Einführung

Im Vergleich zur Größe der Globus, die Erdkruste beträgt 1/200 ihres Radius. Aber dieser "Film" ist in seiner Struktur am komplexesten und immer noch am komplexesten mysteriöse Formation unser Planet. Das Hauptmerkmal der Kruste ist, dass sie als Grenzschicht zwischen dem Globus und der uns umgebenden Welt dient. Weltraum. In dieser Übergangszone zwischen den beiden Elementen des Universums - dem Kosmos und der Planetensubstanz - fanden ständig die komplexesten physikalischen und chemischen Prozesse statt, und bemerkenswerterweise sind die Spuren dieser Prozesse weitgehend erhalten geblieben.

Die Hauptziele der Arbeit sind:

Betrachten Sie die Haupttypen der Erdkruste und ihrer Bestandteile;

Definieren tektonische Strukturen die Erdkruste;

Betrachten Sie die mineralische Zusammensetzung der Erdkruste und der Gesteine.

Die Struktur und Dicke der Erdkruste

Die ersten Ideen über die Existenz der Erdkruste wurden von dem englischen Physiker W. Gilbert im Jahr 1600 geäußert. Sie wurden gebeten, das Innere der Erde in zwei ungleiche Teile zu unterteilen: die Kruste oder Schale und den festen Kern.

Die Entwicklung dieser Ideen ist in den Arbeiten von L. Descartes, G. Leibniz, J. Buffon, M. V. Lomonosov und vielen anderen in- und ausländischen Wissenschaftlern enthalten. Zu Beginn konzentrierte sich die Erforschung der Erdkruste auf die Erforschung der Erdkruste der Kontinente. Daher spiegelten die ersten Modelle der Kruste die strukturellen Merkmale der kontinentalen Kruste wider.

Der Begriff „Erdkruste“ wurde eingeführt Geographische WissenschaftÖsterreichischer Geologe E. Suess im Jahr 1881 (8) Neben diesem Begriff hat diese Schicht einen anderen Namen - Sial, zusammengesetzt aus den Anfangsbuchstaben der hier häufigsten Elemente - Silizium (Silicium, 26%) und Aluminium (Aluminium, 7,45% ) .

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts begann die Untersuchung der Struktur des Untergrunds mit Hilfe von Seismologie und Seismik. Bei der Analyse der Natur der seismischen Wellen des Erdbebens in Kroatien im Jahr 1909 identifizierte der Seismologe A. Mohorovicic, wie bereits erwähnt, eine klar nachvollziehbare seismische Grenze in einer Tiefe von etwa 50 km, die er als Sohle der Erdkruste (die Oberfläche von Mohorovicic, Moho oder M).

1925 verzeichnete V. Konrad oberhalb der Mohorovicich-Grenze eine weitere Schnittfläche innerhalb der Kruste, die auch seinen Namen erhielt - die Konrad-Fläche oder die K-Fläche - die Grenze zwischen den Schichten "Granit" und "Basalt" ist der Konrad-Schnitt.

Die Wissenschaftler schlugen vor, die obere Schicht der Kruste mit einer Dicke von etwa 12 km "Granitschicht" und die untere Schicht mit einer Dicke von 25 km "Basalt" zu nennen. Das erste zweischichtige Modell der Struktur der Erdkruste erschien. Weitere Forschung ermöglichte es, die Dicke der Kruste in zu messen verschiedene Bereiche Kontinente. Es wurde festgestellt, dass es in tief liegenden Gebieten 35? 45 km, und in den Bergen erhöht es sich auf 50? 60 Kilometer ( maximale Leistung Kruste - 75 km im Pamir aufgezeichnet). Eine solche Verdickung der Erdkruste wurde von B. Gutenberg "Bergwurzeln" genannt.

Es wurde auch festgestellt, dass die Granitschicht eine seismische Wellengeschwindigkeit von 5 hat 6 km / s, charakteristisch für Granite, und der untere - 6? 7 km/s, typisch für Basalte. Die aus Granit- und Basaltschichten bestehende Erdkruste wurde als konsolidierte Kruste bezeichnet, auf der sich eine weitere obere Sedimentschicht befindet. Seine Leistung variierte innerhalb von 0? 5–6 km (die maximale Dicke der Sedimentschicht erreicht 20 × 25 km).

Ein neuer Schritt in der Untersuchung der Struktur der Erdkruste der Kontinente wurde durch die Einführung starker Sprengquellen seismischer Wellen gemacht.

1954 G.A. Gamburtsev entwickelte eine Methode der tiefen seismischen Sondierung (GSZ), die es ermöglichte, die Eingeweide der Erde bis zu einer Tiefe von 100 km zu "erleuchten".

Seismische Studien wurden nach speziellen Profilen durchgeführt, die es den Wissenschaftlern ermöglichten, kontinuierliche Informationen über die Struktur der Erdkruste zu erhalten. Die seismische Untersuchung wurde in durchgeführt Küstenzonen Meere und Ozeane, und in den frühen 60er Jahren begannen weltweite Studien mit dieser Methode des Meeresbodens. Die Idee der Existenz von zwei grundlegend verschiedene Arten Kruste: kontinental und ozeanisch.

Die GSZ-Materialien ermöglichten es sowjetischen Geophysikern (Yu.N.Godin, N.I.Pavlinkova, N.K.Bulin usw.), die Vorstellung von der Existenz der allgegenwärtigen Konrad-Oberfläche zu widerlegen. Dies wurde auch durch die Bohrung des supertiefen Bohrlochs Kola bestätigt, die den Boden der Granitschicht in der von Geophysikern angegebenen Tiefe nicht freigelegt hat.

Es begannen sich Ideen über die Existenz mehrerer Grenzflächen wie der Konrad-Oberfläche zu entwickeln, deren Positionen weniger durch eine Veränderung der Zusammensetzung kristalliner Gesteine, sondern durch einen unterschiedlichen Grad ihrer Metamorphose bestimmt wurden. Gedanken äußerten sich in der Zusammensetzung der Granit- und Basaltschichten der Erdkruste essentielle Rolle metamorphe Felsen spielen (Yu.N. Godin, I.A. Rezanov, V.V. Belousov usw.).

Die Zunahme der Geschwindigkeit seismischer Wellen wurde durch eine Zunahme der Basizität von Gesteinen und erklärt Größtenteils ihre Metamorphose. Die „Granit“-Schicht sollte also nicht nur Granitoide enthalten, sondern auch metamorphe Gesteine ​​(wie Gneise, Glimmerschiefer etc.), die aus primären Sedimentablagerungen entstanden sind. Die Schicht wurde Granit-metamorph oder Granit-Gneis genannt. Es wurde als eine Reihe von magmatischen und sedimentär-metamorphen Gesteinen, Zusammensetzung und verstanden Phasenzustand die physikalische Parameter verursachen, die denen von unveränderten Graniten oder Granitoiden nahe kommen, d.h. Dichte in der Größenordnung von 2,58? 2,64 g/cm und Reservoirgeschwindigkeit 5,5? 6,3 km/s.

Das Vorhandensein von Gesteinen des tiefen (Granulit-)Stadiums der Metamorphose wurde in der Zusammensetzung der "Basalt" -Schicht zugelassen. Es wurde Granulit-mafisch, Granulit-eklogitisch genannt und als eine Reihe von magmatischen und metamorphosierten Gesteinen mittlerer, basischer oder ähnlicher Zusammensetzung mit physikalischen Parametern verstanden: Dichte 2,8? 3,1 g/cm, Reservoirgeschwindigkeit 6,6? 7,4 km/s. Nach den experimentellen Daten zu urteilen, Fragmente (Xenolithe) von tiefen Gesteinen aus Explosionsrohren, kann diese Schicht aus Granuliten, Gabbroiden, basischen Gneisen und eklogitähnlichen Gesteinen bestehen.

Die Begriffe „Granit“ und „Basaltschicht“ blieben im Umlauf, wurden jedoch in Anführungszeichen gesetzt, wodurch die Konventionalität ihrer Zusammensetzung und ihres Namens betont wurde.

Die moderne Entwicklungsstufe der Vorstellungen über den Aufbau der Erdkruste der Kontinente begann in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts und ist durch die Erstellung eines dreischichtigen Modells der konsolidierten Kruste gekennzeichnet. Studien einer Reihe von inländischen (N. I. Pavlenkova, I. P. Kosminskaya) und ausländischen (S. Mueller) Wissenschaftlern haben bewiesen, dass in der Struktur der Erdkruste von Kontinenten neben der Sedimentschicht unterschieden werden muss wenigstens, drei, nicht zwei Schichten: oben, Mitte und unten (Abb. 1).

Die oberste Schicht mit einer Kapazität von 8? 15 km, ist durch eine Zunahme der Geschwindigkeit seismischer Wellen mit Tiefe, Blockstruktur, dem Vorhandensein relativ zahlreicher Risse und Störungen gekennzeichnet. Sohlenschicht mit Geschwindigkeiten von 6,1? 6,5 km/s ist als Grenze von K definiert. Laut einigen Wissenschaftlern entspricht die obere Schicht der konsolidierten Kruste der Granit-metamorphen Schicht im Zweischichtmodell der Kruste.

Die zweite (mittlere) Schicht bis zu einer Tiefe von 20 25 km (manchmal bis zu 30 km) ist durch eine leichte Abnahme der Geschwindigkeit elastischer Wellen (ca. 6,4 km/s) und das Fehlen von Geschwindigkeitsgradienten gekennzeichnet. Seine Sohle hebt sich als Grenze von K ab. Es wird angenommen, dass die zweite Schicht aus Gesteinen des Basalttyps besteht, sodass sie mit der "Basalt" -Schicht der Kruste identifiziert werden kann.

Abb.1

Die dritte (untere) Schicht, die bis zur Basis der Kruste verfolgt wird, hat eine hohe Geschwindigkeit (6,8 × 7,7 km / s). Es ist durch eine dünne Schichtung und eine Zunahme des Geschwindigkeitsgradienten mit der Tiefe gekennzeichnet. Es wird durch ultramafische Gesteine ​​​​dargestellt, daher kann es nicht der "Basalt" -Schicht der Kruste zugeordnet werden. Es gibt Hinweise darauf, dass die untere Schicht der Kruste ein Produkt der Umwandlung der Substanz des oberen Mantels ist, eine Art Mantelverwitterungszone (N.I. Pavlenkova). BEIM klassisches Modell die struktur der kruste, die mittleren und unteren schichten bilden die granulit-mafische schicht.

Aufbau und Dicke der Erdkruste sind in den verschiedenen Regionen der Kontinente etwas unterschiedlich. So sind die folgenden strukturellen Merkmale für die Erdkruste, tiefe Plattformvertiefungen und Vortiefen charakteristisch: eine große Dicke der Sedimentschicht (bis zur Hälfte der Dicke der gesamten Kruste); dünnere und konsolidiertere Hochgeschwindigkeitskruste als in anderen Teilen der Plattformen; die erhöhte Lage der Oberfläche M. Die obere („Granit“) Schicht der konsolidierten Kruste verkeilt sich oft oder wird stark dünner, und auch die Dicke der mittleren Schicht wird deutlich reduziert.

In unserem an Kohlenwasserstoffen reichen Land ist Geothermie eine Art exotischer Rohstoff, der nach heutigem Stand kaum mit Öl und Gas konkurrieren kann. Dennoch lässt sich diese alternative Energieform fast überall und recht effizient nutzen.

Geothermie ist die Wärme des Erdinneren. Es entsteht in der Tiefe und gelangt in unterschiedlicher Form und Intensität an die Erdoberfläche.

Die Temperatur der oberen Bodenschichten hängt hauptsächlich von äußeren (exogenen) Faktoren ab - Sonnenlicht und Lufttemperatur. Im Sommer und tagsüber erwärmt sich der Boden bis zu bestimmten Tiefen, im Winter und in der Nacht kühlt er sich entsprechend der Lufttemperaturänderung und mit einiger Verzögerung mit zunehmender Tiefe ab. Der Einfluss der täglichen Schwankungen der Lufttemperatur endet in Tiefen von wenigen bis mehreren zehn Zentimetern. Saisonale Schwankungen erfassen tiefere Bodenschichten - bis zu mehreren zehn Metern.

In einer bestimmten Tiefe – von zehn bis hundert Metern – wird die Temperatur des Bodens konstant gehalten, gleich der durchschnittlichen jährlichen Lufttemperatur an der Erdoberfläche. Dies ist leicht zu überprüfen, indem man in eine ziemlich tiefe Höhle hinabsteigt.

Wenn die durchschnittliche jährliche Lufttemperatur in einem bestimmten Gebiet unter Null liegt, manifestiert sich dies als Permafrost (genauer Permafrost). BEIM Ostsibirien Die Mächtigkeit, also die Mächtigkeit ganzjährig gefrorener Böden erreicht stellenweise 200–300 m.

Ab einer bestimmten Tiefe (für jeden Punkt auf der Karte eine eigene) schwächt sich die Wirkung der Sonne und der Atmosphäre so stark ab, dass endogene (innere) Faktoren in den Vordergrund treten und das Erdinnere von innen aufgeheizt wird, so dass die Temperatur zu sinken beginnt steigen mit der Tiefe.

Die Erwärmung der tiefen Erdschichten ist vor allem mit dem Zerfall der dort befindlichen radioaktiven Elemente verbunden, es werden aber auch andere Wärmequellen genannt, beispielsweise physikalisch-chemische, tektonische Prozesse in den tiefen Schichten der Erdkruste und des Erdmantels. Aber was auch immer die Ursache sein mag, die Temperatur von Gestein und damit verbundenen flüssigen und gasförmigen Substanzen steigt mit der Tiefe. Bergleute sind mit diesem Phänomen konfrontiert - in tiefen Minen ist es immer heiß. In einer Tiefe von 1 km dreißig Grad Hitze - normales Phänomen, und die Temperatur ist sogar noch höher tiefer.

Der Wärmestrom des Erdinneren, der die Erdoberfläche erreicht, ist gering - seine Leistung beträgt im Durchschnitt 0,03–0,05 W / m 2 oder ungefähr 350 Wh / m 2 pro Jahr. Im Hintergrund Wärmefluss von der Sonne und der von ihr erwärmten Luft ist dies eine nicht wahrnehmbare Größe: Die Sonne gibt jedem Quadratmeter Erdoberfläche ca. 4.000 kWh jährlich, also 10.000 Mal mehr (natürlich ist dies ein Durchschnitt, mit einer großen Streuung zwischen polaren und äquatorialen Breiten und abhängig von anderen Klima- und Wetterfaktoren).

Die Geringfügigkeit des Wärmeflusses aus der Tiefe an die Oberfläche auf dem größten Teil des Planeten hängt mit der geringen Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen und Merkmalen zusammen geologische Struktur. Aber es gibt Ausnahmen - Orte, an denen der Wärmestrom hoch ist. Dies sind vor allem Zonen tektonischer Störungen, erhöht seismische Aktivität und Vulkanismus, wo die Energie des Erdinneren einen Ausweg findet. Solche Zonen sind durch thermische Anomalien der Lithosphäre gekennzeichnet, hier kann der die Erdoberfläche erreichende Wärmestrom um ein Vielfaches und sogar um Größenordnungen stärker sein als der „übliche“. In diesen Zonen wird durch Vulkanausbrüche und heiße Wasserquellen eine große Menge Wärme an die Oberfläche gebracht.

Diese Gebiete sind für die Entwicklung der Geothermie am günstigsten. Auf dem Territorium Russlands ist dies vor allem Kamtschatka, Kurilen und dem Kaukasus.

Gleichzeitig ist die Erschließung von Geothermie fast überall möglich, da die Temperaturerhöhung mit der Tiefe ein allgegenwärtiges Phänomen ist und die Aufgabe darin besteht, dem Darm Wärme „zu entziehen“, so wie dort mineralische Rohstoffe gewonnen werden.

Im Durchschnitt steigt die Temperatur mit der Tiefe um 2,5–3 °C pro 100 m. Das Verhältnis der Temperaturdifferenz zwischen zwei in unterschiedlichen Tiefen liegenden Punkten zum Tiefenunterschied zwischen ihnen wird als geothermischer Gradient bezeichnet.

Der Kehrwert ist die geothermische Stufe oder das Tiefenintervall, in dem die Temperatur um 1 °C ansteigt.

Je höher das Gefälle und entsprechend niedriger die Stufe, desto näher kommt die Wärme aus den Tiefen der Erde der Erdoberfläche und desto aussichtsreicher ist dieses Gebiet für die Erschließung der Geothermie.

Je nach geologischer Struktur und anderen regionalen und lokalen Bedingungen kann die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs mit der Tiefe in verschiedenen Gebieten dramatisch variieren. Auf der Skala der Erde erreichen die Schwankungen der Werte der geothermischen Gradienten und Stufen das 25-fache. Im Bundesstaat Oregon (USA) beträgt die Steigung beispielsweise 150 °C pro 1 km, und in Südafrika- 6 ° C pro 1 km.

Die Frage ist, wie hoch ist die Temperatur in großen Tiefen - 5, 10 km oder mehr? Wenn sich der Trend fortsetzt, sollten die Temperaturen in einer Tiefe von 10 km im Durchschnitt etwa 250–300 °C betragen. Dies wird durch direkte Beobachtungen in ultratiefen Bohrlöchern mehr oder weniger bestätigt, obwohl das Bild viel komplizierter ist als der lineare Temperaturanstieg.

Beispielsweise ändert sich die Temperatur in der im Baltic Crystalline Shield gebohrten Kola-Superdeep-Bohrung mit einer Rate von 10 ° C / 1 km bis zu einer Tiefe von 3 km, und dann wird der geothermische Gradient 2- bis 2,5-mal größer. In 7 km Tiefe wurde bereits eine Temperatur von 120 °C gemessen, in 10 km - 180 °C und in 12 km - 220 °C.

Ein weiteres Beispiel ist ein Brunnen im nördlichen Kaspischen Meer, wo in 500 m Tiefe eine Temperatur von 42 °C gemessen wurde, bei 1,5 km - 70 °C, bei 2 km - 80 °C, bei 3 km - 108 °C.

Es wird angenommen, dass der Geothermiegradient ab einer Tiefe von 20–30 km abnimmt: In 100 km Tiefe liegen die geschätzten Temperaturen bei etwa 1300–1500 °C, in 400 km Tiefe bei 1600 °C im Erdreich Kern (Tiefen über 6000 km) - 4000–5000 ° C.

In Tiefen bis zu 10–12 km wird die Temperatur durch gebohrte Brunnen gemessen; wo sie nicht vorhanden sind, wird sie durch indirekte Zeichen ebenso bestimmt wie in größerer Tiefe. Solch indirekte Zeichen kann die Art des Durchgangs seismischer Wellen oder die Temperatur der ausbrechenden Lava sein.

Für die Zwecke der Geothermie sind jedoch Temperaturdaten in Tiefen von mehr als 10 km noch nicht von praktischem Interesse.

In mehreren Kilometern Tiefe gibt es viel Hitze, aber wie kann man sie anheben? Manchmal löst die Natur selbst dieses Problem für uns mit Hilfe eines natürlichen Kühlmittels - erhitzt Thermalwasser, an die Oberfläche kommen oder in einer für uns zugänglichen Tiefe liegen. In einigen Fällen wird das Wasser in der Tiefe zu Dampf erhitzt.

Es gibt keine strenge Definition des Begriffs „Thermalwasser“. Sie bedeuten in der Regel heißes Grundwasser in flüssigem Zustand oder in Form von Dampf, einschließlich solcher, die mit einer Temperatur von über 20 ° C an die Erdoberfläche gelangen, dh in der Regel höher als die Lufttemperatur.

Die Wärme von Grundwasser, Dampf, Dampf-Wasser-Gemischen ist hydrothermale Energie. Dementsprechend wird Energie, die auf ihrer Verwendung basiert, als Hydrothermal bezeichnet.

Komplizierter ist die Situation bei der Wärmegewinnung direkt aus trockenem Gestein - petrothermale Energie, zumal ausreichend hohe Temperaturen in der Regel aus Tiefen von mehreren Kilometern beginnen.

Auf dem Territorium Russlands ist das Potenzial der Petrothermalenergie hundertmal höher als das der Hydrothermalenergie - 3.500 bzw. 35 Billionen Tonnen Standardbrennstoff. Das ist ganz natürlich – die Wärme der Erdtiefen ist überall und Thermalwasser findet man lokal. Aufgrund offensichtlicher technischer Schwierigkeiten wird der Großteil des Thermalwassers derzeit jedoch zur Erzeugung von Wärme und Strom verwendet.

Wassertemperaturen von 20-30 bis 100°C eignen sich zum Heizen, Temperaturen ab 150°C und darüber – und zur Stromerzeugung in Geothermiekraftwerken.

Im Allgemeinen sind die geothermischen Ressourcen auf dem Territorium Russlands in Tonnen Standardbrennstoff oder einer anderen Energiemesseinheit etwa zehnmal höher als die fossilen Brennstoffreserven.

Theoretisch könnte nur Geothermie den Energiebedarf des Landes vollständig decken. Praktisch an dieser Moment in den meisten Gebieten ist dies aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht machbar.

In der Welt wird die Nutzung von Erdwärme am häufigsten mit Island in Verbindung gebracht – einem Land am nördlichen Ende des Mittelatlantischen Rückens, in einer äußerst aktiven tektonischen und vulkanischen Zone. Wahrscheinlich erinnert sich jeder mächtiger Ausbruch Vulkan Eyjafjallajökull ( Eyjafjallajökull) in 2010.

Dank dieser geologischen Besonderheit verfügt Island über riesige Reserven an geothermischer Energie, einschließlich heißer Quellen, die an die Erdoberfläche gelangen und sogar in Form von Geysiren sprudeln.

In Island werden derzeit mehr als 60 % der gesamten verbrauchten Energie der Erde entnommen. Einschließlich geothermischer Quellen werden 90 % der Wärme und 30 % der Stromerzeugung bereitgestellt. Wir fügen hinzu, dass der Rest des Stroms im Land von Wasserkraftwerken produziert wird, also auch aus einer erneuerbaren Energiequelle, wodurch Island wie eine Art globaler Umweltstandard aussieht.

Die „Zähmung“ der Erdwärme im 20. Jahrhundert hat Island wirtschaftlich erheblich geholfen. Bis Mitte des letzten Jahrhunderts war es ein sehr armes Land, jetzt steht es weltweit an erster Stelle in Bezug auf die installierte Kapazität und Produktion von Geothermie pro Kopf und gehört zu den Top Ten in Bezug auf die absolut installierte Kapazität von Geothermie Pflanzen. Die Bevölkerung beträgt jedoch nur 300.000 Menschen, was die Umstellung auf umweltfreundliche Maßnahmen vereinfacht saubere Quellen Energie: Der Bedarf dafür ist im Allgemeinen gering.

Neben Island ist ein hoher Anteil an Geothermie in allgemeine Bilanz Die Stromerzeugung erfolgt in Neuseeland und den Inselstaaten Südostasiens (Philippinen und Indonesien), den Ländern Mittelamerikas und Ostafrikas, deren Territorium auch durch hohe seismische und vulkanische Aktivität gekennzeichnet ist. Für diese Länder leistet Geothermie bei ihrem derzeitigen Entwicklungsstand und Bedarf einen wesentlichen Beitrag zur sozioökonomischen Entwicklung.

Die Nutzung der Erdwärme hat einen sehr hohen Stellenwert lange Geschichte. Einer der Ersten berühmte Beispiele- Italien, ein Ort in der Provinz Toskana, heute Larderello genannt, wo zu Beginn des 19. Jahrhunderts lokales heißes Thermalwasser, das natürlich floss oder aus flachen Brunnen gewonnen wurde, für Energiezwecke genutzt wurde.

Borhaltiges Wasser aus unterirdischen Quellen wurde hier zur Gewinnung von Borsäure verwendet. Ursprünglich wurde diese Säure durch Verdampfung in Eisenkesseln gewonnen, und gewöhnliches Brennholz wurde als Brennstoff aus nahe gelegenen Wäldern entnommen, aber 1827 schuf Francesco Larderel ein System, das mit der Hitze des Wassers selbst arbeitete. Gleichzeitig begann man, die Energie des natürlichen Wasserdampfs für den Betrieb von Bohrtürmen und zu Beginn des 20. Jahrhunderts für die Beheizung lokaler Häuser und Gewächshäuser zu nutzen. An der gleichen Stelle, in Larderello, entstand 1904 Thermalwasserdampf Energiequelle Strom zu bekommen.

Dem Beispiel Italiens Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts folgten einige andere Länder. Zum Beispiel wurde Thermalwasser 1892 erstmals in den Vereinigten Staaten (Boise, Idaho), 1919 - in Japan, 1928 - in Island zum lokalen Heizen verwendet.

In den Vereinigten Staaten erschien das erste hydrothermale Kraftwerk Anfang der 1930er Jahre in Kalifornien, in Neuseeland - 1958, in Mexiko - 1959, in Russland (das weltweit erste binäre GeoPP) - 1965 .

Ein altes Prinzip an einer neuen Quelle

Stromerzeugung erfordert eine höhere Wasserquellentemperatur als Heizung, über 150°C. Das Funktionsprinzip eines geothermischen Kraftwerks (GeoES) ähnelt dem Funktionsprinzip eines konventionellen thermischen Kraftwerks (TPP). Tatsächlich ist ein Geothermiekraftwerk eine Art Wärmekraftwerk.

In thermischen Kraftwerken dienen in der Regel Kohle, Gas oder Heizöl als primäre Energiequelle und Wasserdampf als Arbeitsmedium. Der brennende Brennstoff erhitzt das Wasser in einen Dampfzustand, der die Dampfturbine dreht und Strom erzeugt.

Der Unterschied zum GeoPP besteht darin, dass die primäre Energiequelle hier die Wärme des Erdinneren ist und Arbeitskörper in Form von Dampf direkt aus der Förderbohrung „fertig“ in die Turbinenschaufeln des Stromgenerators gelangt.

Es gibt drei Hauptschemata des GeoPP-Betriebs: direkt, unter Verwendung von trockenem (geothermischem) Dampf; indirekt, basierend auf hydrothermalem Wasser und gemischt oder binär.

Die Verwendung des einen oder anderen Schemas hängt vom Aggregatzustand und der Temperatur des Energieträgers ab.

Das einfachste und damit erste der gemeisterten Schemata ist das direkte, bei dem der aus dem Brunnen kommende Dampf direkt durch die Turbine geleitet wird. Auch die weltweit erste GeoPP in Larderello im Jahr 1904 wurde mit Trockendampf betrieben.

GeoPP mit indirektes Schema Jobs sind heutzutage die häufigsten. Sie nutzen heißes Grundwasser, das unter hohem Druck in einen Verdampfer gepumpt wird, wo ein Teil davon verdampft und der dabei entstehende Dampf eine Turbine antreibt. In einigen Fällen sind zusätzliche Geräte und Kreisläufe erforderlich, um geothermisches Wasser und Dampf von aggressiven Verbindungen zu reinigen.

Der Abdampf gelangt in den Injektionsbrunnen oder wird zur Raumheizung genutzt – hier gilt das gleiche Prinzip wie beim Betrieb eines BHKW.

Bei binären GeoPPs interagiert heißes Thermalwasser mit einer anderen Flüssigkeit, die als Arbeitsflüssigkeit mit niedrigerem Siedepunkt fungiert. Beide Flüssigkeiten werden durch einen Wärmetauscher geleitet, wo Thermalwasser die Arbeitsflüssigkeit verdampft, deren Dämpfe die Turbine antreiben.

Dieses System ist geschlossen, was das Problem der Emissionen in die Atmosphäre löst. Außerdem ermöglichen Arbeitsflüssigkeiten mit einem relativ niedrigen Siedepunkt, nicht sehr heiße Thermalwässer als primäre Energiequelle zu nutzen.

Alle drei Systeme nutzen eine hydrothermale Quelle, aber auch petrothermale Energie kann zur Stromerzeugung genutzt werden.

Der Schaltplan ist in diesem Fall auch recht einfach. Es müssen zwei miteinander verbundene Brunnen gebohrt werden - Injektion und Produktion. Wasser wird in den Injektionsbrunnen gepumpt. In der Tiefe heizt es sich auf, dann wird durch eine Produktionsbohrung erhitztes Wasser oder Dampf, der durch starke Erwärmung entsteht, an die Oberfläche geleitet. Außerdem kommt es darauf an, wie die petrothermale Energie genutzt wird – zum Heizen oder zur Stromerzeugung. Durch das Zurückpumpen von Abdampf und Wasser in den Schluckbrunnen oder eine andere Entsorgung ist ein geschlossener Kreislauf möglich.

Der Nachteil eines solchen Systems liegt auf der Hand: Um eine ausreichend hohe Temperatur des Arbeitsfluids zu erreichen, müssen Bohrlöcher in großer Tiefe gebohrt werden. Und dies ist ein erheblicher Kostenfaktor und das Risiko eines erheblichen Wärmeverlusts, wenn sich die Flüssigkeit nach oben bewegt. Daher sind petrothermale Systeme immer noch weniger verbreitet als hydrothermale, obwohl das Potenzial der petrothermalen Energie um Größenordnungen höher ist.

Derzeit ist Australien führend bei der Schaffung sogenannter petrothermaler Zirkulationssysteme (PCS). Darüber hinaus entwickelt sich diese Richtung der Geothermie aktiv in den USA, der Schweiz, Großbritannien und Japan.

Geschenk von Lord Kelvin

Die Erfindung der Wärmepumpe im Jahr 1852 durch den Physiker William Thompson (alias Lord Kelvin) bot der Menschheit eine echte Chance, die minderwertige Wärme der oberen Erdschichten zu nutzen. Das Wärmepumpensystem oder Wärmemultiplikator, wie Thompson es nannte, basiert auf physikalischer Prozess Wärmeübertragung aus Umfeld zum Kühlmittel. Tatsächlich verwendet es das gleiche Prinzip wie in petrothermalen Systemen. Der Unterschied liegt in der Wärmequelle, in deren Zusammenhang sich eine terminologische Frage stellen kann: Inwieweit kann eine Wärmepumpe als geothermisches System betrachtet werden? Tatsache ist, dass sich in den oberen Schichten bis zu einer Tiefe von mehreren zehn oder hundert Metern die Gesteine ​​​​und die darin enthaltenen Flüssigkeiten nicht erwärmen. tiefe Wärme Erde, sondern die Sonne. Es ist also die Sonne dieser Fall- die primäre Wärmequelle, obwohl sie wie bei geothermischen Systemen aus dem Boden entnommen wird.

Die Wirkungsweise einer Wärmepumpe beruht auf der verzögerten Erwärmung und Abkühlung des Erdreichs gegenüber der Atmosphäre, wodurch sich zwischen der Oberfläche und tieferen Schichten ein Temperaturgefälle ausbildet, das ähnlich wie im Winter Wärme speichert Was passiert in Stauseen. Der Hauptzweck von Wärmepumpen ist die Raumheizung. Tatsächlich ist es ein „umgekehrter Kühlschrank“. Sowohl die Wärmepumpe als auch der Kühlschrank interagieren mit drei Komponenten: der inneren Umgebung (im ersten Fall - einem beheizten Raum, im zweiten - einer gekühlten Kühlkammer), der äußeren Umgebung - einer Energiequelle und einem Kältemittel (Kältemittel). ist auch ein Kühlmittel, das Wärmeübertragung oder Kälte bereitstellt.

Eine Substanz mit niedrigem Siedepunkt wirkt als Kältemittel, das es ihr ermöglicht, Wärme aus einer Quelle zu entnehmen, die sogar eine relativ niedrige Temperatur hat.

Im Kühlschrank gelangt das flüssige Kältemittel durch eine Drossel (Druckregler) in den Verdampfer, wo die Flüssigkeit aufgrund eines starken Druckabfalls verdampft. Verdunstung ist ein endothermer Prozess, bei dem Wärme von außen aufgenommen werden muss. Dadurch wird den Innenwänden des Verdampfers Wärme entzogen, was für einen Kühleffekt in der Kühlkammer sorgt. Weiter vom Verdampfer wird das Kältemittel in den Kompressor gesaugt, wo es in den flüssigen Aggregatzustand zurückkehrt. Dies ist der umgekehrte Prozess, der zur Freisetzung der entzogenen Wärme führt Außenumgebung. In der Regel wird es in den Raum geworfen, und die Rückwand des Kühlschranks ist relativ warm.

Eine Wärmepumpe funktioniert fast genauso, mit dem Unterschied, dass der Außenumgebung Wärme entzogen und durch den Verdampfer zugeführt wird interne Umgebung- Raumheizung.

In einer echten Wärmepumpe wird Wasser erhitzt, durch einen externen Kreislauf geleitet, der im Boden oder in einem Reservoir verlegt ist, und dann in den Verdampfer geleitet.

Im Verdampfer wird Wärme auf einen internen Kreislauf übertragen, der mit einem Kältemittel mit niedrigem Siedepunkt gefüllt ist, das beim Durchgang durch den Verdampfer unter Wärmeaufnahme vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht.

Als nächstes gelangt das gasförmige Kältemittel in den Kompressor, wo es komprimiert wird hoher Druck und Temperatur und tritt in den Kondensator ein, wo ein Wärmeaustausch zwischen dem heißen Gas und dem Kühlmittel aus dem Heizsystem stattfindet.

Der Kompressor benötigt zum Betrieb elektrische Energie, jedoch ist das Transformationsverhältnis (Verhältnis von verbrauchter und erzeugter Energie) in modernen Systemen hoch genug, um deren Effizienz zu gewährleisten.

Gegenwärtig werden Wärmepumpen häufig zur Raumheizung eingesetzt, hauptsächlich in wirtschaftlich entwickelten Ländern.

Öko-korrekte Energie

Geothermie gilt als umweltfreundlich, was grundsätzlich zutrifft. Erstens nutzt es eine erneuerbare und praktisch unerschöpfliche Ressource. Geothermie benötigt im Gegensatz zu großen Wasserkraftwerken oder Windparks keine großen Flächen und belastet im Gegensatz zu Kohlenwasserstoffenergie nicht die Atmosphäre. Im Durchschnitt nimmt GeoPP 400 m 2 in Bezug auf 1 GW erzeugten Strom ein. Dieselbe Zahl beträgt beispielsweise für ein Kohlekraftwerk 3600 m 2. Zu den Umweltvorteilen von GeoPPs gehört auch ein geringer Wasserverbrauch – 20 Liter Frischwasser pro 1 kW, während thermische Kraftwerke und Kernkraftwerke etwa 1000 Liter benötigen. Beachten Sie, dass dies die Umweltindikatoren des "durchschnittlichen" GeoPP sind.

Aber es gibt immer noch negative Nebenwirkungen. Unter ihnen wird am häufigsten Lärm unterschieden, Wärmebelastung Atmosphäre und Chemikalien - Wasser und Boden, sowie die Bildung fester Abfälle.

Die Hauptquelle der chemischen Belastung der Umwelt ist das Thermalwasser selbst (mit hohe Temperatur und Salzgehalt), die oft große Mengen toxischer Verbindungen enthalten, und daher gibt es ein Problem bei der Entsorgung von Abwasser und gefährlichen Stoffen.

Die negativen Auswirkungen der Erdwärme lassen sich an mehreren Stellen nachvollziehen, beginnend mit dem Bohren von Brunnen. Hier bestehen die gleichen Gefahren wie bei jedem Brunnenbau: Zerstörung des Bodens und der Vegetationsdecke, Verschmutzung des Bodens und des Grundwassers.

In der Betriebsphase des GeoPP bestehen die Probleme der Umweltverschmutzung fort. Thermalflüssigkeiten – Wasser und Dampf – enthalten typischerweise Kohlendioxid (CO 2), Schwefelsulfid (H 2 S), Ammoniak (NH 3), Methan (CH 4), Tisch salz(NaCl), Bor (B), Arsen (As), Quecksilber (Hg). Wenn sie in die Umwelt freigesetzt werden, werden sie zu Verschmutzungsquellen. Darüber hinaus kann eine aggressive chemische Umgebung Korrosionsschäden an GeoTPP-Strukturen verursachen.

Gleichzeitig sind die Schadstoffemissionen bei GeoPPs im Durchschnitt geringer als bei TKWs. Beispielsweise betragen die Kohlendioxidemissionen pro erzeugter Kilowattstunde Strom bis zu 380 g bei GeoPPs, 1042 g bei Kohleheizkraftwerken, 906 g bei Heizöl und 453 g bei Gasheizkraftwerken.

Es stellt sich die Frage: Wohin mit dem Abwasser? Bei geringer Mineralisierung kann es nach dem Abkühlen entsorgt werden Oberflächenwasser. Die andere Möglichkeit besteht darin, es durch einen Injektionsbrunnen zurück in den Grundwasserleiter zu pumpen, was derzeit die bevorzugte und vorherrschende Praxis ist.

Die Entnahme von Thermalwasser aus Grundwasserleitern (sowie das Abpumpen von gewöhnlichem Wasser) kann zu Senkungen und Bodenbewegungen, anderen Verformungen geologischer Schichten und Mikroerdbeben führen. Die Wahrscheinlichkeit solcher Phänomene ist in der Regel gering, obwohl Einzelfälle bekannt sind (z. B. beim GeoPP in Staufen im Breisgau in Deutschland).

Es sollte betont werden, dass sich die meisten GeoPPs in relativ dünn besiedelten Gebieten und in Ländern der Dritten Welt befinden, wo die Umweltanforderungen weniger streng sind als in entwickelten Ländern. Zudem sind derzeit die Anzahl der GeoPPs und deren Kapazitäten relativ gering. Mit einer größeren Entwicklung der Geothermie Umweltrisiken kann wachsen und sich vermehren.

Wie groß ist die Energie der Erde?

Die Investitionskosten für den Bau von Geothermieanlagen sind sehr unterschiedlich. große Auswahl- von 200 bis 5000 Dollar pro 1 kW installierter Leistung, dh die billigsten Optionen sind vergleichbar mit den Kosten für den Bau eines Wärmekraftwerks. Sie hängen in erster Linie von den Entstehungsbedingungen des Thermalwassers, seiner Zusammensetzung und der Auslegung des Systems ab. Tiefbohren, Kreation geschlossenes System Bei zwei Brunnen kann der Bedarf an Wasseraufbereitung die Kosten um ein Vielfaches erhöhen.

Beispielsweise werden die Investitionen in die Schaffung eines petrothermalen Zirkulationssystems (PTS) auf 1,6 bis 4 Tausend Dollar pro 1 kW installierter Leistung geschätzt, was die Baukosten übersteigt Kernkraftwerk und vergleichbar mit den Kosten für den Bau von Wind- und Solarkraftwerken.

Der offensichtliche wirtschaftliche Vorteil von GeoTPP ist ein kostenloser Energieträger. Zum Vergleich: In der Kostenstruktur eines in Betrieb befindlichen Wärmekraftwerks oder Kernkraftwerks macht der Brennstoff je nach aktuellen Energiepreisen 50–80 % oder sogar mehr aus. Daher ein weiterer Vorteil der Geothermieanlage: Die Betriebskosten sind stabiler und kalkulierbarer, da sie nicht von der externen Energiepreiskonjunktur abhängen. Im Allgemeinen werden die Betriebskosten des GeoTPP auf 2–10 Cent (60 Kopeken–3 Rubel) pro 1 kWh erzeugter Kapazität geschätzt.

Der zweitgrößte (und sehr bedeutende) Ausgabenposten nach dem Energieträger ist in der Regel Lohn Werkspersonal, das je nach Land und Region stark variieren kann.

Im Durchschnitt sind die Kosten für 1 kWh geothermische Energie vergleichbar mit denen für Wärmekraftwerke (in russischen Verhältnissen - etwa 1 Rubel / 1 kWh) und zehnmal höher als die Kosten für die Stromerzeugung in Wasserkraftwerken (5–10 Kopeken / 1kWh ).

Ein Grund für die hohen Kosten ist unter anderem, dass GeoTPP im Gegensatz zu thermischen und hydraulischen Kraftwerken eine relativ geringe Kapazität hat. Darüber hinaus ist es notwendig, Systeme zu vergleichen, die sich in derselben Region und unter ähnlichen Bedingungen befinden. So kostet zum Beispiel in Kamtschatka laut Experten 1 kWh geothermischer Strom 2-3 mal billiger als Strom, der in lokalen Wärmekraftwerken erzeugt wird.

Indikatoren wirtschaftliche Effizienz Die Funktion einer Geothermieanlage hängt zum Beispiel davon ab, ob eine Entsorgung des Abwassers erforderlich ist und auf welche Weise dies erfolgt, ob eine gemeinsame Nutzung der Ressource möglich ist. So, chemische Elemente und Verbindungen, die aus Thermalwasser gewonnen werden können zusätzliches Einkommen. Erinnern Sie sich an das Beispiel von Larderello: Dort stand die chemische Produktion im Vordergrund, und die Nutzung der Erdwärme war zunächst nur Hilfscharakter.

Geothermische Energie nach vorn

Geothermie entwickelt sich etwas anders als Wind und Sonne. Gegenwärtig hängt dies weitgehend von der Art der Ressource selbst ab, die sich stark von Region zu Region unterscheidet, und die höchsten Konzentrationen sind an enge Zonen geothermischer Anomalien gebunden, die normalerweise mit Gebieten mit tektonischen Verwerfungen und Vulkanismus verbunden sind.

Hinzu kommt, dass die Geothermie im Vergleich zur Windenergie und noch mehr zur Solarenergie technologisch weniger leistungsfähig ist: Die Systeme der Geothermiestationen sind recht einfach.

In der Gesamtstruktur der weltweiten Stromerzeugung macht die geothermische Komponente weniger als 1 % aus, in einigen Regionen und Ländern erreicht ihr Anteil jedoch 25–30 %. Aufgrund der Verbindung mit geologische Bedingungen Ein bedeutender Teil der geothermischen Energiekapazitäten konzentriert sich auf Länder der Dritten Welt, wo sich drei Cluster mit der höchsten Entwicklung der Industrie hervorheben - die Inseln Südostasiens, Zentralamerika und Ostafrika. Die ersten beiden Regionen sind Teil des pazifischen „Feuergürtels der Erde“, die dritte ist an den Ostafrikanischen Graben gebunden. In diesen Gürteln wird sich mit größter Wahrscheinlichkeit die Geothermie weiter entwickeln. Eine weiter entfernte Perspektive ist die Entwicklung der Petrothermalenergie, die die Wärme der mehrere Kilometer tief liegenden Erdschichten nutzt. Dies ist eine fast allgegenwärtige Ressource, deren Gewinnung jedoch mit hohen Kosten verbunden ist, sodass sich die petrothermale Energie vor allem in den wirtschaftlich und technologisch stärksten Ländern entwickelt.

Im Allgemeinen angesichts der Allgegenwart geothermischer Ressourcen und eines akzeptablen Niveaus Umweltsicherheit gibt es Grund zu der Annahme, dass die Geothermie gute Entwicklungsperspektiven hat. Vor allem angesichts der wachsenden Gefahr einer Verknappung traditioneller Energieträger und steigender Preise für diese.

Von Kamtschatka bis zum Kaukasus

In Russland hat die Entwicklung der Geothermie eine ziemlich lange Geschichte, und in einigen Positionen gehören wir zu den Weltführern, obwohl der Anteil der Geothermie an der Gesamtenergiebilanz eines riesigen Landes immer noch vernachlässigbar ist.

Die Pioniere und Zentren für die Entwicklung der Geothermie in Russland waren zwei Regionen - Kamtschatka und der Nordkaukasus, und wenn wir im ersten Fall hauptsächlich über die Elektrizitätswirtschaft sprechen, dann im zweiten - über die Nutzung von Wärmeenergie Thermalwasser.

Im Nordkaukasus - im Krasnodar-Territorium, in Tschetschenien, in Dagestan - wurde die Wärme von Thermalwasser bereits vor dem Großen für Energiezwecke genutzt Vaterländischer Krieg. In den 1980er bis 1990er Jahren geriet die Entwicklung der Geothermie in der Region aus offensichtlichen Gründen ins Stocken und hat sich noch nicht von der Stagnation erholt. Dennoch versorgt die geothermische Wasserversorgung im Nordkaukasus etwa 500.000 Menschen mit Wärme, und die Stadt Labinsk in der Region Krasnodar mit einer Bevölkerung von 60.000 Einwohnern wird beispielsweise vollständig durch geothermisches Wasser beheizt.

In Kamtschatka ist die Geschichte der Geothermie vor allem mit dem Bau des GeoPP verbunden. Die ersten von ihnen, die noch die Stationen Pauzhetskaya und Paratunskaya betreiben, wurden 1965–1967 gebaut, während die Paratunskaya GeoPP mit einer Kapazität von 600 kW die erste Station der Welt mit einem binären Zyklus wurde. Es war die Entwicklung der sowjetischen Wissenschaftler S. S. Kutateladze und A. M. Rosenfeld vom Institut für thermische Physik der sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften, die 1965 ein Urheberrechtszertifikat für die Gewinnung von Strom aus Wasser mit einer Temperatur von 70 ° C erhielten. Diese Technologie wurde später zum Prototyp für mehr als 400 binäre GeoPPs weltweit.

Die Kapazität des 1966 in Betrieb genommenen GeoPP Pauzhetskaya betrug zunächst 5 MW und wurde später auf 12 MW erhöht. Derzeit befindet sich die Station im Bau eines Binärblocks, der ihre Kapazität um weitere 2,5 MW erhöhen wird.

Die Entwicklung der Geothermie in der UdSSR und Russland wurde durch die Verfügbarkeit traditioneller Energiequellen - Öl, Gas, Kohle - behindert, aber nie gestoppt. Die derzeit größten geothermischen Kraftwerke sind das 1999 in Betrieb genommene GeoPP Verkhne-Mutnovskaya mit einer Gesamtleistung von 12 MW und das GeoPP Mutnovskaya mit einer Leistung von 50 MW (2002).

Mutnovskaya und Verkhne-Mutnovskaya GeoPP sind einzigartige Objekte nicht nur für Russland, sondern auch auf globaler Ebene. Die Stationen befinden sich am Fuße des Vulkans Mutnovsky auf einer Höhe von 800 Metern über dem Meeresspiegel und arbeiten unter extremen Bedingungen. Klimabedingungen, wo der Winter 9–10 Monate im Jahr dauert. Die Ausrüstung der Mutnovsky GeoPPs, derzeit eine der modernsten der Welt, wurde vollständig in einheimischen Unternehmen der Energietechnik erstellt.

Derzeit beträgt der Anteil der Mutnovsky-Stationen an der Gesamtstruktur des Energieverbrauchs des Energiezentrums Zentral-Kamtschatka 40%. In den kommenden Jahren ist eine Kapazitätserweiterung geplant.

Unabhängig davon sollte über russische petrothermale Entwicklungen gesprochen werden. Wir haben noch kein großes PDS, aber es gibt fortschrittliche Technologien zum Bohren in große Tiefen (ca. 10 km), die auch weltweit keine Analoga haben. Ihre Weiterentwicklung wird es ermöglichen, die Kosten für die Erstellung petrothermaler Systeme drastisch zu senken. Die Entwickler dieser Technologien und Projekte sind N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geologisches Institut der Russischen Akademie der Wissenschaften), A. S. Nekrasov (Institut für Wirtschaftsprognosen der Russischen Akademie der Wissenschaften) und Spezialisten des Turbinenkraftwerks Kaluga. Derzeit befindet sich das petrothermale Kreislaufsystemprojekt in Russland in der Pilotphase.

Perspektiven für Geothermie gibt es in Russland, obwohl sie relativ weit entfernt sind: Im Moment ist das Potenzial ziemlich groß und die Position der traditionellen Energie stark. Gleichzeitig ist die Nutzung der Geothermie in einigen abgelegenen Regionen des Landes wirtschaftlich rentabel und bereits heute gefragt. Dies sind Gebiete mit hohem Geoenergiepotenzial (Tschukotka, Kamtschatka, Kurilen - Russischer Teil der pazifische „Feuergürtel der Erde“, die Berge Südsibiriens und des Kaukasus) und zugleich abgelegen und abgeschnitten von der zentralen Energieversorgung.

Es ist wahrscheinlich, dass sich die Geothermie in unserem Land in den kommenden Jahrzehnten genau in solchen Regionen entwickeln wird.

"Wir wissen nicht genau, wann der Erdmagnetismus entstanden ist, aber es könnte kurz nach der Bildung des Mantels und des äußeren Kerns passiert sein. Um den Geodynamo einzuschalten, ist ein externes Saatfeld erforderlich, und nicht unbedingt ein starkes. Diese Rolle , könnte zum Beispiel durch das Magnetfeld der Sonne oder durch den thermoelektrischen Effekt im Kern erzeugte Stromfelder aufgenommen werden. Letztendlich ist es nicht so wichtig, dass es genügend Magnetismusquellen gab. In der Gegenwart eines solchen Feldes und Kreisel leitfähigen Flüssigkeitsströmen wird der Start eines intraplanetaren Dynamos einfach unvermeidlich"

David Stevenson, Professor am California Psychological Institute – dem größten Spezialisten für planetarischen Magnetismus

Die Erde ist ein riesiger Generator von unerschöpflicher Energie elektrische Energie

Zurück im 16. Jahrhundert Englischer Arzt und der Physiker William Gilbert schlug vor, dass der Globus ein riesiger Magnet ist, und der berühmte französische Wissenschaftler André Marie Ampère (1775-1836), dessen Name der physikalischen Größe gegeben wird, die die Stärke des elektrischen Stroms bestimmt, argumentierte, dass unser Planet es ist ein riesiger Dynamo, der Strom erzeugt. Gleichzeitig ist das Erdmagnetfeld eine Ableitung dieses Stroms, der die Erde von Westen nach Osten umfließt, weshalb das Erdmagnetfeld von Süden nach Norden gerichtet ist. Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts, nachdem der berühmte Wissenschaftler und Experimentator Nikola Tesla eine beträchtliche Anzahl praktischer Experimente durchgeführt hatte, wurden die Annahmen von W. Gilbert und A. Ampère bestätigt. Wir werden später direkt in diesem Artikel über einige Experimente von N. Tesla und ihre praktischen Ergebnisse sprechen.

Interessante Daten über die riesigen elektrischen Ströme, die in der Tiefe fließen Ozeanwasser, berichtete aus seiner Arbeit „Go around the Hollows“ (Zeitschrift „Erfinder und Rationalisierer“ Nr. 11. 1980), Kandidat der technischen Wissenschaften, Autor wissenschaftlicher Arbeiten auf den Gebieten Maschinenbau, Akustik, Metallphysik, Funkgerätetechnik, Autor von mehr als 40 Erfindungen - Alftan Erminingelt Alexeyevich. Eine natürliche Frage stellt sich: "Was ist dieser natürliche Dynamo und ist es möglich, die unerschöpfliche Energie dieses Generators zu nutzen elektrischer Strom im Interesse des Menschen?" Der Zweck dieses Artikels ist es, Antworten auf diese und andere Fragen zu diesem Thema zu finden.

Abschnitt 1 Was ist die eigentliche Ursache des elektrischen Stroms im Inneren der Erde? Was sind die Potenziale elektrischer und magnetischer Felder über der Erdoberfläche aufgrund des elektrischen Stromflusses innerhalb unseres Planeten?

Die innere Struktur der Erde, ihres Darms und der Erdkruste wurde über Milliarden von Jahren geformt. Unter dem Einfluss des eigenen Gravitationsfeldes wurde sein Inneres aufgeheizt, was zur Differenzierung der inneren Struktur des Erdinneren und seiner Hülle führte – der Erdkruste in Aggregatzustand, chemischer Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften, wodurch die Eingeweide der Erde und ihres erdnahen Raums die folgende Struktur erhielten:

Der Kern der Erde, der sich im Zentrum der inneren Erdkugel befindet;
- Mantel;
- Erdkruste;
- Hydrosphäre;
- Atmosphäre;
- Magnetosphäre

Die Erdkruste, der Mantel und das Innere des Erdkerns bestehen aus fester Materie. Der äußere Teil des Erdkerns besteht hauptsächlich aus einer geschmolzenen Eisenmasse, der Nickel, Silizium und eine geringe Menge anderer Elemente zugesetzt sind. Der Haupttyp der Erdkruste ist kontinental und ozeanisch, in der Übergangszone vom Festland zum Ozean wird eine Zwischenkruste entwickelt.

Der Kern der Erde ist die zentrale, tiefste Geosphäre des Planeten. Der durchschnittliche Kernradius beträgt etwa 3,5 Tausend Kilometer. Der Kern selbst besteht aus einem äußeren und einem inneren Teil (Unterkern). Die Temperatur im Zentrum des Kerns erreicht etwa 5000 Grad Celsius, die Dichte beträgt etwa 12,5 Tonnen/m2 und der Druck beträgt bis zu 361 GPa. BEIM letzten Jahren neue, zusätzliche Informationen über den Kern der Erde erschienen. Wie von den Wissenschaftlern Paul Richards (Limonte-Doherty Earth Observatory) und Xiaodong Song (University of Illinois) festgestellt wurde, überholt der geschmolzene Eisenkern des Planeten, wenn er sich um die Erdachse dreht, die Rotation des Rests der Erde um 0,25 -0,5 Grad pro Jahr. Der Durchmesser des festen, inneren Teils des Zellkerns (Subnukleus) wurde bestimmt. Es ist 2.414.000 Kilometer (Zeitschrift "Entdeckungen und Hypothesen", November. 2005. Kiew).

Derzeit wird die folgende Haupthypothese aufgestellt, die das Auftreten eines elektrischen Stroms innerhalb der geschmolzenen äußeren Hülle des Erdkerns erklärt. Die Essenz dieser Hypothese lautet wie folgt: Die Rotation der Erde um ihre Achse führt zur Entstehung von Turbulenzen in der äußeren, geschmolzenen Hülle des Kerns, was wiederum zur Entstehung eines elektrischen Stroms führt, der innerhalb der Schmelze fließt Eisen. Ich denke, dass wir als Hypothese die folgende Annahme machen können. Da der äußere, geschmolzene Teil der Hülle des Erdkerns sowohl relativ zu seinem Unterkern als auch relativ zum äußeren Teil - dem Erdmantel - in ständiger Bewegung ist, findet dieser Prozess über einen sehr langen Zeitraum statt lange Zeit Damals fand eine Elektrolyse des geschmolzenen, äußeren Teils des Erdkerns statt. Als Ergebnis des Elektrolyseprozesses entstand eine gerichtete Bewegung freier Elektronen, die in der Eisenschmelze in großer Menge vorhanden sind, wodurch im geschlossenen Kreislauf des Äußeren ein elektrischer Strom von enormer Größe gebildet wurde Kern, offenbar kann sein Wert auf nicht weniger als Hunderte von Millionen Ampere und mehr geschätzt werden. Dreh dich um Kraftlinien elektrischen Stroms wurden magnetische Feldlinien gebildet, die relativ zu den Kraftlinien des elektrischen Stroms um 90 Grad verschoben waren. Nach dem Durchgang durch die riesige Dicke der Erde hat die Stärke der elektrischen und magnetischen Felder erheblich abgenommen. Und wenn wir speziell über die Intensität der Kraftlinien des Erdmagnetfelds sprechen, dann beträgt die Stärke des Erdmagnetfelds an seinen Magnetpolen 0,63 Gauß.

Zusätzlich zu den oben genannten Hypothesen hoffe ich, dass es angebracht ist, die Forschungsergebnisse französischer Wissenschaftler zu zitieren, wie sie im Artikel "Der Kern der Erde" des Autors Leonid Popov beschrieben werden. Der vollständige Text des Artikels wird im Internet veröffentlicht, und ich werde nur einen kleinen Teil des angegebenen Textes geben.

„Eine Gruppe von Forschern der Universitäten Joseph, Fourier und Lyon argumentiert, dass der innere Kern der Erde ständig im Westen kristallisiert und im Osten schmilzt. Die gesamte Masse des inneren Kerns verschiebt sich langsam von der Westseite zur Erde Osten mit einer Rate von 1,5 cm pro Jahr Das Alter der inneren Festkörper der Kern wird auf 2-4 Milliarden Jahre geschätzt, während die Erde 4,5 Milliarden Jahre alt ist.

Solche mächtigen Prozesse des Erstarrens und Schmelzens müssen natürlich die konvektiven Strömungen im äußeren Kern beeinflussen. Das heißt, sie beeinflussen sowohl den planetaren Dynamo als auch das Erdmagnetfeld, das Verhalten des Mantels und die Bewegung der Kontinente.

Ist das nicht der Schlüssel zur Diskrepanz zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Kerns und des Rests des Planeten und der Weg zur Erklärung der beschleunigten Verschiebung der Magnetpole?" (Internet, Thema des Artikels "Der Kern der Erde verdaut sich ständig selbst.“ Autor Leonid Popov. 9. August 2010)

Nach den Gleichungen von James Maxwell (1831-1879) bilden sich um die Magnetfeldlinien elektrische Stromlinien, die in ihrer Richtung mit der Richtung der Strombewegung im äußeren geschmolzenen Kern des Planeten zusammenfallen. Folglich müssen sowohl innerhalb des "Körpers" der Erde als auch um die erdnahe Oberfläche herum elektrische Feldlinien vorhanden sein, und je weiter das elektrische Feld (wie auch das magnetische Feld) vom Erdkern entfernt ist, desto geringer ist die Intensität seiner Kraftlinien. So sollte es eigentlich sein, und für diese Annahme gibt es echte Bestätigung.

Schlagen wir das „Handbook of Physics“ des Autors A.S. Enokovich (Moskau. Prosveshchenie Publishing House, 1990) und beziehen sich auf die Daten in Tabelle 335 "Physikalische Parameter der Erde". Lektüre:
- Elektrische Feldstärke
direkt an der Erdoberfläche - 130 Volt / m;
- In einer Höhe von 0,5 km auf der Erdoberfläche - 50 Volt / m;
- In einer Höhe von 3 km über der Erdoberfläche - 30 Volt / m;
- In einer Höhe von 12 km über der Erdoberfläche - 2,5 Volt / m;

Hier ist der Wert elektrische Ladung Erde - 57-10 im Anhänger vierten Grades.

Denken Sie daran, dass eine Elektrizitätseinheit von 1 Coulomb gleich der durchfließenden Elektrizitätsmenge ist Querschnitt bei einem Strom von 1 Ampere für eine Zeit von 1 Sek.

Praktisch in allen Quellen, die Informationen über die magnetischen und elektrischen Felder der Erde enthalten, wird festgestellt, dass sie pulsierender Natur sind.

Abschnitt 2. Gründe für das Auftreten von Pulsationen der magnetischen und elektrischen Kraftfelder des Planeten.

Es ist bekannt, dass die Intensität des Erdmagnetfelds nicht konstant ist und mit dem Breitengrad zunimmt. Die maximale Intensität der Kraftlinien des Erdmagnetfelds wird an seinen Polen beobachtet, das Minimum - am Äquator des Planeten. Sie bleibt tagsüber nicht in allen Breiten der Erde konstant. Tägliche Pulsationen des Magnetfelds werden durch eine Reihe von Gründen verursacht: Zyklische Änderungen der Sonnenaktivität; Umlaufbahn der Erde um die Sonne; tägliche Rotation der Erde um die eigene Achse; der Einfluss der Schwerkraft (Gravitationskräfte) anderer Planeten des Sonnensystems auf die geschmolzene Masse des äußeren Erdkerns. Es ist ganz klar, dass die Pulsationen der Intensität der magnetischen Feldlinien wiederum Pulsationen des elektrischen Feldes des Planeten verursachen. Unsere Erde nähert sich während der Umlaufbahn um die Sonne auf einer fast kreisförmigen Umlaufbahn entweder in minimalen Abständen anderen Planeten des Sonnensystems, die die Sonne auf ihren Bahnen umkreisen, und entfernt sich dann in maximalen Abständen von ihnen. Betrachten wir konkret, wie sich die minimalen und maximalen Entfernungen zwischen der Erde und anderen Planeten verändern. Sonnensystem, während sie sich auf ihren Bahnen um die Sonne bewegen:

Der Mindestabstand zwischen Erde und Merkur beträgt 82x10 hoch 9 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 217 x 10 bis zum 9. Grad m;
- Der Mindestabstand zwischen Erde und Venus beträgt 38x10 hoch 9 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 261 x 10 bis zum 9. Grad m;
- Der Mindestabstand zwischen Erde und Mars beträgt 56x10 hoch 9 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 400 x 10 bis zum 9. Grad m;
- Der Mindestabstand zwischen Erde und Jupiter beträgt 588 x 10 hoch 9 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 967 x 10 bis zum 9. Grad m;
- Der Mindestabstand zwischen Erde und Saturn beträgt 1199 x 10 hoch 9 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 1650 x 10 bis zum 9. Grad m;
- Der Mindestabstand zwischen Erde und Uranus beträgt 2568 x 10 hoch 9 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 3153 x 10 bis zum 9. Grad m;
- Der Mindestabstand zwischen Erde und Neptun beträgt 4309 x 10 hoch 9 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 4682 x 10 bis zum 9. Grad m;
- Der Mindestabstand zwischen Erde und Mond beträgt 3,56 x 10 hoch 8 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 4,07 x 10 bis zum 8. Grad m;
- Der Mindestabstand zwischen Erde und Sonne beträgt 1,47 x 10 hoch 11 m;
-Der maximale Abstand zwischen ihnen beträgt 1,5 x 10 bis 11 m;

Verwenden bekannte Formel Newton und ersetzt Daten über die maximalen und minimalen Entfernungen zwischen den Planeten des Sonnensystems und der Erde, Daten über die minimalen und maximalen Entfernungen zwischen der Erde und dem Mond, der Erde und der Sonne sowie Referenzdaten über die Massen der Planeten des Sonnensystems, des Mondes und der Sonne und Daten über die Größe Gravitationskonstante, wir bestimmen das Minimum und Maximalwerte Gravitationskräfte (Gravitationskräfte), die auf unseren Planeten und folglich auf seinen geschmolzenen Kern wirken, mit orbitale Bewegung Erde um die Sonne und während der Umlaufbahn des Mondes um die Erde:

Die Größe der Gravitationskraft zwischen Merkur und der Erde, die dem Mindestabstand zwischen ihnen entspricht - 1,77 x 10 hoch 15 kg;
- Angemessen maximale Entfernung zwischen ihnen - 2,5 x 10 bis 14 kg;
- Die Größe der Gravitationskraft zwischen der Venus und der Erde, entsprechend dem Mindestabstand zwischen ihnen - 1,35 x 10 bis zum 17. Grad von kg;
- Entsprechend dem maximalen Abstand zwischen ihnen -2,86 x 10 bis zum 15. Grad kg;
- Die Größe der Gravitationskraft zwischen Mars und Erde, entsprechend dem Mindestabstand zwischen ihnen - 8,5 x 10 hoch 15 kg;
- Entsprechend dem maximalen Abstand zwischen ihnen - 1,66 x 10 bis zum 14. Grad von kg;
- Die Größe der Gravitationskraft zwischen Jupiter und der Erde, entsprechend dem Mindestabstand zwischen ihnen - 2,23 x 10 hoch 17 kg;
- Entsprechend dem maximalen Abstand zwischen ihnen - 8,25 x 10 bis zum 16. Grad von kg; - Die Größe der Gravitationskraft zwischen Saturn und der Erde, entsprechend dem Mindestabstand zwischen ihnen - 1,6 x 10 hoch 16 kg;
- Entsprechend dem maximalen Abstand zwischen ihnen - 8,48 x 10 bis zum 15. Grad von kg;
- Die Größe der Gravitationskraft zwischen Uranus und der Erde, entsprechend dem Mindestabstand zwischen ihnen - 5,31 x 10 bis zum 14. Grad von kg;
- Entsprechend dem maximalen Abstand zwischen ihnen - 3,56 x 10 bis zum 16. Grad von kg;
- Die Größe der Gravitationskraft zwischen Neptun und der Erde, entsprechend dem Mindestabstand zwischen ihnen - 2,27 x 10 bis zum 14. Grad von kg;
- Entsprechend dem maximalen Abstand zwischen ihnen - 1,92 x 10 bis zum 14. Grad von kg;
- Die Größe der Gravitationskraft zwischen Mond und Erde, entsprechend dem Mindestabstand zwischen ihnen - 2,31 x 10 bis zum 19. Grad von kg;
- Entsprechend dem maximalen Abstand zwischen ihnen - 1,77 x 10 bis zum 19. Grad von kg;
- Die Größe der Gravitationskraft zwischen Sonne und Erde, entsprechend dem Mindestabstand zwischen ihnen - 3,69 x 10 bis zum 21. Grad von kg;
- Entsprechend dem maximalen Abstand zwischen ihnen - 3,44 x 10 bis zum 21. Grad kg;

Man sieht, welch gewaltige Gravitationskräfte auf den äußeren, geschmolzenen Erdkern wirken. Man kann sich nur vorstellen, wie diese Störkräfte gleichzeitig mit wirken verschiedene Parteien Auf dieser geschmolzenen Eisenmasse schrumpfen oder ihren Querschnitt vergrößern und als Ergebnis Pulsationen in den Stärken sowohl der elektrischen als auch der magnetischen Felder des Planeten verursachen. Diese Pulsationen sind periodischer Natur, ihr Frequenzspektrum liegt im Infraschall und sehr niedrige Frequenzen.

Auch der Entstehungsprozess von Pulsationen elektrischer und magnetischer Felder wird, wenn auch in geringerem Maße, durch die tägliche Rotation der Erde um ihre eigene Achse beeinflusst. Tatsächlich sind die Gravitationskräfte der Planeten, des Mondes, der Sonne, die in dieser bestimmten Tageszeit von der Seite sind Stirnfläche Erde, wirken etwas störender auf die geschmolzene Masse des Planetenkerns als im gleichen Zeitraum der Tageszeit auf die Rückseite der Kernmasse. Gleichzeitig wird der der Sonne zugewandte Teil des Kerns (Mond, Planet) zum Störobjekt hin gestreckt und gleichzeitig die Rückseite der Eisenschmelze gestaucht in Richtung des zentralen festen Unterkerns der Erde, wodurch sein Querschnitt verringert wird.

§ 3 Kann das elektrische Feld der Erde praktisch genutzt werden?

Bevor wir eine Antwort auf diese Frage erhalten, wollen wir versuchen, ein mentales virtuelles Experiment durchzuführen, dessen Essenz wie folgt ist. Wir werden es in einer Höhe von 0,5 km platzieren. von der Erdoberfläche (natürlich mental) eine Metallelektrode, deren Rolle eine flache Metallplatte mit einer Fläche von 1x1 m2 spielt. Lassen Sie uns diese Platte relativ zu den Kraftlinien des elektrischen Feldes der Erde so ausrichten, dass sie ihre Oberfläche durchdringen, dh die Oberfläche dieser Platte sollte senkrecht zu den Kraftlinien des von Westen nach gerichteten elektrischen Feldes stehen Ost. Die zweite, genau die gleiche Elektrode werden wir auf die gleiche Weise direkt an der Erdoberfläche platzieren. Lassen Sie uns die elektrische Potentialdifferenz zwischen diesen Elektroden messen. Gemäß den oben angegebenen Daten aus dem Handbuch der Physik sollte dieses gemessene elektrische Potential 130 V-50 V = 80 Volt betragen.

Setzen wir das Gedankenexperiment fort, indem wir die Anfangsbedingungen leicht verändern. Wir werden eine Metallelektrode, die sich direkt an der Erdoberfläche befand, auf ihrer Oberfläche installieren und sorgfältig erden. Lassen Sie uns die zweite Metallelektrode in den Schacht bis zu einer Tiefe von 0,5 km absenken und wie im vorherigen Fall relativ zu den Kraftlinien des elektrischen Feldes der Erde ausrichten. Messen wir erneut die Größe des elektrischen Potentials zwischen diesen Elektroden. Wir sollten einen signifikanten Unterschied in der Größe der gemessenen Potentiale des elektrischen Feldes der Erde sehen. Und je tiefer wir im Inneren der Erde die zweite Elektrode absenken, desto höher werden die Werte der gemessenen Potentialunterschiede des elektrischen Feldes des Planeten sein. Und wenn wir den Unterschied der elektrischen Potentiale zwischen dem äußeren flüssigen Kern der Erde und ihrer Oberfläche messen könnten, dann sollten diese Potentialunterschiede, sowohl in der Spannung als auch in der Leistung, offensichtlich ausreichen, um den Strombedarf der gesamten Bevölkerung zu decken unser Planet.

Aber alles, worüber wir gesprochen haben, wird leider immer noch im Bereich virtueller Gedankenexperimente betrachtet. Und nun zu den Ergebnissen praktischer Experimente, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts von Nikola Tesla durchgeführt und in seinen Werken veröffentlicht wurden.

In seinem Labor in Colorado Springs (USA), das in der Gegend von Wardenclyffe gebaut wurde, organisierte N. Tesla Experimente, die es ermöglichten, Informationen durch die Dicke der Erde auf die gegenüberliegende Seite zu übertragen. Als Grundlage für die erfolgreiche Durchführung des geplanten Experiments schlug N. Tesla vor, das elektrische Potential des Planeten zu nutzen, da er etwas früher dafür gesorgt hatte, dass die Erde elektrisch geladen war.

Zur Durchführung der geplanten Experimente wurden nach seinen Vorschlägen bis zu 60 Meter hohe Turmantennen mit einer Kupferhalbkugel auf der Spitze gebaut. Diese Kupferhalbkugeln spielten die Rolle der gleichen Metallelektrode, über die wir oben gesprochen haben. Die Fundamente der errichteten Türme gingen bis in eine Tiefe von 40 Metern unter die Erde, wo die begrabene Erdoberfläche die Rolle einer zweiten Elektrode spielte. Das Ergebnis der Experimente, die N. Tesla in seinem veröffentlichten Artikel "Drahtlose Übertragung elektrischer Energie" (5. März 1904) beschrieb. Er schrieb: „Es ist möglich, nicht nur drahtlos Telegrafennachrichten zu versenden, sondern auch schwache Modulationen der menschlichen Stimme über den ganzen Globus zu übertragen und darüber hinaus Energie in unbegrenzten Mengen über beliebige Entfernungen und verlustfrei zu übertragen.“

Und weiter im selben Artikel: „Mitte Juni, während ich mich auf eine andere Arbeit vorbereitete, stellte ich einen meiner Abwärtstransformatoren auf mit dem Ziel, auf innovative Weise experimentell das elektrische Potential der Erde zu bestimmen und Untersuchung seiner periodischen und zufälligen Fluktuationen Dieses geformte Teil Das hochempfindliche, automatisch betätigte Gerät, das den Rekorder steuert, war mit dem Sekundärkreis verbunden, während der Primärkreis mit der Erdoberfläche verbunden war ... Es stellte sich heraus, dass die Erde, buchstäblich dieses Wortes lebt von elektrischen Schwingungen.

Ein überzeugender Beweis dafür, dass die Erde in der Tat ein riesiger natürlicher Generator unerschöpflicher elektrischer Energie ist und diese Energie von pulsierender harmonischer Natur ist. In einigen der wenigen Artikel zu dem behandelten Thema wird vorgeschlagen, dass Erdbeben, Explosionen in Minen und auf ölproduzierenden Offshore-Plattformen all dies die Ergebnisse der Manifestation terrestrischer Elektrizität sind.

Auf unserem Planeten gibt es eine beträchtliche Anzahl von Hohlräumen natürliche Formationen, die tief in die Erde eindringen, gibt es auch eine beträchtliche Anzahl tiefer Minen, in denen praktische Forschungen durchgeführt werden können, um die Möglichkeiten der Nutzung elektrischer Energie zu ermitteln, die von den natürlichen Generatoren unseres Planeten erzeugt wird. Man kann nur hoffen, dass solche Studien eines Tages durchgeführt werden.

Abschnitt 4. Was passiert mit dem elektrischen Feld der Erde, wenn sich ein linearer Blitz auf ihre Oberfläche entlädt?

Die Ergebnisse der von N. Tesla durchgeführten Experimente beweisen überzeugend, dass unser Planet ein natürlicher Erzeuger unerschöpflicher elektrischer Energie ist. Darüber hinaus ist das maximale Potential dieser Energie in der geschmolzenen Metallhülle des äußeren Kerns des Planeten enthalten und nimmt ab, wenn es sich seiner Oberfläche und jenseits der Erdoberfläche nähert. Die Ergebnisse der von N.Tesla durchgeführten Experimente belegen auch überzeugend, dass die elektrischen und magnetischen Felder der Erde periodisch pulsierender Natur sind und das Spektrum der Pulsationsfrequenzen im Bereich des Infraschalls und sehr niedriger Frequenzen liegt. Und das bedeutet Folgendes: Durch Einwirkung auf das pulsierende elektrische Feld der Erde mit Hilfe einer externen Quelle harmonischer Schwingungen, die in der Frequenz nahe oder gleich den natürlichen Pulsationen des elektrischen Feldes der Erde sind, kann man das Phänomen ihrer Resonanz erreichen . N. Tesla schrieb: „Wenn elektrische Wellen auf eine unbedeutende Menge reduziert und erreicht werden notwendigen Bedingungen Resonanz, die Schaltung (oben diskutiert) wird wie ein riesiges Pendel funktionieren, das die Energie der ursprünglichen Anregungsimpulse unbegrenzt speichert, und die Folgen, wenn die Erde und ihre leitende Atmosphäre gleichförmigen harmonischen Strahlungsschwingungen ausgesetzt werden, die als Tests unter realen Bedingungen dienen zeigen, sich so weit entwickeln können, dass sie diejenigen übertreffen, die durch natürliche Manifestationen statischer Elektrizität erreicht werden“ (Artikel „Drahtlose Übertragung elektrischer Energie“, 6. März 1904).

Und was ist die Resonanz von Schwingungen? „Resonanz ist ein starker Anstieg der Amplitude des stationären Zustands erzwungene Schwingungen wenn sich die Frequenz des äußeren harmonischen Einflusses der Frequenz einer der natürlichen Schwingungen des Systems nähert "(Soviet Encyclopedic Dictionary, Hrsg. "Soviet Encyclopedia". Moskau. 1983)

Nikola Tesla verwendete in seinen Experimenten sowohl natürliche als auch künstliche lineare Blitzentladungen, die er und seine Assistenten experimentell in seinem Labor erzeugten, als Quelle externer Einflüsse, um Resonanzbedingungen im Inneren der Erde zu erreichen.
Was ist ein linearer Blitz und wie kann er verwendet werden? externe Quelle harmonische Schwingungen, die in der Lage sind, eine Resonanz von Schwingungen innerhalb der Erde zu erzeugen?

Öffnen wir das "Handbook of Physics", Tabelle 240. Physikalische Parameter des Blitzes:
- Dauer (Durchschnitt) eines Blitzes einer Blitzentladung, C - 0,2 Sek.
(Hinweis: Der Blitz wird vom Auge als einzelner Blitz wahrgenommen, in Wirklichkeit handelt es sich um eine intermittierende Entladung, die aus einzelnen Entladungsimpulsen besteht, deren Anzahl 2-3 beträgt, aber bis zu 50 erreichen kann).
- Durchmesser (Durchschnitt) des Blitzkanals, cm - 16.
- Blitzstromstärke (typischer Wert), A - 2x10 bis zum 4. Grad.
- durchschnittliche Länge Blitz (zwischen Wolke und Erde), km - 2 - 3.
- Potentialunterschied im Blitzfall, V - bis zu 4x10 bis zum 9. Grad.
- Anzahl Blitzentladungenüber der Erde in 1 Sekunde - ungefähr 100.
Somit ist ein Blitz ein elektrischer Impuls von großer Kraft und kurzer Dauer. Fachleute auf dem Gebiet der Pulstechnologie können folgende Tatsache bestätigen: Je kürzer die Pulsdauer (je kürzer der Puls), desto reicher ist das Frequenzspektrum der harmonischen elektrischen Schwingungen, die diesen Puls bilden. Folglich enthält ein Blitz, der ein kurzzeitiger Impuls elektrischer Energie ist, eine Reihe von harmonischen elektrischen Schwingungen, die in einem breiten Frequenzbereich liegen, einschließlich infraniedriger und sehr niedriger Frequenzen. Die maximale Pulsleistung wird dabei genau im Bereich genau dieser Frequenzen verteilt. Und diese Tatsache bedeutet, dass die harmonischen Schwingungen, die auftreten, wenn sich ein linearer Blitz auf die Erdoberfläche entlädt, eine Resonanz erzeugen können, wenn sie mit seinen eigenen periodischen Schwingungen (Pulsationen) des elektrischen Felds der Erde interagieren. In dem Artikel „Controlled Lightning“ vom 8. März 1904 schrieb N. Tesla: „Die Entdeckung terrestrischer Stehwellen zeigt, dass der gesamte Planet trotz seiner enormen Größe (gemeint ist die Größe der Erde) resonanten Schwingungen ausgesetzt sein kann eine kleine Stimmgabel, die gemäß ihren physikalischen Eigenschaften und Abmessungen gegebene elektrische Schwingungen ungehindert durchdringen. Es ist bekannt, dass N. Tesla und seine Mitarbeiter in ihren Experimenten künstliche lineare Blitze (Funkenentladungen) mit einer Länge von etwas mehr als 3 Metern und einer sehr kurzen Dauer und einem elektrischen Potential von mehr als erzeugten, um das Resonanzphänomen zu erreichen fünfzig Millionen Volt.

Und hier stellt sich eine sehr interessante Frage: "Ist der Tunguska-Meteorit nicht eine Folge der Resonanzwirkung natürlicher linearer Blitze auf das elektrische Feld der Erde?" Die Frage des Einflusses von im Labor von N. Tesla erzeugten künstlichen linearen Blitzen auf das Auftreten des Tunguska-Meteoriten wird hier nicht betrachtet, da das Labor von N. Tesla während der Zeit, die mit den Ereignissen des Tunguska-Meteoriten verbunden ist, nicht mehr funktionierte.

So beschreiben sie die Ereignisse im Zusammenhang mit den sogenannten Tunguska-Meteorit Zeugen dieses Ereignisses. Am 17. (30.) Juni 1908, gegen 7 Uhr morgens, fegte ein riesiger Feuerball über das Gebiet des Einzugsgebiets des Jenissei. Sein Flug endete große Stärke eine Explosion, die sich in einer Höhe von 7 bis 10 km über der Erdoberfläche ereignete. Die Kraft der Explosion entsprach, wie Experten später feststellten, in etwa der Kraft einer Explosion einer Wasserstoffbombe von 10 bis 40 Megatonnen TNT-Äquivalent.

Lassen Sie uns besonders darauf achten, dass dieses Ereignis in der Sommerperiode stattfand, dh während der Bildung häufiger Sommergewitter, begleitet von Blitzentladungen. Und wir wissen, dass es die Entladungen linearer Blitze auf der Erdoberfläche waren, die dazu führen könnten Resonanzphänomene innerhalb der Erdkugel, die wiederum zur Bildung von Kugelblitzen mit enormer elektrischer Energie beitragen könnten. Wenden wir uns zur Bestätigung der nicht nur von mir geäußerten Version dem "Enzyklopädischen Wörterbuch" zu: "Kugelblitze sind leuchtende Sphäroide mit einem Durchmesser von 10 cm oder mehr, die normalerweise nach einem linearen Blitzeinschlag entstehen und bestehen aus offenbar aus Nichtgleichgewichtsplasma." Aber das ist noch nicht alles. Wenden wir uns dem Artikel „Gespräch mit dem Planeten“ von N. Tesla vom 9. Februar 1901 zu. Hier ein Auszug aus diesem Artikel: „Ich habe bereits durch entscheidende Tests die praktische Machbarkeit bewiesen, ein Signal mit meinem System von einem Punkt zum anderen Punkt auf dem Globus zu übertragen, egal wie weit entfernt, und bald werde ich Ungläubige bekehren Ich habe allen Grund, mich zu der Tatsache zu beglückwünschen, dass im Verlauf dieser Experimente, von denen viele äußerst subtil und riskant waren, weder ich noch meine Assistenten irgendwelche Verletzungen erlitten haben. ungewöhnliche Phänomene. Aufgrund einiger Störungen durch Schwingungen konnten echte Feuerbälle über große Entfernungen hinausspringen, und wenn sich jemand in ihrem Weg oder in der Nähe befand, wurde er sofort zerstört.

Wie wir sehen können, ist es noch zu früh, um die Möglichkeit der Beteiligung von Kugelblitzen an den oben beschriebenen Ereignissen im Zusammenhang mit dem Tunguska-Meteoriten auszuschließen. Häufige Sommergewitter, die zu dieser Jahreszeit auftreten, lineare Blitzeinschläge könnten Kugelblitze verursachen, und sie könnten weit außerhalb des Jenissei-Flussbeckens auftreten und dann mit großer Geschwindigkeit entlang der Kraftlinien des elektrischen Feldes der Erde "reisen" und enden in dem Gebiet, in dem die oben genannten Ereignisse stattfanden.

Fazit
Natürlich energetische Ressourcen Die Planeten schrumpfen unaufhaltsam. Es gibt aktive Suchen alternative Quellen Energie, die es erlaubt zu kommen, um die Verschwindenden zu ersetzen. Es scheint, dass die Zeit gekommen ist, sowohl theoretisch als auch praktisch gründlich zu forschen, um die Möglichkeit zu bestimmen, das elektrische Potenzial eines natürlichen Generators elektrischer Energie im Interesse des Menschen zu nutzen. Und wenn bestätigt wird, dass eine solche Möglichkeit besteht, und gleichzeitig der Erdgenerator durch die Nutzung seiner Energie nicht beschädigt wird, dann ist es durchaus möglich, dass das elektrische Feld der Planeten den Menschen dient als eine der alternativen Energiequellen.

Kleschevich V.A. September-November 2011 (Charkow)

Die Kontinente wurden einst aus Massiven der Erdkruste gebildet, die in Form von Land mehr oder weniger über den Wasserspiegel hinausragen. Diese Blöcke der Erdkruste haben Teile von ihnen über mehr als eine Million Jahre gespalten, bewegt und zermalmt, um in der Form zu erscheinen, die wir jetzt kennen.

Heute betrachten wir die größte und kleinste Dicke der Erdkruste und die Merkmale ihrer Struktur.

Ein bisschen über unseren Planeten

Zu Beginn der Entstehung unseres Planeten waren hier mehrere Vulkane aktiv, es kam ständig zu Kollisionen mit Kometen. Erst als das Bombardement aufhörte, gefror die heiße Oberfläche des Planeten.
Das heißt, Wissenschaftler sind sich sicher, dass unser Planet ursprünglich eine öde Wüste ohne Wasser und Vegetation war. Woher so viel Wasser kam, ist immer noch ein Rätsel. Aber vor nicht allzu langer Zeit wurden große Wasserreserven unter der Erde entdeckt, vielleicht wurden sie zur Grundlage unserer Ozeane.

Leider sind alle Hypothesen über den Ursprung unseres Planeten und seine Zusammensetzung mehr Annahmen als Tatsachen. Nach den Aussagen von A. Wegener war die Erde zunächst mit einer dünnen Granitschicht bedeckt, die sich im Paläozoikum in das Festland Pangäa verwandelte. Im Mesozoikum begann sich Pangäa in Teile zu teilen, die gebildeten Kontinente segelten allmählich voneinander weg. Pazifik See, sagt Wegener, ist der Überrest des primären Ozeans, und der Atlantik und der Indische gelten als sekundär.

Erdkruste

Die Zusammensetzung der Erdkruste ähnelt praktisch der Zusammensetzung der Planeten unseres Sonnensystems - Venus, Mars usw. Schließlich dienten die gleichen Substanzen als Grundlage für alle Planeten des Sonnensystems. Und vor kurzem sind sich Wissenschaftler sicher, dass die Kollision der Erde mit einem anderen Planeten namens Thea die Verschmelzung zweier Himmelskörper verursachte und der Mond aus dem zerbrochenen Fragment entstand. Dies erklärt, warum die mineralische Zusammensetzung des Mondes der unseres Planeten ähnlich ist. Im Folgenden betrachten wir die Struktur der Erdkruste - eine Karte ihrer Schichten an Land und im Ozean.

Die Kruste macht nur 1 % der Masse der Erde aus. Es besteht hauptsächlich aus Silizium, Eisen, Aluminium, Sauerstoff, Wasserstoff, Magnesium, Kalzium und Natrium sowie 78 weiteren Elementen. Es wird angenommen, dass die Erdkruste im Vergleich zu Mantel und Kern eine dünne und zerbrechliche Hülle ist, die hauptsächlich aus leichten Substanzen besteht. Laut Geologen steigen schwere Substanzen in die Mitte des Planeten ab, und die schwersten konzentrieren sich im Kern.

Die Struktur der Erdkruste und eine Karte ihrer Schichten sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

kontinentale Kruste

Die Erdkruste besteht aus 3 Schichten, von denen jede die vorherige mit unebenen Schichten bedeckt. Der größte Teil seiner Oberfläche besteht aus kontinentalen und ozeanischen Ebenen. Die Kontinente sind auch von einem Schelf umgeben, der nach einer Steilkurve in den Kontinentalhang (den Bereich des Unterwasserrandes des Kontinents) übergeht.
irdisch kontinentale Kruste in Schichten unterteilt:

1. Sedimentär.
2. Granit.
3. Basalt.

Die Sedimentschicht ist mit sedimentären, metamorphen und magmatischen Gesteinen bedeckt. Die Dicke der kontinentalen Kruste ist der kleinste Prozentsatz.

Arten von kontinentaler Kruste

Sedimentgesteine ​​sind Ansammlungen, die Ton, Karbonat, vulkanogene Gesteine ​​und andere Feststoffe umfassen. Dies ist eine Art Sediment, das sich als Ergebnis bestimmter gebildet hat natürliche Bedingungen die vorher auf der Erde existierten. Sie erlaubt Forschern, Rückschlüsse auf die Geschichte unseres Planeten zu ziehen.

Die Granitschicht besteht aus magmatischen und metamorphen Gesteinen, die in ihren Eigenschaften Granit ähneln. Das heißt, Granit bildet nicht nur die zweite Schicht der Erdkruste, sondern diese Substanzen sind ihr in ihrer Zusammensetzung sehr ähnlich und haben ungefähr die gleiche Festigkeit. Die Geschwindigkeit seiner Longitudinalwellen erreicht 5,5-6,5 km/s. Es besteht aus Graniten, Schiefern, Gneisen usw.

Die Basaltschicht besteht aus Stoffen, die in ihrer Zusammensetzung den Basalten ähneln. Sie ist im Vergleich zur Granitschicht dichter. Unter der Basaltschicht fließt ein zähflüssiger Mantel aus Feststoffen. Herkömmlicherweise wird der Mantel durch die sogenannte Mohorovichich-Grenze von der Kruste getrennt, die tatsächlich Schichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung trennt. Es ist durch einen starken Anstieg der Geschwindigkeit seismischer Wellen gekennzeichnet.
Das heißt, eine relativ dünne Schicht der Erdkruste ist eine zerbrechliche Barriere, die uns vom rotglühenden Erdmantel trennt. Die Dicke des Mantels selbst beträgt im Durchschnitt 3.000 km. Zusammen mit dem Mantel bewegen sie sich und tektonischen Platten, die als Teil der Lithosphäre ein Teil der Erdkruste sind.

Im Folgenden betrachten wir die Dicke der kontinentalen Kruste. Es sind bis zu 35 km.

Die Dicke der kontinentalen Kruste

Die Dicke der Erdkruste variiert zwischen 30 und 70 km. Und wenn seine Schicht unter der Ebene nur 30-40 km beträgt, dann darunter Gebirgssysteme erreicht 70 km. Unter dem Himalaya erreicht die Dicke der Schicht 75 km.

Die Dicke der kontinentalen Kruste beträgt 5 bis 80 km und hängt direkt von ihrem Alter ab. So haben kalte alte Plattformen (osteuropäisch, sibirisch, westsibirisch) eine ziemlich große Dicke - 40-45 km.

Darüber hinaus hat jede der Schichten ihre eigene Dicke und Dicke, die in verschiedenen Gebieten des Festlandes variieren kann.

Die Dicke der kontinentalen Kruste beträgt:

1. Sedimentschicht - 10-15 km.

2. Granitschicht - 5-15 km.

3. Basaltschicht - 10-35 km.

Temperatur der Erdkruste

Die Temperatur steigt, je tiefer man hineingeht. Es wird angenommen, dass die Temperatur des Kerns bis zu 5.000 ° C beträgt, aber diese Zahlen bleiben bedingt, da Art und Zusammensetzung den Wissenschaftlern noch nicht klar sind. Je tiefer man in die Erdkruste vordringt, desto mehr steigt die Temperatur alle 100 m, aber ihre Werte variieren je nach Zusammensetzung der Elemente und Tiefe. Die ozeanische Kruste hat eine höhere Temperatur.

Ozeanische Kruste

Laut Wissenschaftlern war die Erde zunächst genau mit einer ozeanischen Krustenschicht bedeckt, die sich in Dicke und Zusammensetzung etwas von der kontinentalen Schicht unterscheidet. wahrscheinlich aus der oberen differenzierten Schicht des Mantels entstanden, das heißt, es ist ihm in der Zusammensetzung sehr nahe. Die Dicke der Erdkruste des ozeanischen Typs ist fünfmal geringer als die Dicke des kontinentalen Typs. Gleichzeitig unterscheidet sich seine Zusammensetzung in tiefen und flachen Bereichen der Meere und Ozeane nur unwesentlich voneinander.

Schichten der kontinentalen Kruste

Die Dicke der ozeanischen Kruste beträgt:

1. Eine Schicht aus Meerwasser, deren Dicke 4 km beträgt.

2. Eine Schicht loser Sedimente. Die Mächtigkeit beträgt 0,7 km.

3. Eine Schicht aus Basalten mit karbonat- und kieselhaltigen Gesteinen. Die durchschnittliche Leistung beträgt 1,7 km. Es fällt nicht scharf auf und zeichnet sich durch Verdichtung der Sedimentschicht aus. Diese Version seiner Struktur wird subozeanisch genannt.

4. Basaltschicht, nicht anders als kontinentale Kruste. Die Dicke der ozeanischen Kruste in dieser Schicht beträgt 4,2 km.

Die Basaltschicht der ozeanischen Kruste in Subduktionszonen (eine Zone, in der eine Schicht der Kruste eine andere absorbiert) verwandelt sich in Eklogiten. Ihre Dichte ist so hoch, dass sie bis zu einer Tiefe von mehr als 600 km tief in die Kruste einsinken und dann in den unteren Erdmantel absinken.

In Anbetracht der Tatsache, dass die kleinste Dicke der Erdkruste unter den Ozeanen beobachtet wird und nur 5-10 km beträgt, hegen Wissenschaftler seit langem die Idee, die Kruste in der Tiefe der Ozeane zu bohren, was es uns ermöglichen würde, sie genauer zu untersuchen Interne Struktur Erde. Die Schicht der ozeanischen Kruste ist jedoch sehr stark, und die Forschung in der Tiefe des Ozeans erschwert diese Aufgabe zusätzlich.

Fazit

Die Erdkruste ist vielleicht die einzige Schicht, die von der Menschheit im Detail untersucht wurde. Aber was sich darunter befindet, beunruhigt Geologen immer noch. Man kann nur hoffen, dass eines Tages die unerforschten Tiefen unserer Erde erforscht werden.

SIE. Kapitonov

Kernwärme der Erde

Erdwärme

Die Erde ist ein ziemlich stark erhitzter Körper und eine Wärmequelle. Es erwärmt sich vor allem durch die absorbierte Sonnenstrahlung. Aber die Erde hat auch ihre eigene thermische Ressource, die mit der von der Sonne empfangenen Wärme vergleichbar ist. Es wird angenommen, dass diese eigene Energie der Erde folgenden Ursprung hat. Die Erde entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren nach der Bildung der Sonne aus einer protoplanetaren Gas-Staub-Scheibe, die sich um sie drehte und kondensierte. Die Erdsubstanz wurde bereits in einem frühen Stadium ihrer Entstehung durch relativ langsame gravitative Verdichtung aufgeheizt. große Rolle dabei thermisches Gleichgewicht Die Erde wurde auch von der Energie bespielt, die freigesetzt wurde, wenn kleine kosmische Körper auf sie fielen. Daher wurde die junge Erde geschmolzen. Beim Abkühlen erreichte es allmählich seinen jetzigen Zustand mit einer festen Oberfläche, von der ein erheblicher Teil mit ozeanischem und bedeckt ist Meerwasser. So schwer äußere Schicht namens der Erdkruste und im Durchschnitt beträgt seine Dicke an Land etwa 40 km und unter ozeanischen Gewässern 5-10 km. Mehr tiefe Schicht Das Land rief Mantel besteht ebenfalls aus einem Festkörper. Er erstreckt sich bis in eine Tiefe von fast 3000 km und enthält den Großteil der Materie der Erde. Schließlich ist der innerste Teil der Erde sein Ader. Es besteht aus zwei Schichten - extern und intern. äußerer Kern Dies ist eine Schicht aus geschmolzenem Eisen und Nickel mit einer Temperatur von 4500-6500 K und einer Dicke von 2000-2500 km. innerer Kern mit einem Radius von 1000-1500 km ist eine auf eine Temperatur von 4000-5000 K erhitzte feste Eisen-Nickel-Legierung mit einer Dichte von etwa 14 g / cm 3, die bei einem enormen Druck (fast 4 Millionen bar) entstand.
Neben der inneren Wärme der Erde, die von der frühesten heißen Phase ihrer Entstehung geerbt wird und deren Menge mit der Zeit abnehmen sollte, gibt es eine weitere, langfristige, mit dem radioaktiven Zerfall von Kernen mit einer langen Halbzeit verbundene Leben - vor allem 232 Th, 235 U , 238 U und 40 K. Die bei diesen Zerfällen freigesetzte Energie - sie machen fast 99 % der radioaktiven Energie der Erde aus - füllt die Wärmereserven der Erde ständig auf. Die obigen Kerne sind in der Kruste und im Mantel enthalten. Ihr Zerfall führt zu einer Erwärmung sowohl der äußeren als auch der inneren Erdschichten.
Ein Teil der enormen Hitze, die im Inneren der Erde enthalten ist, tritt ständig an die Oberfläche, oft in sehr großen vulkanischen Prozessen. Der Wärmestrom, der aus der Tiefe der Erde durch ihre Oberfläche fließt, ist bekannt. Sie beträgt (47±2)·10 12 Watt, was der Wärme entspricht, die von 50.000 Kernkraftwerken erzeugt werden kann (die durchschnittliche Leistung eines Kernkraftwerks beträgt etwa 10 9 Watt). Es stellt sich die Frage, ob radioaktive Energie im gesamten thermischen Haushalt der Erde eine signifikante Rolle spielt, und wenn ja, welche Rolle? Die Antwort auf diese Fragen lange Zeit blieb unbekannt. Jetzt gibt es Möglichkeiten, diese Fragen zu beantworten. Die Schlüsselrolle kommt dabei den Neutrinos (Antineutrinos) zu, die in den Prozessen entstehen radioaktiver Zerfall Kerne, die die Substanz der Erde ausmachen und die genannt werden Geo-Neutrino.

Geo-Neutrino

Geo-Neutrino ist die Sammelbezeichnung für Neutrinos oder Antineutrinos, die beim Beta-Zerfall von unter der Erdoberfläche befindlichen Kernen emittiert werden. Aufgrund der beispiellosen Durchdringungsfähigkeit kann die Registrierung dieser (und nur dieser) durch bodengestützte Neutrinodetektoren offensichtlich objektive Informationen über die Prozesse des radioaktiven Zerfalls liefern, die tief im Inneren der Erde stattfinden. Ein Beispiel für einen solchen Zerfall ist der β-Zerfall des 228 Ra-Kerns, der das Produkt des α-Zerfalls des langlebigen 232 Th-Kerns ist (siehe Tabelle):

Die Halbwertszeit (T 1/2) des 228 Ra-Kerns beträgt 5,75 Jahre und die freigesetzte Energie beträgt etwa 46 keV. Das Energiespektrum von Antineutrinos ist kontinuierlich mit einer Obergrenze nahe der freigesetzten Energie.
Die Zerfälle von 232 Th-, 235 U-, 238 U-Kernen sind Ketten aufeinanderfolgender Zerfälle, die die sogenannten Kerne bilden radioaktive Reihe. In solchen Ketten sind α-Zerfälle mit β − -Zerfällen durchsetzt, da sich bei α-Zerfällen herausstellt, dass die Endkerne von der β-Stabilitätslinie in den Bereich der mit Neutronen überladenen Kerne verschoben sind. Nach einer Kette aufeinanderfolgender Zerfälle am Ende jeder Reihe werden stabile Kerne mit einer Anzahl von Protonen und Neutronen gebildet, die nahe oder gleich magischen Zahlen sind (Z = 82,N= 126). Solche Endkerne sind stabile Isotope von Blei oder Wismut. Somit endet der Zerfall von T 1/2 mit der Bildung des doppelt magischen Kerns 208 Pb, und auf dem Weg 232 Th → 208 Pb treten sechs α-Zerfälle im Wechsel mit vier β-Zerfällen auf (in der Kette 238 U → 206 Pb, acht α- und sechs β – -Zerfälle; in der 235 U → 207 Pb-Kette gibt es sieben α- und vier β − -Zerfälle). Somit ist das Energiespektrum von Antineutrinos aus jeder radioaktiven Serie eine Überlagerung von Teilspektren von einzelnen β − -Zerfällen, aus denen diese Serie besteht. Die Spektren von Antineutrinos, die bei 232 Th-, 235 U-, 238 U- und 40 K-Zerfällen erzeugt werden, sind in den Fig. 1 und 2 gezeigt. 1. Der 40 K-Zerfall ist ein einzelner β − -Zerfall (siehe Tabelle). die größte Energie(bis 3,26 MeV) erreichen Antineutrinos im Zerfall
214 Bi → 214 Po, ein Glied in der radioaktiven Reihe 238 U. Die Gesamtenergie, die während des Durchgangs aller Zerfallsglieder in der Reihe 232 Th → 208 Pb freigesetzt wird, beträgt 42,65 MeV. Für die radioaktiven Serien 235 U und 238 U betragen diese Energien 46,39 bzw. 51,69 MeV. Beim Zerfall freigesetzte Energie
40 K → 40 Ca ist 1,31 MeV.

Eigenschaften von 232 Th-, 235 U-, 238 U-, 40 K-Kernen

Kern	Anteil in % in einer Mischung Isotope	Zahl der Kerne betrifft. Si-Kerne	T 1/2 Milliarden Jahre	Erste Verbindungen Verfall
232th	100	0.0335	14.0
235 u	0.7204	6,48 10 -5	0.704
238 u	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

Die Abschätzung des Geo-Neutrino-Flusses, die auf der Grundlage des Zerfalls der in der Zusammensetzung der Erdmaterie enthaltenen Kerne 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K vorgenommen wird, führt zu einem Wert in der Größenordnung von 10 6 cm -2 Sek. -1 . Durch die Registrierung dieser Geo-Neutrinos kann man Informationen über die Rolle der radioaktiven Wärme im gesamten Wärmehaushalt der Erde gewinnen und unsere Vorstellungen über den Gehalt langlebiger Radioisotope in der Zusammensetzung der terrestrischen Materie testen.

Reis. 1. Energiespektren von Antineutrinos aus Kernzerfall

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K normalisiert auf einen Zerfall des Mutterkerns

Die Reaktion wird genutzt, um Elektron-Antineutrinos zu registrieren

P → e + + n, (1)

in der dieses Teilchen tatsächlich entdeckt wurde. Die Schwelle für diese Reaktion liegt bei 1,8 MeV. Daher können in der obigen Reaktion nur Geoneutrinos registriert werden, die in Zerfallsketten ausgehend von 232 Th- und 238 U-Kernen gebildet werden. Der Wirkungsquerschnitt der diskutierten Reaktion ist extrem klein: σ ≈ 10 -43 cm². Daraus folgt, dass ein Neutrino-Detektor mit einem sensitiven Volumen von 1 m 3 nur wenige Ereignisse pro Jahr registriert. Es ist offensichtlich, dass Neutrino-Detektoren benötigt werden, um Geo-Neutrino-Flüsse zuverlässig zu fixieren. großes Volumen Untergebracht in unterirdischen Labors für maximalen Hintergrundschutz. Die Idee, Detektoren zur Untersuchung von Sonnen- und Reaktorneutrinos zur Registrierung von Geoneutrinos zu verwenden, entstand 1998. Derzeit gibt es zwei großvolumige Neutrinodetektoren, die einen Flüssigszintillator verwenden und zur Lösung des Problems geeignet sind. Dies sind die Neutrino-Detektoren der KamLAND-Experimente (Japan, ) und Borexino (Italien, ). Im Folgenden betrachten wir das Gerät des Borexino-Detektors und die mit diesem Detektor erzielten Ergebnisse zur Registrierung von Geoneutrinos.

Borexino-Detektor und Registrierung von Geo-Neutrinos

Der Neutrino-Detektor Borexino befindet sich in Mittelitalien in einem unterirdischen Labor unter dem Gran-Sasso-Gebirge, dessen Gipfel 2,9 km erreichen (Abb. 2).

Reis. Abb. 2. Lageplan des Neutrino-Labors unter dem Gran-Sasso-Gebirge (Mittelitalien)

Borexino ist ein nicht segmentierter massiver Detektor, dessen aktives Medium ist
280 Tonnen organischer flüssiger Szintillator. Es füllte ein kugelförmiges Gefäß aus Nylon mit einem Durchmesser von 8,5 m (Abb. 3). Der Szintillator war Pseudocumol (C 9 H 12) mit einem spektrumverschiebenden PPO-Additiv (1,5 g/l). Das Licht des Szintillators wird von 2212 Acht-Zoll-Photomultipliern (PMTs) gesammelt, die auf einer Edelstahlkugel (SSS) platziert sind.

Reis. 3. Schema des Geräts des Borexino-Detektors

Ein Nylongefäß mit Pseudocumol ist ein interner Detektor, dessen Aufgabe es ist, Neutrinos (Antineutrinos) zu registrieren. Der innere Detektor ist von zwei konzentrischen Pufferzonen umgeben, die ihn vor externen Gammastrahlen und Neutronen schützen. Die innere Zone ist mit einem nicht-szintillierenden Medium gefüllt, das aus 900 Tonnen Pseudocumol mit Dimethylphthalatzusätzen besteht, um Szintillationen zu löschen. Die äußere Zone befindet sich oben auf dem SNS und ist ein Wasser-Cherenkov-Detektor, der 2000 Tonnen ultrareines Wasser enthält und Signale von Myonen abschneidet, die von außen in die Anlage eindringen. Für jede im internen Detektor auftretende Wechselwirkung werden Energie und Zeit bestimmt. Die Kalibrierung des Detektors mit verschiedenen radioaktiven Quellen ermöglichte es, seine Energieskala und den Grad der Reproduzierbarkeit des Lichtsignals sehr genau zu bestimmen.
Borexino ist ein Detektor mit sehr hoher Strahlungsreinheit. Alle Materialien wurden streng ausgewählt, und der Szintillator wurde gereinigt, um den internen Hintergrund zu minimieren. Aufgrund seiner hohen Strahlungsreinheit ist Borexino ein ausgezeichneter Detektor zum Nachweis von Antineutrinos.
In Reaktion (1) gibt das Positron ein sofortiges Signal, dem nach einiger Zeit der Einfang eines Neutrons durch einen Wasserstoffkern folgt, was zum Auftreten eines γ-Quants mit einer Energie von 2,22 MeV führt, das a erzeugt Signal gegenüber dem ersten verzögert. Bei Borexino beträgt die Neutroneneinfangzeit etwa 260 μs. Die unverzögerten und verzögerten Signale sind räumlich und zeitlich korreliert, was eine genaue Erkennung des Ereignisses ermöglicht, das z.
Die Schwelle für Reaktion (1) liegt bei 1,806 MeV und, wie aus Abb. 1 liegen alle Geoneutrinos aus den Zerfällen von 40 K und 235 U unterhalb dieser Schwelle, und nur ein Teil der Geoneutrinos, die aus den Zerfällen von 232 Th und 238 U stammen, kann nachgewiesen werden.
Der Borexino-Detektor hat 2010 erstmals Signale von Geoneutrinos nachgewiesen und kürzlich neue Ergebnisse veröffentlicht, die auf Beobachtungen über 2056 Tage von Dezember 2007 bis März 2015 basieren. Nachfolgend präsentieren wir die erhaltenen Daten und die Ergebnisse ihrer Diskussion auf der Grundlage eines Artikels.
Als Ergebnis der Analyse experimenteller Daten wurden 77 Kandidaten für Elektron-Antineutrinos identifiziert, die alle Auswahlkriterien erfüllten. Der Hintergrund von Ereignissen, die e simulieren, wurde geschätzt durch . Somit war das Signal/Hintergrund-Verhältnis ≈100.
Die Haupthintergrundquelle waren Reaktor-Antineutrinos. Für Borexino war die Situation recht günstig, da es in der Nähe des Gran Sasso-Labors keine Kernreaktoren gibt. Außerdem sind Reaktor-Antineutrinos energiereicher als Geoneutrinos, wodurch es möglich wurde, diese Antineutrinos anhand der Signalstärke vom Positron zu trennen. Die Ergebnisse der Analyse der Beiträge von Geo-Neutrinos und Reaktor-Antineutrinos zur Gesamtzahl der aufgezeichneten Ereignisse von e sind in den Abb. 1 und 2 dargestellt. 4. Die Anzahl registrierter Geo-Neutrinos, die sich aus dieser Analyse ergibt (der schraffierte Bereich entspricht ihnen in Abb. 4), ist gleich . Im Spektrum der als Ergebnis der Analyse extrahierten Geoneutrinos sind zwei Gruppen sichtbar - weniger energetisch, intensiver und energetischer, weniger intensiv. Die Autoren der beschriebenen Studie bringen diese Gruppen mit den Zerfällen von Thorium bzw. Uran in Verbindung.
In der diskutierten Analyse haben wir das Verhältnis der Massen von Thorium und Uran in der Materie der Erde verwendet
m(Th)/m(U) = 3,9 (in der Tabelle ist dieser Wert ≈3,8). Diese Zahl spiegelt den relativen Gehalt dieser chemischen Elemente in Chondriten wider - der häufigsten Gruppe von Meteoriten (mehr als 90 % der auf die Erde gefallenen Meteoriten gehören zu dieser Gruppe). Es wird angenommen, dass die Zusammensetzung von Chondriten mit Ausnahme von leichten Gasen (Wasserstoff und Helium) die Zusammensetzung des Sonnensystems und der protoplanetaren Scheibe, aus der die Erde gebildet wurde, wiederholt.

Reis. Abb. 4. Spektrum der Lichtabgabe von Positronen in Einheiten der Anzahl von Photoelektronen für Antineutrino-Kandidatenereignisse (Experimentalpunkte). Der schattierte Bereich ist der Beitrag von Geoneutrinos. Die durchgezogene Linie ist der Beitrag der Reaktor-Antineutrinos.