Температуры разных глубин Земли Как выяснили ученые, температура поднимается на 3 градуса каждые 100 метров вглубь Земли. Ученые из Австралийского национального университета обнаружили, что температура Земли на глубине трех тысяч километров на самом деле неоднородна, как думали ранее. Помощь проекту: под землёй такие высокие температуры, и как это связано с картошкой?Перевод: Мария КоршуноваРедактура. Здесь опубликована динамика изменения зимних (2012-13г.г.) температур земли на глубине 130 сантиметров под домом (под внутренним краем фундамента), а. Большая часть этой энергии, примерно 90%, хранится на глубине до 300 м в земле.
Ученые встревожены резким нагреванием мирового океана
Смотрите видео онлайн «Проверим температуру под землей на глубине 50 сантиметров?» на канале «Инженер Андрей» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 18 декабря 2022 года в 16:09, длительностью 00:03:29, на видеохостинге RUTUBE. Но уже на 5 километрах окружающая температура перевалила за 700 градусов по Цельсию, на семи – за 1 200, а на глубине 12 тысяч метров – 2 200 градусов. Главная» Новости» Глобальное замерзание земли 2024.
Какая температура в центре Земли?
В скважины глубиной до 15 метров каждая опущены термометрические косы с датчиками для измерения температуры многолетней мерзлоты в реальном времени и естественных условиях, сообщается на сайте окружного правительства. Чтобы получить представление о температуре в центре Земли, можно подумать, что достаточно экстраполировать геотермический градиент на глубину 6 371 км, что соответствует радиусу Земли. Затем они упоминают среднюю температуру поверхности Венеры и Титана и то, как это повлияет на температуру на глубине 20 футов под землей.
Кольская сверхглубокая
Согласно модели геодинамо данная модель претендует на объяснение магнитного поля планеты говорится что только проводящая жидкость способна на это. Из этого следует, что один слой ядра жидкий. Кроме того, в свое время ученые наблюдавшие за колебаниями поверхности Земли, которые представляют собой S-волны, заметили одну интересную особенность. Что S-волны, не появляются на другой стороне нашей планеты, а исчезают. Известно, что упругие S-волны не способны проходить через жидкость, только через твердые материалы. Исходя из этого ученые сделали вывод, что внутри земли находится жидкий слой ядра. Проведя дополнительные исследования ученые выяснили, что жидкий слой ядра начинается на глубине около 3000 км. В 1930 году был открыт новый тип волн P-волны, которые в два раза быстрее S-волн и способны проходить через любые материалы. Проходя через ядро P-волны во внутренней части немного замедлялись, поэтому и появилась теория, что ядро имеет два слоя: жидкий и твердый.
Твердое ядро находится на глубине около 6000 км.
Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод. Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис. Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е. Такая форма теплообменников распространена в США. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников а — теплообменник из последовательно соединенных труб; б — теплообменник из параллельно соединенных труб; в — горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г — теплообменник в форме петли; д — теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально так называемый «slinky» коллектор; е — теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации.
По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей. Вертикальные грунтовые теплообменники в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» — «borehole heat exchanger» позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» 10—20 м от уровня земли. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопро- водностью, например, сухого песка или сухого гравия. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником Теплоноситель циркулирует по трубам чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым , уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников рис. В одной скважине располагаются одна или две реже три пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления.
Двойные U-образные теплообменники — наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников. Коаксиальный концентрический теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы. Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций. Сечение различных типов вертикальных грунтовых теплообменников Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками могут использоваться для тепло- и холодоснабжения зданий различных размеров. Для небольшого здания достаточно одного теплообменника; для больших зданий может потребоваться устройство целой группы скважин с вертикальными теплообменниками. Вертикальные грунтовые теплообменники этого колледжа располагают- ся в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин 154 скважины глубиной 70 м используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением «Deutsche Flug-sicherung».
Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами. Сечение такой сваи с тремя контурами грунтового теплообменника приведено на рис. Схема грунтовых теплообменников, замоноличенных в фундаментные сваи здания и поперечное сечение такой сваи Грунтовой массив в случае вертикальных грунтовых теплообменников и строительные конструкции с грунтовыми теплообменниками могут использоваться не только как источник, но и как естественный аккумулятор тепловой энергии или «холода», например тепла солнечной радиации. Существуют системы , которые нельзя однозначно отнести к открытым или замкнутым. Например, одна и та же глубокая глубиной от 100 до 450 м скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной. Диаметр скважины обычно составляет 15 см. В нижнюю часть скважины помещается насос, посредством которого вода из скважины подается к испарителям теплового насоса. Обратная вода возвращается в верхнюю часть водяного столба в ту же скважину. Происходит постоянная подпитка скважины грунтовыми водами, и открытая система работает подобно замкнутой. Системы такого типа в англоязычной литературе носят название «standing column well system» рис.
Схема скважины типа «standing column well» Обычно скважины такого типа используются и для снабжения здания питьевой водой. Однако такая система может работать эффективно только в почвах, которые обеспечивают постоянную подпитку скважины водой, что предотвращает ее замерзание. Если водоносный горизонт залегает слишком глубоко, для нормального функционирования системы потребуется мощный насос, требующий повышенных затрат энергии. Большая глубина скважины обуславливает достаточно высокую стоимость подобных систем, поэтому они не используются для тепло- и холодоснабжения небольших зданий. Одно из перспективных направлений — использование в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии воды из шахт и туннелей. Температура этой воды постоянна в течение всего года. Вода из шахт и туннелей легко доступна. Потребление энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает еще большее понижение температуры грунта, и его температурный потенциал еще больше снижается. Это заставляет при проектировании систем использования низкопотенциального тепла Земли рассматривать проблему «устойчивости» sustainability таких систем. Часто энергетические ресурсы для снижения периода окупаемости оборудования эксплуатируются очень интенсивно, что может привести к их быстрому истощению.
Поэтому необходимо поддерживать такой уровень производства энергии, который бы позволил эксплуатировать источник энергетических ресурсов длительное время. Эта способность систем поддерживать требуемый уровень производства тепловой энергии длительное время называется «устойчивостью» sustainability. Для систем использования низкопотенциального тепла Земли дано следующее определение устойчивости : «Для каждой системы использования низкопотенциального тепла Земли и для каждого режима работы этой системы существует некоторый максимальный уровень производства энергии; производство энергии ниже этого уровня можно поддерживать длительное время 100—300 лет ». Проведенные в ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» исследования показали, что потребление тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в почвенно-климатических условиях большей части территории России не успевает компенсироваться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает дальнейшее снижение температуры грунта, и к началу третьего отопительного сезона его температурный потенциал еще больше отличается от естественного. И так далее. Однако огибающие теплового влияния многолетней эксплуатации системы теплосбора на естественный температурный режим грунта имеют ярко выраженный экспоненциальный характер, и к пятому году эксплуатации грунт выходит на новый режим, близкий к периодическому, то есть, начиная с пятого года эксплуатации, многолетнее потребление тепловой энергии из грунтового массива системы теплосбора сопровождается периодическими изменениями его температуры. Таким образом, при проектировании теплонасосных систем теплоснабжения представляется необходимым учет падения температур грунтового массива, вызванного многолетней эксплуатацией системы теплосбора, и использование в качестве расчетных параметров температур грунтового массива, ожидаемых на 5-й год эксплуатации ТСТ. В комбинированных системах , используемых как для тепло-, так и для холодоснабжения, тепловой баланс устанавливается «автоматически»: в зимнее время требуется теплоснабжение происходит охлаждение грунтового массива, в летнее время требуется холодоснабжение — нагрев грунтового массива. В системах, использующих низкопотенциальное тепло грунтовых вод, происходит постоянное пополнение водных запасов за счет воды, просачивающейся с поверхности, и воды, поступающей из более глубоких слоев грунта.
Таким образом, теплосодержание грунтовых вод увеличивается как «сверху» за счет тепла атмосферного воздуха , так и «снизу» за счет тепла Земли ; величина теплопоступлений «сверху» и «снизу» зависит от толщины и глубины залегания водоносного слоя. За счет этих теплопоступлений температура грунтовых вод остается постоянной в течение всего сезона и мало меняется в процессе эксплуатации. В системах с вертикальными грунтовыми теплообменниками ситуация иная. При отводе тепла температура грунта вокруг грунтового теплообменника понижается. На понижение температуры влияет как особенности конструкции теплообменника, так и режим его эксплуатации. Например, в системах с высокими величинами отводимой тепловой энергии несколько десятков ватт на метр длины теплообменника или в системах с грунтовым теплообменником, расположенным в грунте с низкой теплопроводностью например, в сухом песке или сухом гравии понижение температуры будет особенно заметным и может привести к замораживанию грунтового массива вокруг грунтового теплообменника. Немецкие специалисты провели измерения температуры грунтового массива, в котором устроен вертикальный грунтовой теплообменник глубиной 50 м, расположенный недалеко от Франкфурта-на-Майне. Для этого вокруг основной скважины на расстоянии 2,5, 5 и 10 м от было пробурено 9 скважин той же глубины. Во всех десяти скважинах через каждые 2 м устанавливались датчики для измерения температуры — всего 240 датчиков. На рис.
В конце отопительного сезона хорошо заметно уменьшение температуры грунтового массива вокруг теплообменника. Возникает тепловой поток, направленный к теплообменнику из окружающего грунтового массива, который частично компенсирует снижение температуры грунта, вызванное «отбором» тепла. Схемы распределения температур в грунтовом массиве вокруг вертикального грунтового теплообменника в начале и в конце первого отопительного сезона Поскольку относительно широкое распространение вертикальные теполообменники стали получать примерно 15—20 лет назад, во всем мире ощущается недостаток экспериментальных данных, полученных при длительных несколько десятков лет сроках эксплуатации систем с теплообменниками такого типа. Возникает вопрос об устойчивости этих систем, об их надежности при длительных сроках эксплуатации. Является ли низкопотенциальное тепло Земли во- зобновляемым источником энергии? Каков период «возобновления» этого источника? С 1986 года в Швейцарии неподалеку от Цюриха проводились исследования системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками. В грунтовом массиве был устроен вертикальный грунтовой теплообменник коаксиального типа глубиной 105 м. Этот теплообменник использовался в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии для теплонасосной системы, установленной в одноквартирном жилом доме. Вертикальный грунтовой теплообменник обеспечивал пиковую мощность примерно 70 Вт на каждый метр длины, что создавало значительную тепловую нагрузку на окружающий грунтовой массив.
Годовое производство тепловой энергии составляет около 13 МВт ч На расстоянии 0,5 и 1 м от основной скважины были пробурены две дополнительных, в которых на глубине в 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 и 105 м установлены датчики температуры, после чего скважины были заполнены глинисто-цементной смесью. Температура измерялась каждые тридцать минут.
На некоторой глубине от поверхности Земли располагается пояс постоянной температуры, ниже его происходит увеличение температуры. Она зависит от состава вмещающих пород, деятельности теплых источников и теплоты поступающей из недр Земли. Б Геотермическая ступень и геотермический градиент. В среднем Г. Колеблется в значит, пределах в зависимости от глубины и места от 5 до 150 м. Для Москвы средняя величина Г.
Но больше всего климатологам в этом не нравится то, что из-за нагрева почва деформируется, она размягчается.
А меж тем, как пишут учёные, ни одна городская инфраструктура в мире не проектировалась с учётом этого фактора. Поэтому исследователи попытались оценить риски для зданий, мостов и всего прочего, стоящего на понемногу подогреваемой земле. Учёные собрали все имеющиеся данные о температуре грунта под этим районом и сделали компьютерное моделирование, чтобы проследить, как шло "подземное глобальное потепление" с 1951 года когда в Чикаго было достроено метро и как оно, по всей видимости, будет развиваться до 2051 года. Сравнивали температуру земли на глубине 10, 17 и 23 метра. И вот что получилось. Первый столбик — это то, что было в 1951 году, второй — то, что мы имеем сейчас на момент 2022 года , и третий —прогноз на 2051 год. Правда, между 2022 и 2051 годами не прослеживается никакой разницы: пишут, что сейчас дело идёт к "тепловому насыщению", то есть если раньше почва прогревалась почти на полградуса в год, то сейчас эта скорость составляет 0,14 градуса в год.
Тема 2: температура в недрах земли.
Чтобы найти ответы, команда Мотохико Мураками Motohiko Murakami из Швейцарской высшей технической школы Цюриха ETH Zurich исследовала свойства минералов, поднятых с большой глубины, из области границы между мантией и внешним ядром планеты. Результаты работы представлены в статье , опубликованной в журнале Earth and Planetary Science Letters. Между нижней мантией и внешним жидким ядром существует большой перепад температуры, и там должен происходить активный перенос тепла.
Практически все проекты использования петротермальной энергетики предполагают, что по нагнетательной скважине холодная вода поступает в подземный резервуар из горячих сухих пород, нагревается, выходит через добычные скважины на поверхность уже сильно горячей или в виде пара, и попадает на электрическую станцию. Из электростанции вода вновь возвращается в нагнетательную скважину, тем самым создавая замкнутую циркуляционную систему. Первым таким проектом освоения петротермальной энергии стал проект Лос-Аламосской национальной лаборатории США. В рамках проекта с помощью гидроразрыва пласта был создан искусственный коллектор из вертикальных трещин в монолитной породе. Подобные гидроразрывы применяют и при добыче нефти, однако расходы воды в геотермальных скважинах должны быть в десятки раз больше, чем при нефтедобыче.
Проект выявил сразу несколько проблем создания подобных станций. Выяснилось, что стандартный способ гидроразрыва давал недостаточное количество трещин, чтобы достичь нужной проницаемости и хорошего теплообмена.
В рамках проекта с помощью гидроразрыва пласта был создан искусственный коллектор из вертикальных трещин в монолитной породе. Подобные гидроразрывы применяют и при добыче нефти, однако расходы воды в геотермальных скважинах должны быть в десятки раз больше, чем при нефтедобыче. Проект выявил сразу несколько проблем создания подобных станций. Выяснилось, что стандартный способ гидроразрыва давал недостаточное количество трещин, чтобы достичь нужной проницаемости и хорошего теплообмена. Поэтому в последующем ученые пошли по пути создания обширных резервуаров с множеством трещин и естественных дефектов пород. Всего на сегодняшний день реализовано около двадцати опытных систем в США, Японии, Великобритании, Франции, Германии и Австралии, которые подтвердили техническую возможность извлечения глубинного тепла с глубин до 5,1 км. Эти исследования помогли определить минимальные необходимые требования для создания таких станций.
Мало чего останется от Латвии, Литвы и Эстонии.
США потеряют Флориду и часть Аляски. Сан-Франциско, благодаря своим холмам, превратится в островки. Под водой скроются территории, на которых проживают более миллиарда человек. Меньше других пострадают Австралия и Африка. Антарктида изменится до неузнаваемости - обнажит свой гористый рельеф. Но там никто не пострадает. Возможно, именно туда переселятся вытесненные потопом азиаты. У нас единым водоемом станут Черное, каспийское и Аральское моря. Затопленным окажется все Поволжье. Астрахань уйдет глубоко под воду.
Равно, как и Санкт-Петербург на Севере. Море с островами и полуостровами образуется в Сибири - там, где до потопа текла Обь. Климатологи подсчитали: чтобы планета освободилась ото льда нужно, чтобы температура на ней неуклонно повышалась - нынешними темпами - около 5 тысяч лет. И такое вроде бы бывало. Последний раз - 34 миллиона лет назад. Но потом, как мы видим, лед снова намерз. Вопрос спорный. Далеко не все ученые полагают, что оно - глобальное потепление - действительно наблюдается. И что его причина - человеческая деятельность, от которой мы вряд ли откажемся. Но в любом случае представлять масштаб угрозы надо.
И радует то, что она, похоже, не столь масштабна, как изображено в фантастическом фильме "Водный мир", в котором герои никак не могут найти сохранившуюся сушу.
Распределение температуры в Земле
В частности, измерили температуру поверхности Луны, а также на глубине около 10 сантиметров. Ученые пришли к выводу, что в недрах на Земли, на глубине 2900 километров, около внешнего слоя ядра, существуют условия для образования ранее неизвестного минерала. На глубине всего несколько десятков метров хранится столько же тепла, сколько во всей атмосфере Земли. Чем теплее океан, тем ниже его способность поглощать энергию и сглаживать повышение температур на планете в целом. И тут нет хороших новостей. Согласно опубликованным 26 апреля результатам научных исследований в журнале Science, оказывается, что температура ядра нашей планеты на 1000 градусов выше.
Распределение температуры в Земле
Если допустить, что температура с глубиной возрастает непрерывно, то в центре Земли она должна измеряться десятками тысяч градусов. Если он положительный, то есть недра Земли излучают тепло, то температура должна повышаться с глубиной. На глубине 1 м температура грунта колеблется больше, но и зимой ее значение остается положительным, обычно в средней полосе температура составляет 4-10 С, в зависимости от времени года. Затем они упоминают среднюю температуру поверхности Венеры и Титана и то, как это повлияет на температуру на глубине 20 футов под землей. Согласно опубликованным 26 апреля результатам научных исследований в журнале Science, оказывается, что температура ядра нашей планеты на 1000 градусов выше. Глубина в метрах, при которой температура повышается на 1°С, называется геотермической ступенью.
Поверхность Луны оказалась более горячей, чем считалось раньше
Однако в течение следующих нескольких тысячелетий она неуклонно росла и в конечном итоге превзошла базовый уровень. Пикового значения она достигла около 6500 лет назад, после чего атмосфера стала постепенно остывать примерно на 0,1 градуса Цельсия каждую тысячу лет. По словам исследователей, это охлаждение могло быть связано с медленными циклами , обусловленными изменениями в земной орбите, из-за чего количество солнечного света, получаемого северным полушарием планеты, уменьшилось, и результатом стал малый ледниковый период последних веков. Однако затем картина изменилась. Пиковые температуры 6,5 тысяч лет назад примерно на 0,7 градуса Цельсия превосходили те, что наблюдались в середине 19 века. Однако с тех пор средняя температура Земли выросла еще на один градус Цельсия.
Новые данные оказались для учёных неожиданными. Индийский луноход «Прагьян». В районе лунного южного полюса также обнаружены выходы породы, которые могут многое рассказать об образовании Луны.
Читайте также:Индия стала четвертой страной, посадившей на Луну свой аппарат 23 августа посадочной модуль индийской лунной станции «Чандраян-3» успешно совершил мягкую посадку на южном полюсе Луны. Миссия стартовала 14 июля, когда ракета-носитель LVM-3 с аппаратом стартовала с главного космодрома страны в южном штате Андхра-Прадеш. С посадкой модуля на южном полюсе Луны Индия стала четвертой в мире страной, добившейся мягкой посадки на спутнике Земли, — после СССР, США и Китая, и первой, которая добилась посадки модуля на южном полюсе.
И вот что получилось. Первый столбик — это то, что было в 1951 году, второй — то, что мы имеем сейчас на момент 2022 года , и третий —прогноз на 2051 год. Правда, между 2022 и 2051 годами не прослеживается никакой разницы: пишут, что сейчас дело идёт к "тепловому насыщению", то есть если раньше почва прогревалась почти на полградуса в год, то сейчас эта скорость составляет 0,14 градуса в год. Зато по сравнению с серединой XX века разница очевидна. Изменение температуры грунта под самым густонаселённым районом Чикаго на разных глубинах с 1951 года. Значит, делаются менее плотными. Так вот, исследователи по итогам заявили, что всё это может повлиять на устойчивость фундаментов, свай, вызвать всевозможные наклоны и прогибы стен, плит. И они предлагают бороться с перегревом земли при помощи геотермальных технологий, то есть, собственно говоря, выкачивать это лишнее тепло и использовать его в энергоснабжении.