Johdanto

Kokoon verrattuna maapallo, maankuoren säteestä on 1/200. Mutta tämä "elokuva" on rakenteeltaan monimutkaisin ja silti kaikkein mystinen muodostuminen meidän planeettamme. Kuoren pääominaisuus on, että se toimii rajakerroksena maapallon ja ympäröivän meidät välillä. ulkoavaruus. Tällä universumin kahden elementin - kosmoksen ja planeetan substanssin - välisellä siirtymävyöhykkeellä tapahtui jatkuvasti monimutkaisimpia fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja, ja mikä on huomattavaa, näiden prosessien jäljet ​​ovat suurelta osin säilyneet.

Työn päätavoitteet ovat:

Harkitse maankuoren ja sen komponenttien päätyyppejä;

Määritellä tektoniset rakenteet maankuori;

Harkitse maankuoren ja kivien mineraalikoostumusta.

Maankuoren rakenne ja paksuus

Ensimmäiset ajatukset maankuoren olemassaolosta ilmaisi englantilainen fyysikko W. Gilbert vuonna 1600. Heitä pyydettiin jakamaan maan sisäpuoli kahteen epätasa-arvoiseen osaan: kuoreen tai kuoreen ja kiinteään ytimeen.

Näiden ajatusten kehitys sisältyy L. Descartesin, G. Leibnizin, J. Buffonin, M. V. Lomonosovin ja monien muiden ulkomaisten ja kotimaisten tutkijoiden töihin. Aluksi maankuoren tutkimus keskittyi maanosien maankuoren tutkimukseen. Siksi ensimmäiset maankuoren mallit heijastivat mannermaisen kuoren rakenteellisia piirteitä.

Termi "maankuori" otettiin käyttöön vuonna maantiede Itävaltalainen geologi E. Suess vuonna 1881 (8) Tämän termin lisäksi tällä kerroksella on toinen nimi - sial, joka koostuu yleisimpien alkuaineiden alkukirjaimista - piistä (pii, 26 %) ja alumiinista (alumiini, 7,45 % ) .

1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla pohjamaan rakennetta alettiin tutkia seismologian ja seismiikan avulla. Analysoiessaan Kroatiassa vuonna 1909 tapahtuneen maanjäristyksen seismisten aaltojen luonnetta seismologi A. Mohorovicic, kuten jo mainittiin, tunnisti noin 50 kilometrin syvyydessä selvästi jäljitetyn seismisen rajan, jonka hän määritteli maankuoren ainoaksi. Mohorovicin, Mohon tai M).

V. Konrad tallensi vuonna 1925 Mohorovichichin rajan yläpuolelle kuoren sisäpuolelle toisen leikkauspinnan, joka myös sai nimensä - Konrad-pinta tai K-pinta - "graniitti"- ja "basaltti"-kerrosten välinen raja on Konradin leikkaus.

Tutkijat ehdottivat, että kuoren ylempää kerrosta, jonka paksuus oli noin 12 km, kutsuttaisiin "graniittikerrokseksi" ja alemman kerroksen, jonka paksuus oli 25 km, "basaltiksi". Ensimmäinen kaksikerroksinen malli maankuoren rakenteesta ilmestyi. Lisätutkimus mahdollisti kuoren paksuuden mittaamisen eri alueita mantereilla. Todettiin, että alavilla alueilla se on 35? 45 km, ja vuorilla se nousee 50:een? 60 km ( suurin teho maankuori - 75 km kirjattu Pamirsissa). B. Gutenberg kutsui tällaista maankuoren paksuuntumista "vuoristojuuriksi".

Todettiin myös, että graniittikerroksen seismisen aallon nopeus on 5 6 km / s, ominainen graniiteille, ja alempi - 6? 7 km/s, tyypillinen basalteille. Graniitti- ja basalttikerroksista koostuvaa maankuorta kutsuttiin tiivistetyksi kuoreksi, jonka päällä on toinen, ylempi, sedimenttikerros. Sen teho vaihteli 0? 5–6 km (sedimenttikerroksen maksimipaksuus on 20 × 25 km).

Uusi askel mantereiden maankuoren rakenteen tutkimuksessa otettiin käyttöön voimakkaiden seismisten aaltojen räjähdyslähteiden käyttöönoton seurauksena.

Vuonna 1954 G.A. Gamburtsev kehitti syvän seismisen luotauksen (GSZ) menetelmän, joka mahdollisti Maan suoliston "valaistamisen" 100 km:n syvyyteen.

Erikoisprofiileilla alettiin tehdä seismisiä tutkimuksia, joiden ansiosta tutkijat saivat jatkuvaa tietoa maankuoren rakenteesta. Seisminen tutkimus tehtiin v rannikkoalueet meret ja valtameret, ja 60-luvun alussa maailmanlaajuiset tutkimukset alkoivat tällä valtamerten pohjan menetelmällä. Ajatus kahden olemassaolosta pohjimmiltaan erilaisia ​​tyyppejä kuori: mannermainen ja merellinen.

GSZ-materiaalit antoivat Neuvostoliiton geofyysikot (Yu.N.Godin, N.I.Pavlinkova, N.K.Bulin jne.) kumota käsityksen kaikkialla kestävän Konradin pinnan olemassaolosta. Tämän vahvisti myös Kuolan supersyvän kaivon poraus, joka ei paljastanut graniittikerroksen pohjaa geofyysikkojen osoittamassa syvyydessä.

Alkoi syntyä ajatuksia useiden rajapintojen, kuten Konradin pinnan, olemassaolosta, joiden sijaintia ei määrittänyt niinkään kiteisten kivien koostumuksen muutos, vaan niiden erilainen metamorfian aste. Ajatuksia ilmaistiin, että maankuoren graniitti- ja basalttikerrosten koostumuksessa tärkeä rooli metamorfiset kivet soittavat (Yu.N. Godin, I.A. Rezanov, V.V. Belousov jne.).

Seismisten aaltojen nopeuden kasvu selittyy kivien emäksisyyden lisääntymisellä ja suurelta osin heidän muodonmuutostaan. Siten "graniitti"-kerroksen ei tulisi sisältää vain granitoideja, vaan myös metamorfisia kiviä (kuten gneissejä, kiilleliuskoja jne.), jotka ovat syntyneet primaarisista sedimenttiesiintymistä. Kerrosta alettiin kutsua graniitti-metamorfiseksi tai graniittigneissiksi. Se ymmärrettiin joukoksi magmaisia ​​ja sedimentti-metamorfisia kiviä, koostumusta ja vaiheen tila jotka aiheuttavat fysikaalisia parametreja, jotka ovat lähellä muuttumattomien graniitien tai granitoidien, ts. tiheys luokkaa 2,58? 2,64 g/cm ja säiliön nopeus 5,5? 6,3 km/s.

Metamorfismin syvän (granuliitti) vaiheen kivien läsnäolo sallittiin "basalttikerroksen" koostumuksessa. Sitä alettiin kutsua granuliitti-mafiseksi, granuliitti-eklogiitiseksi, ja se ymmärrettiin joukkona magmaisia ​​ja metamorfoituneita kiviä, joilla on keskikokoinen, emäksinen tai samanlainen koostumus ja joilla on fysikaaliset parametrit: tiheys 2,8? 3,1 g/cm, säiliön nopeus 6,6? 7,4 km/s. Kokeellisten tietojen, räjähdysputkien syvien kivien fragmenttien (ksenoliittien) perusteella tämä kerros voi koostua granuliiteista, gabbroideista, perusgneisseistä ja eklogiitin kaltaisista kivistä.

Sanat "graniitti" ja "basalttikerros" jäivät liikkeelle, mutta ne laitettiin lainausmerkkeihin, mikä korosti niiden koostumuksen ja nimen tavanomaisuutta.

Mannerten maankuoren rakennetta koskevien ideoiden nykyaikainen kehitysvaihe alkoi viime vuosisadan 80-luvulla, ja sille on ominaista kolmikerroksisen mallin luominen konsolidoidusta kuoresta. Useiden kotimaisten (N.I. Pavlenkova, I.P. Kosminskaya) ja ulkomaisten (S. Mueller) tutkijoiden tutkimukset osoittivat, että maanosien maankuoren rakenteessa sedimenttikerroksen lisäksi on tarpeen erottaa toisistaan vähintään, kolme, ei kaksi kerrosta: ylhäältä, keskeltä ja alhaalta (kuva 1).

Yläkerros, jonka kapasiteetti on 8? 15 km, on ominaista seismisten aaltojen nopeuden lisääntyminen syvyydellä, lohkorakenteella, suhteellisen lukuisten halkeamien ja vikojen esiintyminen. Ainoa kerros nopeudella 6,1? K:n rajaksi on määritelty 6,5 km/s. Joidenkin tutkijoiden mukaan lujitetun kuoren ylempi kerros vastaa graniitti-metamorfista kerrosta kuoren kaksikerroksisessa mallissa.

Toinen (keski) kerros 20:n syvyyteen 25 km (joskus jopa 30 km) on ominaista elastisten aaltojen nopeuden hienoinen lasku (noin 6,4 km/s), nopeusgradienttien puuttuminen. Sen pohja erottuu K:n rajana. Toisen kerroksen uskotaan muodostuvan basalttityyppisistä kivistä, joten se voidaan tunnistaa kuoren "basaltti"-kerroksesta.

Kuva 1

Kolmas (alempi) kerros, joka on jäljitetty kuoren pohjalle, on nopea (6,8 × 7,7 km/s). Sille on ominaista ohut kerrostuminen ja nopeusgradientin lisääntyminen syvyyden myötä. Sitä edustavat ultramafiset kivet, joten sitä ei voida katsoa johtuvan kuoren "basaltti"-kerroksesta. On ehdotuksia, että kuoren alempi kerros on ylemmän vaipan aineen muuttumisen tuote, eräänlainen vaipan säävyöhyke (N.I. Pavlenkova). AT klassinen malli kuoren rakenne, keski- ja alakerros muodostavat granuliitti-mafisen kerroksen.

Maankuoren rakenne ja paksuus vaihtelevat jonkin verran maanosien eri alueilla. Näin ollen seuraavat rakenteelliset piirteet ovat tyypillisiä maankuorelle, syville tasanteille ja etusyvyyksille: sedimenttikerroksen suuri paksuus (jopa puolet koko kuoren paksuudesta); ohuempi ja nopeampi lujitettu kuori kuin lavojen muissa osissa; M-pinnan koholla oleva asema. Kiinteän kuoren ylempi ("graniitti") kerros usein kiilautuu tai ohenee niiden sisällä jyrkästi, ja myös keskikerroksen paksuus pienenee merkittävästi.

Maassamme, jossa on runsaasti hiilivetyjä, geoterminen energia on eräänlainen eksoottinen luonnonvara, joka nykyisessä tilanteessa tuskin kilpaile öljyn ja kaasun kanssa. Tätä vaihtoehtoista energiamuotoa voidaan kuitenkin käyttää lähes kaikkialla ja varsin tehokkaasti.

Geoterminen energia on maan sisäpuolen lämpöä. Sitä tuotetaan syvyyksissä ja se tulee maan pinnalle eri muodoissa ja eri intensiteetillä.

Maaperän ylempien kerrosten lämpötila riippuu pääasiassa ulkoisista (eksogeenisista) tekijöistä - auringonvalosta ja ilman lämpötilasta. Kesällä ja päivällä maaperä lämpenee tiettyyn syvyyteen, ja talvella ja yöllä se jäähtyy ilman lämpötilan muutoksen seurauksena ja jonkin verran viiveellä, kasvaen syvyyden myötä. Ilman lämpötilan päivittäisten vaihteluiden vaikutus päättyy syvyydessä muutamista useisiin kymmeniin senttimetreihin. Kausivaihtelut vangitsevat syvempiä maakerroksia - jopa kymmeniä metrejä.

Tietyllä syvyydellä - kymmenistä satoihin metriin - maaperän lämpötila pidetään vakiona, joka on sama kuin maan pinnan keskimääräinen vuotuinen ilman lämpötila. Tämä on helppo varmistaa menemällä melko syvään luolaan.

Kun vuoden keskilämpötila tietyllä alueella on alle nollan, tämä ilmenee ikiroutana (tarkemmin sanottuna ikiroutana). AT Itä-Siperia Ympärivuotisten jäämaiden paksuus eli paksuus on paikoin 200–300 metriä.

Tietystä syvyydestä (kartan kullekin pisteelle omansa) Auringon ja ilmakehän toiminta heikkenee niin paljon, että endogeeniset (sisäiset) tekijät tulevat ensin ja maan sisäpuoli lämpenee sisältäpäin, jolloin lämpötila alkaa nousta. nousta syvyyden mukana.

Maan syvien kerrosten lämpeneminen liittyy pääasiassa siellä olevien radioaktiivisten alkuaineiden hajoamiseen, vaikka muitakin lämmönlähteitä kutsutaan myös esimerkiksi fysikaalis-kemiallisiksi, tektonisiksi prosesseiksi maankuoren ja vaipan syvissä kerroksissa. Mutta oli syy mikä tahansa, kivien ja niihin liittyvien nestemäisten ja kaasumaisten aineiden lämpötila nousee syvyyden myötä. Kaivostyöläiset kohtaavat tämän ilmiön - syvissa kaivoksissa on aina kuuma. 1 km:n syvyydessä kolmekymmentä astetta lämpöä - normaali ilmiö, ja lämpötila on vielä korkeampi syvemmällä.

Maan sisäpuolen lämpövirtaus, joka saavuttaa maan pinnan, on pieni - sen teho on keskimäärin 0,03–0,05 W / m 2 eli noin 350 W h / m 2 vuodessa. Taustalla lämpövirta Auringosta ja sen lämmittämästä ilmasta tämä on huomaamaton määrä: Aurinko antaa kaikille neliömetri maanpinta noin 4 000 kWh vuodessa, eli 10 000 kertaa enemmän (tietenkin tämä on keskiarvo, jossa on valtava ero napa- ja päiväntasaajan leveysasteilla ja riippuen muista ilmasto- ja säätekijöistä).

Syvyydestä pintaan kulkevan lämpövirran merkityksettömyys suurimmassa osassa planeettaa liittyy kivien ja ominaisuuksien alhaiseen lämmönjohtavuuteen geologinen rakenne. Mutta on poikkeuksia - paikkoja, joissa lämpövirta on korkea. Nämä ovat ennen kaikkea lisääntyneiden tektonisten vaurioiden vyöhykkeitä seisminen aktiivisuus ja vulkanismi, jossa maan sisäpuolen energia löytää tien ulos. Tällaisille vyöhykkeille on ominaista litosfäärin lämpöpoikkeamat, joissa Maan pintaan saapuva lämpövirta voi olla monta kertaa ja jopa suuruusluokkaa voimakkaampi kuin "tavallinen". Tulivuorenpurkaukset ja kuumat vesilähteet tuovat pintaan näillä alueilla valtavan määrän lämpöä.

Juuri nämä alueet ovat suotuisimpia geotermisen energian kehittämiselle. Venäjän alueella tämä on ennen kaikkea Kamtšatka, Kurilien saaret ja Kaukasus.

Samanaikaisesti geotermisen energian kehittäminen on mahdollista lähes kaikkialla, koska lämpötilan nousu syvyyden myötä on arjen ilmiö ja tehtävänä on "poistaa" lämpöä suolistosta, aivan kuten mineraaliraaka-aineita saadaan sieltä.

Keskimäärin lämpötila kohoaa syvyyden myötä 2,5–3°C jokaista 100 metriä kohden. Kahden eri syvyydessä sijaitsevan pisteen lämpötilaeron suhdetta niiden väliseen syvyyseroon kutsutaan geotermiseksi gradienttiksi.

Käänteisluku on geoterminen askel tai syvyysväli, jolla lämpötila nousee 1°C.

Mitä suurempi gradientti ja vastaavasti matalampi askel, sitä lähempänä maan syvyyden lämpö lähestyy pintaa ja sitä lupaavampi tämä alue on geotermisen energian kehitykselle.

Eri alueilla, riippuen geologisesta rakenteesta ja muista alueellisista ja paikallisista olosuhteista, lämpötilan nousunopeus syvyyden myötä voi vaihdella dramaattisesti. Maan mittakaavassa geotermisen gradientin ja portaiden arvojen vaihtelut saavuttavat 25-kertaisen. Esimerkiksi Oregonin osavaltiossa (USA) gradientti on 150°C per kilometri, ja Etelä-Afrikka-6°C/1 km.

Kysymys kuuluu, mikä on lämpötila suurissa syvyyksissä - 5, 10 km tai enemmän? Jos trendi jatkuu, lämpötilan tulisi 10 km:n syvyydessä olla keskimäärin 250–300 °C. Tämän vahvistavat enemmän tai vähemmän suorat havainnot ultrasyvistä kaivoista, vaikka kuva onkin paljon monimutkaisempi kuin lineaarinen lämpötilan nousu.

Esimerkiksi Baltic Crystalline Shieldiin poratussa Kuolan supersyvässä kaivossa lämpötila muuttuu 10°C/1 km nopeudella 3 km:n syvyyteen, jolloin geoterminen gradientti kasvaa 2–2,5 kertaa. 7 km:n syvyydessä lämpötila on jo tallennettu 120 °C, 10 km - 180 °C ja 12 km - 220 °C.

Toinen esimerkki on Pohjois-Kaspianmerellä rakennettu kaivo, jossa 500 metrin syvyydessä mitattiin 42°C:n lämpötila, 1,5 km - 70 °C, 2 km - 80 °C, 3 km - 108 °C.

Geotermisen gradientin oletetaan laskevan alkaen 20–30 km:n syvyydestä: 100 km:n syvyydessä arvioidut lämpötilat ovat noin 1300–1500 °C, 400 km - 1600 °C:n syvyydessä maapallolla. ydin (yli 6000 km syvyys) - 4000-5000°C.

10–12 km:n syvyydessä lämpötila mitataan porakaivoista; missä niitä ei ole, se määräytyy epäsuorilla merkeillä samalla tavalla kuin suuremmissa syvyyksissä. Sellainen epäsuoria merkkejä voi olla seismisten aaltojen kulun luonne tai purkautuvan laavan lämpötila.

Geotermisen energian kannalta tiedot lämpötiloista yli 10 km:n syvyyksissä eivät kuitenkaan ole vielä käytännön kiinnostavia.

Useiden kilometrien syvyyksissä on paljon lämpöä, mutta miten sitä nostetaan? Joskus luonto itse ratkaisee tämän ongelman meille luonnollisen jäähdytysnesteen - lämmitetyn - avulla lämpövedet, jotka tulevat pintaan tai makaavat meidän ulottuvillamme syvyydessä. Joissakin tapauksissa syvyyksissä oleva vesi kuumennetaan höyryn tilaan.

Termillä "lämpövedet" ei ole tiukkaa määritelmää. Yleensä ne tarkoittavat kuumaa pohjavettä nestemäisessä tilassa tai höyryn muodossa, mukaan lukien ne, jotka tulevat maan pinnalle, jonka lämpötila on yli 20 ° C, toisin sanoen yleensä korkeampi kuin ilman lämpötila.

Pohjaveden, höyryn, höyry-vesi-seosten lämpö on hydrotermistä energiaa. Sen vuoksi sen käyttöön perustuvaa energiaa kutsutaan hydrotermiseksi.

Tilanne on monimutkaisempi lämmöntuotannossa suoraan kuivista kivistä - petroterminen energia, varsinkin kun riittävän korkeat lämpötilat alkavat yleensä useiden kilometrien syvyyksistä.

Venäjän alueella petrotermisen energian potentiaali on sata kertaa suurempi kuin hydrotermisen energian - vastaavasti 3500 ja 35 biljoonaa tonnia standardipolttoainetta. Tämä on aivan luonnollista - maan syvyyksien lämpöä on kaikkialla, ja lämpövesiä löytyy paikallisesti. Ilmeisten teknisten vaikeuksien vuoksi suurin osa lämpövesistä käytetään kuitenkin tällä hetkellä lämmön ja sähkön tuottamiseen.

Veden lämpötilat 20-30 - 100°C sopivat lämmitykseen, lämpötilat 150°C ja yli - sekä sähköntuotantoon geotermisissä voimalaitoksissa.

Yleisesti ottaen geotermiset resurssit Venäjän alueella, mitattuna tonneina standardipolttoainetta tai millä tahansa muulla energian mittayksiköllä, ovat noin 10 kertaa suuremmat kuin fossiilisten polttoaineiden varat.

Teoriassa vain geoterminen energia voisi täyttää maan energiatarpeet täysin. Käytännössä päällä Tämä hetki suurimmalla osalla sen alueesta tämä ei ole mahdollista teknisistä ja taloudellisista syistä.

Maailmassa geotermisen energian käyttö yhdistetään useimmiten Islantiin - maahan, joka sijaitsee Keski-Atlantin harjanteen pohjoispäässä, erittäin aktiivisella tektonisella ja vulkaanisella vyöhykkeellä. Varmaan kaikki muistavat voimakas purkaus Eyjafjallajokull tulivuori ( Eyjafjallajokull) vuonna 2010.

Tämän geologisen ominaisuuden ansiosta Islannilla on valtavat geotermisen energiavarat, mukaan lukien kuumat lähteet, jotka tulevat maan pinnalle ja jopa pursuavat geysirien muodossa.

Islannissa yli 60 % kaikesta kulutetusta energiasta otetaan tällä hetkellä maapallolta. Mukaan lukien geotermiset lähteet, 90 % lämmityksestä ja 30 % sähkön tuotannosta tarjotaan. Lisätään, että muu sähkö maassa tuotetaan vesivoimalaitoksilla eli myös uusiutuvalla energialähteellä, minkä ansiosta Islanti näyttää eräänlaiselta globaalilta ympäristöstandardilta.

Geotermisen energian "kesyttäminen" 1900-luvulla auttoi Islantia merkittävästi taloudellisesti. Viime vuosisadan puoliväliin asti se oli erittäin köyhä maa, nyt se on maailman ensimmäisellä sijalla asennetulla kapasiteetilla ja geotermisen energian tuotannolla henkeä kohti ja on kymmenen parhaan joukossa geotermisen sähkön absoluuttisen asennetun kapasiteetin suhteen. kasvit. Sen väkiluku on kuitenkin vain 300 tuhatta ihmistä, mikä yksinkertaistaa tehtävää siirtyä ympäristöystävälliseen puhtaat lähteet energia: sen tarve on yleensä pieni.

Islannin lisäksi suuri osuus geotermisestä energiasta yleinen tase sähköä tuotetaan Uudessa-Seelannissa ja Kaakkois-Aasian saarivaltioissa (Filippiinit ja Indonesia), Keski-Amerikan ja Itä-Afrikan maissa, joiden alueelle on myös ominaista korkea seisminen ja vulkaaninen aktiivisuus. Näiden maiden nykyisellä kehitystasolla ja tarpeilla geoterminen energia edistää merkittävästi sosioekonomista kehitystä.

Geotermisen energian käytöllä on hyvin pitkä historia. Yksi ensimmäisistä kuuluisia esimerkkejä- Italia, paikka Toscanan provinssissa, jota nykyään kutsutaan nimellä Larderello, jossa 1800-luvun alussa käytettiin energiatarkoituksiin paikallisia kuumia lämpövesiä, jotka virtasivat luonnostaan ​​tai saatiin matalista kaivoista.

Maanalaisista lähteistä peräisin olevaa vettä, jossa oli runsaasti booria, käytettiin täällä boorihapon saamiseksi. Aluksi tämä happo saatiin haihduttamalla rautakattiloissa ja tavallista polttopuuta otettiin polttoaineeksi läheisistä metsistä, mutta vuonna 1827 Francesco Larderel loi järjestelmän, joka toimi itse vesien lämmöllä. Samaan aikaan luonnonvesihöyryn energiaa alettiin käyttää porauslaitteiden toimintaan ja 1900-luvun alussa paikallisten talojen ja kasvihuoneiden lämmitykseen. Samassa paikassa, Larderellossa, vuonna 1904 tuli lämpövesihöyryä energian lähde saada sähköä.

Italian esimerkkiä 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa seurasivat eräät muut maat. Esimerkiksi vuonna 1892 lämpövesiä käytettiin ensimmäisen kerran paikalliseen lämmitykseen Yhdysvalloissa (Boise, Idaho), vuonna 1919 - Japanissa, vuonna 1928 - Islannissa.

Yhdysvalloissa ensimmäinen hydroterminen voimalaitos ilmestyi Kaliforniaan 1930-luvun alussa, Uudessa-Seelannissa - vuonna 1958, Meksikossa - vuonna 1959, Venäjällä (maailman ensimmäinen binaarinen GeoPP) - vuonna 1965.

Vanha periaate uudesta lähteestä

Sähköntuotanto vaatii korkeampaa veden lämpötilaa kuin lämmitys, yli 150°C. Geotermisen voimalaitoksen (GeoES) toimintaperiaate on samanlainen kuin perinteisen lämpövoimalaitoksen (TPP) toimintaperiaate. Itse asiassa geoterminen voimalaitos on eräänlainen lämpövoimalaitos.

Lämpövoimalaitoksilla pääsääntöisesti hiili, kaasu tai polttoöljy toimivat ensisijaisena energialähteenä ja vesihöyry toimii työnesteenä. Polttoaine lämmittää palaessaan veden höyryksi, joka pyörittää höyryturbiinia ja tuottaa sähköä.

Ero GeoPP:n välillä on, että ensisijainen energialähde on maan sisäpuolen lämpö ja toimiva elin höyryn muodossa tulee sähkögeneraattorin turbiinin siipille "valmiissa" muodossa suoraan tuotantokaivosta.

GeoPP:n toiminnassa on kolme päämallia: suora, käyttämällä kuivaa (geotermistä) höyryä; epäsuora, hydrotermiseen veteen perustuva ja sekoitettu tai binäärinen.

Jonkin toisen järjestelmän käyttö riippuu aggregaatiotilasta ja energian kantajan lämpötilasta.

Yksinkertaisin ja siksi ensimmäinen hallituista kaavioista on suora, jossa kaivosta tuleva höyry johdetaan suoraan turbiinin läpi. Myös maailman ensimmäinen GeoPP Larderellossa vuonna 1904 toimi kuivalla höyryllä.

GeoPP kanssa epäsuora järjestelmä työt ovat yleisimpiä nykyään. He käyttävät kuumaa maanalaista vettä, joka pumpataan korkealla paineella höyrystimeen, jossa osa siitä haihdutetaan ja syntyvä höyry pyörittää turbiinia. Joissakin tapauksissa tarvitaan lisälaitteita ja -piirejä geotermisen veden ja höyryn puhdistamiseen aggressiivisista yhdisteistä.

Poistohöyry tulee ruiskutuskaivoon tai sitä käytetään tilan lämmitykseen - tässä tapauksessa periaate on sama kuin CHP:n käytön aikana.

Binäärisissä GeoPP:issä kuuma lämpövesi on vuorovaikutuksessa toisen nesteen kanssa, joka toimii työnesteenä, jolla on alhaisempi kiehumispiste. Molemmat nesteet johdetaan lämmönvaihtimen läpi, jossa lämpövesi haihduttaa työnesteen, jonka höyryt pyörittävät turbiinia.

Tämä järjestelmä on suljettu, mikä ratkaisee ilmakehään joutuvien päästöjen ongelman. Lisäksi suhteellisen alhaisen kiehumispisteen omaavat käyttönesteet mahdollistavat ei kovin kuumien lämpövesien käytön ensisijaisena energialähteenä.

Kaikissa kolmessa järjestelmässä käytetään hydrotermistä lähdettä, mutta petrotermistä energiaa voidaan käyttää myös sähkön tuottamiseen.

Piirikaavio on myös tässä tapauksessa melko yksinkertainen. On tarpeen porata kaksi toisiinsa yhdistettyä kaivoa - ruiskutus ja tuotanto. Vesi pumpataan injektiokaivoon. Syvyydessä se lämpenee, jonka jälkeen voimakkaan kuumennuksen tuloksena muodostunut lämmitetty vesi tai höyry johdetaan pintaan tuotantokaivosta. Lisäksi kaikki riippuu siitä, kuinka petrotermistä energiaa käytetään - lämmitykseen tai sähkön tuotantoon. Suljettu kierto on mahdollista pumppaamalla poistohöyry ja vesi takaisin ruiskutuskaivoon tai muulla hävitysmenetelmällä.

Tällaisen järjestelmän haittapuoli on ilmeinen: riittävän korkean käyttönesteen lämpötilan saavuttamiseksi on tarpeen porata kaivoja suureen syvyyteen. Ja tämä on vakava kustannus ja riski merkittävästä lämpöhäviöstä, kun neste liikkuu ylöspäin. Siksi petrotermiset järjestelmät ovat edelleen harvinaisempia kuin hydrotermiset, vaikka petrotermisen energian potentiaali onkin suuruusluokkaa suurempi.

Tällä hetkellä johtaja niin kutsuttujen petrotermisten kiertovesijärjestelmien (PCS) luomisessa on Australia. Lisäksi tämä geotermisen energian suunta kehittyy aktiivisesti Yhdysvalloissa, Sveitsissä, Isossa-Britanniassa ja Japanissa.

Lahja Lord Kelviniltä

Fyysikko William Thompsonin (alias Lord Kelvin) vuonna 1852 keksimä lämpöpumppu antoi ihmiskunnalle todellisen mahdollisuuden käyttää maaperän ylempien kerrosten heikkolaatuista lämpöä. Lämpöpumppujärjestelmä tai lämpökerroin, kuten Thompson sitä kutsui, perustuu fyysinen prosessi lämmönsiirto alkaen ympäristöön jäähdytysnesteeseen. Itse asiassa se käyttää samaa periaatetta kuin petrotermisissä järjestelmissä. Ero on lämmönlähteessä, jonka yhteydessä voi herää terminologinen kysymys: missä määrin lämpöpumppua voidaan pitää maalämpöjärjestelmänä? Tosiasia on, että ylemmissä kerroksissa, kymmenien tai satojen metrien syvyyksissä, kivet ja niiden sisältämät nesteet eivät kuumene. syvä lämpö maa, mutta aurinko. Se on siis aurinko Tämä tapaus- ensisijainen lämmönlähde, vaikka se otetaan maalämpöjärjestelmien tapaan maasta.

Lämpöpumpun toiminta perustuu maaperän lämpenemisen ja jäähtymisen viivästymiseen ilmakehään verrattuna, minkä seurauksena pinnan ja syvempien kerrosten välille muodostuu lämpötilagradientti, joka säilyttää lämpöä myös talvella, vastaavasti kuin mitä altaissa tapahtuu. Lämpöpumppujen päätarkoitus on tilan lämmitys. Itse asiassa se on "jääkaappi päinvastoin". Sekä lämpöpumppu että jääkaappi ovat vuorovaikutuksessa kolmen komponentin kanssa: sisäinen ympäristö (ensimmäisessä tapauksessa - lämmitetty huone, toisessa - jäähdytetty jääkaappikammio), ulkoinen ympäristö - energialähde ja kylmäaine (kylmäaine), joka on myös jäähdytysneste, joka tarjoaa lämmönsiirtoa tai kylmää.

Matalan kiehumispisteen omaava aine toimii kylmäaineena, jolloin se voi ottaa lämpöä lähteestä, jonka lämpötila on jopa suhteellisen alhainen.

Jääkaapissa nestemäinen kylmäaine tulee höyrystimeen kaasuvivun (paineensäätimen) kautta, jossa neste haihtuu paineen jyrkän laskun vuoksi. Haihtuminen on endoterminen prosessi, joka vaatii lämmön imeytymistä ulkopuolelta. Tämän seurauksena höyrystimen sisäseinistä otetaan lämpöä, mikä tarjoaa jäähdytysvaikutuksen jääkaapin kammioon. Edelleen höyrystimestä kylmäaine imetään kompressoriin, jossa se palaa aggregoituneena nestemäiseen tilaan. Tämä on käänteinen prosessi, joka johtaa erotetun lämmön vapautumiseen aikana ulkoinen ympäristö. Yleensä se heitetään huoneeseen ja jääkaapin takaseinä on suhteellisen lämmin.

Lämpöpumppu toimii lähes samalla tavalla, sillä erolla, että lämpö otetaan ulkoilmasta ja tulee sisään höyrystimen kautta. sisäinen ympäristö- huoneen lämmitysjärjestelmä.

Oikeassa lämpöpumpussa vesi lämmitetään, kulkee maahan tai säiliöön asetetun ulkoisen piirin läpi ja menee sitten höyrystimeen.

Höyrystimessä lämpö siirtyy sisäiseen piiriin, joka on täytetty matalan kiehumispisteen omaavalla kylmäaineella, joka höyrystimen läpi kulkiessaan muuttuu nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan ottamalla lämpöä.

Seuraavaksi kaasumainen kylmäaine tulee kompressoriin, jossa se puristetaan korkeapaine ja lämpötila, ja menee lauhduttimeen, jossa lämmönvaihto tapahtuu kuuman kaasun ja lämmitysjärjestelmästä tulevan jäähdytysnesteen välillä.

Kompressori vaatii toimiakseen sähköä, mutta muunnossuhde (kulutetun ja tuotetun energian suhde) on nykyaikaisissa järjestelmissä riittävän korkea tehokkuuden varmistamiseksi.

Tällä hetkellä lämpöpumppuja käytetään laajalti tilojen lämmitykseen, pääasiassa taloudellisesti kehittyneissä maissa.

Eko-oikea energia

Geotermistä energiaa pidetään ympäristöystävällisenä, mikä on yleensä totta. Ensinnäkin se käyttää uusiutuvaa ja käytännössä ehtymätöntä luonnonvaraa. Geoterminen energia ei vaadi suuria alueita, toisin kuin suuret vesivoimalat tai tuulivoimalat, eikä saastuta ilmakehää, toisin kuin hiilivetyenergia. GeoPP vie keskimäärin 400 m 2 1 GW tuotettua sähköä kohti. Esimerkiksi kivihiililämpövoimalaitoksella sama luku on 3600 m 2. GeoPP:n ympäristöhyötyihin kuuluu myös alhainen vedenkulutus - 20 litraa makeaa vettä 1 kW:lla, kun taas lämpövoimalaitokset ja ydinvoimalaitokset tarvitsevat noin 1000 litraa. Huomaa, että nämä ovat "keskimääräisen" GeoPP:n ympäristöindikaattoreita.

Mutta negatiivisia sivuvaikutuksia on silti. Niistä erotetaan useimmiten melu, lämpösaaste ilmakehä ja kemikaalit - vesi ja maaperä sekä kiinteän jätteen muodostuminen.

Pääasiallinen ympäristön kemiallisen saastumisen lähde on lämpövesi itse (jossa korkea lämpötila ja suolaisuus), jotka sisältävät usein suuria määriä myrkyllisiä yhdisteitä, ja siksi jäteveden ja vaarallisten aineiden hävittämisessä on ongelma.

Geotermisen energian negatiiviset vaikutukset voidaan jäljittää useassa vaiheessa kaivojen porauksesta alkaen. Täällä syntyvät samat vaarat kuin mitä tahansa kaivoa porattaessa: maaperän ja kasvillisuuden tuhoutuminen, maaperän ja pohjaveden saastuminen.

GeoPP:n toimintavaiheessa ympäristön saastumisen ongelmat jatkuvat. Lämpönesteet - vesi ja höyry - sisältävät tyypillisesti hiilidioksidia (CO 2), rikkisulfidia (H 2 S), ammoniakkia (NH 3), metaania (CH 4), pöytäsuola(NaCl), boori (B), arseeni (As), elohopea (Hg). Ympäristöön joutuessaan niistä tulee saasteiden lähteitä. Lisäksi aggressiivinen kemiallinen ympäristö voi aiheuttaa korroosiovaurioita GeoTPP-rakenteille.

Samaan aikaan GeoPP:n saastepäästöt ovat keskimäärin pienemmät kuin lämpövoimalaitoksissa. Esimerkiksi hiilidioksidipäästöt tuotettua sähköä kilowattituntia kohden ovat jopa 380 g GeoPP:illa, 1042 g hiililämpövoimalaitoksilla, 906 g polttoöljyllä ja 453 g kaasulämpövoimalaitoksilla.

Herää kysymys: mitä tehdä jätevedelle? Alhaisella mineralisaatiolla, jäähdytyksen jälkeen, se voidaan upottaa pintavesi. Toinen tapa on pumpata se takaisin pohjavesikerrokseen ruiskutuskaivon kautta, mikä on tällä hetkellä suosituin ja vallitseva käytäntö.

Lämpöveden otto pohjavesikerroksista (samoin kuin tavallisen veden pumppaus) voi aiheuttaa vajoamista ja maan liikkeitä, muita geologisten kerrosten muodonmuutoksia ja mikromaanjäristyksiä. Tällaisten ilmiöiden todennäköisyys on yleensä pieni, vaikka yksittäisiä tapauksia onkin kirjattu (esimerkiksi GeoPP:ssä Staufen im Breisgaussa Saksassa).

On syytä korostaa, että suurin osa GeoPP-projekteista sijaitsee suhteellisen harvaan asutuilla alueilla ja kolmannen maailman maissa, joissa ympäristövaatimukset ovat vähemmän tiukat kuin kehittyneissä maissa. Lisäksi tällä hetkellä GeoPP:iden määrä ja niiden kapasiteetit ovat suhteellisen pieniä. Geotermisen energian laajemmalla kehittämisellä ympäristöriskejä voi kasvaa ja lisääntyä.

Kuinka paljon on maapallon energia?

Geotermisten järjestelmien rakentamisen investointikustannukset vaihtelevat suuresti. laaja valikoima- 200 - 5000 dollaria per 1 kW asennettua kapasiteettia, toisin sanoen halvimmat vaihtoehdot ovat verrattavissa lämpövoimalan rakentamiskustannuksiin. Ne riippuvat ennen kaikkea lämpövesien esiintymisolosuhteista, niiden koostumuksesta ja järjestelmän suunnittelusta. Syväporaus, luominen suljettu järjestelmä kahdella kaivolla vedenkäsittelyn tarve voi moninkertaistaa kustannukset.

Esimerkiksi petrotermisen kiertojärjestelmän (PTS) luomiseen investoinnit ovat arviolta 1,6–4 tuhatta dollaria per 1 kW asennettua kapasiteettia, mikä ylittää rakennuskustannukset. ydinvoimala ja verrattavissa tuuli- ja aurinkovoimaloiden rakentamiskustannuksiin.

GeoTPP:n ilmeinen taloudellinen etu on ilmainen energiansiirto. Vertailun vuoksi todettakoon, että toimivan lämpö- tai ydinvoimalaitoksen kustannusrakenteessa polttoaineen osuus on 50–80 % tai jopa enemmänkin, riippuen senhetkisestä energian hinnasta. Tästä syystä toinen geotermisen järjestelmän etu: käyttökustannukset ovat vakaammat ja ennustettavampia, koska ne eivät ole riippuvaisia ​​energian hintojen ulkoisesta konjunktuurista. Yleisesti ottaen GeoTPP:n käyttökustannukset ovat 2–10 senttiä (60 kopekkaa – 3 ruplaa) 1 kWh tuotettua kapasiteettia kohden.

Toiseksi suurin (ja erittäin merkittävä) menoerä energian kantajan jälkeen on pääsääntöisesti palkka tehtaan henkilöstö, joka voi vaihdella dramaattisesti eri maiden ja alueiden välillä.

Keskimäärin 1 kWh geotermisen energian hinta on verrattavissa lämpövoimaloiden hintaan (Venäjän olosuhteissa noin 1 rupla / 1 kWh) ja kymmenen kertaa korkeampi kuin vesivoimaloiden sähköntuotannon kustannukset (5-10 kopekkaa). / 1 kWh).

Osa syynä korkeisiin kustannuksiin on se, että toisin kuin lämpö- ja hydraulivoimaloissa, GeoTPP:n kapasiteetti on suhteellisen pieni. Lisäksi on tarpeen verrata samalla alueella ja samanlaisissa olosuhteissa sijaitsevia järjestelmiä. Joten esimerkiksi Kamtšatkassa asiantuntijoiden mukaan 1 kWh geotermistä sähköä maksaa 2-3 kertaa halvempaa kuin paikallisissa lämpövoimalaitoksissa tuotettu sähkö.

Indikaattorit taloudellinen tehokkuus Maalämpöjärjestelmän toiminta riippuu esimerkiksi siitä, onko jätevedet tarpeen hävittää ja millä tavoin se tehdään, onko resurssin yhteiskäyttö mahdollista. Niin, kemiallisia alkuaineita ja lämpövedestä uutetut yhdisteet voivat antaa lisätuloja. Muista Larderellon esimerkki: kemiallinen tuotanto oli siellä ensisijaista ja geotermisen energian käyttö oli alun perin apuluonteista.

Geoterminen energia eteenpäin

Geoterminen energia kehittyy hieman eri tavalla kuin tuuli ja aurinko. Tällä hetkellä se riippuu suurelta osin itse resurssin luonteesta, joka vaihtelee jyrkästi alueittain, ja suurimmat pitoisuudet ovat sidottu kapeisiin geotermisten poikkeamien vyöhykkeisiin, jotka liittyvät yleensä tektonisiin vaurioihin ja vulkanismiin.

Lisäksi geoterminen energia on teknologisesti vähemmän kapaaaaa verrattuna tuulivoimaan ja vielä enemmän aurinkoenergiaan: geotermisten asemien järjestelmät ovat melko yksinkertaisia.

Maailman sähköntuotannon kokonaisrakenteessa geotermisen komponentin osuus on alle 1 %, mutta joillakin alueilla ja maissa sen osuus on 25–30 %. Yhteyden vuoksi geologiset olosuhteet merkittävä osa geotermisen energiakapasiteetista on keskittynyt kolmannen maailman maihin, joissa erottuu kolme alan korkeimman kehityksen klusteria - Kaakkois-Aasian saaret, Keski-Amerikka ja Itä-Afrikkaan. Kaksi ensimmäistä aluetta ovat osa Tyynenmeren "Maan tulivyöhykettä", kolmas on sidottu Itä-Afrikan riftiin. Todennäköisimmin geotermisen energian kehittyminen näillä vyöhykkeillä jatkuu. Kauempaa on petrotermisen energian kehittäminen useiden kilometrien syvyydessä olevien maan kerrosten lämpöä hyödyntäen. Tämä on lähes kaikkialla esiintyvä luonnonvara, mutta sen louhinta vaatii korkeita kustannuksia, joten petroterminen energia kehittyy ensisijaisesti taloudellisesti ja teknisesti tehokkaimmissa maissa.

Yleensä ottaen huomioon geotermisten resurssien yleisyys ja hyväksyttävä taso ympäristöturvallisuus, on syytä uskoa, että maalämpöenergialla on hyvät kehitysnäkymät. Varsinkin perinteisten energiankantajien pulan ja niiden hintojen nousun kasvavan uhan vuoksi.

Kamtšatkasta Kaukasiaan

Venäjällä geotermisen kehityksellä on melko pitkä historia ja olemme monessa asemassa maailman johtajia, vaikka geotermisen osuus valtavan maan kokonaisenergiataseesta on vielä mitätön.

Geotermisen energian kehittämisen edelläkävijät ja keskukset Venäjällä olivat kaksi aluetta - Kamtšatka ja Pohjois-Kaukasus, ja jos ensimmäisessä tapauksessa puhumme ensisijaisesti sähkövoimateollisuudesta, niin toisessa - lämpöenergian käytöstä. lämpövesi.

Pohjois-Kaukasiassa - Krasnodarin alueella, Tšetšeniassa, Dagestanissa - lämpövesien lämpöä käytettiin energiatarkoituksiin jo ennen Suurta Isänmaallinen sota. 1980–1990-luvuilla geotermisen energian kehitys alueella ilmeisistä syistä pysähtyi eikä ole vielä toipunut pysähtyneisyydestä. Siitä huolimatta geoterminen vesihuolto Pohjois-Kaukasiassa tarjoaa lämpöä noin 500 tuhannelle ihmiselle, ja esimerkiksi Krasnodarin alueella sijaitseva Labinskin kaupunki, jossa on 60 tuhatta asukasta, lämmitetään kokonaan geotermisillä vesillä.

Kamtšatkassa geotermisen energian historia liittyy ensisijaisesti GeoPP:n rakentamiseen. Ensimmäiset, edelleen toimivat Pauzhetskaya ja Paratunskaya-asemat, rakennettiin vuosina 1965–1967, kun taas Paratunskaya GeoPP, jonka teho on 600 kW, tuli maailman ensimmäiseksi binäärisykliksi asemaksi. Se oli Neuvostoliiton tutkijoiden S. S. Kutateladzen ja A. M. Rosenfeldin kehittämä Venäjän tiedeakatemian Siperian sivuliikkeen lämpöfysiikan instituutti, joka sai vuonna 1965 tekijänoikeustodistuksen sähkön ottamisesta vedestä, jonka lämpötila on 70 ° C. Tästä tekniikasta tuli myöhemmin prototyyppi yli 400 binaariselle GeoPP:lle maailmassa.

Vuonna 1966 käyttöön otetun Pauzhetskaya GeoPP:n kapasiteetti oli aluksi 5 MW, minkä jälkeen se nostettiin 12 MW:iin. Tällä hetkellä asemalla on rakenteilla binäärilohko, joka lisää sen kapasiteettia vielä 2,5 MW.

Geotermisen energian kehitystä Neuvostoliitossa ja Venäjällä esti perinteisten energialähteiden - öljyn, kaasun, hiilen - saatavuus, mutta se ei koskaan pysähtynyt. Tällä hetkellä suurimmat geoterminen voimalaitokset ovat vuonna 1999 käyttöön otettu Verkhne-Mutnovskaya GeoPP, jonka kokonaiskapasiteetti on 12 MW, ja Mutnovskaya GeoPP, jonka teho on 50 MW (2002).

Mutnovskaya ja Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ovat ainutlaatuisia esineitä ei vain Venäjällä, vaan myös maailmanlaajuisesti. Asemat sijaitsevat Mutnovsky-tulivuoren juurella 800 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella ja toimivat äärimmäisissä olosuhteissa. ilmasto-olosuhteet, jossa talvi on 9-10 kuukautta vuodessa. Mutnovsky GeoPP:iden laitteet, jotka ovat tällä hetkellä yksi maailman nykyaikaisimmista, luotiin kokonaan kotimaisissa energiatekniikan yrityksissä.

Tällä hetkellä Mutnovsky-asemien osuus Keski-Kamchatkan energiakeskuksen energiankulutuksen kokonaisrakenteesta on 40%. Kapasiteetin lisäystä on suunniteltu tulevina vuosina.

Erikseen on sanottava Venäjän petrotermisen kehityksestä. Meillä ei vielä ole suuria PDS-laitteita, mutta suuriin syvyyksiin (noin 10 km) poraamiseen on kehittyneitä tekniikoita, joilla ei myöskään ole analogeja maailmassa. Niiden edelleen kehittäminen vähentää merkittävästi petrotermisten järjestelmien luomiskustannuksia. Näiden teknologioiden ja hankkeiden kehittäjät ovat N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Venäjän tiedeakatemian geologinen instituutti), A. S. Nekrasov (Venäjän tiedeakatemian talousennusteiden instituutti) ja Kalugan turbiinitehtaan asiantuntijat. Tällä hetkellä petroterminen kiertojärjestelmäprojekti Venäjällä on pilottivaiheessa.

Venäjällä geotermiseen energiaan on näkemyksiä, vaikka ne ovat suhteellisen kaukana: potentiaali on tällä hetkellä melko suuri ja perinteisen energian asemat vahvat. Samaan aikaan maan useilla syrjäisillä alueilla geotermisen energian käyttö on taloudellisesti kannattavaa ja kysyntää jo nyt. Nämä ovat alueita, joilla on korkea geoenergiapotentiaali (Tšukotka, Kamtšatka, Kurilit - venäläinen osa Tyynenmeren "Maan tulivyöhyke", Etelä-Siperian ja Kaukasuksen vuoret) ja samalla kaukana keskitetystä energiahuollosta.

On todennäköistä, että tulevina vuosikymmeninä maamme geoterminen energia kehittyy juuri tällaisilla alueilla.

"Emme tiedä tarkalleen, milloin maamagnetismi syntyi, mutta se olisi voinut tapahtua pian vaipan ja ulkoytimen muodostumisen jälkeen. Geodynamon käynnistämiseen tarvitaan ulkoinen siemenkenttä, ei välttämättä voimakas. Tämä rooli esimerkiksi Auringon magneettikenttä tai ytimessä lämpösähköisestä vaikutuksesta syntyvien virtojen kenttä. Loppujen lopuksi se ei ole liian tärkeää, magnetismin lähteitä oli riittävästi. sellaisesta kentästä ja liikenneympyrä johtavien nestevirtojen vuoksi planeetansisäisen dynamon laukaisu on yksinkertaisesti väistämätöntä"

David Stevenson, Kalifornian psykologisen instituutin professori - suurin planetaarisen magnetismin asiantuntija

Maa on valtava ehtymättömän generaattori sähköenergiaa

Takaisin 1500-luvulla Englantilainen lääkäri ja fyysikko William Gilbert ehdotti, että maapallo on jättimäinen magneetti, ja kuuluisa ranskalainen tiedemies André Marie Ampère (1775-1836), jonka nimi on annettu fysikaaliselle suurelle, joka määrittää sähkövirran voimakkuuden, väitti, että planeettamme on valtava dynamo, joka tuottaa sähköä. Samaan aikaan Maan magneettikenttä on johdannainen tästä virrasta, joka kulkee maapallon ympäri lännestä itään, ja tästä syystä Maan magneettikenttä on suunnattu etelästä pohjoiseen. Jo 1900-luvun alussa kuuluisan tiedemiehen ja kokeen tekijän Nikola Teslan suorittaman huomattavan määrän käytännön kokeita W. Gilbertin ja A. Ampèren oletukset vahvistuivat. Puhumme joistakin N. Teslan kokeista ja niiden käytännön tuloksista myöhemmin, suoraan tässä artikkelissa.

Mielenkiintoisia tietoja syvyyksissä virtaavista valtavista kooltaan sähkövirroista valtamerten vedet, raportoi työstään "Go around the hollows" ("Inventor and rationalizer" -lehti, nro 11. 1980), teknisten tieteiden kandidaatti, tieteellisten julkaisujen kirjoittaja koneenrakennuksen, akustiikan, metallifysiikan, radiolaitetekniikan aloilta, yli 40 keksinnön kirjoittaja - Alftan Erminingelt Aleksejevitš. Herää luonnollinen kysymys: "Mikä tämä luonnollinen dynamo on ja onko mahdollista käyttää tämän generaattorin ehtymätöntä energiaa sähkövirta ihmisen eduksi?" Tämän artikkelin tarkoituksena on löytää vastauksia tähän ja muihin tähän aiheeseen liittyviin kysymyksiin.

Osa 1 Mikä on sähkövirran perimmäinen syy maan sisällä? Mitkä ovat sähkö- ja magneettikenttien potentiaalit maan pinnan yläpuolella planeettamme sisällä kulkevan sähkövirran vuoksi?

Maan sisäinen rakenne, sen suolisto ja maankuori muodostuivat miljardeissa vuosissa. Oman painovoimakentän vaikutuksesta sen suolisto lämpenee, mikä johti maan sisäisten suoliston ja sen kuoren - maankuoren - sisäisen rakenteen erilaistumiseen aggregaattitilan, kemiallisen koostumuksen ja fyysiset ominaisuudet, jonka seurauksena Maan ja sen maanläheisen avaruuden suolet saivat seuraavan rakenteen:

Maan ydin, joka sijaitsee maan sisäisen pallon keskellä;
- Vaippa;
- Maankuori;
- Hydrosfääri;
- Tunnelma;
- Magnetosfääri

Maankuori, vaippa ja maan ytimen sisäosa koostuvat kiinteästä aineesta. Maan ytimen ulompi osa koostuu pääasiassa sulasta rautamassasta, johon on lisätty nikkeliä, piitä ja pieniä määriä muita alkuaineita. Maankuoren päätyyppi on mannermainen ja valtamerellinen; siirtymävyöhykkeellä mantereesta valtamereen kehittyy välikuori.

Maan ydin on planeetan keskeisin, syvin geosfääri. Keskimääräinen ytimen säde on noin 3,5 tuhatta kilometriä. Itse ydin koostuu ulko- ja sisäosasta (alaytimestä). Lämpötila ytimen keskellä on noin 5000 celsiusastetta, tiheys noin 12,5 tonnia/m2 ja paine jopa 361 GPa. AT viime vuodet uutta, lisätietoa Maan ytimestä ilmestyi. Kuten tutkijat Paul Richards (Limonte-Doherty Earth Observatory) ja Xiaodong Song (University of Illinois) totesivat, planeetan sula rautaydin ohittaa maapallon akselin ympäri kiertäessään muun maapallon pyörimisen 0,25:llä -0,5 astetta vuodessa. Ytimen kiinteän sisäosan (alaytimen) halkaisija määritettiin. Se on 2,414 tuhatta kilometriä ("Discoveries and Hypotheses" -lehti, marraskuu. 2005. Kiova).

Tällä hetkellä esitetään seuraava päähypoteesi, joka selittää sähkövirran esiintymisen Maan ytimen sulan ulkokuoren sisällä. Tämän hypoteesin ydin on seuraava: Maan pyöriminen akselinsa ympäri johtaa turbulenssin syntymiseen ytimen ulkokuoressa, sulassa kuoressa, mikä puolestaan ​​johtaa sulan sisällä virtaavan sähkövirran syntymiseen. rauta. Uskon, että hypoteesina voimme tehdä seuraavan oletuksen. Koska Maan ytimen kuoren ulompi sula osa on jatkuvassa liikkeessä sekä suhteessa sen aliytimeen että suhteessa ulompaan osaan - Maan vaippaan, ja tämä prosessi tapahtuu hyvin pitkä aika Aikanaan tapahtui maan ytimen sulan ulkoosan elektrolyysi. Elektrolyysiprosessin seurauksena syntyi suunnattua vapaiden elektronien liikettä, joita on valtavia määriä sulassa rautamassassa, minkä seurauksena ulkoisen suljetussa piirissä muodostui valtavan suuri sähkövirta. ytimen, ilmeisesti sen arvo voidaan arvioida vähintään satoihin miljooniin ampeereihin tai enemmän. Käänny ympäri voimalinjat sähkövirta, muodostui magneettikenttäviivoja, jotka siirtyivät suhteessa sähkövirran voimalinjoihin 90 astetta. Maan valtavan paksuuden läpi kulkenut sähkö- ja magneettikenttien voimakkuus on laskenut merkittävästi. Ja jos puhumme nimenomaan Maan magneettikentän voimalinjojen intensiteetistä, niin sen magneettisilla napoilla Maan magneettikentän voimakkuus on 0,63 gaussia.

Yllä olevien hypoteesien lisäksi toivon, että olisi tarkoituksenmukaista lainata ranskalaisten tutkijoiden tutkimustuloksia, jotka on kuvattu kirjoittajan Leonid Popovin artikkelissa "Maan ydin". Artikkelin koko teksti on lähetetty Internetiin, ja annan vain pienen osan määritetystä tekstistä.

"Joosefin, Fourierin ja Lyonin yliopistojen tutkijaryhmä väittää, että maan sisäydin kiteytyy jatkuvasti lännessä ja sulaa idässä. Sisäytimen koko massa siirtyy hitaasti länsipuolelta maapallolle. itään nopeudella 1,5 cm vuodessa.Sisäosan ikä kiinteä runko ytimen ikä on 2-4 miljardia vuotta, kun taas maapallon ikä on 4,5 miljardia vuotta.

Sellaiset voimakkaat jähmettymis- ja sulamisprosessit eivät tietenkään voi muuta kuin vaikuttaa ulkoytimen konvektiivisiin virtauksiin. Tämä tarkoittaa, että ne vaikuttavat sekä planeettadynamoon että maan magneettikenttään ja vaipan käyttäytymiseen ja mantereiden liikkeisiin.

Eikö tämä ole avain ristiriitaan ytimen ja muun planeetan pyörimisnopeuden välillä ja tapa selittää magneettinapojen kiihtyvä siirtymä?" (Internet, artikkelin "Maan ydin" aihe sulattaa jatkuvasti itseään." Kirjoittaja Leonid Popov. 9. elokuuta 2010)

James Maxwellin (1831-1879) yhtälöiden mukaan magneettikenttälinjojen ympärille muodostuu sähkövirran voimalinjoja, jotka ovat samassa suunnassa planeetan ulomman sulan ytimen sisällä olevan virran liikkeen suunnan kanssa. Tästä johtuen sekä Maan "rungon" sisällä että Maan pinnan ympärillä täytyy olla sähkökenttäviivoja, ja mitä kauempana sähkökenttä (samoin kuin magneettikenttä) on Maan ytimestä, sitä pienempi on sen intensiteetti. sen voimalinjoista. Itse asiassa sen pitäisi olla, ja tälle olettamukselle on todellinen vahvistus.

Avataan kirjailija A.S. "Fysiikan käsikirja". Enokovich (Moskova. Prosveshchenie Publishing House, 1990) ja viitata taulukossa 335 "Maan fyysiset parametrit" annettuihin tietoihin. Lukeminen:
- Sähkökentän voimakkuus
suoraan maan pinnalla - 130 volttia / m;
- 0,5 km:n korkeudella maan pinnalla - 50 volttia / m;
- 3 km:n korkeudella maan pinnan yläpuolella - 30 volttia / m;
- 12 km:n korkeudella maan pinnan yläpuolella - 2,5 volttia / m;

Tässä on arvo sähkövaraus Maa - 57-10 neljännen asteen riipuksessa.

Muista, että 1 kulonin sähkön yksikkö on yhtä suuri kuin läpi kulkevan sähkön määrä poikittaisleikkaus 1 ampeerin virralla 1 sekunnin ajan.

Käytännössä kaikissa lähteissä, jotka sisältävät tietoa Maan magneetti- ja sähkökentistä, todetaan, että ne ovat luonteeltaan sykkiviä.

Osa 2. Planeetan magneettisten ja sähköisten voimakenttien pulsaatioiden esiintymisen syyt.

Tiedetään, että Maan magneettikentän intensiteetti ei ole vakio ja kasvaa leveysasteen mukaan. Maan magneettikentän voimalinjojen suurin intensiteetti havaitaan sen navoissa, minimi - planeetan päiväntasaajalla. Se ei pysy vakiona päivän aikana kaikilla maan leveysasteilla. Magneettikentän päivittäiset pulsaatiot johtuvat useista syistä: Auringon aktiivisuuden sykliset muutokset; Maan kiertorata Auringon ympäri; Maan päivittäinen kierto oman akselinsa ympäri; Aurinkokunnan muiden planeettojen painovoimavoimien (painovoimavoimien) vaikutus Maan ulkoytimen sulaan massaan. On aivan selvää, että magneettikentän voimalinjojen intensiteetin pulsaatiot puolestaan ​​aiheuttavat planeetan sähkökentän pulsaatioita. Maapallomme Auringon ympäri kiertäessään lähes pyöreällä kiertoradalla joko lähestyy vähimmäisetäisyyksillä aurinkokunnan muita planeettoja, jotka kiertävät Aurinkoa kiertoradoillaan, ja sitten siirtyy pois niistä maksimietäisyyksillä. Tarkastellaan tarkemmin, kuinka pienin ja maksimietäisyys Maan ja muiden planeettojen välillä muuttuu. aurinkokunta, kun ne liikkuvat kiertoradoillaan Auringon ympäri:

Pienin etäisyys Maan ja Merkuriuksen välillä on 82x10 m:n yhdeksänteen potenssiin;
- Niiden välinen enimmäisetäisyys on 217x10 9. asteeseen m;
- Maan ja Venuksen välinen vähimmäisetäisyys on 38x10 m:n yhdeksänteen potenssiin;
- Niiden välinen enimmäisetäisyys on 261x10 9. asteeseen m;
- Maan ja Marsin välinen vähimmäisetäisyys on 56x10 m:n yhdeksänteen potenssiin;
- Niiden välinen enimmäisetäisyys on 400x10 9. asteeseen m;
- Maan ja Jupiterin välinen vähimmäisetäisyys on 588x10 m:n yhdeksänteen potenssiin;
- Niiden välinen enimmäisetäisyys on 967x10 9. asteeseen m;
- Maan ja Saturnuksen välinen vähimmäisetäisyys on 1199x10 m:n yhdeksänteen potenssiin;
- Niiden välinen enimmäisetäisyys on 1650x10 9. asteeseen m;
- Maan ja Uranuksen välinen vähimmäisetäisyys on 2568x10 m:n yhdeksänteen potenssiin;
- Niiden välinen enimmäisetäisyys on 3153x10 9. asteeseen m;
- Maan ja Neptunuksen välinen vähimmäisetäisyys on 4309x10 m:n yhdeksänteen potenssiin;
- Niiden välinen enimmäisetäisyys on 4682x10 9. asteeseen m;
- Maan ja Kuun välinen vähimmäisetäisyys on 3,56x10 m:n 8. potenssiin;
- Niiden välinen enimmäisetäisyys on 4,07 x 10 8 asteeseen m;
- Maan ja Auringon välinen vähimmäisetäisyys on 1,47x10 m:n 11 potenssiin;
-Niiden välinen enimmäisetäisyys on 1,5x10 11 asteeseen m;

Käyttämällä tunnettu kaava Newton ja korvaa siihen tiedot aurinkokunnan planeettojen ja Maan välisistä enimmäis- ja vähimmäisetäisyyksistä, tiedot Maan ja Kuun, Maan ja Auringon välisistä vähimmäis- ja enimmäisetäisyyksistä sekä vertailutiedot aurinkokunnan planeettojen, Kuun ja Auringon massat ja tiedot magnitudigravitaatiovakiosta, määritämme minimi- ja enimmäisarvot gravitaatiovoimat (painovoimat), jotka vaikuttavat planeettaamme ja siten sen sulaan ytimeen, kiertoradan liikettä Maa Auringon ympärillä ja Kuun kiertoradalla Maan ympäri:

Merkuriuksen ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 1,77x10 kg:n 15 potenssiin;
- Sopiva suurin etäisyys niiden välillä - 2,5x10 - 14 astetta kg;
- Venuksen ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 1,35x10 kg:n 17 asteeseen;
- Vastaa niiden välistä enimmäisetäisyyttä -2,86x10 15 asteeseen kg;
- Marsin ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 8,5x10 kg:n 15 potenssiin;
- Vastaa niiden välistä enimmäisetäisyyttä - 1,66x10 kg:n 14 asteeseen;
- Jupiterin ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 2,23x10 kg:n 17. potenssiin;
- Vastaa niiden välistä enimmäisetäisyyttä - 8,25x10 kg:n 16 asteeseen; - Saturnuksen ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 1,6x10 kg:n 16. potenssiin;
- Vastaa niiden välistä enimmäisetäisyyttä - 8,48x10 kg:n 15 asteeseen;
- Uranuksen ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 5,31x10 kg:n 14 asteeseen;
- Vastaa niiden välistä enimmäisetäisyyttä - 3,56x10 kg:n 16 asteeseen;
- Neptunuksen ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 2,27x10 kg:n 14 asteeseen;
- Vastaa niiden välistä enimmäisetäisyyttä - 1,92x10 kg:n 14 asteeseen;
- Kuun ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 2,31x10 kg:n 19 asteeseen;
- Vastaa niiden välistä enimmäisetäisyyttä - 1,77x10 kg:n 19 asteeseen;
- Auringon ja Maan välisen gravitaatiovoiman suuruus, joka vastaa niiden välistä vähimmäisetäisyyttä - 3,69x10 kg:n 21 asteeseen;
- Vastaa niiden välistä enimmäisetäisyyttä - 3,44x10 21 asteeseen kg;

Voidaan nähdä, kuinka valtavat gravitaatiovoimat vaikuttavat Maan ulompaan, sulaan ytimeen. Voidaan vain kuvitella, kuinka nämä häiritsevät voimat toimivat samanaikaisesti eri puolueet saa tämän sulan rautamassan joko kutistumaan tai kasvattamaan sen poikkileikkausta ja sen seurauksena aiheuttaa pulsaatioita sekä planeetan sähkö- että magneettikenttien vahvuuksissa. Nämä pulsaatiot ovat luonteeltaan jaksoittaisia, niiden taajuusspektri on infraäänellä ja erittäin matalat taajuudet.

Myös sähkö- ja magneettikenttien pulsaatioiden muodostumisprosessiin vaikuttaa, vaikkakin vähemmässä määrin, Maan päivittäinen pyöriminen oman akselinsa ympäri. Todellakin, planeettojen, kuun ja auringon gravitaatiovoimat, jotka ovat tällä tietyllä vuorokauden jaksolla sivulta etupinta Maapallolla on hieman häiritsevämpi vaikutus planeetan ytimen sulaan massaan kuin samana vuorokauden aikana ydinmassan takapuolella (takapuolella). Samalla ytimen aurinkoon (Kuu, planeetta) suunnattu osa ulottuu kohti häiritsevän vaikutuksen kohdetta ja sulan rautamassan takapuoli (kääntöpuoli) puristuu samalla kokoon. kohti Maan keskimmäistä kiinteää osaydintä pienentäen sen poikkileikkausta.

Osa 3 Voidaanko maan sähkökenttää käyttää käytännön tarkoituksiin?

Ennen kuin saamme vastauksen tähän kysymykseen, yritetään suorittaa henkinen virtuaalikoe, jonka olemus on seuraava. Sijoitamme sen 0,5 km korkeuteen. Maan pinnasta (tietenkin henkisesti) metallielektrodi, jonka roolia esittää litteä metallilevy, jonka pinta-ala on 1x1 m2. Suuntaa tämä levy suhteessa maan sähkökentän voimalinjoihin siten, että ne tunkeutuvat sen pintaan, eli tämän levyn pinta tulee asettaa kohtisuoraan lännestä suuntautuvien sähkökentän voimalinjojen kanssa. itään. Toisen, täsmälleen saman elektrodin, asetamme samalla tavalla suoraan maan pinnalle. Mittaataan sähköpotentiaaliero näiden elektrodien välillä. Ylläolevan Handbook of Physicsin tietojen mukaan tämän mitatun sähköpotentiaalin tulisi olla 130v-50v=80 volttia.

Jatketaan ajatuskoetta muuttamalla hieman alkuehtoja. Asennamme metallielektrodin, joka sijaitsi suoraan maan pinnalla, sen pinnalle ja maadotamme sen huolellisesti. Lasketaan toinen metallielektrodi akseliin 0,5 km syvyyteen ja suunnataan se, kuten edellisessä tapauksessa, suhteessa Maan sähkökentän voimalinjoihin. Mitataan jälleen näiden elektrodien välisen sähköpotentiaalin suuruus. Meidän pitäisi nähdä merkittävä ero Maan sähkökentän mitattujen potentiaalien suuruusluokissa. Ja mitä syvemmälle maan sisällä laskemme toista elektrodia, sitä korkeammat ovat planeetan sähkökentän mitattujen potentiaalierojen arvot. Ja jos voisimme mitata sähköpotentiaalien eron Maan ulomman nesteytimen ja sen pinnan välillä, niin näiden potentiaalierojen, sekä jännitteen että tehon, pitäisi ilmeisesti riittää kattamaan koko maan väestön sähköntarpeet. meidän planeettamme.

Mutta kaikkea, mistä puhuimme, valitettavasti harkitaan edelleen virtuaalisten ajatuskokeilujen alalla. Ja nyt siirrytään käytännön kokeiden tuloksiin, jotka Nikola Tesla suoritti 1900-luvun alussa ja julkaisi hänen teoksissaan.

Wardenclyffen alueelle rakennetussa Colorado Springsissä (USA) sijaitsevassa laboratoriossa N. Tesla järjesti kokeita, jotka mahdollistivat tiedon siirtämisen Maan paksuuden läpi sen vastakkaiselle puolelle. Suunnitellun kokeen onnistuneen toteuttamisen perustaksi N. Tesla ehdotti planeetan sähköpotentiaalin käyttöä, sillä hän oli varmistunut vähän aikaisemmin, että Maa on sähköisesti varautunut.

Suunniteltujen kokeiden suorittamiseksi hänen ehdotuksensa mukaan rakennettiin torniantenneja, korkeus jopa 60 metriä, ja niiden yläosaan oli kuparipuolisko. Nämä kuparipuoliskot näyttelivät saman metallielektrodin roolia, josta puhuimme edellä. Rakennettujen tornien perustukset menivät maan alle 40 metrin syvyyteen, jossa maan haudattu pinta toimi toisen elektrodin roolissa. Kokeiden tulos N. Tesla kuvaili julkaistussa artikkelissaan "Sähköenergian langaton siirto" (5. maaliskuuta 1904). Hän kirjoitti: "On mahdollista paitsi lähettää lennätinviestejä ilman johtoja, myös välittää heikkoja ihmisäänen modulaatioita koko maapallolla ja lisäksi välittää energiaa rajoittamattomissa määrin minkä tahansa etäisyyden ja ilman häviötä."

Ja edelleen, samassa artikkelissa: "Kesäkuun puolivälissä valmistautuessani toiseen työhön asensin yhden alennusmuuntajani, jonka tarkoituksena on määrittää innovatiivisella tavalla, kokeellisesti maapallon sähköpotentiaali ja sen jaksoittaisten ja satunnaisten vaihteluiden tutkiminen.Tämä muotoiltu osasuunnitelma, joka oli huolellisesti muotoiltu etukäteen.Erittäin herkkä, automaattisesti toimiva tallennuslaitetta ohjaava laite oli kytketty toisiopiiriin, kun taas primääri oli kytketty maan pintaan ... Se kääntyi ulos, että Maa, sisään kirjaimellisesti Tämä sana elää sähköisten värähtelyjen vaikutuksesta.

Vakuuttava todiste siitä, että maapallo on todellakin valtava luonnollinen ehtymättömän sähköenergian generaattori ja tämä energia on luonteeltaan sykkivää harmonista. Joissakin harvoista käsiteltävää aihetta käsittelevistä artikkeleista ehdotetaan, että maanjäristykset, räjähdykset kaivoksissa ja öljyä tuottavilla offshore-lautoilla ovat kaikki seurauksia maanpäällisen sähkön ilmenemisestä.

Planeetallamme huomattava määrä onttoja luonnonmuodostelmia, joka lähtee syvälle Maahan, on myös huomattava määrä syviä kaivoksia, joissa voidaan tehdä käytännön tutkimusta selvittääkseen planeettamme luonnollisen generaattorin tuottaman sähköenergian käyttömahdollisuudet. Voi vain toivoa, että tällaisia ​​tutkimuksia joskus tehdään.

Luku 4. Mitä tapahtuu maan sähkökenttään, kun lineaarinen salama purkautuu sen pinnalle?

N. Teslan suorittamien kokeiden tulokset osoittavat vakuuttavasti, että planeettamme on ehtymättömän sähköenergian luonnollinen generaattori. Lisäksi tämän energian maksimipotentiaali sisältyy planeetan ulkoytimen sulan metallikuoren sisään ja pienenee, kun se lähestyy sen pintaa ja Maan pinnan yli. N.Teslan suorittamien kokeiden tulokset osoittavat myös vakuuttavasti, että Maan sähkö- ja magneettikentät ovat luonteeltaan jaksoittaisesti sykkiviä ja pulsaatiotaajuuksien spektri on infraäänen ja erittäin matalien taajuuksien alueella. Ja tämä tarkoittaa seuraavaa - vaikuttamalla Maan sykkivään sähkökenttään ulkoisen harmonisten värähtelyjen lähteen avulla, joka on taajuudeltaan lähellä tai yhtä suuri kuin maan sähkökentän luonnolliset pulsaatiot, voidaan saavuttaa niiden resonanssiilmiö . N. Tesla kirjoitti: "Kun vähennetään sähköaaltoja merkityksettömään määrään ja saavutetaan tarvittavat ehdot resonanssi, piiri (käsitelty yllä) toimii kuin valtava heiluri, joka varastoi loputtomiin alkuperäisten jännityspulssien energiaa ja seurauksia, jotka aiheutuvat siitä, että maa ja sen johtava ilmakehä altistuvat tasaisille harmonisille säteilyn värähtelyille, mikä testaa todellisissa olosuhteissa. Näytä, voivat kehittyä siinä määrin, että ne ylittävät staattisen sähkön luonnollisilla ilmenemismuodoilla saavutetut "(artikkeli" Sähköenergian langaton siirto "6. maaliskuuta 1904).

Ja mikä on värähtelyjen resonanssi? "Resonanssi on vakaan tilan amplitudin voimakas nousu pakotettuja tärinöitä kun ulkoisen harmonisen vaikutuksen taajuus lähestyy järjestelmän yhden luonnollisen värähtelyn taajuutta "(Soviet Encyclopedic Dictionary, toim. "Soviet Encyclopedia". Moskova. 1983)

Nikola Tesla käytti kokeissaan sekä luonnollisia että keinotekoisia lineaarisia salamapurkauksia, jotka hän ja hänen avustajansa loivat kokeellisesti laboratoriossaan, ulkoisen vaikutuksen lähteenä saavuttaakseen resonanssiolosuhteet maan sisällä.
Mikä on lineaarinen salama ja miten sitä voidaan käyttää ulkoinen lähde harmoniset värähtelyt, jotka pystyvät luomaan värähtelyjen resonanssin maan sisällä?

Avataan "Fysiikan käsikirja", taulukko 240. Salaman fyysiset parametrit:
- salaman välähdyksen kesto (keskiarvo), C - 0,2 s.
(Huom. Silmä havaitsee salaman yhdeksi välähdyksenä, todellisuudessa se on katkonaista purkausta, joka koostuu erillisistä purkauksista-pulsseista, joiden lukumäärä on 2-3, mutta voi olla jopa 50).
- salamakanavan halkaisija (keskiarvo), cm - 16.
- salamavirran voimakkuus (tyypillinen arvo), A - 2x10 4 asteeseen.
- keskipituus salama (pilven ja maan välissä), km - 2 - 3.
- potentiaaliero salaman sattuessa, V - 4x10 asti 9. asteeseen.
- numero salamapurkaus Maan yläpuolelle 1 sekunnissa - noin 100.
Näin ollen salama on voimakas ja lyhytkestoinen sähköinen impulssi. Pulssitekniikan alalla työskentelevät asiantuntijat voivat vahvistaa seuraavan tosiasian - mitä lyhyempi pulssin kesto (mitä lyhyempi pulssi), sitä rikkaampi on tämän pulssin muodostavien harmonisten sähköisten värähtelyjen taajuusspektri. Näin ollen salama, joka on lyhytaikainen sähköenergian impulssi, sisältää joukon harmonisia sähköisiä värähtelyjä, jotka sijaitsevat laajalla taajuusalueella, mukaan lukien infra-matalat ja erittäin alhaiset taajuudet. Tällöin maksimipulssiteho jakautuu juuri näiden taajuuksien alueelle. Ja tämä tosiasia tarkoittaa, että harmoniset värähtelyt, joita esiintyy lineaarisen salaman purkautuessa Maan pinnalle, voivat tarjota resonanssin, kun ne ovat vuorovaikutuksessa omien Maan sähkökentän jaksollisten värähtelyjen (pulsaatioiden) kanssa. 8. maaliskuuta 1904 päivätyssä artikkelissa "Controlled Lightning" N. Tesla kirjoitti: "Maanpäällisten seisovien aaltojen löytö osoittaa, että valtavasta koostaan ​​(eli maan koosta) huolimatta koko planeetta voidaan altistaa resonanssivärähtelyille, kuten pieni äänihaarukka, jonka läpi sen läpi kulkee esteettömästi sähkövärähtelyt sen fyysisten ominaisuuksien ja mittojen mukaisesti. Tiedetään, että kokeissaan resonanssiilmiön saavuttamiseksi N. Tesla ja hänen avustajansa loivat keinotekoisen lineaarisen salaman (kipinäpurkauksia), joiden pituus oli hieman yli 3 metriä ja kesto on erittäin lyhyt) ja sähköpotentiaalia yli viisikymmentä miljoonaa volttia.

Ja tässä herää erittäin mielenkiintoinen kysymys: "Eikö Tunguskan meteoriitti ole seuraus luonnollisen lineaarisen salaman resonanssivaikutuksesta Maan sähkökenttään?" Kysymystä N. Teslan laboratoriossa luodun keinotekoisen lineaarisen salaman vaikutuksesta Tunguskan meteoriitin ulkonäköön ei käsitellä tässä, koska Tunguskan meteoriitin tapahtumiin liittyvänä aikana N. Teslan laboratorio ei enää toiminut.

Näin he kuvaavat tapahtumia, jotka liittyvät ns Tunguskan meteoriitti tämän tapahtuman todistajia. 17. (30.) kesäkuuta 1908 noin kello 7 aamulla valtava tulipallo pyyhkäisi Jenisei-joen altaan alueen yli. Hänen lentonsa päättyi suurta voimaa räjähdys, joka tapahtui 7-10 kilometrin korkeudessa maan pinnasta. Räjähdyksen voima, kuten asiantuntijat myöhemmin määrittelivät, vastasi suunnilleen 10-40 megatonnia TNT-ekvivalenttia vetypommin räjähdyksen tehoa.

Kiinnittäkäämme erityistä huomiota siihen, että tämä tapahtuma tapahtui kesäkaudella, toisin sanoen silloin, kun muodostui usein kesäisiä ukkosmyrskyjä, joihin liittyi salamapurkaus. Ja tiedämme, että lineaarisen salaman purkaukset Maan pinnalla saattoivat aiheuttaa resonoivia ilmiöitä maapallon sisällä, mikä puolestaan ​​voi myötävaikuttaa valtavan sähkötehoisen pallosalaman muodostumiseen. Vahvistukseksi ilmaisulle versiolle, ei vain minun, siirrytään "Encyclopedic Dictionary" -sanakirjaan: "pallosalama on valopallo, jonka halkaisija on vähintään 10 cm, yleensä muodostuu lineaarisen salamaniskun jälkeen ja joka koostuu ilmeisesti , epätasapainoisesta plasmasta." Mutta siinä ei vielä kaikki. Katsotaanpa N. Teslan artikkelia "Keskustelu planeetan kanssa", joka on päivätty 9. helmikuuta 1901. Tässä on ote tästä artikkelista: "Olen jo osoittanut ratkaisevilla testeillä signaalin siirtämisen järjestelmän avulla pisteestä toiseen maapallon pisteestä toiseen riippumatta siitä, kuinka kaukana toisistaan, ja pian käännän ei-uskovia. Minulla on kaikki syy onnitella itseäni siitä, että näiden kokeiden aikana, joista monet olivat äärimmäisen hienovaraisia ​​ja riskialttiita, en minä eivätkä apulaiseni loukkaantuneet. epätavallisia ilmiöitä. Joidenkin värähtelyjen häiriöiden vuoksi todelliset tulipallot voivat hypätä ulos pitkiä matkoja, ja jos joku olisi heidän tiellä tai lähellä, hän tuhoutuisi välittömästi.

Kuten näemme, on vielä liian aikaista sulkea pois mahdollisuutta, että pallosalama osallistuisi edellä kuvattuihin Tunguskan meteoriittiin liittyviin tapahtumiin. Usein tähän aikaan vuodesta esiintyvät kesän ukkosmyrskyt, lineaariset salamaniskut voivat aiheuttaa pallosalaman, ja se voi tapahtua kaukana Jenisei-joen valuma-alueen ulkopuolella ja sitten "matkalla" suurella nopeudella maan sähkökentän voimalinjoja pitkin alueella, jossa yllä mainitut tapahtumat tapahtuivat.

Johtopäätös
Luonnollinen energiaresurssit Planeetat kutistuvat väistämättä. On aktiivisia hakuja vaihtoehtoisia lähteitä energiaa, joka antaa tilalle katoavat. Näyttää siltä, ​​että on tullut aika ryhtyä syvälliseen tutkimukseen, sekä teoreettisesti että käytännössä, selvittääkseen mahdollisuuksia käyttää luonnollisen sähköenergian generaattorin sähköpotentiaalia ihmisen edun mukaisesti. Ja jos vahvistetaan, että tällainen mahdollisuus on olemassa, ja samalla maageneraattoria ei vahingoiteta sen energian käytön seurauksena, on täysin mahdollista, että planeettojen sähkökenttä palvelee ihmisiä yhtenä vaihtoehtoisista energialähteistä.

Kleschevich V.A. Syys-marraskuu 2011 (Kharkov)

Mantereet muodostuivat aikanaan maankuoren massiiveista, jotka jossain määrin ulkonevat vedenpinnan yläpuolelle maan muodossa. Nämä maankuoren lohkot ovat halkeilleet, liikuttaneet ja murskaaneet osia niistä yli miljoonan vuoden ajan ilmaantuakseen nykyisessä muodossaan.

Tänään tarkastelemme maankuoren suurinta ja pienintä paksuutta ja sen rakenteen ominaisuuksia.

Hieman planeetastamme

Planeettamme muodostumisen alussa täällä toimi useita tulivuoria, ja siellä tapahtui jatkuvia törmäyksiä komeettojen kanssa. Vasta pommituksen lopettamisen jälkeen planeetan kuuma pinta jäätyi.
Eli tiedemiehet ovat varmoja, että alun perin planeettamme oli karu aavikko ilman vettä ja kasvillisuutta. Mistä niin paljon vettä tuli, on edelleen mysteeri. Mutta ei niin kauan sitten maan alta löydettiin suuria vesivarantoja, ehkä niistä tuli valtameriemme perusta.

Valitettavasti kaikki hypoteesit planeettamme alkuperästä ja sen koostumuksesta ovat enemmän olettamuksia kuin tosiasioita. A. Wegenerin lausuntojen mukaan maapallo oli alun perin peitetty ohuella graniittikerroksella, joka paleotsoisella aikakaudella muuttui pangean mantereeksi. Mesozoisella aikakaudella Pangea alkoi jakautua osiin, muodostuneet maanosat purjehtivat vähitellen pois toisistaan. Tyyni valtameri, toteaa Wegener, on ensisijaisen valtameren jäännös, ja Atlantin ja Intian valtamerta pidetään toissijaisina.

Maankuori

Maankuoren koostumus on käytännössä samanlainen kuin aurinkokuntamme planeettojen koostumus - Venus, Mars jne. Loppujen lopuksi samat aineet toimivat kaikkien aurinkokunnan planeettojen perustana. Ja äskettäin tutkijat ovat varmoja, että Maan törmäys toisen planeetan kanssa, nimeltä Thea, aiheutti kahden taivaankappaleen sulautumisen, ja kuu muodostui katkenneesta fragmentista. Tämä selittää, miksi Kuun mineraalikoostumus on samanlainen kuin planeettamme. Alla tarkastellaan maankuoren rakennetta - karttaa sen kerroksista maalla ja valtameressä.

Kuori muodostaa vain 1 % maapallon massasta. Se koostuu pääasiassa piistä, raudasta, alumiinista, hapesta, vedystä, magnesiumista, kalsiumista ja natriumista sekä 78 muusta alkuaineesta. Oletetaan, että vaippaan ja ytimeen verrattuna maankuori on ohut ja hauras kuori, joka koostuu pääasiassa kevyistä aineista. Geologien mukaan raskaat aineet laskeutuvat planeetan keskelle, ja raskaimmat ovat keskittyneet ytimeen.

Maankuoren rakenne ja kartta sen kerroksista on esitetty alla olevassa kuvassa.

mannermainen kuori

Maankuoressa on 3 kerrosta, joista jokainen peittää edellisen epätasaisilla kerroksilla. Suurin osa sen pinnasta on manner- ja valtameritasankoja. Mantereita ympäröi myös hylly, joka jyrkän mutkan jälkeen siirtyy mannerrinteeseen (mantereen vedenalaisen marginaalin alueelle).
maallinen mannermainen kuori jaettu kerroksiin:

1. Sedimentti.
2. Graniitti.
3. Basaltti.

Sedimenttikerros on peitetty sedimentti-, metamorfisilla ja magmakivillä. Mannerkuoren paksuus on pienin prosenttiosuus.

Mannerkuoren tyypit

Sedimenttikivet ovat kertymiä, jotka sisältävät savea, karbonaattia, vulkanogeenisiä kiviä ja muita kiinteitä aineita. Tämä on eräänlainen sedimentti, joka muodostui tietyn seurauksena luonnolliset olosuhteet joka oli aiemmin maan päällä. Sen avulla tutkijat voivat tehdä johtopäätöksiä planeettamme historiasta.

Graniittikerros koostuu magma- ja metamorfisista kivistä, jotka ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia ​​kuin graniitti. Toisin sanoen ei vain graniitti muodosta maankuoren toista kerrosta, vaan nämä aineet ovat koostumukseltaan hyvin samankaltaisia ​​kuin se ja niillä on suunnilleen sama vahvuus. Sen pituusaaltojen nopeus on 5,5-6,5 km/s. Se koostuu graniiteista, liuskeista, gneisseistä jne.

Basalttikerros koostuu aineista, jotka ovat koostumukseltaan samanlaisia ​​kuin basaltit. Se on tiheämpi verrattuna graniittikerrokseen. Basalttikerroksen alla virtaa viskoosi kiintoainevaippa. Perinteisesti vaippa erotetaan kuoresta niin sanotulla Mohorovichich-rajalla, joka itse asiassa erottaa eri kemiallisen koostumuksen omaavia kerroksia. Sille on ominaista seismisten aaltojen nopeuden jyrkkä nousu.
Toisin sanoen suhteellisen ohut kerros maankuorta on hauras este, joka erottaa meidät kuumasta vaipasta. Itse vaipan paksuus on keskimäärin 3000 km. Yhdessä vaipan kanssa ne liikkuvat ja tektoniset levyt, jotka osana litosfääriä ovat osa maankuorta.

Alla tarkastellaan mannerkuoren paksuutta. Se on jopa 35 km.

Mannerkuoren paksuus

Maankuoren paksuus vaihtelee 30-70 kilometriä. Ja jos tasangojen alla sen kerros on vain 30-40 km, niin alla vuoristojärjestelmät saavuttaa 70 km. Himalajan alla kerroksen paksuus on 75 km.

Mannerkuoren paksuus on 5-80 km ja riippuu suoraan sen iästä. Siten kylmillä muinaisilla alustoilla (Itä-Euroopan, Siperian, Länsi-Siperian) on melko korkea paksuus - 40-45 km.

Lisäksi jokaisella kerroksella on oma paksuus ja paksuus, jotka voivat vaihdella mantereen eri alueilla.

Mannerkuoren paksuus on:

1. Sedimenttikerros - 10-15 km.

2. Graniittikerros - 5-15 km.

3. Basalttikerros - 10-35 km.

Maankuoren lämpötila

Lämpötila kohoaa kun mennään syvemmälle. Uskotaan, että ytimen lämpötila on jopa 5000 C, mutta nämä luvut ovat ehdollisia, koska sen tyyppi ja koostumus eivät ole vieläkään selviä tutkijoille. Kun menet syvemmälle maankuoreen, sen lämpötila nousee 100 metrin välein, mutta sen luvut vaihtelevat alkuaineiden koostumuksen ja syvyyden mukaan. Valtameren kuoren lämpötila on korkeampi.

valtameren kuori

Aluksi tutkijoiden mukaan maa peitettiin tarkalleen valtamerellisellä kuorikerroksella, jonka paksuus ja koostumus eroavat hieman mannerkerroksesta. luultavasti syntyi vaipan ylemmästä erilaistuneesta kerroksesta, eli se on koostumukseltaan hyvin lähellä sitä. Valtameren tyypin maankuoren paksuus on 5 kertaa pienempi kuin mannertyypin paksuus. Samaan aikaan sen koostumus merien ja valtamerten syvillä ja matalilla alueilla eroaa merkityksettömästi toisistaan.

Mannerkuoren kerrokset

Valtameren kuoren paksuus on:

1. Merivesikerros, jonka paksuus on 4 km.

2. Kerros irtonaisia ​​sedimenttejä. Paksuus on 0,7 km.

3. Basalteista koostuva kerros, jossa on karbonaattia ja piipitoisia kiviä. Keskimääräinen teho on 1,7 km. Se ei erotu terävästi, ja sille on ominaista sedimenttikerroksen tiivistyminen. Tätä versiota sen rakenteesta kutsutaan merenalaiseksi.

4. Basalttikerros, ei eroa mannermainen kuori. Tämän kerroksen valtameren kuoren paksuus on 4,2 km.

Merenkuoren basalttikerros subduktiovyöhykkeissä (vyöhyke, jossa yksi kuoren kerros imee toisen) muuttuu eklogiiteiksi. Niiden tiheys on niin korkea, että ne uppoavat syvälle kuoreen yli 600 km:n syvyyteen ja vajoavat sitten alempaan vaippaan.

Ottaen huomioon, että valtamerten alla havaitaan maankuoren pienin paksuus ja se on vain 5-10 km, tiedemiehet ovat pitkään vaalineet ajatusta aloittaa kuoren poraus valtamerten syvyydessä, mikä antaisi mahdollisuuden tutkia tarkemmin. sisäinen rakenne Maapallo. Merenkuoren kerros on kuitenkin erittäin vahva, ja valtameren syvyydessä tehtävä tutkimus vaikeuttaa tätä tehtävää entisestään.

Johtopäätös

Maankuori on ehkä ainoa kerros, jota ihmiskunta on tutkinut yksityiskohtaisesti. Mutta mitä sen alla on, huolestuttaa edelleen geologeja. Voi vain toivoa, että jonakin päivänä maapallomme tutkimattomat syvyydet tutkitaan.

NIITÄ. Kapitonov

Maan ydinlämpö

Maan lämpö

Maa on melko voimakkaasti kuumennettu kappale ja se on lämmön lähde. Se lämpenee ensisijaisesti absorboimansa auringonsäteilyn ansiosta. Mutta maapallolla on myös oma lämpöresurssi, joka on verrattavissa Auringosta saamaan lämpöön. Uskotaan, että tällä Maan omalla energialla on seuraava alkuperä. Maa syntyi noin 4,5 miljardia vuotta sitten sen jälkeen, kun aurinko syntyi sen ympärillä pyörivästä ja tiivistyneestä protoplanetaarisesta kaasu-pölylevystä. Muodostumisensa alkuvaiheessa maapallon aines kuumeni suhteellisen hitaan painovoiman puristumisen vuoksi. iso rooli lämpötasapaino Maata pelasi myös energia, joka vapautui, kun pienet kosmiset kappaleet putosivat sen päälle. Siksi nuori maapallo oli sulanut. Jäähtyessään se tuli vähitellen nykyiseen tilaansa kiinteällä pinnalla, josta merkittävä osa on valtameren ja merivedet. Tämä vaikea uloin kerros nimeltään maankuoren ja keskimäärin maalla sen paksuus on noin 40 km ja valtamerten vesien alla - 5-10 km. Lisää syvä kerros Maa kutsui vaippa koostuu myös kiinteästä aineesta. Se ulottuu lähes 3000 km:n syvyyteen ja sisältää suurimman osan maapallon aineesta. Lopuksi, maan sisin osa on sen ydin. Se koostuu kahdesta kerroksesta - ulkoisesta ja sisäisestä. ulkoinen ydin tämä on sulan raudan ja nikkelin kerros, jonka lämpötila on 4500-6500 K ja jonka paksuus on 2000-2500 km. sisempi ydin jonka säde on 1000-1500 km, on kiinteä rauta-nikkeliseos, joka on kuumennettu 4000-5000 K lämpötilaan ja jonka tiheys on noin 14 g / cm 3 ja joka syntyi valtavassa (lähes 4 miljoonan baarin) paineessa.
Maan sisäisen lämmön lisäksi, joka on peritty sen muodostumisen aikaisimmasta kuumasta vaiheesta ja jonka määrän pitäisi vähentyä ajan myötä, on olemassa toinen, pitkäaikainen, joka liittyy pitkällä puolikkaalla omaavien ytimien radioaktiiviseen hajoamiseen. elämä - ensinnäkin 232 Th, 235 U , 238 U ja 40 K. Näissä hajoamisissa vapautuva energia - ne muodostavat lähes 99 % maapallon radioaktiivisesta energiasta - täydentää jatkuvasti Maan lämpövarastoja. Yllä olevat ytimet sisältyvät kuoreen ja vaippaan. Niiden hajoaminen johtaa sekä maan ulko- että sisäkerroksen kuumenemiseen.
Osa maan sisällä olevasta valtavasta lämmöstä tulee jatkuvasti ulos sen pinnalle, usein erittäin laajamittaisissa vulkaanisissa prosesseissa. Maan syvyydestä sen pinnan läpi virtaava lämmön virtaus tunnetaan. Se on (47±2)·10 12 wattia, mikä vastaa 50 tuhannen ydinvoimalaitoksen tuottamaa lämpöä (yhden ydinvoimalaitoksen keskimääräinen teho on noin 10 9 wattia). Herää kysymys, onko radioaktiivisella energialla merkittävää roolia maapallon kokonaislämpöbudjetissa, ja jos on, mikä rooli? Vastaus näihin kysymyksiin pitkä aika jäi tuntemattomaksi. Nyt on mahdollisuus vastata näihin kysymyksiin. Keskeinen rooli tässä on neutriinoilla (antineutriinoilla), joita syntyy prosesseissa radioaktiivinen hajoaminen ytimiä, jotka muodostavat Maan aineen ja joita kutsutaan geoneutrino.

Geoneutrino

Geoneutrino on yhdistetty nimi neutriinoille tai antineutriinoille, jotka vapautuvat maan pinnan alla olevien ytimien beetahajoamisen seurauksena. On selvää, että ennennäkemättömän tunkeutumiskyvyn vuoksi näiden (ja vain niiden) rekisteröinti maassa sijaitsevilla neutriinoilmaisimilla voi tarjota objektiivista tietoa syvällä maan sisällä tapahtuvista radioaktiivisen hajoamisen prosesseista. Esimerkki tällaisesta hajoamisesta on 228 Ra -ytimen β -hajoaminen, joka on pitkäikäisen 232 Th -ytimen α-hajoamisen tulos (katso taulukko):

228 Ra -ytimen puoliintumisaika (T 1/2) on 5,75 vuotta ja vapautuva energia noin 46 keV. Antineutriinojen energiaspektri on jatkuva ja yläraja lähellä vapautuvaa energiaa.
232 Th, 235 U, 238 U ytimien hajoamiset ovat peräkkäisten hajoamisten ketjuja, jotka muodostavat ns. radioaktiivinen sarja. Tällaisissa ketjuissa α-hajoaminen on välissä α-hajoamisen kanssa, koska α-hajoamisessa lopulliset ytimet osoittautuvat siirtyneiksi β-stabiilisuusviivalta neutroneilla ylikuormitettujen ytimien alueelle. Kun peräkkäisten hajoamisketjujen jälkeen jokaisen rivin lopussa muodostuu stabiileja ytimiä, joiden protonien ja neutronien määrä on lähellä maagisia lukuja tai yhtä suuri kuin taikasluku (Z = 82,N= 126). Tällaiset lopulliset ytimet ovat lyijyn tai vismutin stabiileja isotooppeja. Siten T 1/2:n hajoaminen päättyy kaksinkertaisen maagisen ytimen 208 Pb muodostumiseen, ja polulla 232 Th → 208 Pb tapahtuu kuusi α-hajoamista vuorotellen neljän β -hajoamisen kanssa (ketjussa 238 U → 206 Pb, kahdeksan α- ja kuusi β - -hajoamista; 235 U → 207 Pb -ketjussa on seitsemän α- ja neljä β − -hajoamista). Siten kunkin radioaktiivisen sarjan antineutriinojen energiaspektri on tämän sarjan muodostavien yksittäisten β-hajoamien osittaisten spektrien superpositio. 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K hajoamisissa syntyneiden antineutriinojen spektrit on esitetty kuvissa 1. 40 K:n vaimeneminen on yksittäinen β − vaimeneminen (katso taulukko). suurin energia(jopa 3,26 MeV) antineutriinot saavuttavat hajoamisen
214 Bi → 214 Po, joka on linkki radioaktiivisessa sarjassa 238 U. Kaikkien 232 Th → 208 Pb -sarjan vaimenemislinkkien läpikulussa vapautuva kokonaisenergia on 42,65 MeV. Radioaktiivisten sarjojen 235 U ja 238 U osalta nämä energiat ovat 46,39 ja 51,69 MeV, vastaavasti. Energiaa vapautuu hajoamisessa
40 K → 40 Ca on 1,31 MeV.

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ytimien ominaisuudet

Ydin	Jaa % seoksessa isotoopit	Ydinten lukumäärä liittyy. Si ytimet	T 1/2 miljardia vuotta	Ensimmäiset linkit hajoaminen
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

Maan aineen koostumukseen sisältyvien 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ytimien hajoamisen perusteella tehty geoneutrinovuon arvio johtaa luokkaa 10 6 cm olevaan arvoon. -2 s -1. Rekisteröimällä näitä geoneutriinoja voidaan saada tietoa radioaktiivisen lämmön roolista maapallon kokonaislämpötaseessa ja testata käsityksiämme pitkäikäisten radioisotooppien sisällöstä maanpäällisen aineen koostumuksessa.

Riisi. 1. Antineutriinojen energiaspektrit ydinhajoamisesta

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K normalisoituna yhdelle emoytimen hajoamiselle

Reaktiota käytetään elektronien antineutriinojen rekisteröintiin

P → e + + n, (1)

jossa tämä hiukkanen todella löydettiin. Tämän reaktion kynnys on 1,8 MeV. Siksi vain geoneutriinot, jotka muodostuvat 232 Th- ja 238 U -ytimistä alkaviin hajoamisketjuihin, voidaan rekisteröidä yllä olevaan reaktioon. Käsiteltävän reaktion tehollinen poikkileikkaus on erittäin pieni: σ ≈ 10 -43 cm 2. Tästä seuraa, että neutriinoilmaisin, jonka herkkä tilavuus on 1 m 3, rekisteröi vain muutaman tapahtuman vuodessa. On ilmeistä, että neutriinoilmaisimia tarvitaan luotettavasti geoneutriinovuon kiinnittämiseen. suuri määrä sijoitettu maanalaisiin laboratorioihin maksimaalisen taustasuojan takaamiseksi. Ajatus aurinko- ja reaktorineutriinojen tutkimiseen tarkoitettujen ilmaisimien käyttämisestä geoneutriinojen rekisteröintiin syntyi vuonna 1998. Tällä hetkellä on olemassa kaksi suuren tilavuuden neutriinoilmaisinta, jotka käyttävät nestetuikettä ja sopivat ongelman ratkaisemiseen. Nämä ovat KamLAND-kokeiden (Japani, ) ja Borexino (Italia, ) neutriinoilmaisimet. Alla tarkastelemme Borexino-ilmaisimen laitetta ja tällä ilmaisimella saatuja tuloksia geoneutriinojen rekisteröinnistä.

Borexino-ilmaisin ja geoneutriinojen rekisteröinti

Borexino-neutrinodetektori sijaitsee Keski-Italiassa maanalaisessa laboratoriossa Gran Sasson vuorijonon alla, jonka vuorenhuiput saavuttavat 2,9 km:n (kuva 2).

Riisi. Kuva 2. Kaavio neutrinolaboratorion sijainnista Gran Sasson vuorijonon alla (Keski-Italia)

Borexino on segmentoimaton massiivinen ilmaisin, jonka aktiivinen väliaine on
280 tonnia orgaanista nestetuikeainetta. Se täytti nylonista pallomaisen astian, jonka halkaisija oli 8,5 m (kuva 3). Tuike oli pseudokumeeni (C9H12), jossa oli spektriä vaihtava PPO-lisäaine (1,5 g/l). Sintillaattorin valo kerätään 2212 kahdeksan tuuman valomonistimella (PMT), jotka on sijoitettu ruostumattomasta teräksestä valmistettuun palloon (SSS).

Riisi. 3. Borexino-ilmaisimen laitteen kaavio

Pseudokumeenia sisältävä nailonastia on sisäinen ilmaisin, jonka tehtävänä on rekisteröidä neutriinoja (antineutriinoja). Sisäilmaisinta ympäröi kaksi samankeskistä puskurivyöhykettä, jotka suojaavat sitä ulkoisilta gammasäteiltä ja neutroneilta. Sisävyöhyke on täytetty ei-tuikeväliaineella, joka koostuu 900 tonnista pseudokumeenia, joka sisältää dimetyyliftalaattilisäaineita tuikkeiden sammuttamiseksi. Ulompi vyöhyke sijaitsee SNS:n päällä ja on vesi-Tšerenkov-ilmaisin, joka sisältää 2000 tonnia ultrapuhdasta vettä ja joka katkaisee signaalit laitokseen ulkopuolelta saapuvilta myoneilta. Kullekin sisäisessä ilmaisimessa tapahtuvalle vuorovaikutukselle määritetään energia ja aika. Ilmaisimen kalibrointi erilaisilla radioaktiivisilla lähteillä mahdollisti sen energiaskaalan ja valosignaalin toistettavuusasteen määrittämisen erittäin tarkasti.
Borexino on erittäin korkean säteilypuhtauden ilmaisin. Kaikki materiaalit valittiin tarkasti, ja tuike puhdistettiin sisäisen taustan minimoimiseksi. Korkean säteilypuhtautensa ansiosta Borexino on erinomainen ilmaisin antineutriinojen havaitsemiseen.
Reaktiossa (1) positroni antaa välittömän signaalin, jota seuraa jonkin ajan kuluttua neutronin vangitseminen vetyytimeen, mikä johtaa γ-kvantin ilmaantumiseen, jonka energia on 2,22 MeV, mikä luo signaali viivästyy ensimmäiseen verrattuna. Borexinossa neutronien sieppausaika on noin 260 μs. Välittömät ja viivästyneet signaalit korreloivat avaruudessa ja ajassa, mikä mahdollistaa tarkan tunnistuksen e:n aiheuttamasta tapahtumasta.
Reaktion (1) kynnys on 1,806 MeV ja kuten kuvasta näkyy. 1, kaikki geoneutriinot 40 K ja 235 U:n hajoamisista ovat tämän kynnyksen alapuolella, ja vain osa geoneutriinoista, jotka ovat syntyneet 232 Th:n ja 238 U:n hajoamisissa, voidaan havaita.
Borexino-detektori havaitsi geoneutriinojen signaaleja ensimmäisen kerran vuonna 2010 ja julkaisi äskettäin uusia tuloksia 2056 päivän havaintojen perusteella joulukuusta 2007 maaliskuuhun 2015. Alla esittelemme saadut tiedot ja niiden keskustelun tulokset artikkeliin perustuen.
Kokeellisten tietojen analysoinnin tuloksena tunnistettiin 77 elektroniantineutriino-ehdokasta, jotka läpäisivät kaikki valintakriteerit. e:tä simuloivien tapahtumien taustan arvioi . Siten signaali/taustasuhde oli ≈100.
Pääasiallinen taustalähde oli reaktorin antineutriinot. Borexinon kannalta tilanne oli varsin suotuisa, sillä Gran Sasso -laboratorion lähellä ei ole ydinreaktoreita. Lisäksi reaktorin antineutriinot ovat energisempiä kuin geoneutriinot, mikä mahdollisti näiden antineutriinojen erottamisen positronista signaalinvoimakkuuden perusteella. Analyysin tulokset geoneutriinojen ja reaktorin antineutriinojen osuudesta e:stä tallennettujen tapahtumien kokonaismäärään on esitetty kuvioissa 1 ja 2. 4. Tämän analyysin antama rekisteröityjen geoneutriinojen määrä (varjostettu alue vastaa niitä kuvassa 4) on yhtä suuri kuin . Analyysin tuloksena erotettujen geoneutriinojen spektrissä näkyy kaksi ryhmää - vähemmän energinen, voimakkaampi ja energisempi, vähemmän intensiivinen. Kuvatun tutkimuksen kirjoittajat yhdistävät nämä ryhmät toriumin ja uraanin hajoamiseen, vastaavasti.
Käsiteltävänä olevassa analyysissä käytimme toriumin ja uraanin massojen suhdetta maapallon aineessa.
m(Th)/m(U) = 3,9 (taulukossa tämä arvo on ≈3,8). Tämä luku heijastaa näiden kemiallisten alkuaineiden suhteellista pitoisuutta kondriiteissa - yleisin meteoriittiryhmä (yli 90% Maahan pudonneista meteoriiteista kuuluu tähän ryhmään). Uskotaan, että kondriittien koostumus, lukuun ottamatta kevyitä kaasuja (vety ja helium), toistaa aurinkokunnan ja protoplanetaarisen kiekon koostumuksen, josta maa muodostui.

Riisi. Kuva 4. Positroneista tulevan valon spektri fotoelektronien lukumäärän yksiköissä antineutrino-ehdokastapahtumiin (koepisteet). Varjostettu alue on geoneutriinojen osuus. Kiinteä viiva on reaktorin antineutriinojen osuus.