Какова температура Земной коры, на глубине 1-30 км от поверхности? На глубинах более 5000 метров температура в недрах Земли уже превышает 150 градусов Цельсия.
Популярное
- Геотермический градиент - Что такое Геотермический градиент? - Техническая Библиотека
- Географы создали карту Всемирного потопа
- Российский геолог — о прогнозировании землетрясений и глубинной структуре Земли
- Информация:
- Таблица температур грунта на различных глубинах в крупных городах РФ и СНГ
Поверхность Луны оказалась более горячей, чем считалось раньше
Ученые пришли к выводу, что в недрах на Земли, на глубине 2900 километров, около внешнего слоя ядра, существуют условия для образования ранее неизвестного минерала. Ученые обнаружили скрытую экосистему под самой сухой и жаркой пустыней Земли на глубине четыре метра. Новости Новости. Луноход «Прагьян», который был доставлен на Луну посадочным модулем миссии «Чандраян-3», передал на Землю первые научные данные о температуре поверхности Луны. Новости Новости.
Температурные показатели планеты Земля
Дополнительно для встряхивания устанавливают электрический вибратор, он убережет крышу в случае, если снег все-таки будет накапливаться. Двойное остекление делают двумя способами: Между двумя листами вставляют специальный профиль, листы крепятся к каркасу сверху; Сначала крепят нижний слой остекления к каркасу изнутри, к нижней стороне стропил. Вторым слоем крышу накрывают, как обычно, сверху. После завершения работы желательно проклеить все стыки скотчем. Готовая крыша выглядит весьма эффектно: без лишних стыков, гладкая, без выдающихся частей. Утепление и обогрев Утепление стен проводят следующим образом. Предварительно нужно тщательно промазать раствором все стыки и швы стены, здесь можно применить и монтажную пену. Внутреннюю сторону стен накрывают пленкой термоизоляции. В холодных частях страны хорошо использовать фольгированную толстую пленку, покрывая стену двойным слоем. Температура в глубине почвы теплицы выше нуля, но холоднее температуры воздуха, необходимой для роста растений.
Верхний слой прогревается солнечными лучами и воздухом теплицы, но все-таки почва отбирает тепло, поэтому часто в подземных теплицах используют технологию «теплых полов»: нагревательный элемент - электрический кабель - защищают металлической решеткой или заливают бетоном. Во втором случае почву для грядок насыпают поверх бетона или выращивают зелень в горшках и вазонах. Применение теплого пола может быть достаточным для обогрева всей теплицы, если хватает мощности. Для хорошего роста им нужна температура воздуха 25-35 градусов при температуре земли примерно 25 С. Но вложенные в теплицу-термос средства со временем оправдываются. Во-первых, это экономия энергии на обогреве. Каким бы образом ни отапливалась в зимнее время обычная наземная теплица, это будет всегда дороже и труднее аналогичного способа обогрева в подземной теплице. Во-вторых, экономия на освещении. Фольгированная теплоизоляция стен, отражая свет, увеличивает освещенность в два раза.
Микроклимат в углубленной теплице зимой для растений будет благоприятнее, что непременно отразится на урожайности. Легко приживутся саженцы, превосходно будут чувствовать себя нежные растения. Такая теплица гарантирует стабильный, высокий урожай любых растений круглый год. Для моделирования температурных полей и для других расчётов необходимо узнать температуру грунта на заданной глубине. Температуру грунта на глубине измеряют с помощью вытяжных почвенно- глубинных термометров. Это плановые исследования, которые регулярно проводят метеорологические станции. Данные исследований служат основой для климатических атласов и нормативной документации. Для получения температуры грунта на заданной глубине можно попробовать, например, два простых способа. Оба способа заключаются в использовании справочной литературы: Для приближённого определения температуры можно использовать документ ЦПИ-22.
Здесь в рамках методики теплотехнического расчёта трубопроводов приводится таблица 1, где для определённых климатических районов приводятся величины температур грунта в зависимости от глубины измерения. Эту таблицу я привожу здесь ниже. Таблица 1 Таблица температур грунта на различных глубинах из источника «в помощь работнику газовой промышленности » еще времён СССР Нормативные глубины промерзания для некоторых городов: Глубина промерзания грунта зависит от типа грунта: Я думаю, что самый простой вариант, это воспользоваться вышеуказанными справочными данными, а затем интерполировать. Самый надёжный вариант для точных расчётов с использованием температур грунта — воспользоваться данными метеорологических служб. На базе метеорологических служб работают некоторые онлайн справочники. Здесь достаточно выбрать населённый пункт , тип грунта и можно получить температурную карту грунта или её данные в табличной форме. В принципе, удобно, но похоже этот ресурс платный. Если Вы знаете ещё способы определения температуры грунта на заданной глубине, то, пожалуйста, пишите комментарии. Возможно Вам будет интересен следующий материал: Представьте себе дом, в котором всегда поддерживается комфортная температура, а систем обогрева и охлаждения не видно.
Эта система работает эффективно, но не требует сложного обслуживания или специальных знаний от владельцев. Свежий воздух, Вы можете слышать щебетание птиц и ветер, лениво играющий листьями на деревьях. Дом получает энергию с земли, подобно листьям, которые получают энергию от корней. Прекрасная картина, не так ли? Системы геотермального нагревания и охлаждения делают эту картину реальностью. Геотермальная НВК система нагревание, вентиляция и кондиционирование использует температуру земли, чтобы обеспечить нагревание зимой и охлаждение летом. Как работает геотермальное нагревание и охлаждение Температура окружающей среды меняется вместе со сменой пор года, но подземная температура меняется не так существенно благодаря изолирующим свойствам земли. На глубине 1,5-2 метра температура остается относительно постоянной круглый год. Система использует постоянную температуру земли, чтобы обеспечить «чистую и бесплатную» энергию.
Не путайте понятие геотермальной НВК системы с «геотермальной энергией» - процессом, при котором электричество производится непосредственно из высокой температуры в земле. В последнем случае используется оборудование другого типа и другие процессы, целью которых обычно является нагревание воды до температуры кипения. Трубы, которые составляют подземную петлю, обычно делаются из полиэтилена и могут быть расположены под землей горизонтально или вертикально, в зависимости от особенностей местности. Если доступен водоносный слой, то инженеры могут спроектировать систему «разомкнутого контура», для этого необходимо пробурить скважину к грунтовым водам. Вода выкачивается, проходит через теплообменник, и затем закачивается в тот же водоносный слой посредством «повторного закачивания». Зимой вода, проходя через подземную петлю, поглощает тепло земли. Внутреннее оборудование дополнительно повышает температуру и распределяет ее по всему зданию. Это похоже на кондиционер, работающий наоборот. В отличие от обычных систем нагревания и охлаждения, геотермальные НВК системы не используют ископаемое топливо, чтобы выработать тепло.
Они просто берут высокую температуру из земли. Как правило, электроэнергия используется только для работы вентилятора, компрессора и насоса. В геотермальной системе охлаждения и отопления есть три главных компонента: тепловой насос, жидкая среда теплообмена разомкнутая или замкнутая система и система подачи воздуха система труб. Для геотермальных тепловых насосов, а также для всех остальных типов тепловых насосов, было измерено соотношение их полезного действия к затраченной для этого действия энергии КПД. Большинство геотермальных систем тепловых насосов имеют КПД от 3. Это означает, что одну единицу энергии система преобразует в 3-5 единиц тепла. Геотермальные системы не требуют сложного обслуживания. Правильно установленная, что очень важно, подземная петля может исправно служить в течение нескольких поколений. Вентилятор, компрессор и насос размещены в закрытом помещении и защищены от переменчивых погодных условий , таким образом, их срок эксплуатации может длиться много лет, часто десятилетий.
Кольский сегмент Балтийского щита был выбран для бурения из-за сравнительно невысоких температур, которые, по мнению теоретиков, должны были сохраняться вплоть до глубины в 15 км от поверхности. Если бы это оказалось правдой, бур смог бы пробраться на 20 км, преодолев границу Мохо и оказавшись в мантии. Но расчеты оказались неверными. Проблема в буре? Советские инженеры не стали разрабатывать буровую установку с нуля — до глубины 7,23 км скважину прошли серийным буром для разработки нефтяных и газовых скважин «Уралмаш-4Э». Установка состояла из полой буровой колонны, к которой по мере продвижения вглубь земной коры добавляли дополнительные трубки из легких алюминиевых сплавов. На конце колонны был установлен турбобур — 46-метровая турбина, которая приводилась в движение потоком воды с поверхности и вращала буровую колонку отдельно от остальной конструкции.
Через все секции установки проходила труба — керноприемник, через который на поверхность выводилась отработанная порода с буровым раствором. Извлечение керна. Тогда работы отложили на год — до установки модифицированной версии «Уралмаш-15000» с повышенной термостойкостью, которая должна была достичь отметки в 15 км. Бурение проходило медленно — одной головки хватало на четыре часа и 7—10 м, подъем на поверхность и замена занимали от 8 до 18 часов. В среднем за месяц исследователям удавалось пробурить 60 м гранитов. На отметке 7 тыс. Ствол отверстия осыпался, порода заклинивала буровую головку и не позволяла извлечь ее на поверхность.
Инженерам приходилось бетонировать ствол и продолжать бурение с отклонением — тогда в скважине появилось 12 стволов глубиной от 2,2 тыс.
Помимо этого ISRO получила первый профиль южного полюса Луны, который фиксирует температурные изменения поверхности спутника Земли на разных глубинах. Старший научный сотрудник космического агентства Би Дарукеша в комментарии Press Trust of India выразил удивление по поводу высокой температуры, зафиксированной на поверхности Луны. Это на удивление выше, чем мы ожидали», — сказал он.
Итак, давайте начинать. Радиус ядра составляет приблизительно 1300 км. О том, что ядро нашей земли состоит из двух слоев и большого количества железа свидетельствуют несколько фактов. Известно, что наша планета имеет магнитное поле. Мантия или часть Земли, которая находится непосредственно под корой планеты, но выше ядра слишком слабо проводит электрический ток и не может генерировать такое поле. 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.
Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось
Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. Таким образом, примерная температура на глубине 40 километров будет равна 1400°С. Мантия на глубине в 300 километров – почти 3000°С. А сам центр нашей планеты нагрет до ~6000°С. Средняя температура на Земле в этот день превысила 17 градусов. Информация о температуре почвы Луны необходима исследователям для строительства баз в будущем, объяснил руководитель института космической политики, научный руководитель Московского космического клуба Иван Моисеев. Таблица температуры на разных глубинах Земли.
Внутреннее строение Земли
| Луна оказалась горячее, чем считалось ранее, выяснил индийский луноход «Прагьян» | Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. метров. |
| Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось | Для построения же самой зависимости температуры от глубины необходимо задаться исходным значением адиабатической температуры в начале отсчёта, например на поверхности Земли. |
| Тепловое поле Земли. Большая российская энциклопедия | 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. |
| Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось | «Прагьян» с помощью датчика измерил температуру почвы на глубине примерно 10 сантиметров. |
| Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось | Как сообщили ученые, находка доказывает, что жизнь способна существовать при температуре 122 °С и давлении, в десять тысяч раз превышающее давление на поверхности Земли. |
Под земной корой обнаружены скрытые слои расплавленной породы
| Тема 2: температура в недрах земли. | 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. |
| Температуру вечной мерзлоты измерят на глубине 15 метров | Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. метров. |
Ученые выявили сильные неоднородности температуры в центре Земли
Суть утверждения в целебности зимнего морозного воздуха. Эта поговорка, разумеется, только для тех, кто зимой не сидит в помещении, а активно двигается на воздухе. Почему зимний воздух считается полезным? Правда ли, что в нем больше кислорода? Далее 29. Они очень широко рекламируются в Интернете и в газетах. Говорят, что они намного эффективнее масляных радиаторов и тепловентиляторов. Меньше потребляют энергии, не сжигают кислород и т.
Согласно данным американского National Snow and Ice Data Center NSIDC , на середину июля площадь антарктического морского льда была на 1,3 млн квадратных километров меньше средней с 1981 по 2010 годы. Почти полвека спутниковых наблюдений за льдами у берегов Антарктиды можно разделить на два четких периода: с 1978 по 2015 годы его площадь вяло, но прирастала, а с 2016 года начала резко сокращаться. Многие недавние исследования указывают на изменение условий в верхнем слое океана. К этому слою примешалась теплая вода с севера, что увеличивает стратификацию расслаивание океана», — пишут исследователи NSIDC. Среди причин появления больших масс теплой воды называют замедление ветров, из-за чего в небе над Атлантикой этим летом было меньше отражающего солнце песка из Сахары, а также формирование Эль-Ниньо в Тихом океане и атмосферное потепление. Необычно, но не критично Июль 2023 года оказался богат на предсказания надвигающегося климатического апокалипсиса, поскольку побил температурные рекорды и на суше, и на море. Единственный сюрприз — это скорость изменений». Правда, пока ни один рекорд не пал — Всемирная метеорологическая организация собирает их в общий архив экстремальных погодных явлений, и 2023 год там не встречается. Еще до того, как европейский рекорд 2021 года станет официальным, он может быть побит, прогнозируют метеорологи ВМО. Но не все ученые разделяют алармизм политиков и активистов. Не только океаны, но и температура воздуха в июле также оказалась в рамках ожиданий ученых, добавляет он. Хаусфатер — член межправительственной группы экспертов по изменению климата, которая раз в несколько лет проводит климатическую диспансеризацию планеты. Ее отчеты — признанный мировым сообществом эталон оценки ситуации с изменением климата. Нынешнюю оценку, известную как CMIP6, проводят на основе 40 климатических моделей. Все происходящее сейчас на планете четко вписывается в эти прогнозы, пишет Хаусфатер. С одним небольшим исключением — температуры в северной части Атлантического океана оказались у экстремальной верхней границы прогноза. Пока нет никаких указаний на то, что мы сейчас переживаем какой-то переломный момент, результатом которого будет ускорение потепления», — уверен Хаусфатер. Другой вопрос, что модели эти предсказывают катаклизм в будущем.
Подписывайтесь одним нажатием! Если у вас есть тема, пишите нам на WhatsApp:.
То есть почти столько же, как и температура Солнца. Факт различия в температурных показателях очень важен для ученых. Ведь это помогает объяснить то, как Земля генерирует магнитное поле. Твердое ядро Земли находится внутри внешнего жидкого ядра, сверху которого, в свою очередь, расположен твердый, но в то же время текучий слой мантии. Благодаря разнице температуры между слоем мантии и внутренним ядром, которая составляет порядка 2700 градусов Цельсия, а также за счет движения мантии и вращения планеты и создается магнитное поле.
Тепловое поле Земли
На картах изотерм антиклинальные складки часто выделяются локальными максимумами температуры. Такие аномалии вызваны тем, что в пределах поднятий развит преимущественно песчаный разрез, обладающий повышенной теплопроводностью. В пределах синклинальных прогибов и впадин преимущественно глинистые породы, обладающие меньшей теплопроводностью. Зоны глубинных разломов на картах изотерм выделяются положительными аномалиями. По замерам температур в скважинах составляются карты геотермических градиентов, выявляются геотермические аномалии. В Западной Сибири повышенными температурами недр отличается Салымский нефтеносносный район, пониженными температурами — недра Северных областей.
Понятно, что в мантии Земли с ее квазивязким пластичным агрегатным состоянием, открытых трещинных систем скорее нет хотя многие геологи допускают. Приведу выдержку на эту тему из своего доклада на 2-х КЧ, который выйдет в ближайшем 10-м номере журнала Глубинная нефть: "За основу механизма внутриочаговой мобилизации «первичной миграции» в терминах органического учения УВ-флюидов согласно теории глубинного генезиса нефти может быть принята модель И. Гуфельда 2013 , которая рассматривает «формирование структуры границ в литосфере на основе процессов взаимодействия восходящих потоков водорода и гелия с твердой фазой, приводящих к образованию газовой пористости и цепочек пор, связанных трещинами. За счет действия P-T параметров и барьерного эффекта в среде характерны деструкция и развитая трещиноватость.
В литосфере и верхней мантии происходят эффекты аморфизации структуры, приводящей к увеличению пористости и диффузии комплексов типа C-H и O-H, допускается возможность горизонтальной миграции водорода и водородных комплексов на большие расстояния по зонам барьерного эффекта. Причем одной из таких зон может быть граница Мохо».
Замечалось это и при прокладке тоннелей.
Еще более высокие температуры наблюдаются в глубоких буровых скважинах. Геотермическая ступень в различных случаях неодинакова и чаще всего она колеблется от 30 до 35 м. В некоторых случаях эти колебания могут быть и выше.
Например, в штате Мичиган США , в одной из буровых скважин, расположенных близ оз. Мичиган, геотермическая ступень оказалась не 33, а 70 м. Таким образом, геотермическая ступень оказалась всего около 12 м.
Малые геотермические ступени наблюдаются также в вулканических областях, где на небольших глубинах могут быть еще неостывшие толщи изверженных пород. Но все подобные случаи являются не столько правилами, сколько исключениями. Причин, влияющих на геотермическую ступень, много.
Кроме приведенных выше, можно указать на различную теплопроводность горных пород, на характер залегания пластов и др. Большое значение в распределении температур имеет рельеф местности. Последнее хорошо можно заметить на приложенном чертеже рис.
Источником высокопотенциальной тепловой энергии являются гидротермальные ресурсы — термальные воды, нагретые в результате геологических процессов до высокой температуры, что позволяет их использовать для теплоснабжения зданий. Однако использование высокопотенциального тепла Земли ограничено районами с определенными геологическими параметрами. В России это, например, Камчатка, район Кавказских минеральных вод; в Европе источники высокопотенциального тепла есть в Венгрии, Исландии и Франции. В отличие от «прямого» использования высокопотенциального тепла гидротермальные ресурсы , использование низкопотенциального тепла Земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно. В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Низкопотенциальное тепло Земли может использоваться в различных типах зданий и сооружений многими способами: для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования охлаждения воздуха, обогрева дорожек в зимнее время года, для предотвращения обледенения, подогрева полей на открытых стадионах и т. В англоязычной технической литературе такие системы обозначаются как «GHP» — «geothermal heat pumps», геотермальные тепловые насосы. Климатические характеристики стран Центральной и Северной Европы, которые вместе с США и Канадой являются главными районами использования низкопотенциального тепла Земли, определяют главным образом потребность в отоплении; охлаждение воздуха даже в летний период требуется относительно редко. Поэтому, в отличие от США, тепловые насосы в европейских странах работают в основном в режиме отопления. В США тепловые насосы чаще используются в системах воздушного отопления , совмещенного с вентиляцией, что позволяет как подогревать, так и охлаждать наружный воздух.
В европейских странах тепловые насосы обычно применяются в системах водяного отопления. Поскольку эффективность тепловых насосов увеличивается при уменьшении разности температур испарителя и конденсатора, часто для отопления зданий используются системы напольного отопления, в которых циркулирует теплоноситель относительно низкой температуры 35—40 оC. Большинство тепловых насосов в Европе, предназначенных для использования низкопотенциального тепла Земли, оборудовано компрессорами с электрическим приводом. За последние десять лет количество систем, использующих для тепло- и холодоснабжения зданий низкопотенциальное тепло Земли посредством тепловых насосов , значительно увеличилось. Наибольшее число таких систем используется в США. Швейцария лидирует по величине использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли на душу населения. В Москве в микрорайоне Никулино-2 фактически впервые была построена теплонасосная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев Земли , а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы: парокомпрессионные теплонасосные установки ТНУ ; системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха; циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания.
Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома. Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами. Данные, оценивающие мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов, приведены в таблице. Таблица 1. Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов Грунт как источник низкопотенциальной тепловой энергии В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться подземные воды с относительно низкой температурой либо грунт поверхностных глубиной до 400 м слоев Земли. Теплосодержание грунтового массива в общем случае выше. Тепловой режим грунта поверхностных слоев Земли формируется под действием двух основных факторов — падающей на поверхность солнечной радиации и потоком радиогенного тепла из земных недр. Сезонные и суточные изменения интенсивности солнечной радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта. Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15—20 м.
Температурный режим слоев грунта, расположенных ниже этой глубины «нейтральной зоны» , формируется под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр Земли и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата рис. График изменения температуры грунта в зависимости от глубины С увеличением глубины температура грунта возрастает в соответствии с геотермическим градиентом примерно 3 градуса С на каждые 100 м. Величина потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр, для разных местностей различается. В эксплуатационный период массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника системы сбора низкопотенциального тепла грунта системы теплосбора , вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. Иначе говоря, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится в мерзлом или талом , представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему, скелет которой образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно ли связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе. Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом или тем и другим одновременно. Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других. Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии. В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла.
Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков , а также грунтовые воды. Основные факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис. Факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунта Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла или холода в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли : открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение. Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины.
Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт.
Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. 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.
Как Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата
Однако охлаждение продолжается, и тепло все еще поднимается из недр, во многом определяя течения магмы, тектонику плит и вулканическую активность. Вопросы о том, какими темпами земные недра теряют тепло и когда застынут окончательно, остаются дискуссионными. 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.
Как сообщил информационному агентству Press Trust of India сотрудник Индийской организации космических исследований Би Дарукеша, ранее считали, что температура поверхности равна 20—30 градусам. Новые данные оказались для учёных неожиданными.
Индийский луноход «Прагьян».
Следует отметить, что фактически существует вторая зона, где геотермический градиент очень силен. Это граница раздела мантии и внешнего ядра. Такие области, где температура очень быстро растет с глубиной, называются термическими пограничными слоями. Они расположены у основания и вершины конвективных ячеек, движущих мантию Земли.
Таким образом, мы видим, что тепло Земли передается через ее оболочки по-разному. Если в литосфере оно передается путем теплопроводности, то в мантии доминирующим механизмом является конвекция. Этот механизм стремится к однородности температуры и, следовательно, ограничивает геотермический градиент в мантии, которая является самой большой оболочкой Земли. Это объясняет, почему температура в центре Земли гораздо ниже, чем мы могли бы предположить на первый взгляд.
Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт. Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. 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.
Тепловое поле Земли
Большая часть этой энергии, примерно 90%, хранится на глубине до 300 м в земле. На глубине 5 км исследователи столкнулись с неожиданно высокой температурой — более 700 °С. Через 2 км температура выросла до 1 200 °С. Тогда работы отложили на год — до установки модифицированной версии «Уралмаш-15000» с повышенной термостойкостью. от десятков до сотен метров - температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. Индийский луноход «Прагьян» передал на Землю первые научные данные, которые во многом меняют представления о Южном полюсе Луны.
Расчет необходимой глубины скважин
- Наши проекты
- Поверхность Луны оказалась более горячей, чем считалось раньше
- Температура ядра Земли на тысячу градусов выше, чем ранее предполагалось
- Комментарии
- Геотермический градиент — Википедия
Суша Земли стала нагреваться в 20 раз быстрее: чем это грозит
| Рекордно высокую температуру зафиксировали на Земле | Температура Земли на глубине 3 тыс. километров намного более неоднородна, чем считалось ранее. |
| Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось | Индийский посадочный модуль «Викрам» передал на Землю первые данные о температуре лунной поверхности. |
| Температура Земли приблизилась к рекордным показателям за 50 млн лет - Российская газета | В Кольской скважине глубиной 12 км температура достигает 220° C, а чем ниже — тем горячее. |
| Ученые выявили сильные неоднородности температуры в центре Земли | Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. метров. |
| Энергия тепла земных глубин - Ассоциация "Глобальная энергия" | Установлено, что вблизи поверхности Земли возрастание температуры с глубиной составляет примерно 20° на каждый километр. |