Использование геотермальной энергии. Тепловой режим земной коры

Что бы понять, что собой представляет геотермальная энергия, вспомним о строении Земли. По современным представлениям твердая часть планеты Земля состоит из трех сфер (рисунок 8.1): земная кора, мантия и ядро.

Рисунок 8.1. Строение Земли

Естественно, эти сферы не являются сферами в геометрическом смысле слова. Так толщина земной коры под океанами достигает 7 км, а под атмосферой доходит до 130 км. То же самое можно сказать и о других сферах Земли.

Мантия имеет среднюю толщину около 2900 км, верхняя поверхность которой называется поверхностью Мохоровичича в честь югославского геофизика Андрея Мохоровичича. Ядро разделяется на внешнее, находящееся в жидком состоянии, и внутреннее, или субъядро.

Современные представления о происхождении Земли изменились. Ранее считалось, что планета Земля образовалась в виде сильно разогретого шара, который постепенно остывает. Сейчас известно, что Земля образовалась из скопления метеоритных тел около 4,7 млрд. лет назад и имела первоначальную температуру 700 – 2000ºС /8, 9, 10/. Затем ядро Земли не только не охлаждалось, а наоборот нагревалось за счет распада радиоактивных элементов. За счет протекания этих процессов из ядра Земли образовался тепловой поток к земной коре и ее поверхности. В современной теории земных процессов предполагается, что глубинные слои Земли продолжают медленно нагреваться на несколько градусов за 10 млн. лет, в то время как поверхность Земли еще медленнее охлаждается /8, 9, 10/.

Таким образом, по направлению к ядру Земли температура ее слоев повышается. На глубине 50 км она составляет 700 – 800ºС, на глубине 500 км около 1500 - 2000ºС, на глубине 1000 км приблизительно 1700 - 2500ºС, на границе раздела мантии и ядра (глубина 2900 – 3000 км) температура самая высокая, и достигает порядка 2000 - 4700ºС, в центре Земли на глубине 6371 км (средний радиус Земли) 2200 – 2500ºС. От более нагретого ядра на границе с мантией тепловой поток поступает к менее нагретой поверхности. Отметим, что хотя тепло, находящееся в центре Земли, огромно, плотность теплового потока на поверхности Земли составляет в среднем 0,05 Вт/м², то есть в 4000 раз меньше интенсивности солнечного излучения.

Из-за различной структуры и состава земной коры в ней имеются места способствующие проникновению глубинного тепла к поверхности. В этих местах температура вещества на глубине 5 – 10 км может составлять 100 - 300ºС. Чаще всего это вещество находится в виде нагретой воды или перегретого пара, и такие геотермальные источники называются соответственно гидро- и паротермальными.

Гидротермальные и паротермальные источники тепла образовались за счет прохождения нагретой воды или пара под давлением к поверхности Земли. Естественно, что при прохождении температура их падает за счет отдачи тепла окружающим твердым породам, вследствие чего они и имеют такую, сравнительно низкую, температуру.

Гораздо более высокую температуру имеют твердые породы. Такие геотермальные источники называются петротермальными. К сожалению, петротермальные источники тепла располагаются гораздо глубже и менее доступны.

Дата добавления: 2014-01-06