Norint imituoti temperatūros laukus ir atlikti kitus skaičiavimus, būtina žinoti dirvožemio temperatūrą tam tikrame gylyje.

Grunto temperatūra gylyje matuojama ištraukiamųjų grunto gylio termometrų pagalba. Tai planiniai tyrimai, kuriuos reguliariai atlieka meteorologijos stotys. Tyrimų duomenys yra klimato atlasų ir norminių dokumentų pagrindas.

Norėdami gauti žemės temperatūrą tam tikrame gylyje, galite išbandyti, pavyzdžiui, du paprastus būdus. Abu būdai apima žinynų naudojimą:

1. Norėdami apytiksliai nustatyti temperatūrą, galite naudoti dokumentą CPI-22. „Geležinkelių sankryžos su vamzdynais“. Čia, atsižvelgiant į vamzdynų šilumos inžinerijos skaičiavimo metodiką, pateikta 1 lentelė, kurioje tam tikriems klimatiniams regionams pateikiamos dirvožemio temperatūros vertės, atsižvelgiant į matavimo gylį. Pateikiu šią lentelę žemiau.

1 lentelė

1. SSRS laikų dirvožemio temperatūrų lentelė įvairiuose gyliuose iš šaltinio „padėti dujų pramonės darbuotojui“

Standartinis šalčio įsiskverbimo gylis kai kuriuose miestuose:

Dirvožemio užšalimo gylis priklauso nuo dirvožemio tipo:

Manau, kad paprasčiausias variantas yra naudoti aukščiau pateiktus atskaitos duomenis ir tada interpoliuoti.

Patikimiausias būdas tiksliai apskaičiuoti naudojant žemės temperatūrą yra meteorologijos tarnybų duomenys. Yra keletas internetinių katalogų, pagrįstų meteorologijos paslaugomis. Pavyzdžiui, http://www.atlas-yakutia.ru/.

Čia pakanka pasirinkti gyvenvietę, dirvožemio tipą ir galite gauti dirvožemio temperatūros žemėlapį arba jo duomenis lentelės pavidalu. Iš esmės tai patogu, bet panašu, kad šis išteklius mokamas.

Jei žinote daugiau būdų, kaip nustatyti dirvožemio temperatūrą tam tikrame gylyje, parašykite savo komentarus.

Galbūt jus sudomins ši medžiaga:

Mūsų šalyje, kurioje gausu angliavandenilių, geoterminė energija yra egzotiškas išteklius, kuris, atsižvelgiant į dabartinę padėtį, vargu ar konkuruos su nafta ir dujomis. Nepaisant to, ši alternatyvi energijos forma gali būti naudojama beveik visur ir yra gana efektyvi.

Geoterminė energija yra žemės vidaus šiluma. Jis gaminamas gelmėse ir patenka į Žemės paviršių įvairiomis formomis ir skirtingu intensyvumu.

Viršutinių dirvožemio sluoksnių temperatūra daugiausia priklauso nuo išorinių (egzogeninių) veiksnių – saulės šviesos ir oro temperatūros. Vasarą ir dieną dirvožemis įšyla iki tam tikro gylio, o žiemą ir naktį atšąla pasikeitus oro temperatūrai ir šiek tiek vėluojant, didėjant gyliui. Kasdienių oro temperatūros svyravimų įtaka baigiasi gylyje nuo kelių iki kelių dešimčių centimetrų. Sezoniniai svyravimai apima gilesnius dirvožemio sluoksnius – iki dešimčių metrų.

Tam tikrame gylyje – nuo ​​dešimčių iki šimtų metrų – dirvožemio temperatūra palaikoma pastovi, lygi vidutinei metinei oro temperatūrai Žemės paviršiuje. Tuo nesunku įsitikinti nusileidus į pakankamai gilų urvą.

Kai vidutinė metinė oro temperatūra tam tikroje vietovėje yra žemiau nulio, tai pasireiškia amžinuoju įšalu (tiksliau – amžinuoju įšalu). Rytų Sibire ištisus metus įšalusių dirvų storis, tai yra storis, vietomis siekia 200-300 m.

Nuo tam tikro gylio (kiekvienam žemėlapio taškui savo) Saulės ir atmosferos poveikis taip susilpnėja, kad išryškėja endogeniniai (vidiniai) veiksniai ir žemės vidus įšyla iš vidaus, todėl temperatūra. pradeda kilti su gyliu.

Giliųjų Žemės sluoksnių įkaitimas daugiausia siejamas su ten esančių radioaktyviųjų elementų irimu, nors kitais šilumos šaltiniais vadinami ir, pavyzdžiui, fizikiniai ir cheminiai, tektoniniai procesai giliuose žemės plutos ir mantijos sluoksniuose. Tačiau, kad ir kokia būtų priežastis, uolienų ir susijusių skystųjų bei dujinių medžiagų temperatūra didėja didėjant gyliui. Kalnakasiai susiduria su šiuo reiškiniu – giliose kasyklose visada karšta. 1 km gylyje trisdešimties laipsnių karštis yra normalus, o giliau temperatūra dar aukštesnė.

Žemės vidaus šilumos srautas, pasiekiantis Žemės paviršių, yra nedidelis – vidutiniškai jo galia yra 0,03–0,05 W / m 2 arba apie 350 W · h / m 2 per metus. Atsižvelgiant į šilumos srautą iš Saulės ir jos šildomo oro, tai yra nepastebima reikšmė: Saulė kiekvienam žemės paviršiaus kvadratiniam metrui kasmet duoda apie 4000 kWh, tai yra 10 000 kartų daugiau (žinoma, tai yra Vidutiniškai su didžiuliu pasiskirstymu tarp poliarinių ir pusiaujo platumų ir priklausomai nuo kitų klimato ir oro veiksnių).

Šilumos srauto iš gelmių į paviršių nereikšmingumas didžiojoje planetos dalyje siejamas su mažu uolienų šilumos laidumu ir geologinės sandaros ypatumais. Tačiau yra išimčių – vietos, kur šilumos srautas didelis. Tai visų pirma tektoninių lūžių, padidėjusio seisminio aktyvumo ir vulkanizmo zonos, kuriose išteklius randa žemės vidaus energija. Tokios zonos pasižymi litosferos šiluminėmis anomalijomis, čia šilumos srautas, pasiekiantis Žemės paviršių, gali būti kelis kartus ir net eilėmis galingesnis už „įprastą“. Vulkanų išsiveržimai ir karšto vandens šaltiniai šiose zonose į paviršių išneša didžiulį šilumos kiekį.

Būtent šios teritorijos yra palankiausios geoterminės energetikos plėtrai. Rusijos teritorijoje tai visų pirma Kamčiatka, Kurilų salos ir Kaukazas.

Tuo pačiu metu geoterminės energijos plėtra įmanoma beveik visur, nes temperatūros padidėjimas kartu su gyliu yra visur paplitęs reiškinys, o užduotis yra „ištraukti“ šilumą iš žarnyno, kaip iš ten išgaunamos mineralinės žaliavos.

Vidutiniškai kas 100 m temperatūra didėja didėjant gyliui 2,5–3 ° C. Temperatūros skirtumo tarp dviejų skirtingų gylių taškų ir gylio skirtumo santykis tarp jų vadinamas geoterminiu gradientu.

Atvirkštinė vertė yra geoterminis žingsnis arba gylio intervalas, kai temperatūra pakyla 1 ° C.

Kuo didesnis gradientas ir atitinkamai žemesnis laiptelis, tuo Žemės gelmių šiluma artėja prie paviršiaus ir ši sritis yra perspektyvesnė geoterminės energijos plėtrai.

Įvairiose vietovėse, priklausomai nuo geologinės struktūros ir kitų regioninių bei vietinių sąlygų, temperatūros kilimo greitis didėjant gyliui gali labai skirtis. Žemės mastu geoterminių gradientų ir žingsnių dydžių svyravimai siekia 25 kartus. Pavyzdžiui, Oregone (JAV) gradientas yra 150 ° C / km, o Pietų Afrikoje - 6 ° C / km.

Kyla klausimas, kokia temperatūra dideliame gylyje – 5, 10 km ar daugiau? Jei tendencija tęsis, temperatūra 10 km gylyje turėtų būti vidutiniškai apie 250–300 °C. Tai daugiau ar mažiau patvirtina tiesioginiai stebėjimai itin giliuose šuliniuose, nors vaizdas yra daug sudėtingesnis nei tiesinis temperatūros padidėjimas.

Pavyzdžiui, Baltijos kristaliniame skyde išgręžtame Kolos ypač giliame gręžinyje temperatūra iki 3 km gylio kinta 10 °C / 1 km greičiu, o tada geoterminis gradientas tampa 2–2,5 karto didesnis. 7 km gylyje jau buvo užfiksuota 120 ° C temperatūra, 10 km gylyje - 180 ° C, o 12 km - 220 ° C.

Kitas pavyzdys – gręžinys, išgręžtas šiaurinėje Kaspijos jūros regione, kur 500 m gylyje užfiksuota 42 °C, 1,5 km gylyje – 70 °C, 2 km – 80 °C, 3 km gylyje – 108 °C.

Daroma prielaida, kad geoterminis gradientas mažėja pradedant nuo 20-30 km gylio: 100 km gylyje numatoma apie 1300-1500 °C temperatūra, 400 km gylyje - 1600 °C, Žemės paviršiuje. šerdis (gylis virš 6000 km) - 4000-5000 ° C.

Gylyje iki 10–12 km temperatūra matuojama per gręžinius; kur jų nėra, tai nustatoma netiesioginiais ženklais taip pat, kaip ir didesniame gylyje. Tokie netiesioginiai požymiai gali būti seisminių bangų praėjimo pobūdis arba ištekančios lavos temperatūra.

Tačiau geoterminės energijos tikslais duomenys apie temperatūrą didesniame nei 10 km gylyje dar nėra praktiški.

Kelių kilometrų gylyje yra daug šilumos, bet kaip ją pakelti? Kartais šią problemą mums išsprendžia pati gamta, pasitelkusi natūralų šilumnešį – šildomus terminius vandenis, kurie iškyla į paviršių arba glūdi mums prieinamame gylyje. Kai kuriais atvejais vanduo gelmėse pašildomas iki garo būsenos.

Nėra griežto termino „terminių vandenų“ apibrėžimo. Paprastai jie reiškia karštą požeminį vandenį skystoje būsenoje arba garų pavidalu, įskaitant tuos, kurie išeina į Žemės paviršių, kurio temperatūra aukštesnė nei 20 ° C, tai yra, paprastai, aukštesnė už oro temperatūrą.

Požeminio vandens, garo, garo ir vandens mišinių šiluma yra hidroterminė energija. Atitinkamai, energija, pagrįsta jos panaudojimu, vadinama hidrotermine.

Padėtis yra sudėtingesnė gaminant šilumą tiesiai iš sausų uolienų – naftos šiluminę energiją, juolab kad gana aukšta temperatūra, kaip taisyklė, prasideda nuo kelių kilometrų gylio.

Rusijos teritorijoje naftos šiluminės energijos potencialas yra šimtą kartų didesnis nei hidroterminės energijos – atitinkamai 3500 ir 35 trilijonai tonų kuro ekvivalento. Tai gana natūralu – Žemės gelmių šiluma yra visur, o terminiai vandenys randami lokaliai. Tačiau dėl akivaizdžių techninių šilumos ir elektros gamybos sunkumų šiuo metu dažniausiai naudojamas terminis vanduo.

Vanduo, kurio temperatūra nuo 20-30 °C iki 100 °C, tinka šildymui, nuo 150 °C ir aukštesnė temperatūra – ir elektros gamybai geoterminėse elektrinėse.

Apskritai geoterminiai ištekliai Rusijos teritorijoje, skaičiuojant tonomis ekvivalentinio kuro ar bet kokiu kitu energijos matavimo vienetu, yra apie 10 kartų didesni nei iškastinio kuro atsargos.

Teoriškai tik geoterminė energija galėtų visiškai patenkinti šalies energijos poreikius. Praktiškai šiuo metu didžiojoje jos teritorijos dalyje tai neįmanoma dėl techninių ir ekonominių priežasčių.

Pasaulyje geoterminės energijos panaudojimas dažniausiai siejamas su Islandija – šalimi, esančia šiauriniame Vidurio Atlanto kalnagūbrio gale, itin aktyvioje tektoninėje ir vulkaninėje zonoje. Turbūt visi prisimena galingą Eyjafjallajokull ugnikalnio išsiveržimą ( Eyjafjallajökull) 2010 m.

Būtent dėl ​​šios geologinės specifikos Islandija turi milžiniškus geoterminės energijos rezervus, įskaitant karštąsias versmes, kurios išeina į Žemės paviršių ir net trykšta geizerių pavidalu.

Islandijoje daugiau nei 60% visos suvartojamos energijos šiuo metu paimama iš Žemės. Įskaitant geoterminius šaltinius, gaunama 90 % šildymo ir 30 % elektros energijos. Priduriame, kad likusi šalies elektros dalis gaminama hidroelektrinėse, tai yra taip pat naudojant atsinaujinantį energijos šaltinį, kurio dėka Islandija atrodo kaip savotiškas pasaulinis aplinkosaugos standartas.

Geoterminės energijos prijaukinimas XX amžiuje padėjo Islandijai pastebimai ekonomiškai. Iki praėjusio šimtmečio vidurio tai buvo labai skurdi šalis, dabar užima pirmą vietą pasaulyje pagal įrengtus pajėgumus ir geoterminės energijos gamybą, tenkančią vienam gyventojui, o pagal absoliučią geoterminės energijos instaliuotos galios vertę patenka į dešimtuką. elektrinės. Tačiau jos gyventojų skaičius yra tik 300 tūkstančių žmonių, o tai supaprastina užduotį pereiti prie aplinkai nekenksmingų energijos šaltinių: jos poreikiai paprastai yra nedideli.

Be Islandijos, didelę geoterminės energijos dalį bendrame elektros energijos gamybos balanse sudaro Naujoji Zelandija ir Pietryčių Azijos salų valstybės (Filipinai ir Indonezija), Centrinės Amerikos ir Rytų Afrikos šalys, kurių teritorija yra taip pat pasižymi dideliu seisminiu ir vulkaniniu aktyvumu. Šioms šalims, atsižvelgiant į jų dabartinį išsivystymo lygį ir poreikius, geoterminė energija labai prisideda prie socialinio ir ekonominio vystymosi.

Geoterminės energijos naudojimas turi labai ilgą istoriją. Vienas iš pirmųjų žinomų pavyzdžių yra Italija, vieta Toskanos provincijoje, dabar vadinamoje Larderello, kur dar XIX amžiaus pradžioje buvo naudojamas vietinis karštas terminis vanduo, išlietas natūraliai arba išgaunamas iš seklių šulinių. energetiniais tikslais.

Boro rūgščiai gauti čia buvo naudojamas požeminis vanduo, kuriame gausu boro. Iš pradžių ši rūgštis buvo gauta išgarinant geležiniuose katiluose, o kaip kuras buvo paimtos paprastos malkos iš šalia esančių miškų, tačiau 1827 m. Francesco Larderel sukūrė sistemą, kuri veikė pačių vandenų šilumą. Tuo pačiu metu natūralių vandens garų energija pradėta naudoti gręžimo įrenginiams, o XX amžiaus pradžioje - vietiniams namams ir šiltnamiams šildyti. Toje pačioje vietoje, Larderello mieste, 1904 m. terminio vandens garai tapo energijos šaltiniu elektrai gaminti.

Kai kurios kitos šalys XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje pasekė Italijos pavyzdžiu. Pavyzdžiui, 1892 metais terminiai vandenys vietiniam šildymui pirmą kartą pradėti naudoti JAV (Boise, Aidaho valstija), 1919 metais – Japonijoje, 1928 metais – Islandijoje.

Jungtinėse Valstijose pirmoji hidroterminė elektrinė pasirodė Kalifornijoje XX amžiaus trečiojo dešimtmečio pradžioje, Naujojoje Zelandijoje 1958 m., Meksikoje 1959 m., Rusijoje (pirmoji pasaulyje dvejetainė geoterminė elektrinė) 1965 m.

Senas principas naujame šaltinyje

Elektros gamybai reikalinga aukštesnė hidro šaltinio temperatūra nei šildymui – daugiau nei 150 °C. Geoterminės elektrinės (GeoPP) veikimo principas panašus į įprastos šiluminės elektrinės (TPP) veikimo principą. Tiesą sakant, geoterminė elektrinė yra savotiška šiluminė elektrinė.

AE, kaip taisyklė, pagrindinis energijos šaltinis yra anglys, dujos arba mazutas, o vandens garai – kaip darbinis skystis. Kuras, degdamas, įkaitina vandenį iki garo būsenos, sukasi garo turbiną ir gamina elektros energiją.

Skirtumas tarp GeoPP yra tas, kad pagrindinis energijos šaltinis čia yra žemės vidaus šiluma, o darbinis skystis garų pavidalu yra tiekiamas į elektros generatoriaus turbinos mentes „paruošta“ forma tiesiai iš gamybos. gerai.

Yra trys pagrindinės GeoPP veikimo schemos: tiesioginė, naudojant sausą (geoterminį) garą; netiesioginis, pagrįstas hidroterminiu vandeniu, ir mišrus, arba dvejetainis.

Šios ar kitos schemos taikymas priklauso nuo agregacijos būsenos ir energijos nešiklio temperatūros.

Paprasčiausia ir todėl pirmoji iš įsisavintų schemų yra tiesi linija, kurios metu iš gręžinio einantys garai praleidžiami tiesiai per turbiną. Pirmasis pasaulyje GeoPP Larderello mieste taip pat veikė sausu garu 1904 m.

GeoPP su netiesiogine darbo schema mūsų laikais yra labiausiai paplitę. Jie naudoja karštą požeminį vandenį, kuris esant aukštam slėgiui pumpuojamas į garintuvą, kur dalis jo išgarinama, o susidarę garai suka turbiną. Kai kuriais atvejais reikalingi papildomi įrenginiai ir grandinės, kad būtų galima išvalyti geoterminį vandenį ir garą nuo agresyvių junginių.

Atliekos garai patenka į įpurškimo šulinį arba yra naudojami patalpų šildymui – šiuo atveju principas toks pat kaip ir dirbant CHP.

Dvejetainiuose GeoPP karštas terminis vanduo sąveikauja su kitu skysčiu, kuris veikia kaip darbinis skystis, kurio virimo temperatūra žemesnė. Abu skysčiai praleidžiami per šilumokaitį, kuriame terminis vanduo išgarina darbinį skystį, kurio garai suka turbiną.

Ši sistema yra uždara, o tai išsprendžia emisijų į atmosferą problemą. Be to, darbiniai skysčiai su santykinai žema virimo temperatūra leidžia naudoti ne itin karštą terminį vandenį kaip pirminį energijos šaltinį.

Visose trijose schemose naudojamas hidroterminis šaltinis, tačiau elektros energijai gaminti gali būti naudojama ir petroterminė energija.

Scheminė schema šiuo atveju taip pat gana paprasta. Būtina išgręžti du tarpusavyje sujungtus gręžinius – įpurškimo ir gamybinius. Vanduo pumpuojamas į įpurškimo šulinį. Gylyje jis įšyla, tada per gamybinį šulinį į paviršių tiekiamas dėl stipraus kaitinimo susidaręs pašildytas vanduo arba garai. Be to, viskas priklauso nuo to, kaip naudojama naftos šiluminė energija – šildymui ar elektros gamybai. Galimas uždaras ciklas įpurškiant garus ir vandenį atgal į įpurškimo šulinį arba kitu būdu pašalinant.

Tokios sistemos trūkumas yra akivaizdus: norint gauti pakankamai aukštą darbinio skysčio temperatūrą, reikia gręžti gręžinius iki didelio gylio. Ir tai yra rimtos išlaidos ir didelių šilumos nuostolių rizika, kai skystis juda aukštyn. Todėl petroterminės sistemos vis dar yra mažiau paplitusios nei hidroterminės, nors naftos šiluminės energijos potencialas yra daug didesnis.

Šiuo metu Australija yra vadinamųjų petroterminės cirkuliacijos sistemų (PCS) kūrimo lyderė. Be to, ši geoterminės energijos kryptis aktyviai vystosi JAV, Šveicarijoje, Didžiojoje Britanijoje, Japonijoje.

Lordo Kelvino dovana

1852 m. fizikas Williamas Thompsonas (dar žinomas kaip Lordas Kelvinas) išrado šilumos siurblį, kuris suteikė žmonijai realią galimybę panaudoti žemo potencialo viršutinių dirvožemio sluoksnių šilumą. Šilumos siurblio sistema arba, kaip pavadino Thompsonas, šilumos daugiklis, pagrįsta fiziniu šilumos perdavimo procesu iš aplinkos į šaltnešį. Tiesą sakant, jis naudoja tą patį principą kaip ir petroterminėse sistemose. Skirtumas yra šilumos šaltinyje, dėl kurio gali kilti terminologinis klausimas: kiek šilumos siurblys gali būti laikomas geotermine sistema? Faktas yra tas, kad viršutiniuose sluoksniuose, iki dešimčių iki šimtų metrų gylio, uolienos ir jose esantys skysčiai įkaista ne nuo gilios žemės šilumos, o nuo saulės. Taigi šiuo atveju saulė yra pagrindinis šilumos šaltinis, nors ji, kaip ir geoterminėse sistemose, paimama iš žemės.

Šilumos siurblio veikimas pagrįstas dirvožemio įkaitimo ir vėsinimo uždelsimu, lyginant su atmosfera, dėl ko tarp paviršiaus ir gilesnių sluoksnių susidaro temperatūros gradientas, kuris net ir žiemą sulaiko šilumą, panašus į kas vyksta vandens telkiniuose. Pagrindinė šilumos siurblių paskirtis – patalpų šildymas. Tiesą sakant, tai yra „atvirkštinis šaldytuvas“. Tiek šilumos siurblys, tiek šaldytuvas sąveikauja su trimis komponentais: vidine aplinka (pirmuoju atveju - šildoma patalpa, antruoju - šaldytuvo šaldymo kamera), išorine aplinka - energijos šaltiniu ir šaltnešiu (aušinimo skysčiu) , tai taip pat yra šilumos nešiklis, užtikrinantis šilumos perdavimą arba šaltį.

Medžiaga, kurios virimo temperatūra yra žema, veikia kaip šaltnešis, leidžiantis paimti šilumą iš šaltinio, kurio temperatūra yra net palyginti žema.

Šaldytuve skystas šaltnešis per droselį (slėgio reguliatorių) patenka į garintuvą, kur dėl staigaus slėgio sumažėjimo skystis išgaruoja. Garavimas yra endoterminis procesas, kuriam reikalinga išorinė šilumos absorbcija. Dėl to iš garintuvo vidinių sienelių paimama šiluma, kuri suteikia vėsinimo efektą šaldytuvo kameroje. Be to, iš garintuvo šaltnešis įsiurbiamas į kompresorių, kur grįžta į skystą agregacijos būseną. Tai atvirkštinis procesas, dėl kurio pašalinta šiluma patenka į išorinę aplinką. Paprastai jis metamas į kambarį, o galinėje šaldytuvo dalyje yra gana šilta.

Šilumos siurblys veikia beveik taip pat, tik tuo skirtumu, kad šiluma paimama iš išorinės aplinkos ir per garintuvą patenka į vidinę aplinką – kambario šildymo sistemą.

Tikrame šilumos siurblyje vanduo šildomas, eidamas išorine grandine, paguldomas į žemę arba rezervuare, o tada patenka į garintuvą.

Garintuve šiluma perduodama į vidinę grandinę, užpildytą žemos virimo temperatūros šaltnešiu, kuris, eidamas per garintuvą, iš skystos virsta dujine būsena, pašalindamas šilumą.

Toliau dujinis šaltnešis patenka į kompresorių, kur suspaudžiamas iki aukšto slėgio ir temperatūros, ir patenka į kondensatorių, kur vyksta šilumos mainai tarp karštų dujų ir aušinimo skysčio iš šildymo sistemos.

Kompresoriaus veikimui reikalinga elektros energija, tačiau transformacijos koeficientas (suvartotos ir pagaminamos energijos santykis) šiuolaikinėse sistemose yra pakankamai didelis, kad užtikrintų jų efektyvumą.

Šiuo metu šilumos siurbliai plačiai naudojami patalpų šildymui, daugiausia ekonomiškai išsivysčiusiose šalyse.

Ekologiškai teisinga energija

Geoterminė energija laikoma ekologiška, o tai paprastai yra tiesa. Visų pirma, naudojamas atsinaujinantis ir praktiškai neišsenkantis išteklius. Geoterminė energija nereikalauja didelių plotų, skirtingai nei didelės hidroelektrinės ar vėjo jėgainės, ir neteršia atmosferos, kitaip nei angliavandenilių energija. Vidutiniškai GeoPP užima 400 m 2 1 GW pagamintos elektros energijos. Tas pats rodiklis, pavyzdžiui, anglimi kūrenamos elektrinės yra 3600 m 2. Ekologiniai GeoPP pranašumai taip pat apima mažas vandens sąnaudas – 20 litrų gėlo vandens 1 kW, o AE ir AE reikia apie 1000 litrų. Atminkite, kad tai yra „vidutinio“ GeoPP aplinkos rodikliai.

Tačiau vis dar yra neigiamų šalutinių poveikių. Tarp jų dažniausiai išskiriamas triukšmas, šiluminė atmosferos tarša ir cheminė – vandens ir dirvožemio tarša, taip pat kietųjų atliekų susidarymas.

Pagrindinis cheminės aplinkos taršos šaltinis iš tikrųjų yra terminis vanduo (aukštos temperatūros ir mineralizacijos), kuriame dažnai yra daug toksinių junginių, dėl kurių kyla nuotekų ir pavojingų medžiagų šalinimo problema.

Neigiamą geoterminės energijos poveikį galima atsekti keliais etapais, pradedant nuo gręžinių gręžimo. Čia kyla tie patys pavojai, kaip ir gręžiant bet kurį gręžinį: dirvožemio ir augalinės dangos sunaikinimas, dirvožemio ir gruntinio vandens tarša.

GeoPP eksploatavimo etape aplinkos taršos problemos išlieka. Šiluminiuose skysčiuose – vandenyje ir garuose – dažniausiai yra anglies dioksido (CO 2), sieros sulfido (H 2 S), amoniako (NH 3), metano (CH 4), valgomosios druskos (NaCl), boro (B), arseno (As). ), gyvsidabrio (Hg). Patekę į aplinką jie tampa jos taršos šaltiniais. Be to, agresyvi cheminė aplinka gali sukelti korozijos žalą GeoTPP konstrukcijoms.

Tuo pačiu metu teršalų emisija GeoPP yra vidutiniškai mažesnė nei TPP. Pavyzdžiui, anglies dvideginio emisija už kiekvieną pagamintos elektros kilovatvalandę yra iki 380 g GeoPP, 1 042 g anglimi kūrenamų AE, 906 g mazutu ir 453 g dujomis kūrenamų AE.

Kyla klausimas: ką daryti su nuotekomis? Esant mažam druskingumui, jį atvėsus galima išleisti į paviršinius vandenis. Kitas būdas yra pumpuoti jį atgal į vandeningąjį sluoksnį per įpurškimo šulinį, kuris šiandien yra pageidaujamas ir dažniausiai naudojamas.

Terminio vandens išgavimas iš vandeningųjų sluoksnių (taip pat ir įprasto vandens išsiurbimas) gali sukelti grunto nusėdimą ir judėjimą, kitas geologinių sluoksnių deformacijas, mikrožemės drebėjimus. Tokių reiškinių tikimybė, kaip taisyklė, yra maža, nors buvo užfiksuoti pavieniai atvejai (pavyzdžiui, GeoPP Staufen im Breisgau Vokietijoje).

Reikėtų pabrėžti, kad dauguma GeoPP yra gana retai apgyvendintose vietovėse ir Trečiojo pasaulio šalyse, kur aplinkosaugos reikalavimai yra ne tokie griežti nei išsivysčiusiose šalyse. Be to, šiuo metu GeoPP skaičius ir jų pajėgumai yra palyginti nedideli. Plačiau plėtojant geoterminę energiją, rizika aplinkai gali padidėti ir daugėti.

Kiek yra Žemės energijos?

Investicijų sąnaudos į geoterminių sistemų statybą skiriasi labai plačiu diapazonu – nuo ​​200 USD iki 5000 USD už 1 kW instaliuotos galios, tai yra, pigiausi variantai yra palyginami su šiluminės elektrinės statybos kainomis. Jie visų pirma priklauso nuo terminių vandenų atsiradimo sąlygų, jų sudėties ir sistemos konstrukcijos. Gręžiant didelius gylius, sukuriant uždarą sistemą su dviem šuliniais, vandens valymo poreikis gali padidėti išlaidas.

Pavyzdžiui, investicijos į petroterminės cirkuliacijos sistemos (PCS) sukūrimą vertinamos 1,6–4 tūkst. dolerių už 1 kW instaliuotos galios, o tai viršija atominės elektrinės statybos kaštus ir yra palyginama su vėjo ir vėjo elektrinių statyba. saulės elektrinių.

Akivaizdus ekonominis GeoTPP pranašumas – nemokamas energijos nešiklis. Palyginimui, veikiančios AE ar AE sąnaudų struktūroje kuras sudaro 50–80% ar net daugiau, priklausomai nuo esamų energijos kainų. Iš čia dar vienas geoterminės sistemos privalumas: eksploatacijos sąnaudos yra stabilesnės ir labiau prognozuojamos, nes nepriklauso nuo išorinės energijos kainų konjunktūros. Bendrai GeoTPP eksploatacinės sąnaudos skaičiuojamos 2–10 centų (60 kapeikų – 3 rubliai) už 1 kWh pagamintos galios.

Antra pagal dydį (po energijos nešėjo) (ir labai reikšminga) išlaidų dalis, kaip taisyklė, yra gamyklos personalo atlyginimai, kurie įvairiose šalyse ir regionuose gali kardinaliai skirtis.

Vidutiniškai 1 kWh geoterminės energijos kaina yra panaši į TE (Rusijos sąlygomis - apie 1 rublis / 1 kWh) ir dešimt kartų didesnė nei elektros energijos gamybos kaina hidroelektrinėse (5-10 kapeikų / 1). kWh).

Dalis didelių sąnaudų priežasčių slypi tame, kad priešingai nei šiluminės ir hidraulinės elektrinės, GeoTPP yra gana mažos galios. Be to, būtina palyginti sistemas, esančias tame pačiame regione ir panašiomis sąlygomis. Pavyzdžiui, Kamčiatkoje, ekspertų teigimu, 1 kWh geoterminės elektros kainuoja 2–3 kartus pigiau nei vietinėse šiluminėse elektrinėse pagaminta elektra.

Geoterminės sistemos ekonominio naudingumo rodikliai priklauso, pavyzdžiui, nuo to, ar būtina šalinti nuotekas ir kokiais būdais tai daroma, ar galimas bendras išteklių naudojimas. Taigi iš terminio vandens išgaunami cheminiai elementai ir junginiai gali duoti papildomų pajamų. Prisiminkime Larderello pavyzdį: cheminė gamyba ten buvo pagrindinė, o geoterminės energijos naudojimas iš pradžių buvo pagalbinis.

Geoterminė energija į priekį

Geoterminė energija vystosi kiek kitaip nei vėjo ir saulės energija. Šiuo metu tai labai priklauso nuo paties ištekliaus pobūdžio, kuris labai skiriasi priklausomai nuo regiono, o didžiausios koncentracijos yra susietos su siauromis geoterminių anomalijų zonomis, paprastai susijusiomis su tektoninių lūžių ir vulkanizmo sritimis.

Be to, geoterminė energija yra mažiau technologiškai talpi, palyginti su vėjo, o tuo labiau su saulės energija: geoterminių elektrinių sistemos yra gana paprastos.

Bendroje pasaulio elektros gamybos struktūroje geoterminė komponentė sudaro mažiau nei 1%, tačiau kai kuriuose regionuose ir šalyse jos dalis siekia 25-30%. Dėl sąsajos su geologinėmis sąlygomis nemaža dalis geoterminės energijos pajėgumų yra sutelkta trečiojo pasaulio šalyse, kur yra trys didžiausios pramonės plėtros klasteriai – Pietryčių Azijos, Centrinės Amerikos ir Rytų Afrikos salos. Pirmieji du regionai yra įtraukti į Ramiojo vandenyno „Žemės ugnies juostą“, trečiasis yra susietas su Rytų Afrikos plyšiu. Greičiausiai šiose juostose ir toliau vystysis geoterminė energija. Tolimesnė perspektyva – kelių kilometrų gylyje glūdinčios petroterminės energijos plėtra, naudojant žemės sluoksnių šilumą. Tai beveik visur paplitęs išteklius, tačiau jo išgavimas reikalauja didelių sąnaudų, todėl naftos šiluminė energija pirmiausia vystosi ekonomiškai ir technologiškai galingiausiose šalyse.

Apskritai, atsižvelgiant į visur esantį geoterminių išteklių pasiskirstymą ir priimtiną aplinkos saugos lygį, yra pagrindo manyti, kad geoterminės energijos plėtros perspektyvos yra geros. Ypač augant tradicinių energijos šaltinių trūkumo grėsmei ir kylant jų kainoms.

Nuo Kamčiatkos iki Kaukazo

Rusijoje geoterminės energijos plėtra turi gana ilgą istoriją, o daugelyje pozicijų esame tarp pasaulio lyderių, nors geoterminės energijos dalis bendrame didžiulės šalies energijos balanse vis dar yra nereikšminga.

Du regionai - Kamčiatka ir Šiaurės Kaukazas - tapo Rusijos geoterminės energijos plėtros pionieriais ir centrais, o jei pirmuoju atveju kalbame pirmiausia apie elektros energijos pramonę, tai antruoju - apie šiluminės energijos naudojimą. terminio vandens.

Šiaurės Kaukaze – Krasnodaro teritorijoje, Čečėnijoje, Dagestane – terminių vandenų šiluma energetiniams tikslams buvo naudojama dar prieš Didįjį Tėvynės karą. Devintajame ir dešimtajame dešimtmetyje geoterminės energetikos plėtra regione dėl akivaizdžių priežasčių sustojo ir dar neišsikėlė iš sąstingio būsenos. Nepaisant to, geoterminis vanduo Šiaurės Kaukaze aprūpina šilumą apie 500 tūkstančių žmonių, o, pavyzdžiui, Labinsko miestas Krasnodaro krašte, kuriame gyvena 60 tūkstančių žmonių, yra visiškai šildomas geoterminiais vandenimis.

Kamčiatkoje geoterminės energijos istorija pirmiausia siejama su GeoPP statyba. Pirmoji iš jų, vis dar veikiančios Paužetskaya ir Paratunskaya stotys, buvo pastatytos dar 1965–1967 m., o Paratunskaya GeoPP, kurios galia 600 kW, tapo pirmąja stotimi pasaulyje su dvejetainiu ciklu. Tai buvo sovietų mokslininkų S. S. Kutateladzės ir A. M. Rosenfeldo iš Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo Termofizikos instituto sukūrimas, kurie 1965 m. gavo autorinį pažymėjimą elektros energijos išgavimui iš 70 ° C temperatūros vandens. Vėliau ši technologija tapo prototipu daugiau nei 400 dvejetainių GeoPP pasaulyje.

1966 m. pradėto eksploatuoti Pauzhetskaya GeoPP galia iš pradžių buvo 5 MW, o vėliau padidinta iki 12 MW. Šiuo metu stotyje statomas dvejetainis blokas, kuris padidins jo galią dar 2,5 MW.

Geoterminės energijos plėtrą SSRS ir Rusijoje stabdė tradicinių energijos šaltinių – naftos, dujų, anglies – prieinamumas, tačiau jis niekada nesustojo. Didžiausi geoterminės energetikos objektai šiuo metu yra Verchne-Mutnovskaya GeoE, kurio bendra galia 12 MW jėgainių, pradėtas eksploatuoti 1999 m., ir Mutnovskaya GeoPP, kurio galia 50 MW (2002 m.).

Mutnovskaya ir Verkhne-Mutnovskaya GeoPP yra unikalūs objektai ne tik Rusijai, bet ir pasauliniu mastu. Stotys yra Mutnovskio ugnikalnio papėdėje, 800 metrų virš jūros lygio aukštyje ir veikia ekstremaliomis klimato sąlygomis, kur žiema 9-10 mėnesių per metus. „Mutnovsky GeoPP“ įranga, šiuo metu viena moderniausių pasaulyje, yra visiškai sukurta vidaus energetikos įmonėse.

Šiuo metu Mutnovskie gamyklų dalis bendroje Centrinio Kamčiatkos energetikos centro energijos suvartojimo struktūroje sudaro 40%. Ateinančiais metais planuojamas pajėgumų didinimas.

Atskirai reikėtų pasakyti apie Rusijos naftos šilumos plėtrą. Didelių DSP kol kas neturime, tačiau yra pažangių technologijų gręžti į didelį gylį (apie 10 km), kurios taip pat neturi analogų pasaulyje. Tolimesnė jų plėtra leis drastiškai sumažinti naftos terminių sistemų kūrimo išlaidas. Šių technologijų ir projektų kūrėjai yra N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geologijos institutas, RAS), A. S. Nekrasov (Ekonominių prognozių institutas, RAS) ir Kalugos turbinų gamyklos specialistai. Petroterminės cirkuliacijos sistemos projektas Rusijoje šiuo metu yra eksperimentiniame etape.

Geoterminės energijos perspektyvos Rusijoje yra, nors ir gana toli: šiuo metu potencialas yra gana didelis, o tradicinės energetikos pozicijos tvirtos. Tuo pačiu metu daugelyje atokių šalies regionų geoterminės energijos naudojimas yra ekonomiškai pelningas ir šiuo metu yra paklausus. Tai teritorijos, turinčios didelį geoenergetinį potencialą (Čukotka, Kamčiatka, Kurilai – rusiška Ramiojo vandenyno „Žemės ugnies juostos“ dalis, Pietų Sibiro ir Kaukazo kalnai) ir kartu atokios bei atkirstos nuo centralizuoto energijos tiekimo.

Ko gero, artimiausiais dešimtmečiais geoterminė energetika mūsų šalyje vystysis būtent tokiuose regionuose.

Temperatūra žemės viduje dažniausiai yra gana subjektyvus rodiklis, nes tikslią temperatūrą galima vadinti tik prieinamose vietose, pavyzdžiui, Kolos šulinyje (gylis 12 km). Tačiau ši vieta priklauso išorinei žemės plutos daliai.

Temperatūra skirtinguose Žemės gyliuose

Kaip išsiaiškino mokslininkai, kas 100 metrų į Žemę temperatūra pakyla 3 laipsniais. Šis skaičius yra pastovus visuose žemynuose ir žemės rutulio dalyse. Toks temperatūros padidėjimas vyksta viršutinėje žemės plutos dalyje, maždaug pirmuosius 20 kilometrų, vėliau temperatūros kilimas sulėtėja.

Didžiausias padidėjimas užfiksuotas Jungtinėse Valstijose, kur temperatūra pakilo 150 laipsnių 1000 metrų sausumos viduje. Lėčiausias augimas užfiksuotas Pietų Afrikoje – termometro stulpelis pakilo vos 6 laipsniais šilumos.

Maždaug 35-40 kilometrų gylyje temperatūra svyruoja apie 1400 laipsnių. Riba tarp mantijos ir išorinės šerdies 25–3000 km gylyje įkaista nuo 2000 iki 3000 laipsnių. Vidinė šerdis įkaista iki 4000 laipsnių. Temperatūra pačiame Žemės centre, remiantis naujausia informacija, gauta atlikus sudėtingus eksperimentus, yra apie 6000 laipsnių. Saulė gali pasigirti tokia pačia temperatūra savo paviršiuje.

Minimali ir maksimali Žemės gelmių temperatūra

Skaičiuojant minimalią ir maksimalią temperatūrą Žemės viduje, į pastovios temperatūros juostos duomenis neatsižvelgiama. Šioje juostoje temperatūra yra pastovi ištisus metus. Juosta yra 5 metrų gylyje (tropikai) ir iki 30 metrų (aukštose platumose).

Maksimali temperatūra buvo išmatuota ir užfiksuota maždaug 6000 metrų gylyje ir buvo 274 laipsniai Celsijaus. Minimali temperatūra žemės viduje daugiausia fiksuojama šiauriniuose mūsų planetos regionuose, kur net daugiau nei 100 metrų gylyje termometras rodo minusinę temperatūrą.

Iš kur atsiranda šiluma ir kaip ji pasiskirsto planetos žarnyne

Šiluma žemėje kyla iš kelių šaltinių:

1) Radioaktyviųjų elementų skilimas;

2) Žemės šerdyje įkaitintos medžiagos gravitacinė diferenciacija;

3) Potvynių trintis (Mėnulio poveikis Žemei, lydimas pastarojo sulėtėjimo).

Tai yra keletas šilumos atsiradimo žemės žarnyne variantų, tačiau klausimas dėl viso sąrašo ir esamo teisingumo vis dar yra atviras.

Šilumos srautas, sklindantis iš mūsų planetos žarnų, skiriasi priklausomai nuo struktūrinių zonų. Todėl šilumos pasiskirstymas toje vietoje, kur yra vandenynas, kalnai ar lygumos, turi visiškai skirtingus rodiklius.

Temperatūra Žemės viduje. Temperatūros nustatymas Žemės lukštuose remiasi įvairiais, dažnai netiesioginiais, duomenimis. Patikimiausi temperatūros duomenys susiję su aukščiausia žemės plutos dalimi, kuri kasyklų ir gręžinių atidengta iki 12 km gylio (Kola šulinys).

Temperatūros kilimas Celsijaus laipsniais vienam gylio vienetui vadinamas geoterminis gradientas, ir gylis metrais, kurio metu temperatūra pakyla 1 0 С - geoterminis žingsnis. Geoterminis gradientas ir atitinkamai geoterminė stadija įvairiose vietose skiriasi priklausomai nuo geologinių sąlygų, endogeninio aktyvumo skirtinguose regionuose, taip pat ir heterogeninio uolienų šilumos laidumo. Tuo pačiu metu, pasak B. Gutenbergo, svyravimų ribos skiriasi daugiau nei 25 kartus. To pavyzdys yra du smarkiai skirtingi nuolydžiai: 1) Oregone (JAV) 150 o 1 km, 2) 6 o 1 km užfiksuota Pietų Afrikoje. Pagal šiuos geoterminius gradientus geoterminis žingsnis taip pat kinta nuo 6,67 m pirmuoju atveju iki 167 m antruoju. Dažniausi gradiento svyravimai yra 20-50 o ribose, o geoterminis žingsnis -15-45 m Vidutinis geoterminis gradientas nuo seno buvo imamas 30 o С 1 km.

V.N.Žarkovo teigimu, geoterminis gradientas prie Žemės paviršiaus vertinamas 20 o C 1 km. Jei vadovausimės šiomis dviem geoterminio gradiento verte ir jo nekintamumu giliai į Žemę, tai 100 km gylyje turėjo būti 3000 arba 2000 o C temperatūra. Tačiau tai prieštarauja faktinei duomenis. Būtent šiuose gyliuose periodiškai atsiranda magmos kameros, iš kurių į paviršių teka lava, kurios maksimali temperatūra yra 1200-1250 o. Atsižvelgdami į šį savotišką „termometrą“, nemažai autorių (V. A. Lyubimovas, V. A. Magnitskis) mano, kad 100 km gylyje temperatūra negali viršyti 1300–1500 o С.

Esant aukštesnei temperatūrai, mantijos uolienos visiškai ištirptų, o tai prieštarauja laisvam šlyties seisminių bangų praėjimui. Taigi vidutinis geoterminis gradientas atsekamas tik iki tam tikro santykinai nedidelio gylio nuo paviršiaus (20-30 km), o vėliau jis turėtų mažėti. Tačiau net ir šiuo atveju toje pačioje vietoje temperatūros pokytis su gyliu yra netolygus. Tai matyti iš temperatūros pokyčių pavyzdžio, kai gylis išilgai Kolos šulinio, esančio stabiliame platformos kristaliniame skyde. Klojant šį gręžinį buvo skaičiuojamas 10 o geoterminis gradientas 1 km, todėl projektiniame gylyje (15 km) buvo tikimasi apie 150 o C. Tačiau toks gradientas buvo tik iki a. 3 km gylyje, o vėliau ėmė didėti 1,5 -2,0 karto. 7 km gylyje temperatūra buvo 120 o С, 10 km -180 o С, 12 km - 220 o С. Daroma prielaida, kad projektiniame gylyje temperatūra bus artima 280 o С. Kaspijos jūra regione, aktyvesnio endogeninio režimo regione. Jame 500 m gylyje temperatūra pasirodė esanti 42,2 o C, 1500 m - 69,9 o C, 2000 m - 80,4 o C, 3000 m - 108,3 o C.

Kokia temperatūra yra gilesnėse Žemės mantijos ir šerdies zonose? Gauti daugiau ar mažiau patikimi duomenys apie viršutinės mantijos B sluoksnio pagrindo temperatūrą (žr. 1.6 pav.). Pasak V. N. Žarkovo, „išsamūs Mg 2 SiO 4 – Fe 2 SiO 4 fazių diagramos tyrimai leido nustatyti etaloninę temperatūrą gylyje, atitinkančiame pirmosios fazės pereinamąją zoną (400 km)“ (ty, olivinas iki špinelio). Temperatūra čia, šių tyrimų rezultatas, yra apie 1600 50 o C.

Temperatūrų pasiskirstymo mantijoje po sluoksniu B ir Žemės šerdyje klausimas dar neišspręstas, todėl išsakomos skirtingos idėjos. Galima tik daryti prielaidą, kad temperatūra didėja didėjant gyliui, žymiai sumažėjus geoterminiam gradientui ir didėjant geoterminiam žingsniui. Daroma prielaida, kad temperatūra Žemės šerdyje yra 4000-5000 o C diapazone.

Vidutinė Žemės cheminė sudėtis. Norint spręsti apie Žemės cheminę sudėtį, naudojami meteoritų duomenys, kurie yra labiausiai tikėtini protoplanetinės medžiagos, iš kurios susidarė antžeminės planetos ir asteroidai, pavyzdžiai. Iki šiol daug meteoritų, nukritusių į Žemę skirtingu laiku ir skirtingose ​​vietose, buvo gerai ištirta. Pagal jų sudėtį yra trys meteoritų tipai: 1) geležies, daugiausia sudarytas iš nikelio geležies (90–91 % Fe), su nedideliu kiekiu fosforo ir kobalto; 2) geležinis akmuo(siderolitas), susidedantis iš geležies ir silikatinių mineralų; 3) akmuo, arba aerolitai, daugiausia sudarytas iš geležies-magnezo silikatų ir nikelio-geležies intarpų.

Labiausiai paplitę akmeniniai meteoritai – apie 92,7 % visų radinių, geležinis akmuo 1,3 % ir geležis 5,6 %. Akmens meteoritai skirstomi į dvi grupes: a) chondritai su smulkiais apvaliais grūdeliais – chondrulės (90%); b) achondritai, kuriuose nėra chondrulių. Akmeninių meteoritų sudėtis yra artima ultrabazinių magminių uolienų sudėčiai. M.Botto teigimu, juose geležies-nikelio fazės yra apie 12 proc.

Nemažai tyrėjų, remdamiesi įvairių meteoritų sudėties analize bei gautais eksperimentiniais geocheminiais ir geofiziniais duomenimis, pateikia šiuolaikišką bendrosios Žemės elementinės sudėties įvertinimą, pateiktą lentelėje. 1.3.

Kaip matyti iš lentelės duomenų, padidėjęs pasiskirstymas reiškia keturis svarbiausius elementus – O, Fe, Si, Mg, kurie sudaro daugiau nei 91 proc. Rečiau paplitusių elementų grupei priklauso Ni, S, Ca, A1. Likę Mendelejevo periodinės sistemos elementai pasauliniu mastu bendro pasiskirstymo požiūriu yra antraeiliai svarbūs. Jei palyginsime pateiktus duomenis su žemės plutos sudėtimi, aiškiai pamatysime reikšmingą skirtumą, kurį sudaro staigus O, A1, Si sumažėjimas ir reikšmingas Fe, Mg padidėjimas ir pastebimas S kiekis. ir Ni.

Žemės figūra vadinama geoidu. Apie Žemės giluminę sandarą sprendžiama pagal išilgines ir skersines seismines bangas, kurios, sklindančios Žemės viduje, patiria lūžimą, atspindį ir susilpnėjimą, o tai rodo Žemės stratifikaciją. Yra trys pagrindinės sritys:

Žemės pluta;

mantija: viršutinė iki 900 km gylio, apatinė iki 2900 km gylio;

Žemės šerdis yra išorinė iki 5120 km gylio, o vidinė – iki 6371 km gylio.

Vidinė Žemės šiluma yra susijusi su radioaktyvių elementų - urano, torio, kalio, rubidžio ir kt. - irimu. Vidutinis šilumos srautas yra 1,4-1,5 µcal / cm 2. s.

1. Kokia yra Žemės forma ir dydis?

2. Kokie yra Žemės vidinės sandaros tyrimo metodai?

3. Kokia yra vidinė Žemės sandara?

4. Kokie pirmos eilės seisminiai pjūviai aiškiai išskiriami analizuojant Žemės sandarą?

5. Kokias ribas atitinka Mohorovičiaus ir Gutenbergo atkarpos?

6. Koks vidutinis Žemės tankis ir kaip jis kinta ties mantijos ir šerdies riba?

7. Kaip kinta šilumos srautas skirtingose ​​zonose? Kaip suprantamas geoterminio gradiento ir geoterminio žingsnio pokytis?

8. Kokie duomenys naudojami nustatant vidutinę Žemės cheminę sudėtį?

Literatūra

• G.V. VoitkevičiusŽemės atsiradimo teorijos pagrindai. M., 1988 m.

• Žarkovas V.N. Vidinė Žemės ir planetų sandara. M., 1978 m.

• Magnitskis V.A. Vidinė Žemės sandara ir fizika. M., 1965 m.

• Esė lyginamoji planetologija. M., 1981 m.

• Ringwood A.E.Žemės sudėtis ir kilmė. M., 1981 m.

Dirvožemio temperatūra nuolat kinta priklausomai nuo gylio ir laiko. Tai priklauso nuo daugelio veiksnių, kurių daugelį sunku įvertinti. Pastarieji, pavyzdžiui, apima: augmenijos pobūdį, šlaito poveikį pagrindiniams taškams, šešėliavimą, sniego dangą, pačių dirvožemių pobūdį, supermašinio įšalo vandenų buvimą ir tt stabilus, ir lemiamą įtaką čia. išlieka su oro temperatūra.

Dirvožemio temperatūra skirtinguose gyliuose ir įvairiais metų laikotarpiais galima gauti atliekant tiesioginius matavimus šiluminiuose gręžiniuose, kurie pakloti tyrimo metu. Tačiau šis metodas reikalauja ilgalaikių stebėjimų ir didelių išlaidų, o tai ne visada pagrįsta. Duomenys, gauti iš vieno ar dviejų gręžinių, pasklinda dideliais plotais ir ilgiais, ženkliai iškreipia tikrovę, todėl paskaičiuoti duomenys apie grunto temperatūrą daugeliu atvejų pasirodo patikimesni.

Amžinojo įšalo dirvožemio temperatūra bet kuriame gylyje (iki 10 m nuo paviršiaus) ir bet kuriam metų laikotarpiui gali būti nustatytas pagal formulę:

tr = mt °, (3.7)

čia z yra gylis, išmatuotas nuo VGM, m;

tr - dirvožemio temperatūra gylyje z, laipsniais.

τr – laikas, lygus metams (8760 val.);

τ – laikas, skaičiuojamas į priekį (iki sausio 1 d.) nuo rudens rudens užšalimo pradžios iki temperatūros matavimo momento, valandomis;

exp x - eksponentas (eksponentinė funkcija exp paimama iš lentelių);

m - koeficientas, priklausantis nuo metų laikotarpio (spalio - gegužės mėn. m = 1,5-0,05z, o birželio - rugsėjo mėn. m = 1)

Žemiausia temperatūra tam tikrame gylyje bus tada, kai kosinusas formulėje (3.7) taps lygus -1, t. y. minimali dirvožemio temperatūra per metus tam tikrame gylyje bus

tr min = (1,5–0,05z) t °, (3,8)

Didžiausia dirvožemio temperatūra gylyje z bus tada, kai kosinusas įgaus reikšmę, lygią vienetui, t.y.

tr max = t °, (3.9)

Visose trijose formulėse tūrinės šiluminės talpos C m vertė turi būti apskaičiuojama dirvožemio temperatūrai t ° pagal formulę (3.10).

C 1 m = 1 / W, (3.10)

Dirvožemio temperatūra sezoninio atšildymo sluoksnyje Taip pat galima nustatyti skaičiuojant, atsižvelgiant į tai, kad temperatūros pokytis šiame sluoksnyje yra gana tiksliai aproksimuotas tiesine priklausomybe esant šiems temperatūros gradientams (3.1 lentelė).

Apskaičiavus dirvožemio temperatūrą VGM lygyje pagal vieną iš (3.8) - (3.9) formulių, t.y. sudėjus formules Z = 0, tada pagal 3.1 lentelę nustatome dirvožemio temperatūrą tam tikrame gylyje sezoninio atšildymo sluoksnyje. Viršutiniuose dirvožemio sluoksniuose, iki maždaug 1 m nuo paviršiaus, temperatūros svyravimai yra labai sudėtingi.

3.1 lentelė

Temperatūros gradientas sezoninio atlydžio sluoksnyje žemiau 1 m nuo žemės paviršiaus

Pastaba. Gradiento ženklas rodomas dienos paviršiaus link.

Norėdami gauti apskaičiuotą dirvožemio temperatūrą metro sluoksnyje nuo paviršiaus, galite elgtis taip. Apskaičiuokite temperatūrą 1 m gylyje ir dienos dirvožemio paviršiaus temperatūrą, o tada, interpoliuodami iš šių dviejų reikšmių, nustatykite temperatūrą tam tikrame gylyje.

Temperatūra dirvos paviršiuje t p šaltuoju metų laiku gali būti lygi oro temperatūrai. Vasarą:

t p = 2 + 1,15 t in, (3,11)

kur t p yra paviršiaus temperatūra laipsniais.

t in - oro temperatūra laipsniais.

Dirvos temperatūra netekančiame kriolitozone apskaičiuojamas kitaip nei sujungiant. Praktiškai galime daryti prielaidą, kad VGM lygiu temperatūra visus metus bus lygi 0 ° C. Apskaičiuota amžinojo įšalo sluoksnių dirvožemio temperatūra tam tikrame gylyje gali būti nustatyta interpoliacijos būdu, darant prielaidą, kad ji gylyje kinta pagal tiesinį dėsnį nuo t ° 10 m gylyje iki 0 ° C VGM gylyje. Temperatūra atšildytame sluoksnyje h t gali būti nuo 0,5 iki 1,5 ° C.

Sezoninio įšalo sluoksnyje h p dirvos temperatūrą galima skaičiuoti taip pat, kaip ir besiliejančio amžinojo įšalo sezoninio atšilimo sluoksniui, t.y. sluoksnyje h p - 1 m išilgai temperatūros gradiento (3.1 lentelė), atsižvelgiant į temperatūrą gylyje h p lygi 0 ° С šaltuoju metų laiku ir 1 ° С vasarą. Viršutiniame 1 m dirvožemio sluoksnyje temperatūra nustatoma interpoliuojant temperatūrą 1 m gylyje ir temperatūros paviršiuje.