՆ-ում, Շվեյցարիայում, Մեծ Բրիտանիայում և Ճապոնիայում։

Նվեր լորդ Քելվինից

1852 թվականին ֆիզիկոս Ուիլյամ Թոմփսոնի (նույն ինքը՝ Լորդ Քելվին) ջերմային պոմպի գյուտը մարդկությանը իրական հնարավորություն ընձեռեց օգտագործելու հողի վերին շերտերի ցածր աստիճանի ջերմությունը։ Ջերմային պոմպի համակարգը կամ ջերմության բազմապատկիչը, ինչպես այն անվանել է Թոմսոնը, հիմնված է շրջակա միջավայրից սառնագենտի ջերմության փոխանցման ֆիզիկական գործընթացի վրա: Փաստորեն, այն օգտագործում է նույն սկզբունքը, ինչ նավթաջերմային համակարգերում: Տարբերությունը ջերմության աղբյուրի մեջ է, ինչի կապակցությամբ կարող է առաջանալ տերմինաբանական հարց՝ որքանո՞վ կարելի է ջերմային պոմպը համարել երկրաջերմային համակարգ։ Բանն այն է, որ վերին շերտերում տասնյակ կամ հարյուրավոր մետր խորություններում ժայռերն ու դրանցում պարունակվող հեղուկները տաքանում են ոչ թե երկրի խորը ջերմությունից, այլ արևից։ Այսպիսով, այս դեպքում արևն է ջերմության առաջնային աղբյուրը, թեև այն վերցված է, ինչպես երկրաջերմային համակարգերում, երկրից:

Ջերմային պոմպի շահագործումը հիմնված է մթնոլորտի համեմատությամբ հողի տաքացման և հովացման հետաձգման վրա, որի արդյունքում մակերեսի և ավելի խորը շերտերի միջև ձևավորվում է ջերմաստիճանի գրադիենտ, որը ջերմություն է պահպանում նույնիսկ ձմռանը, ինչպես. ինչ է կատարվում ջրամբարներում. Ջերմային պոմպերի հիմնական նպատակը տարածքի ջեռուցումն է: Իրականում դա «հակադարձ սառնարան» է։ Ե՛վ ջերմային պոմպը, և՛ սառնարանը փոխազդում են երեք բաղադրիչների հետ՝ ներքին միջավայր (առաջին դեպքում՝ ջեռուցվող սենյակ, երկրորդում՝ սառեցված սառնարան), արտաքին միջավայր՝ էներգիայի աղբյուր և սառնագենտի (սառնագենտ), որը։ նաև հովացուցիչ նյութ է, որն ապահովում է ջերմության փոխանցում կամ սառը:

Ցածր եռման կետ ունեցող նյութը հանդես է գալիս որպես սառնագենտ, որը թույլ է տալիս ջերմություն վերցնել նույնիսկ համեմատաբար ցածր ջերմաստիճան ունեցող աղբյուրից:

Սառնարանում հեղուկ սառնագենտը շնչափողի (ճնշման կարգավորիչի) միջոցով մտնում է գոլորշիացուցիչ, որտեղ ճնշման կտրուկ նվազման պատճառով հեղուկը գոլորշիանում է։ Գոլորշիացումը էնդոթերմիկ գործընթաց է, որը պահանջում է ջերմություն դրսից ներծծվելու համար: Արդյունքում, գոլորշիչի ներքին պատերից ջերմություն է վերցվում, որն ապահովում է սառնարանային խցիկում սառեցնող ազդեցություն: Գոլորշիատորից այն կողմ սառնագենտը ներծծվում է կոմպրեսոր, որտեղ այն վերադառնում է ագրեգացման հեղուկ վիճակի: Սա հակառակ գործընթացն է, որը հանգեցնում է վերցված ջերմության արտանետմանը արտաքին միջավայր: Որպես կանոն, այն նետվում է սենյակ, իսկ սառնարանի հետևի պատը համեմատաբար տաք է։

Ջերմային պոմպը աշխատում է գրեթե նույն կերպ, այն տարբերությամբ, որ ջերմությունը վերցվում է արտաքին միջավայրից և մտնում է ներքին միջավայր գոլորշիչի միջոցով՝ սենյակի ջեռուցման համակարգով։

Իրական ջերմային պոմպում ջուրը տաքացվում է, անցնելով գետնին կամ ջրամբարի մեջ դրված արտաքին շղթայով, այնուհետև մտնում է գոլորշիացուցիչ:

Գոլորշիատորում ջերմությունը փոխանցվում է ցածր եռման ջերմաստիճան ունեցող սառնագենտի միջոցով լցված ներքին շղթայի, որը, անցնելով գոլորշիատորի միջով, հեղուկ վիճակից անցնում է գազային՝ ընդունելով ջերմություն։

Այնուհետև, գազային սառնագենտը մտնում է կոմպրեսոր, որտեղ այն սեղմվում է մինչև բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի, և մտնում է կոնդենսատոր, որտեղ ջերմափոխանակությունը տեղի է ունենում տաք գազի և ջեռուցման համակարգից ջերմափոխադրողի միջև:

Գործելու համար կոմպրեսորը պահանջում է էլեկտրական էներգիա, սակայն ժամանակակից համակարգերում փոխակերպման հարաբերակցությունը (սպառված և արտադրված էներգիայի հարաբերակցությունը) բավականաչափ բարձր է դրանց արդյունավետությունն ապահովելու համար:

Ներկայումս ջերմային պոմպերը լայնորեն օգտագործվում են տարածքների ջեռուցման համար, հիմնականում տնտեսապես զարգացած երկրներում:

Էկո-ճիշտ էներգիա

Երկրաջերմային էներգիան համարվում է էկոլոգիապես մաքուր, ինչը, ընդհանուր առմամբ, ճիշտ է: Առաջին հերթին այն օգտագործում է վերականգնվող և գործնականում անսպառ ռեսուրս։ Երկրաջերմային էներգիան չի պահանջում մեծ տարածքներ՝ ի տարբերություն խոշոր հիդրոէլեկտրակայանների կամ հողմակայանների, և չի աղտոտում մթնոլորտը՝ ի տարբերություն ածխաջրածնային էներգիայի։ Միջին հաշվով, GeoPP-ը զբաղեցնում է 400 մ 2՝ արտադրված 1 ԳՎտ էլեկտրաէներգիայի դիմաց։ Նույն ցուցանիշը, օրինակ, ածուխով աշխատող ՋԷԿ-ի համար կազմում է 3600 մ 2: GeoPP-ների բնապահպանական առավելությունները ներառում են նաև ջրի ցածր սպառումը` 20 լիտր քաղցրահամ ջուր 1 կՎտ-ում, մինչդեռ ՋԷԿ-երի և ատոմակայանների համար պահանջվում է մոտ 1000 լիտր: Նշենք, որ սրանք «միջին» GeoPP-ի բնապահպանական ցուցանիշներն են։

Բայց դեռ կան բացասական կողմնակի ազդեցություններ: Դրանցից առավել հաճախ առանձնանում են աղմուկը, մթնոլորտի ջերմային աղտոտումը և ջրի ու հողի քիմիական աղտոտումը, ինչպես նաև պինդ թափոնների առաջացումը։

Շրջակա միջավայրի քիմիական աղտոտման հիմնական աղբյուրը հենց ջերմային ջուրն է (բարձր ջերմաստիճանով և հանքայնացումով), որը հաճախ պարունակում է մեծ քանակությամբ թունավոր միացություններ, հետևաբար առաջանում է կեղտաջրերի և վտանգավոր նյութերի հեռացման խնդիր։

Երկրաջերմային էներգիայի բացասական ազդեցություններին կարելի է հետևել մի քանի փուլով` սկսած հորերի հորատումից: Այստեղ առաջանում են նույն վտանգները, ինչ ցանկացած հորատանցք հորատելիս՝ հողի և բուսածածկույթի ոչնչացում, հողի և ստորերկրյա ջրերի աղտոտում։

ԳեոՊԷԿ-ի շահագործման փուլում պահպանվում են շրջակա միջավայրի աղտոտվածության խնդիրները։ Ջերմային հեղուկները՝ ջուրը և գոլորշին, սովորաբար պարունակում են ածխածնի երկօքսիդ (CO 2), ծծմբի սուլֆիդ (H 2 S), ամոնիակ (NH 3), մեթան (CH 4), սովորական աղ (NaCl), բոր (B), մկնդեղ (As): ), սնդիկ (Hg): Երբ արձակվում են շրջակա միջավայր, դրանք դառնում են աղտոտման աղբյուր: Բացի այդ, ագրեսիվ քիմիական միջավայրը կարող է կոռոզիայից վնաս պատճառել GeoTPP-ի կառույցներին:

Միևնույն ժամանակ, ԳեոԷԿ-երում աղտոտիչների արտանետումները միջինում ավելի ցածր են, քան ՋԷԿ-երում: Օրինակ՝ ածխածնի երկօքսիդի արտանետումները մեկ կիլովատ/ժ էլեկտրաէներգիայի համար կազմում են մինչև 380 գ GeoPP-ներում, 1042 գ՝ ածուխով աշխատող ջերմաէլեկտրակայաններում, 906 գ մազութում և 453 գ գազով աշխատող ջերմաէլեկտրակայաններում:

Հարց է առաջանում՝ ի՞նչ անել կեղտաջրերի հետ։ Ցածր աղիության դեպքում սառչելուց հետո այն կարող է թափվել մակերեսային ջրեր։ Մյուս ճանապարհը ներարկման ջրհորի միջոցով հետ մղելն է ջրատար շերտ, որը ներկայումս նախընտրելի և գերակշռող պրակտիկա է:

Ջրատար հորիզոններից ջերմային ջրի արդյունահանումը (ինչպես նաև սովորական ջրի դուրս մղումը) կարող է առաջացնել սուզումներ և գետնի տեղաշարժեր, երկրաբանական շերտերի այլ դեֆորմացիաներ և միկրոերկրաշարժեր: Նման երևույթների հավանականությունը սովորաբար ցածր է, թեև առանձին դեպքեր են գրանցվել (օրինակ, Գերմանիայի Շտաուֆեն իմ Բրեյսգաու քաղաքի GeoPP-ում):

Հարկ է ընդգծել, որ GeoPP-ների մեծ մասը գտնվում է համեմատաբար նոսր բնակեցված տարածքներում և երրորդ աշխարհի երկրներում, որտեղ բնապահպանական պահանջներն ավելի քիչ խիստ են, քան զարգացած երկրներում: Բացի այդ, այս պահին GeoPP-ների թիվը և դրանց հզորությունները համեմատաբար փոքր են։ Երկրաջերմային էներգիայի ավելի մեծ զարգացման դեպքում բնապահպանական ռիսկերը կարող են աճել և բազմապատկվել:

Որքա՞ն է Երկրի էներգիան:

Երկրաջերմային համակարգերի կառուցման համար ներդրումային ծախսերը տատանվում են շատ լայն միջակայքում՝ 200-ից 5000 դոլար 1 կՎտ դրված հզորության համար, այսինքն՝ ամենաէժան տարբերակները համեմատելի են ջերմաէլեկտրակայանի կառուցման արժեքի հետ։ Դրանք առաջին հերթին կախված են ջերմային ջրերի առաջացման պայմաններից, դրանց բաղադրությունից և համակարգի նախագծումից։ Մեծ խորություններում հորատումը, երկու հորերով փակ համակարգ ստեղծելը, ջրի մաքրման անհրաժեշտությունը կարող է բազմապատկել ծախսերը:

Օրինակ, նավթաջերմային շրջանառության համակարգի (PTS) ստեղծման համար ներդրումները գնահատվում են 1,6–4 հազար դոլար 1 կՎտ դրված հզորության համար, ինչը գերազանցում է ատոմակայանի կառուցման ծախսերը և համեմատելի է քամու և քամու շինարարության ծախսերի հետ։ արևային էլեկտրակայաններ.

GeoTPP-ի ակնհայտ տնտեսական առավելությունն անվճար էներգակիրն է։ Համեմատության համար նշենք, որ գործող ջերմաէլեկտրակայանի կամ ատոմակայանի ինքնարժեքի կառուցվածքում վառելիքը կազմում է 50–80% կամ նույնիսկ ավելին՝ կախված էներգիայի ընթացիկ գներից: Այսպիսով, երկրաջերմային համակարգի մեկ այլ առավելություն. գործառնական ծախսերն ավելի կայուն և կանխատեսելի են, քանի որ դրանք կախված չեն էներգիայի գների արտաքին կոնյուկտուրայից: Ընդհանուր առմամբ, ԳեոՋԷԿ-ի շահագործման ծախսերը գնահատվում են 2–10 ցենտ (60 կոպեկ–3 ռուբլի) 1 կՎտ/ժ արտադրվող հզորության համար։

Էներգակիրներից հետո ծախսերի երկրորդ խոշորագույն (և շատ նշանակալի) հոդվածը, որպես կանոն, կայանի անձնակազմի աշխատավարձն է, որը կարող է կտրուկ տարբերվել ըստ երկրի և տարածաշրջանի:

Միջին հաշվով, 1 կՎտժ երկրաջերմային էներգիայի արժեքը համեմատելի է ջերմային էլեկտրակայանների հետ (ռուսական պայմաններում՝ մոտ 1 ռուբլի / 1 կՎտժ) և տասն անգամ ավելի բարձր, քան հիդրոէլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիայի արտադրության արժեքը (5–10 կոպեկ): / 1 կՎտժ):

Բարձր արժեքի պատճառն այն է, որ, ի տարբերություն ջերմային և հիդրոէլեկտրակայանների, ԳեոՋԷԿ-ն ունի համեմատաբար փոքր հզորություն: Բացի այդ, անհրաժեշտ է համեմատել նույն տարածաշրջանում և նմանատիպ պայմաններում տեղակայված համակարգերը: Այսպես, օրինակ, Կամչատկայում, ըստ մասնագետների, 1 կՎտժ երկրաջերմային էլեկտրաէներգիան 2-3 անգամ ավելի էժան է, քան տեղական ՋԷԿ-երում արտադրվող էլեկտրաէներգիան։

Երկրաջերմային համակարգի տնտեսական արդյունավետության ցուցանիշները կախված են, օրինակ, նրանից, թե արդյոք անհրաժեշտ է կեղտաջրերի հեռացում և ինչ եղանակներով է դա արվում, հնարավոր է արդյոք ռեսուրսի համակցված օգտագործումը: Այսպիսով, ջերմային ջրից արդյունահանվող քիմիական տարրերն ու միացությունները կարող են լրացուցիչ եկամուտ ապահովել։ Հիշենք Լարդերելլոյի օրինակը. այնտեղ առաջնայինը քիմիական արտադրությունն էր, իսկ երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը սկզբում օժանդակ բնույթ էր կրում:

Երկրաջերմային էներգիայի ֆորվարդներ

Երկրաջերմային էներգիան մի փոքր այլ կերպ է զարգանում, քան քամին և արևը: Ներկայումս դա մեծապես կախված է բուն ռեսուրսի բնույթից, որը կտրուկ տարբերվում է ըստ տարածաշրջանների, և ամենաբարձր կոնցենտրացիաները կապված են երկրաջերմային անոմալիաների նեղ գոտիների հետ, որոնք սովորաբար կապված են տեկտոնական խզվածքների և հրաբխային տարածքների հետ:

Բացի այդ, երկրաջերմային էներգիան տեխնոլոգիապես ավելի քիչ տարողունակ է քամու համեմատ, և առավել ևս արևային էներգիայի դեպքում. երկրաջերմային կայանների համակարգերը բավականին պարզ են:

Համաշխարհային էլեկտրաէներգիայի արտադրության ընդհանուր կառուցվածքում երկրաջերմային բաղադրիչը կազմում է 1%-ից պակաս, սակայն որոշ տարածաշրջաններում և երկրներում դրա մասնաբաժինը հասնում է 25-30%-ի: Երկրաբանական պայմանների հետ կապվածության պատճառով երկրաջերմային էներգիայի հզորության զգալի մասը կենտրոնացած է երրորդ աշխարհի երկրներում, որտեղ կան արդյունաբերության ամենամեծ զարգացման երեք կլաստերներ՝ Հարավարևելյան Ասիայի, Կենտրոնական Ամերիկայի և Արևելյան Աֆրիկայի կղզիները: Առաջին երկու շրջանները Խաղաղօվկիանոսյան «Երկրի կրակային գոտու» մաս են կազմում, երրորդը կապված է Արևելաաֆրիկյան ճեղքվածքի հետ։ Ամենամեծ հավանականությամբ այս գոտիներում երկրաջերմային էներգիան կշարունակի զարգանալ։ Ավելի հեռավոր հեռանկար է նավթաջերմային էներգիայի զարգացումը` օգտագործելով մի քանի կիլոմետր խորության վրա գտնվող երկրագնդի շերտերի ջերմությունը: Սա գրեթե ամենուր տարածված ռեսուրս է, սակայն դրա արդյունահանումը պահանջում է բարձր ծախսեր, ուստի նավթաջերմային էներգիան զարգանում է հիմնականում տնտեսապես և տեխնոլոգիապես ամենահզոր երկրներում:

Ընդհանուր առմամբ, հաշվի առնելով երկրաջերմային ռեսուրսների համատարածությունը և շրջակա միջավայրի անվտանգության ընդունելի մակարդակը, հիմքեր կան ենթադրելու, որ երկրաջերմային էներգիան զարգացման լավ հեռանկարներ ունի: Հատկապես ավանդական էներգակիրների պակասի և դրանց գների աճի սպառնալիքի պայմաններում:

Կամչատկայից Կովկաս

Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը բավականին երկար պատմություն ունի, և մի շարք դիրքերում մենք համաշխարհային առաջատարների շարքում ենք, չնայած երկրաջերմային էներգիայի մասնաբաժինը հսկայական երկրի ընդհանուր էներգետիկ հաշվեկշռում դեռևս աննշան է:

Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացման ռահվիրաներն ու կենտրոնները եղել են երկու շրջաններ՝ Կամչատկան և Հյուսիսային Կովկասը, և եթե առաջին դեպքում խոսքը գնում է հիմնականում էլեկտրաէներգիայի, ապա երկրորդում՝ ջերմային էներգիայի օգտագործման մասին։ ջերմային ջուր.

Հյուսիսային Կովկասում՝ Կրասնոդարի երկրամասում, Չեչնիայում, Դաղստանում, ջերմային ջրերի ջերմությունն օգտագործվում էր էներգետիկ նպատակներով նույնիսկ Հայրենական մեծ պատերազմից առաջ։ 1980-1990-ական թվականներին երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը տարածաշրջանում, հասկանալի պատճառներով, կանգ առավ և դեռ չի վերականգնվել լճացման վիճակից։ Այդուհանդերձ, Հյուսիսային Կովկասում երկրաջերմային ջրամատակարարումն ապահովում է մոտ 500 հազար մարդու ջերմություն, իսկ, օրինակ, Կրասնոդարի երկրամասի Լաբինսկ քաղաքը՝ 60 հազար բնակչությամբ, ամբողջությամբ ջեռուցվում է երկրաջերմային ջրերով։

Կամչատկայում երկրաջերմային էներգիայի պատմությունը հիմնականում կապված է GeoPP-ի կառուցման հետ: Դրանցից առաջինները, որոնք դեռ աշխատում են Պաուժեցկայա և Պարատունսկայա կայանները, կառուցվել են դեռևս 1965-1967 թվականներին, մինչդեռ 600 կՎտ հզորությամբ Paratunskaya GeoPP-ը դարձավ երկուական ցիկլով աշխարհում առաջին կայանը: Դա Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի Սիբիրյան մասնաճյուղի ջերմային ֆիզիկայի ինստիտուտի խորհրդային գիտնականներ Ս. Ս. Կուտաթելաձեի և Ա. Մ. Այս տեխնոլոգիան հետագայում դարձավ աշխարհում ավելի քան 400 երկուական GeoPP-ների նախատիպը:

1966 թվականին շահագործման հանձնված Pauzhetskaya GeoPP-ի հզորությունը սկզբում եղել է 5 ՄՎտ, իսկ այնուհետև ավելացել է մինչև 12 ՄՎտ: Ներկայումս կայանը երկուական բլոկի կառուցման փուլում է, որի հզորությունը կավելանա եւս 2,5 ՄՎտ-ով։

ԽՍՀՄ-ում և Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացմանը խոչընդոտում էր էներգիայի ավանդական աղբյուրների առկայությունը՝ նավթ, գազ, ածուխ, բայց այդպես էլ չդադարեց։ Այս պահին երկրաջերմային էներգիայի ամենամեծ օբյեկտներն են Վերխնե-Մուտնովսկայա ԳեոԷԿ-ը՝ 12 ՄՎտ ընդհանուր հզորությամբ էներգաբլոկներ, շահագործման հանձնված 1999 թվականին, և Մուտնովսկայա ԳեոԷԿ-ը՝ 50 ՄՎտ հզորությամբ (2002 թ.):

Mutnovskaya-ն և Verkhne-Mutnovskaya GeoPP-ն եզակի օբյեկտներ են ոչ միայն Ռուսաստանի համար, այլև համաշխարհային մասշտաբով։ Կայանները գտնվում են Մուտնովսկի հրաբխի ստորոտում՝ ծովի մակարդակից 800 մետր բարձրության վրա, գործում են ծայրահեղ կլիմայական պայմաններում, որտեղ ձմեռ է տարեկան 9-10 ամիս։ Mutnovsky GeoPP-ների սարքավորումները, որոնք ներկայումս աշխարհում ամենաժամանակակիցներից են, ամբողջությամբ ստեղծվել են էներգետիկայի ներքին ձեռնարկություններում:

Ներկայումս Կենտրոնական Կամչատկայի էներգահանգույցի էներգիայի սպառման ընդհանուր կառուցվածքում Մուտնովսկու կայանների մասնաբաժինը կազմում է 40%: Առաջիկա տարիներին նախատեսվում է հզորությունների ավելացում։

Առանձին-առանձին պետք է ասել ռուսական նավթաջերմային զարգացումների մասին։ Մենք դեռ չունենք մեծ PDS, այնուամենայնիվ, կան մեծ խորություններում (մոտ 10 կմ) հորատման առաջադեմ տեխնոլոգիաներ, որոնք նույնպես աշխարհում նմանը չունեն։ Դրանց հետագա զարգացումը հնարավորություն կտա կտրուկ նվազեցնել նավթաջերմային համակարգերի ստեղծման ծախսերը։ Այս տեխնոլոգիաների և նախագծերի մշակողներն են Ն. Ներկայումս Ռուսաստանում նավթաջերմային շրջանառության համակարգի նախագիծը փորձնական փուլում է։

Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի հեռանկարներ կան, թեև դրանք համեմատաբար հեռու են. այս պահին ներուժը բավականին մեծ է, իսկ ավանդական էներգիայի դիրքերը՝ ամուր։ Միաժամանակ, երկրի մի շարք հեռավոր շրջաններում երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը տնտեսապես շահավետ է և պահանջարկ ունի նաև այժմ։ Սրանք մեծ գեոէներգետիկ պոտենցիալ ունեցող տարածքներ են (Չուկոտկա, Կամչատկա, Կուրիլներ - Խաղաղօվկիանոսյան «Երկրի կրակային գոտու» ռուսական մասը, Հարավային Սիբիրի և Կովկասի լեռները) և միևնույն ժամանակ հեռավոր և կտրված. կենտրոնացված էներգիայի մատակարարումից։

Հավանական է, որ առաջիկա տասնամյակների ընթացքում երկրաջերմային էներգիան մեր երկրում կզարգանա հենց նման տարածաշրջաններում։

Երկրի ներսում ջերմաստիճանը ամենից հաճախ բավականին սուբյեկտիվ ցուցանիշ է, քանի որ ճշգրիտ ջերմաստիճանը կարելի է անվանել միայն մատչելի վայրերում, օրինակ՝ Կոլայի ջրհորում (խորությունը 12 կմ): Բայց այս վայրը պատկանում է երկրակեղեւի արտաքին հատվածին։

Երկրի տարբեր խորությունների ջերմաստիճանները

Ինչպես պարզել են գիտնականները, Երկրի խորքում ջերմաստիճանը բարձրանում է 3 աստիճանով յուրաքանչյուր 100 մետրի վրա: Այս ցուցանիշը հաստատուն է երկրագնդի բոլոր մայրցամաքների և մասերի համար: Ջերմաստիճանի նման բարձրացում տեղի է ունենում երկրակեղեւի վերին մասում՝ մոտավորապես առաջին 20 կիլոմետրը, ապա ջերմաստիճանի բարձրացումը դանդաղում է։

Ամենամեծ աճը գրանցվել է ԱՄՆ-ում, որտեղ 1000 մետր խորության վրա ջերմաստիճանը բարձրացել է 150 աստիճանով երկրի խորքում։ Ամենադանդաղ աճը գրանցվել է Հարավային Աֆրիկայում, ջերմաչափը բարձրացել է ընդամենը 6 աստիճան Ցելսիուսով։

Մոտ 35-40 կիլոմետր խորության վրա ջերմաստիճանը տատանվում է 1400 աստիճանի շուրջ։ Թաղանթի և արտաքին միջուկի սահմանը 25-3000 կմ խորության վրա տաքանում է 2000-ից մինչև 3000 աստիճան: Ներքին միջուկը տաքացվում է մինչև 4000 աստիճան։ Երկրի հենց կենտրոնում ջերմաստիճանը, բարդ փորձերի արդյունքում ստացված վերջին տեղեկությունների համաձայն, մոտ 6000 աստիճան է։ Արևը կարող է պարծենալ իր մակերեսի վրա նույն ջերմաստիճանով:

Երկրի խորքերի նվազագույն և առավելագույն ջերմաստիճանները

Երկրի ներսում նվազագույն և առավելագույն ջերմաստիճանները հաշվարկելիս հաշվի չեն առնվում մշտական ​​ջերմաստիճանի գոտու տվյալները։ Այս գոտում ջերմաստիճանը մշտական ​​է ողջ տարվա ընթացքում։ Գոտին գտնվում է 5 մետր (արևադարձային) և մինչև 30 մետր (բարձր լայնություններ) խորության վրա։

Առավելագույն ջերմաստիճանը չափվել և գրանցվել է մոտ 6000 մետր խորության վրա և կազմել 274 աստիճան Ցելսիուս։ Երկրի ներսում նվազագույն ջերմաստիճանը ֆիքսված է հիմնականում մեր մոլորակի հյուսիսային շրջաններում, որտեղ նույնիսկ 100 մետրից ավելի խորության վրա ջերմաչափը ցույց է տալիս մինուս ջերմաստիճանը։

Որտեղից է գալիս ջերմությունը և ինչպես է այն բաշխվում մոլորակի աղիքներում

Երկրի ներսում ջերմությունը գալիս է մի քանի աղբյուրներից.

1) Ռադիոակտիվ տարրերի քայքայումը;

2) Երկրի միջուկում տաքացած նյութի գրավիտացիոն տարբերակումը;

3) Մակընթացային շփում (Լուսնի ազդեցությունը Երկրի վրա, որն ուղեկցվում է վերջինիս դանդաղեցմամբ).

Սրանք երկրի աղիքներում ջերմության առաջացման որոշ տարբերակներ են, սակայն ամբողջական ցանկի և եղածի ճիշտության հարցը դեռ բաց է։

Մեր մոլորակի աղիքներից բխող ջերմային հոսքը տատանվում է՝ կախված կառուցվածքային գոտիներից: Ուստի ջերմության բաշխումն այն վայրում, որտեղ գտնվում է օվկիանոսը, լեռները կամ հարթավայրերը, բոլորովին այլ ցուցանիշներ ունի։

ջերմաստիճանը երկրի ներսում.Երկրի թաղանթներում ջերմաստիճանի որոշումը հիմնված է տարբեր, հաճախ անուղղակի տվյալների վրա։ Ջերմաստիճանի ամենահուսալի տվյալները վերաբերում են երկրակեղևի ամենավերին հատվածին, որը գտնվում է ականների և հորատանցքերի ազդեցության տակ մինչև 12 կմ առավելագույն խորություն (Կոլայի ջրհոր):

Ջերմաստիճանի բարձրացումը ըստ Ցելսիուսի աստիճանների մեկ միավորի խորության կոչվում է երկրաջերմային գրադիենտ,իսկ խորությունը մետրերով, որի ընթացքում ջերմաստիճանը բարձրանում է 1 0 C-ով - երկրաջերմային քայլ.Երկրաջերմային գրադիենտը և, համապատասխանաբար, երկրաջերմային աստիճանը տարբերվում են տեղից տեղ՝ կախված երկրաբանական պայմաններից, տարբեր տարածքներում էնդոգեն ակտիվությունից, ինչպես նաև ապարների տարասեռ ջերմահաղորդականությունից: Միաժամանակ, ըստ Բ.Գուտենբերգի, տատանումների սահմանները տարբերվում են ավելի քան 25 անգամ։ Դրա օրինակն են երկու կտրուկ տարբեր գրադիենտներ. 1) 150 o 1 կմ-ի վրա Օրեգոնում (ԱՄՆ), 2) 6 o 1 կմ-ում գրանցված Հարավային Աֆրիկայում: Ըստ այս երկրաջերմային գրադիենտների՝ երկրաջերմային աստիճանը նույնպես փոխվում է առաջին դեպքում 6,67 մ-ից երկրորդում հասնելով 167 մ-ի։ Գրադիենտի ամենատարածված տատանումները 20-50 o-ի սահմաններում են, իսկ երկրաջերմային աստիճանը 15-45 մ է, միջին երկրաջերմային գրադիենտը վաղուց ընդունվել է 1 կմ-ի վրա 30 o C ջերմաստիճանում:

Ըստ VN Zharkov-ի՝ Երկրի մակերեսին մոտ երկրաջերմային գրադիենտը գնահատվում է 20 o C 1 կմ-ի վրա։ Ելնելով երկրաջերմային գրադիենտի այս երկու արժեքներից և Երկրի խորքում դրա անփոփոխությունից, ապա 100 կմ խորության վրա պետք է լիներ 3000 կամ 2000 o C ջերմաստիճան: Այնուամենայնիվ, դա հակասում է իրական տվյալներին: Հենց այս խորություններում պարբերաբար առաջանում են մագմայի խցիկներ, որոնցից լավան հոսում է մակերես՝ ունենալով 1200-1250 o առավելագույն ջերմաստիճան։ Հաշվի առնելով այս տեսակի «ջերմաչափը», մի շարք հեղինակներ (Վ. Ա. Լյուբիմով, Վ. Ա. Մագնիտսկի) կարծում են, որ 100 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը չի կարող գերազանցել 1300-1500 o C-ը։

Ավելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում թիկնոցի ապարներն ամբողջությամբ կհալվեն, ինչը հակասում է լայնակի սեյսմիկ ալիքների ազատ անցմանը: Այսպիսով, միջին երկրաջերմային գրադիենտը կարելի է հետևել միայն մակերևույթից համեմատաբար փոքր խորության վրա (20-30 կմ), այնուհետև այն պետք է նվազի: Բայց նույնիսկ այս դեպքում նույն տեղում ջերմաստիճանի փոփոխությունը խորության հետ միատեսակ չէ։ Սա կարելի է տեսնել պլատֆորմի կայուն բյուրեղային վահանի ներսում գտնվող Կոլա հորի երկայնքով խորությամբ ջերմաստիճանի փոփոխության օրինակով: Այս հորատանցքը դնելիս ակնկալվում էր 10 o երկրաջերմային գրադիենտ 1 կմ-ի վրա, և, հետևաբար, նախագծային խորության վրա (15 կմ) սպասվում էր 150 o C կարգի ջերմաստիճան: Այնուամենայնիվ, նման գրադիենտը միայն մինչև խորությունը 3 կմ, իսկ հետո այն սկսեց աճել 1,5 -2,0 անգամ։ 7 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը եղել է 120 o C, 10 կմ -180 o C, 12 կմ -220 o C: Ենթադրվում է, որ նախագծային խորության վրա ջերմաստիճանը մոտ կլինի 280 o C. Կասպիական տարածաշրջան, ավելի ակտիվ էնդոգեն ռեժիմի տարածքում։ Դրանում 500 մ խորության վրա ջերմաստիճանը պարզվել է 42,2 o C, 1500 մ-ում՝ 69,9 o C, 2000 մ-ում՝ 80,4 o C, 3000 մ-ում՝ 108,3 o C։

Որքա՞ն է ջերմաստիճանը Երկրի թիկնոցի և միջուկի խորը գոտիներում: Քիչ թե շատ հավաստի տվյալներ են ձեռք բերվել վերին թիկնոցում B շերտի հիմքի ջերմաստիճանի վերաբերյալ (տե՛ս նկ. 1.6): Ըստ Վ. Ն. Ժարկովի, «Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 ֆազային դիագրամի մանրամասն ուսումնասիրությունները հնարավորություն են տվել որոշել հղման ջերմաստիճանը փուլային անցումների առաջին գոտուն (400 կմ) համապատասխան խորության վրա» (այսինքն. օլիվինի անցում դեպի սպինել): Ջերմաստիճանն այստեղ այս ուսումնասիրությունների արդյունքում կազմում է մոտ 1600 50 o C։

B շերտից ներքեւ և Երկրի միջուկում թիկնոցում ջերմաստիճանների բաշխման հարցը դեռևս լուծված չէ, և, հետևաբար, տարբեր տեսակետներ են արտահայտվում։ Կարելի է միայն ենթադրել, որ ջերմաստիճանը խորության հետ մեծանում է երկրաջերմային գրադիենտի զգալի նվազմամբ և երկրաջերմային աստիճանի աճով: Ենթադրվում է, որ Երկրի միջուկում ջերմաստիճանը գտնվում է 4000-5000 o C-ի սահմաններում։

Երկրի միջին քիմիական կազմը. Երկրի քիմիական կազմի մասին դատելու համար օգտագործվում են երկնաքարերի տվյալները, որոնք նախամոլորակային նյութի ամենահավանական նմուշներն են, որոնցից առաջացել են երկրային մոլորակները և աստերոիդները։ Մինչ օրս շատ երկնաքարեր, որոնք ընկել են Երկիր տարբեր ժամանակներում և տարբեր վայրերում, լավ ուսումնասիրված են: Ըստ կազմության՝ առանձնանում են երեք տեսակի երկնաքարեր. 1) երկաթ,բաղկացած է հիմնականում նիկելի երկաթից (90-91% Fe), ֆոսֆորի և կոբալտի փոքր խառնուրդով. 2) երկաթ-քար(սիդերոլիտներ), որոնք բաղկացած են երկաթից և սիլիկատային միներալներից. 3) քար,կամ աերոլիտներ,բաղկացած է հիմնականում երկաթ-մագնեզիական սիլիկատներից և նիկելային երկաթի ներդիրներից։

Ամենատարածվածը քարե երկնաքարերն են՝ բոլոր գտածոների մոտ 92,7%-ը, քարե երկաթը՝ 1,3%-ը և երկաթը՝ 5,6%-ը։ Քարե երկնաքարերը բաժանվում են երկու խմբի՝ ա) փոքր կլորացված հատիկներով քոնդրիտներ՝ քոնդրուլներ (90%); բ) ախոնդրիտներ, որոնք չեն պարունակում քոնդրուլներ. Քարե երկնաքարերի կազմը մոտ է ուլտրամաֆիկ հրային ապարներին։ Ըստ Մ.Բոտի, դրանք պարունակում են մոտ 12% երկաթ-նիկելային փուլ։

Հիմնվելով տարբեր երկնաքարերի կազմի վերլուծության, ինչպես նաև ստացված փորձարարական երկրաքիմիական և երկրաֆիզիկական տվյալների վրա՝ մի շարք հետազոտողներ տալիս են Աղյուսակում ներկայացված Երկրի համախառն տարրական կազմի ժամանակակից գնահատականը: 1.3.

Ինչպես երևում է աղյուսակի տվյալներից, աճող բաշխումը վերաբերում է չորս կարևորագույն տարրերին՝ O, Fe, Si, Mg, որոնք կազմում են ավելի քան 91%: Ավելի քիչ տարածված տարրերի խումբը ներառում է Ni, S, Ca, A1: Մենդելեևի պարբերական համակարգի մնացած տարրերը համաշխարհային մասշտաբով ընդհանուր բաշխվածության առումով երկրորդական նշանակություն ունեն։ Եթե ​​տրված տվյալները համեմատենք երկրակեղևի կազմի հետ, ապա պարզորոշ կարող ենք տեսնել զգալի տարբերություն, որը բաղկացած է O, Al, Si-ի կտրուկ նվազումից և Fe, Mg-ի զգալի աճից և նկատելի քանակությամբ S-ի և Ni-ի ի հայտ գալուց: .

Երկրի ձևը կոչվում է գեոիդ:Երկրի խորքային կառուցվածքի մասին դատում են երկայնական և լայնակի սեյսմիկ ալիքներով, որոնք, տարածվելով Երկրի ներսում, ունենում են բեկում, անդրադարձում և թուլացում, ինչը վկայում է Երկրի շերտավորման մասին։ Կան երեք հիմնական ոլորտներ.

Երկրի ընդերքը;

թիկնոց՝ վերևից մինչև 900 կմ խորություն, ստորինը՝ մինչև 2900 կմ խորություն;

Երկրի միջուկը արտաքինից մինչև 5120 կմ խորություն է, ներքինը՝ 6371 կմ խորության վրա։

Երկրի ներքին ջերմությունը կապված է ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման հետ՝ ուրանի, թորիումի, կալիումի, ռուբիդիումի և այլն: Ջերմային հոսքի միջին արժեքը կազմում է 1,4-1,5 մկկալ / սմ 2:

1. Ինչպիսի՞ն է Երկրի ձևն ու չափը:

2. Որո՞նք են Երկրի ներքին կառուցվածքի ուսումնասիրման մեթոդները:

3. Ինչպիսի՞ն է Երկրի ներքին կառուցվածքը:

4. Երկրի կառուցվածքը վերլուծելիս առաջին կարգի ո՞ր սեյսմիկ հատվածներն են հստակ առանձնանում:

5. Որո՞նք են Մոհորովիչի և Գուտենբերգի հատվածների սահմանները:

6. Որքա՞ն է Երկրի միջին խտությունը և ինչպե՞ս է այն փոխվում թիկնոցի և միջուկի սահմանին:

7. Ինչպե՞ս է փոխվում ջերմային հոսքը տարբեր գոտիներում: Ինչպե՞ս է հասկացվում երկրաջերմային գրադիենտի և երկրաջերմային աստիճանի փոփոխությունը:

8. Ի՞նչ տվյալներ են օգտագործվում Երկրի միջին քիմիական բաղադրությունը որոշելու համար:

գրականություն

• Վոյտկևիչ Գ.Վ.Երկրի ծագման տեսության հիմունքները. Մ., 1988:

• Ժարկով Վ.Ն.Երկրի և մոլորակների ներքին կառուցվածքը. Մ., 1978։

• Մագնիտսկի Վ.Ա.Երկրի ներքին կառուցվածքը և ֆիզիկան. Մ., 1965։

• Շարադրություններհամեմատական ​​մոլորակաբանություն. Մ., 1981։

• Ringwood A.E.Երկրի կազմը և ծագումը. Մ., 1981։

Հողի ջերմաստիճանը շարունակաբար փոխվում է խորության և ժամանակի հետ: Դա կախված է մի շարք գործոններից, որոնցից շատերը դժվար է հաշվի առնել: Վերջիններս, օրինակ, ներառում են՝ բուսականության բնույթը, լանջի ներթափանցումը կարդինալ կետերին, ստվերը, ձյան ծածկը, բուն հողերի բնույթը, գերմշտաբեկորային ջրերի առկայությունը և այլն կայուն, և որոշիչ այստեղ ազդեցությունը մնում է օդի ջերմաստիճանի վրա:

Հողի ջերմաստիճանը տարբեր խորություններումև տարվա տարբեր ժամանակաշրջաններում կարելի է ստանալ ուղղակի չափումներ ջերմային հորերում, որոնք դրվում են գեոդեզիական գործընթացում: Բայց այս մեթոդը պահանջում է երկարաժամկետ դիտարկումներ և զգալի ծախսեր, ինչը միշտ չէ, որ արդարացված է։ Մեկ կամ երկու հորից ստացված տվյալները տարածվում են մեծ տարածքների և երկարությունների վրա՝ էապես խեղաթյուրելով իրականությունը, որպեսզի գետնի ջերմաստիճանի վերաբերյալ հաշվարկված տվյալները շատ դեպքերում ավելի հուսալի են ստացվում։

Մշտական ​​սառույցի հողի ջերմաստիճանըցանկացած խորության վրա (մակերեսից մինչև 10 մ) և տարվա ցանկացած ժամանակաշրջանի համար կարող է որոշվել բանաձևով.

tr = mt°, (3.7)

որտեղ z-ը VGM-ից չափված խորությունն է, m;

tr-ն հողի ջերմաստիճանն է z, deg խորության վրա:

τr – մեկ տարվա հավասար ժամանակ (8760 ժ);

τ-ն առաջ հաշված ժամանակն է (մինչև հունվարի 1-ը) հողի աշնանային սառեցման սկզբից մինչև ջերմաստիճանի չափման պահը ժամերով.

exp x-ը ցուցիչն է (էքսպոնենցիոնալ ֆունկցիան վերցված է աղյուսակներից);

m - գործակիցը կախված տարվա ժամանակաշրջանից (հոկտեմբեր-մայիս ժամանակահատվածի համար m = 1,5-0,05z, իսկ հունիս-սեպտեմբեր ժամանակահատվածի համար m = 1)

Տվյալ խորության վրա ամենացածր ջերմաստիճանը կլինի, երբ (3.7) բանաձևի կոսինուսը հավասարվի -1-ի, այսինքն՝ տարվա համար հողի նվազագույն ջերմաստիճանը տվյալ խորության վրա կլինի.

tr min = (1,5-0,05z) t°, (3,8)

Հողի առավելագույն ջերմաստիճանը z խորության վրա կլինի, երբ կոսինուսը վերցնում է մեկին հավասար արժեք, այսինքն.

tr max = t°, (3.9)

Բոլոր երեք բանաձևերում C m ծավալային ջերմային հզորության արժեքը պետք է հաշվարկվի հողի ջերմաստիճանի համար t °՝ օգտագործելով (3.10) բանաձևը:

С 1 մ = 1/Վտ, (3.10)

Հողի ջերմաստիճանը սեզոնային հալեցման շերտումկարող է որոշվել նաև հաշվարկով՝ հաշվի առնելով, որ այս շերտում ջերմաստիճանի փոփոխությունը բավականին ճշգրիտ մոտավոր է հետևյալ ջերմաստիճանի գրադիենտների գծային կախվածությամբ (Աղյուսակ 3.1):

Հաշվարկելով (3.8) - (3.9) բանաձևերից մեկի համաձայն հողի ջերմաստիճանը VGM-ի մակարդակում, այսինքն. բանաձևերում դնելով Z=0, այնուհետև 3.1 աղյուսակի միջոցով որոշում ենք հողի ջերմաստիճանը տվյալ խորության վրա սեզոնային հալեցման շերտում: Հողի վերին շերտերում՝ մակերեսից մինչև մոտ 1 մ հեռավորության վրա, ջերմաստիճանի տատանումների բնույթը շատ բարդ է։

Աղյուսակ 3.1

Ջերմաստիճանի գրադիենտ սեզոնային հալեցման շերտում գետնի մակերեւույթից 1 մ-ից ցածր խորության վրա

Նշում.Գրադիենտի նշանը ցուցադրվում է դեպի մակերեսը։

Մակերեւույթից մետր շերտով հողի հաշվարկված ջերմաստիճանը ստանալու համար կարող եք գործել հետևյալ կերպ. Հաշվեք 1 մ խորության ջերմաստիճանը և հողի ցերեկային մակերեսի ջերմաստիճանը, այնուհետև այս երկու արժեքներից ինտերպոլացիայով որոշեք ջերմաստիճանը տվյալ խորության վրա։

Ցուրտ սեզոնում հողի մակերեսի t p ջերմաստիճանը կարելի է հավասարեցնել օդի ջերմաստիճանին: Ամառային ժամանակահատվածում.

t p \u003d 2 + 1,15 t in, (3.11)

որտեղ t p-ը մակերևույթի ջերմաստիճանն է աստիճաններով:

t in - օդի ջերմաստիճանը դգ.

Հողի ջերմաստիճանը ոչ միաձուլվող մշտական ​​սառույցով հաշվարկվում է այլ կերպ, քան միաձուլման ժամանակ: Գործնականում կարելի է ենթադրել, որ WGM մակարդակում ջերմաստիճանը ողջ տարվա ընթացքում կլինի 0°C: Մշտական ​​սառույցի հողի հաշվարկված ջերմաստիճանը տվյալ խորության վրա կարող է որոշվել ինտերպոլացիայի միջոցով՝ ենթադրելով, որ այն տատանվում է խորության վրա՝ համաձայն գծային օրենքի՝ t°-ից 10 մ-ից մինչև 0°C խորության վրա VGM-ի խորության վրա: Հալված շերտում h t ջերմաստիճանը կարելի է չափել 0,5-ից մինչև 1,5 °C:

Սեզոնային սառեցման շերտում h p հողի ջերմաստիճանը կարող է հաշվարկվել այնպես, ինչպես միաձուլվող մշտական ​​սառցե գոտու սեզոնային հալեցման շերտը, այսինքն. h p շերտում - 1 մ ջերմաստիճանի գրադիենտի երկայնքով (Աղյուսակ 3.1), հաշվի առնելով ջերմաստիճանը h p խորության վրա, որը հավասար է 0 ° C-ի ցուրտ սեզոնում և 1 ° C-ի ամռանը: Հողի վերին մետրային շերտում ջերմաստիճանը որոշվում է 1 մ խորության վրա գտնվող ջերմաստիճանի և մակերեսի ջերմաստիճանի միջև ինտերպոլացիայով: