रूस के लिए, पृथ्वी की गर्मी की ऊर्जा उपभोक्ता को इसके निष्कर्षण और आपूर्ति के लिए नई उच्च, पर्यावरण के अनुकूल प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके सस्ती और सस्ती बिजली और गर्मी प्रदान करने का एक निरंतर, विश्वसनीय स्रोत बन सकती है। यह इस समय विशेष रूप से सच है

जीवाश्म ऊर्जा कच्चे माल के सीमित संसाधन

औद्योगीकृत में जैविक ऊर्जा कच्चे माल की मांग अधिक है और विकासशील देश(संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान, संयुक्त यूरोप के राज्य, चीन, भारत, आदि)। साथ ही, इन देशों में उनके अपने हाइड्रोकार्बन संसाधन या तो अपर्याप्त या आरक्षित हैं, और एक देश, उदाहरण के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका, विदेशों में ऊर्जा कच्चे माल खरीदता है या अन्य देशों में जमा विकसित करता है।

रूस में, ऊर्जा संसाधनों के मामले में सबसे अमीर देशों में से एक, ऊर्जा की आर्थिक जरूरतें अभी भी प्राकृतिक संसाधनों के उपयोग की संभावनाओं से संतुष्ट हैं। हालांकि, आंतों से जीवाश्म हाइड्रोकार्बन का निष्कर्षण बहुत है तेज़ी से. अगर 1940-1960 के दशक में। मुख्य तेल उत्पादक क्षेत्र वोल्गा और सिस-उरल्स में "दूसरा बाकू" थे, फिर, 1970 के दशक से शुरू होकर, और वर्तमान में, ऐसा क्षेत्र है पश्चिमी साइबेरिया. लेकिन यहां भी जीवाश्म हाइड्रोकार्बन के उत्पादन में उल्लेखनीय गिरावट आई है। "सूखी" Cenomanian गैस का युग बीत रहा है। व्यापक उत्पादन विकास का पूर्व चरण प्राकृतिक गैसकिसी अंत पर आएं। Medvezhye, Urengoyskoye और Yamburgskoye जैसे विशाल भंडार से इसकी निकासी क्रमशः 84, 65 और 50% थी। विकास के लिए अनुकूल तेल भंडार का अनुपात भी समय के साथ घटता जाता है।

हाइड्रोकार्बन ईंधन की सक्रिय खपत के कारण, तेल और प्राकृतिक गैस के तटवर्ती भंडार में काफी कमी आई है। अब उनके मुख्य भंडार पर केंद्रित हैं महाद्वीपीय शेल्फ. और हालांकि कच्चे माल का आधारतेल और गैस उद्योग अभी भी रूस में तेल और गैस उत्पादन के लिए पर्याप्त है आवश्यक मात्रा, निकट भविष्य में यह सभी द्वारा प्रदान किया जाएगा अधिकजटिल खनन और भूवैज्ञानिक स्थितियों के साथ जमा के विकास के कारण। साथ ही हाइड्रोकार्बन उत्पादन की लागत बढ़ेगी।

उप-भूमि से निकाले गए अधिकांश गैर-नवीकरणीय संसाधनों का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है बिजली संयंत्रों. सबसे पहले, यह ईंधन संरचना में 64% की हिस्सेदारी है।

रूस में, थर्मल पावर प्लांटों में 70% बिजली उत्पन्न होती है। देश के ऊर्जा उद्यम सालाना लगभग 500 मिलियन टन ई. टन बिजली और गर्मी पैदा करने के उद्देश्य से, जबकि गर्मी के उत्पादन में बिजली के उत्पादन की तुलना में 3-4 गुना अधिक हाइड्रोकार्बन ईंधन की खपत होती है।

हाइड्रोकार्बन कच्चे माल के इन संस्करणों के दहन से प्राप्त गर्मी की मात्रा सैकड़ों टन परमाणु ईंधन के उपयोग के बराबर है - अंतर बहुत बड़ा है। हालांकि परमाणु ऊर्जाप्रावधान की आवश्यकता है पर्यावरण संबंधी सुरक्षा(चेरनोबिल की पुनरावृत्ति को रोकने के लिए) और इसे संभावित आतंकवादी हमलों से बचाने के लिए, साथ ही अप्रचलित और खर्च की गई परमाणु ऊर्जा इकाइयों की सुरक्षित और महंगी डीकमिशनिंग। दुनिया में यूरेनियम के सिद्ध वसूली योग्य भंडार लगभग 3 मिलियन 400 हजार टन हैं। पिछली पूरी अवधि (2007 तक) के लिए, लगभग 2 मिलियन टन का खनन किया गया था।

वैश्विक ऊर्जा के भविष्य के रूप में आरईएस

उठाया गया हाल के दशकदुनिया में, वैकल्पिक अक्षय ऊर्जा स्रोतों (आरईएस) में रुचि न केवल हाइड्रोकार्बन ईंधन भंडार में कमी के कारण होती है, बल्कि इसे हल करने की आवश्यकता के कारण भी होती है। पर्यावरण के मुद्दें. उद्देश्य कारक (जीवाश्म ईंधन और यूरेनियम भंडार, साथ ही में परिवर्तन वातावरणपारंपरिक आग और परमाणु ऊर्जा के उपयोग से जुड़े) और ऊर्जा विकास के रुझान बताते हैं कि ऊर्जा उत्पादन के नए तरीकों और रूपों में संक्रमण अपरिहार्य है। पहले से ही XXI सदी की पहली छमाही में। गैर-पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों के लिए एक पूर्ण या लगभग पूर्ण संक्रमण होगा।

इस दिशा में जितनी जल्दी सफलता मिलेगी, पूरे समाज के लिए उतना ही कम दुखदायी होगा और उस देश के लिए ज्यादा फायदेमंद होगा। निर्णायक कदमसंकेतित दिशा में।

विश्व अर्थव्यवस्था ने पारंपरिक और नए ऊर्जा स्रोतों के तर्कसंगत संयोजन के लिए संक्रमण के लिए पहले से ही एक पाठ्यक्रम निर्धारित किया है। 2000 तक दुनिया में ऊर्जा की खपत 18 बिलियन टन से अधिक ईंधन के बराबर थी। टन, और 2025 तक ऊर्जा की खपत 30-38 बिलियन टन ईंधन के बराबर हो सकती है। टन, पूर्वानुमान के आंकड़ों के अनुसार, 2050 तक 60 अरब टन ईंधन के बराबर के स्तर पर खपत संभव है। टी. समीक्षाधीन अवधि में विश्व अर्थव्यवस्था के विकास में एक विशिष्ट प्रवृत्ति जीवाश्म ईंधन की खपत में एक व्यवस्थित कमी और गैर-पारंपरिक के उपयोग में इसी वृद्धि है ऊर्जा संसाधन. पृथ्वी की तापीय ऊर्जा उनमें से पहले स्थान पर है।

वर्तमान में, रूसी संघ के ऊर्जा मंत्रालय ने एक विकास कार्यक्रम अपनाया है गैर-पारंपरिक ऊर्जा, 30 . सहित प्रमुख प्रोजेक्टहीट पंप इंस्टॉलेशन (HPU) का उपयोग, जिसके संचालन का सिद्धांत पृथ्वी की कम-क्षमता वाली तापीय ऊर्जा की खपत पर आधारित है।

पृथ्वी के ताप और ऊष्मा पम्पों की निम्न-क्षमता ऊर्जा

पृथ्वी की ऊष्मा की कम-क्षमता वाली ऊर्जा के स्रोत सौर विकिरण और हमारे ग्रह के गर्म आंतों के थर्मल विकिरण हैं। वर्तमान में, ऐसी ऊर्जा का उपयोग अक्षय ऊर्जा स्रोतों पर आधारित ऊर्जा के सबसे गतिशील रूप से विकासशील क्षेत्रों में से एक है।

पृथ्वी की गर्मी का उपयोग किया जा सकता है विभिन्न प्रकार केहीटिंग, गर्म पानी की आपूर्ति, एयर कंडीशनिंग (शीतलन), साथ ही साथ हीटिंग पथ के लिए इमारतों और संरचनाएं सर्दियों का समयवर्ष, आइसिंग की रोकथाम, बाहरी स्टेडियमों में खेतों को गर्म करना आदि। अंग्रेजी भाषा में तकनीकी साहित्यहीटिंग और एयर कंडीशनिंग सिस्टम में पृथ्वी की गर्मी का उपयोग करने वाले सिस्टम को जीएचपी - "जियोथर्मल हीट पंप" (जियोथर्मल हीट पंप) कहा जाता है। जलवायु विशेषताएंमध्य और के देश उत्तरी यूरोप, जो, संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा के साथ, पृथ्वी की निम्न-श्रेणी की गर्मी के उपयोग के लिए मुख्य क्षेत्र हैं, इसे मुख्य रूप से हीटिंग उद्देश्यों के लिए निर्धारित करते हैं; हवा में भी ठंडा गर्मी की अवधिअपेक्षाकृत कम ही आवश्यक है। इसलिए, संयुक्त राज्य अमेरिका के विपरीत, गर्मी में पंप यूरोपीय देशमुख्य रूप से हीटिंग मोड में काम करते हैं। अमेरिका में, वे वेंटिलेशन के साथ संयुक्त एयर हीटिंग सिस्टम में अधिक बार उपयोग किए जाते हैं, जो बाहरी हवा को गर्म करने और ठंडा करने दोनों की अनुमति देता है। यूरोपीय देशों में, ताप पंपों का उपयोग आमतौर पर जल तापन प्रणालियों में किया जाता है। चूंकि बाष्पीकरणकर्ता और कंडेनसर के बीच तापमान अंतर कम होने पर उनकी दक्षता बढ़ जाती है, फर्श हीटिंग सिस्टम का उपयोग अक्सर इमारतों को गर्म करने के लिए किया जाता है, जिसमें अपेक्षाकृत कम तापमान (35-40 डिग्री सेल्सियस) का शीतलक प्रसारित होता है।

पृथ्वी की ऊष्मा की निम्न-क्षमता ऊर्जा के उपयोग के लिए प्रणालियों के प्रकार

पर सामान्य मामलापृथ्वी की ऊष्मा की निम्न-क्षमता ऊर्जा का उपयोग करने के लिए दो प्रकार की प्रणालियाँ हैं:

- खुली प्रणाली: निम्न-श्रेणी की तापीय ऊर्जा के स्रोत के रूप में, भूजल का उपयोग किया जाता है, जिसे सीधे ताप पंपों को आपूर्ति की जाती है;

– बंद प्रणाली: ताप विनिमायक मृदा पुंजक में स्थित होते हैं; जब जमीन से कम तापमान वाला शीतलक उनके माध्यम से घूमता है, तो तापीय ऊर्जा को जमीन से "उतार" लिया जाता है और ऊष्मा पंप बाष्पीकरणकर्ता में स्थानांतरित कर दिया जाता है (या जब जमीन के सापेक्ष उच्च तापमान वाले शीतलक का उपयोग किया जाता है, तो इसे ठंडा किया जाता है) )

माइनस खुली प्रणालीक्या कुओं को रखरखाव की आवश्यकता है। इसके अलावा, सभी क्षेत्रों में ऐसी प्रणालियों का उपयोग संभव नहीं है। मिट्टी और भूजल के लिए मुख्य आवश्यकताएं इस प्रकार हैं:

- मिट्टी की पर्याप्त जल पारगम्यता, जल भंडार की पुनःपूर्ति की अनुमति;

- अच्छा रासायनिक संरचना भूजल(जैसे कम लौह सामग्री) पाइप पैमाने और जंग की समस्याओं से बचने के लिए।

पृथ्वी की ऊष्मा की निम्न-क्षमता ऊर्जा के उपयोग के लिए बंद प्रणालियाँ

बंद प्रणालियाँ क्षैतिज और लंबवत हैं (चित्र 1)।

चावल। 1. भू-तापीय ताप पंप स्थापना की योजना: ए - क्षैतिज

और बी - ऊर्ध्वाधर जमीन हीट एक्सचेंजर्स।

क्षैतिज जमीन हीट एक्सचेंजर

पश्चिमी और के देशों में मध्य यूरोपक्षैतिज ग्राउंड हीट एक्सचेंजर्स आमतौर पर अलग-अलग पाइप होते हैं जो अपेक्षाकृत कसकर रखे जाते हैं और एक दूसरे से श्रृंखला में या समानांतर में जुड़े होते हैं (चित्र 2)।

चावल। 2. क्षैतिज ग्राउंड हीट एक्सचेंजर्स के साथ: ए - अनुक्रमिक और

बी - समानांतर कनेक्शन।

उस साइट के क्षेत्र को बचाने के लिए जहां गर्मी हटा दी जाती है, बेहतर प्रकार के ताप विनिमायक विकसित किए गए हैं, उदाहरण के लिए, क्षैतिज या लंबवत स्थित सर्पिल (चित्र 3) के रूप में ताप विनिमायक। संयुक्त राज्य अमेरिका में हीट एक्सचेंजर्स का यह रूप आम है।

2. पृथ्वी की ऊष्मीय व्यवस्था

पृथ्वी एक ठंडा ब्रह्मांडीय पिंड है। सतह का तापमान मुख्य रूप से बाहर से आपूर्ति की जाने वाली गर्मी पर निर्भर करता है। पृथ्वी की ऊपरी परत की ऊष्मा का 95% है बाहरी (सौर) ऊष्मा और केवल 5% ऊष्मा आंतरिक , जो पृथ्वी के आंत्र से आता है और इसमें ऊर्जा के कई स्रोत शामिल हैं। पृथ्वी के आँतों में गहराई के साथ तापमान 1300 o C (ऊपरी मेंटल में) से बढ़कर 3700 o C (कोर के केंद्र में) हो जाता है।

बाहरी गर्मी. पृथ्वी की सतह पर ऊष्मा मुख्य रूप से सूर्य से आती है। सतह का प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर एक मिनट के भीतर लगभग 2 कैलोरी ऊष्मा प्राप्त करता है। इस मान को कहा जाता है सौर स्थिरांक और परिभाषित करता है कुलसूर्य से पृथ्वी पर आने वाली ऊष्मा। एक साल के लिए, यह 2.26 10 21 कैलोरी की मात्रा है। पृथ्वी के आँतों में सौर ऊष्मा के प्रवेश की गहराई मुख्य रूप से प्रति इकाई सतह क्षेत्र में गिरने वाली ऊष्मा की मात्रा और तापीय चालकता पर निर्भर करती है। चट्टानों. अधिकतम गहराई जिसमें बाहरी गर्मी प्रवेश करती है, महासागरों में 200 मीटर और भूमि पर लगभग 40 मीटर है।

आंतरिक गर्मी. गहराई के साथ तापमान में वृद्धि होती है, जो विभिन्न प्रदेशों में बहुत असमान रूप से होती है। तापमान में वृद्धि एक रुद्धोष्म नियम का पालन करती है और दबाव में पदार्थ के संपीड़न पर निर्भर करती है जब पर्यावरण के साथ गर्मी का आदान-प्रदान असंभव है।

पृथ्वी के अंदर ऊष्मा के मुख्य स्रोत:

तत्वों के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मा।

पृथ्वी के निर्माण से बची हुई गर्मी।

पृथ्वी के संपीड़न और घनत्व में पदार्थ के वितरण के दौरान जारी गुरुत्वाकर्षण गर्मी।

पृथ्वी की पपड़ी की गहराई में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न ऊष्मा।

पृथ्वी के ज्वारीय घर्षण से निकलने वाली ऊष्मा।

3 तापमान क्षेत्र हैं:

मैं- चर तापमान क्षेत्र . तापमान में परिवर्तन क्षेत्र की जलवायु से निर्धारित होता है। दैनिक उतार-चढ़ाव व्यावहारिक रूप से लगभग 1.5 मीटर की गहराई पर मर जाते हैं, और वार्षिक उतार-चढ़ाव 20 ... 30 मीटर की गहराई पर होते हैं। Ia - हिमीकरण क्षेत्र।

द्वितीय - निरंतर तापमान क्षेत्र क्षेत्र के आधार पर 15…40 मीटर की गहराई पर स्थित है।

तृतीय - गर्म क्षेत्र .

पृथ्वी की पपड़ी की आंत में चट्टानों का तापमान शासन आमतौर पर एक भू-तापीय ढाल और एक भू-तापीय चरण द्वारा व्यक्त किया जाता है।

प्रत्येक 100 मीटर गहराई के लिए तापमान वृद्धि की मात्रा को कहा जाता है भूतापीय ढाल. अफ्रीका में, विटवाटरसैंड क्षेत्र में, यह 1.5 °C है, जापान में (Echigo) - 2.9 °C, में दक्षिण ऑस्ट्रेलिया- 10.9 °С, कज़ाखस्तान में (समारिंडा) - 6.3 °С, at कोला प्रायद्वीप- 0.65 डिग्री सेल्सियस।

चावल। 3. तापमान क्षेत्र भूपर्पटी: I - चर तापमान क्षेत्र, Iа - हिमांक क्षेत्र; II - निरंतर तापमान का क्षेत्र; III - तापमान वृद्धि का क्षेत्र।

वह गहराई जिस पर तापमान 1 डिग्री बढ़ जाता है, कहलाता है भूतापीय चरण।भूतापीय चरण के संख्यात्मक मान न केवल विभिन्न अक्षांशों पर, बल्कि क्षेत्र में एक ही बिंदु की विभिन्न गहराई पर भी स्थिर होते हैं। भूतापीय चरण का मान 1.5 से 250 मीटर तक भिन्न होता है। आर्कान्जेस्क में यह 10 मीटर है, मास्को में - 38.4 मीटर, और प्यतिगोर्स्क में - 1.5 मीटर। सैद्धांतिक रूप से, इस चरण का औसत मूल्य 33 मीटर है।

मॉस्को में 1,630 मीटर की गहराई तक ड्रिल किए गए एक कुएं में, बॉटमहोल का तापमान 41 डिग्री सेल्सियस था, और डोनबास में 1,545 मीटर की गहराई तक ड्रिल की गई खदान में, तापमान 56.3 डिग्री सेल्सियस था। उच्चतम तापमान संयुक्त राज्य अमेरिका में 7136 मीटर की गहराई के साथ एक कुएं में दर्ज किया गया था, जहां यह 224 डिग्री सेल्सियस के बराबर है। संरचनाओं को डिजाइन करते समय गहराई के साथ तापमान में वृद्धि को ध्यान में रखा जाना चाहिए गहरागणना के अनुसार, 400 किमी की गहराई पर तापमान 1400...1700 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचना चाहिए। पृथ्वी की कोर के लिए उच्चतम तापमान (लगभग 5000 डिग्री सेल्सियस) प्राप्त किया गया था।

धरती की गर्मी। संभावित स्रोतआंतरिक गर्मी

जियोथर्मी- विज्ञान जो पृथ्वी के तापीय क्षेत्र का अध्ययन करता है। पृथ्वी की सतह का औसत तापमान है सामान्य प्रवृत्तिकमी करने के लिए। तीन अरब साल पहले पृथ्वी की सतह पर औसत तापमान 71 o था, अब यह 17 o है। ऊष्मा के स्रोत (थर्मल) ) पृथ्वी के क्षेत्र आंतरिक हैं और बाहरी प्रक्रियाएं. पृथ्वी की गर्मी सौर विकिरण के कारण होती है और ग्रह की आंतों में उत्पन्न होती है। दोनों स्रोतों से ऊष्मा प्रवाह के मूल्य मात्रात्मक रूप से अत्यंत भिन्न हैं और ग्रह के जीवन में उनकी भूमिकाएँ भिन्न हैं। पृथ्वी का सौर ताप इसकी सतह द्वारा प्राप्त कुल ऊष्मा का 99.5% है, और आंतरिक ताप 0.5% है। इसके अलावा, आंतरिक गर्मी का प्रवाह पृथ्वी पर बहुत असमान रूप से वितरित किया जाता है और मुख्य रूप से ज्वालामुखी के प्रकट होने के स्थानों में केंद्रित होता है।

वाह्य स्रोतसौर विकिरण है . आधा सौर ऊर्जापृथ्वी की पपड़ी की सतह, वनस्पति और निकट-सतह परत द्वारा अवशोषित। अन्य आधा में परिलक्षित होता है विश्व अंतरिक्ष. सौर विकिरणपृथ्वी की सतह के तापमान को लगभग 0 0 C के औसत पर बनाए रखता है। सूर्य पृथ्वी की सतह परत को 8 - 30 मीटर की औसत गहराई तक गर्म करता है, 25 मीटर की औसत गहराई के साथ, सौर ताप का प्रभाव समाप्त हो जाता है और तापमान स्थिर (तटस्थ परत) हो जाता है। यह गहराई वाले क्षेत्रों में न्यूनतम है समशीतोष्ण समुद्रतटीय जलवायुऔर आर्कटिक में अधिकतम। इस सीमा के नीचे क्षेत्र के औसत वार्षिक तापमान के अनुरूप स्थिर तापमान की एक पेटी होती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, मास्को में कृषि के क्षेत्र में। अकादमी तिमिरयाज़ेव, 20 मीटर की गहराई पर, 1882 के बाद से तापमान हमेशा 4.2 डिग्री सेल्सियस के बराबर रहा है। पेरिस में, 28 मीटर की गहराई पर, थर्मामीटर ने 100 से अधिक वर्षों के लिए लगातार 11.83 डिग्री सेल्सियस दिखाया है। ए के साथ परत निरंतर तापमान सबसे गहरा है जहां बारहमासी (अनन्त ठंढ। निरंतर तापमान के बेल्ट के नीचे भू-तापीय क्षेत्र होता है, जो कि पृथ्वी द्वारा ही उत्पन्न गर्मी की विशेषता है।

आंतरिक स्रोत पृथ्वी की आंतें हैं। पृथ्वी अंतरिक्ष में विकीर्ण होती है अधिक गर्मीकी तुलना में यह सूर्य से प्राप्त करता है। आंतरिक स्रोतों में उस समय से अवशिष्ट गर्मी शामिल है जब ग्रह पिघल गया था, पृथ्वी के आंतों में होने वाली थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की गर्मी, गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण संपीड़न की गर्मी, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गर्मी और क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाएं शामिल हैं। , आदि (उदाहरण के लिए, ज्वारीय घर्षण)। आंतों से गर्मी मुख्य रूप से चलती क्षेत्रों से आती है। गहराई के साथ तापमान में वृद्धि अस्तित्व के साथ जुड़ी हुई है आंतरिक स्रोतगर्मी - क्षय रेडियोधर्मी समस्थानिक- यू, थ, के, पदार्थ का गुरुत्वाकर्षण भेदभाव, ज्वारीय घर्षण, एक्ज़ोथिर्मिक रेडॉक्स रसायनिक प्रतिक्रिया, कायापलट और चरण संक्रमण. गहराई के साथ तापमान में वृद्धि की दर कई कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है - तापीय चालकता, चट्टानों की पारगम्यता, ज्वालामुखी कक्षों की निकटता आदि।

स्थिर तापमान के बेल्ट के नीचे तापमान में औसतन 1 o प्रति 33 मीटर की वृद्धि होती है ( भूतापीय चरण) या 3 o प्रत्येक 100 मीटर ( भूतापीय ढाल) ये मान पृथ्वी के तापीय क्षेत्र के संकेतक हैं। यह स्पष्ट है कि ये मान औसत हैं और मूल्य में भिन्न हैं विभिन्न क्षेत्रया पृथ्वी के क्षेत्र। भूतापीय चरण विभिन्न बिंदुपृथ्वी अलग है। उदाहरण के लिए, मॉस्को में - 38.4 मीटर, लेनिनग्राद में - 19.6, आर्कान्जेस्क में - 10. तो, ड्रिलिंग करते समय गहरा कुआंकोला प्रायद्वीप पर, 12 किमी की गहराई पर, 150 डिग्री का तापमान माना गया, वास्तव में यह लगभग 220 डिग्री निकला। उत्तरी कैस्पियन में 3000 मीटर की गहराई पर कुओं की ड्रिलिंग करते समय, तापमान 150 डिग्री माना जाता था, लेकिन यह 108 डिग्री निकला।

इस बात पे ध्यान दिया जाना चाहिए कि जलवायु विशेषताएंभू-भाग और औसत वार्षिक तापमान भू-तापीय चरण के मूल्य में परिवर्तन को प्रभावित नहीं करते हैं, इसके कारण निम्नलिखित हैं:

1) एक विशेष क्षेत्र बनाने वाली चट्टानों की विभिन्न तापीय चालकता में। तापीय चालकता के माप के तहत 1 सेकंड में स्थानांतरित कैलोरी में गर्मी की मात्रा को समझा जाता है। 1 डिग्री सेल्सियस के तापमान ढाल के साथ 1 सेमी 2 के एक खंड के माध्यम से;

2) चट्टानों की रेडियोधर्मिता में, तापीय चालकता और रेडियोधर्मिता जितनी अधिक होगी, भूतापीय चरण उतना ही कम होगा;

3) में विभिन्न शर्तेंचट्टानों की घटना और उनकी घटना की गड़बड़ी की उम्र; टिप्पणियों से पता चला है कि सिलवटों में एकत्रित परतों में तापमान तेजी से बढ़ता है, उनमें अक्सर उल्लंघन (दरारें) होते हैं, जिसके माध्यम से गहराई से गर्मी की पहुंच की सुविधा होती है;

4) चरित्र भूजल: गर्म भूजल की धाराएँ गर्म चट्टानें, ठंडी - ठंडी;

5) समुद्र से दूरी: समुद्र के पास पानी के द्रव्यमान से चट्टानों के ठंडा होने के कारण, भू-तापीय चरण बड़ा होता है, और संपर्क में यह छोटा होता है।

भूतापीय चरण के विशिष्ट मूल्य को जानना बहुत व्यावहारिक महत्व का है।

1. खानों को डिजाइन करते समय यह महत्वपूर्ण है। कुछ मामलों में, गहरे कामकाज में तापमान को कृत्रिम रूप से कम करने के उपाय करना आवश्यक होगा (तापमान - शुष्क हवा में एक व्यक्ति के लिए 50 डिग्री सेल्सियस और गीली हवा में 40 डिग्री सेल्सियस की सीमा है); दूसरों में, बड़ी गहराई पर काम करना संभव होगा।

2. बडा महत्वपहाड़ी क्षेत्रों में सुरंग खोदने के दौरान तापमान की स्थिति का आकलन है।

3. पृथ्वी के आंतरिक भाग की भू-तापीय स्थितियों के अध्ययन से पृथ्वी की सतह पर उभरने वाले भाप और गर्म झरनों का उपयोग करना संभव हो जाता है। भूमिगत गर्मी का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, इटली, आइसलैंड में; रूस में, कामचटका में प्राकृतिक ताप पर एक प्रायोगिक औद्योगिक बिजली संयंत्र बनाया गया था।

भूतापीय चरण के आकार पर डेटा का उपयोग करके, कोई पृथ्वी के गहरे क्षेत्रों की तापमान स्थितियों के बारे में कुछ अनुमान लगा सकता है। अगर स्वीकार करें औसत मूल्य 33 मीटर से अधिक भूतापीय कदम और मान लें कि गहराई के साथ तापमान में वृद्धि समान रूप से होती है, तो 100 किमी की गहराई पर 3000 डिग्री सेल्सियस का तापमान होगा। यह तापमान पृथ्वी पर ज्ञात सभी पदार्थों के गलनांक से अधिक है, इसलिए, वहाँ इस गहराई पर पिघला हुआ द्रव्यमान होना चाहिए। लेकिन 31,000 एटीएम के भारी दबाव के कारण। अतितापित द्रव्यमानों में द्रवों के गुण नहीं होते, लेकिन वे ठोस पिंड की विशेषताओं से संपन्न होते हैं।

गहराई के साथ, भूतापीय कदम स्पष्ट रूप से उल्लेखनीय रूप से बढ़ना चाहिए। यदि हम मान लें कि गहराई के साथ कदम नहीं बदलता है, तो पृथ्वी के केंद्र में तापमान लगभग 200,000 डिग्री होना चाहिए, और गणना के अनुसार, यह 5000 - 10,000 डिग्री से अधिक नहीं हो सकता है।

पृथ्वी की तापीय ऊर्जा के मुख्य स्रोत हैं [ , ]:

• गर्मी गुरुत्वाकर्षण भेदभाव;
• रेडियोजेनिक गर्मी;
• ज्वारीय घर्षण की गर्मी;
• अभिवृद्धि गर्मी;
• बाहरी कोर के सापेक्ष आंतरिक कोर के अंतर रोटेशन के कारण जारी घर्षण की गर्मी, बाहरी कोर के सापेक्ष बाहरी कोर और बाहरी कोर के अंदर अलग-अलग परतें।

आज तक, केवल पहले चार स्रोतों की मात्रा निर्धारित की गई है। हमारे देश में, इसमें मुख्य योग्यता है ओ.जी. सोरोख्तिनऔर एस.ए. उशाकोव. निम्नलिखित डेटा मुख्य रूप से इन वैज्ञानिकों की गणना पर आधारित है।

पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊष्मा

पृथ्वी के विकास में सबसे महत्वपूर्ण नियमितताओं में से एक है भेदभावइसका सार, जो वर्तमान समय में जारी है। इस भेदभाव के परिणामस्वरूप गठन हुआ कोर और क्रस्ट, प्राथमिक की संरचना में परिवर्तन वस्त्र, जबकि प्रारंभिक रूप से सजातीय पदार्थ का अंशों में विभाजन अलग घनत्वरिलीज के साथ तापीय ऊर्जा, और अधिकतम ऊष्मा विमोचन पृथक्करण के दौरान होता है स्थलीय पदार्थपर घना और भारी कोरऔर अवशिष्ट लाइटरसिलिकेट खोल पृथ्वी मेंटल. वर्तमान में इस गर्मी का अधिकांश भाग सीमा पर उत्पन्न होता है मेंटल - कोर.

पृथ्वी की गुरुत्वाकर्षण विभेदन ऊर्जाअपने अस्तित्व के पूरे समय के लिए बाहर खड़ा था - 1.46 * 10 38 अर्ग (1.46 * 10 31 जे). दी गई ऊर्जाअधिकांश भाग के लिए पहले में जाता है गतिज ऊर्जामेंटल पदार्थ की संवहन धाराएं, और फिर में दिल से; इसका एक और हिस्सा अतिरिक्त पर खर्च किया जाता है पृथ्वी के आंतरिक भाग का संपीड़न, पृथ्वी के मध्य भाग में घने चरणों की एकाग्रता के कारण उत्पन्न होता है। से 1.46*10 38 एर्गपृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊर्जा इसके अतिरिक्त संपीड़न में चली गई 0.23*10 38 एर्ग (0.23*10 31 जे), और जारी गर्मी के रूप में 1.23*10 38 एर्ग (1.23*10 31 जे) इस तापीय घटक का परिमाण पृथ्वी में अन्य सभी प्रकार की ऊर्जा के कुल विमोचन से काफी अधिक है। समय में वितरण कुल मूल्यऔर थर्मल घटक की रिलीज दर गुरुत्वाकर्षण ऊर्जाअंजीर में परिलक्षित 3.6 .

चावल। 3.6.

आधुनिक स्तरपृथ्वी के गुरुत्वीय विभेदन के दौरान ऊष्मा उत्पन्न करना - 3*10 20 अर्ग/एस (3*10 13W), जो आधुनिक के मूल्य से है ऊष्मा का बहावमें ग्रह की सतह से गुजरते हुए ( 4.2-4.3) * 10 20 अर्ग / s ((4.2-4.3)*10 13W), है ~ 70% .

रेडियोजेनिक गर्मी

अस्थिर के रेडियोधर्मी क्षय के कारण आइसोटोप. सबसे अधिक ऊर्जा-गहन और लंबे समय तक रहने वाला ( आधे जीवन के साथपृथ्वी की आयु के अनुरूप) हैं आइसोटोप 238 यू, 235 यू, 232Thऔर 40K. उनमें से ज्यादातर में केंद्रित हैं महाद्वीपीय परत . पीढ़ी का आधुनिक स्तर रेडियोजेनिक गर्मी:

• अमेरिकी भूभौतिकीविद् द्वारा वी. वाकये - 1.14*10 20 अर्ग/s (1.14*10 13W) ,
• रूसी भूभौतिकीविदों के अनुसार ओ.जी. सोरोख्तिनऔर एस.ए. उशाकोव - 1.26*10 20 अर्ग/s(1.26*10 13W) .

आधुनिक ताप प्रवाह के मूल्य से, यह ~ 27-30% है।

कुल गर्मी का रेडियोधर्मी क्षयमें 1.26*10 20 अर्ग/s (1.26*10 13W) पृथ्वी की पपड़ी में बाहर खड़ा है - 0.91*10 20 एर्ग/एस, और मेंटल में - 0.35*10 20 एर्ग/एस. यह इस प्रकार है कि मेंटल रेडियोजेनिक गर्मी का अनुपात पृथ्वी के कुल आधुनिक ताप हानि के 10% से अधिक नहीं है, और यह सक्रिय टेक्टोनो-मैग्मैटिक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत नहीं हो सकता है, जिसकी गहराई 2900 किमी तक पहुंच सकती है। ; और क्रस्ट में छोड़ी गई रेडियोजेनिक गर्मी अपेक्षाकृत जल्दी खत्म हो जाती है पृथ्वी की सतहऔर व्यावहारिक रूप से ग्रह के गहरे आंतों के ताप में भाग नहीं लेता है।

पिछले भूवैज्ञानिक युगों में, मेंटल में निकलने वाली रेडियोजेनिक ऊष्मा की मात्रा अधिक रही होगी। पृथ्वी के निर्माण के समय इसका अनुमान ( 4.6 अरब साल पहले) देना - 6.95*10 20 एर्ग/एस. उस समय से, रेडियोजेनिक ऊर्जा की रिहाई की दर में लगातार कमी आई है (चित्र। 3.7 ).

पृथ्वी में सभी समय के लिए बाहर खड़ा रहा ~4.27*10 37 एर्ग(4.27*10 30 जे) रेडियोधर्मी क्षय की तापीय ऊर्जा, जो गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊष्मा के कुल मूल्य से लगभग तीन गुना कम है।

ज्वारीय घर्षण की गर्मी

यह बाहर खड़ा है गुरुत्वाकर्षण बातचीतपृथ्वी सबसे पहले चंद्रमा के साथ निकटतम प्रमुख के रूप में अंतरिक्ष शरीर. आपसी धन्यवाद गुरुत्वाकर्षण आकर्षणउनके शरीर में ज्वारीय विकृतियाँ उत्पन्न होती हैं - सूजनया कूबड़. ग्रहों के ज्वारीय कूबड़ अपने अतिरिक्त आकर्षण से उनकी गति को प्रभावित करते हैं। इस प्रकार, पृथ्वी के दोनों ज्वारीय कूबड़ का आकर्षण पृथ्वी और चंद्रमा दोनों पर कार्य करने वाले बलों की एक जोड़ी बनाता है। हालांकि, निकट, चंद्रमुखी सूजन का प्रभाव दूर की तुलना में कुछ अधिक मजबूत होता है। इस तथ्य के कारण कोणीय गतिरोटेशन आधुनिक पृथ्वी (7.27*10 -5 एस -1) से अधिक कक्षीय गतिचंद्रमा की चाल 2.66*10 -6 एस -1), और ग्रहों का पदार्थ आदर्श रूप से लोचदार नहीं है, तो पृथ्वी के ज्वारीय कूबड़, जैसे कि, इसके आगे के घूमने से दूर हो जाते हैं और चंद्रमा की गति से काफी आगे होते हैं। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि पृथ्वी की अधिकतम ज्वार हमेशा इसकी सतह पर पल से कुछ देर बाद होती है उत्कर्षचंद्रमा, और बलों का एक अतिरिक्त क्षण पृथ्वी और चंद्रमा पर कार्य करता है (चित्र। 3.8 ) .

सम्पूर्ण मूल्यपृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली में ज्वारीय संपर्क की ताकतें अब अपेक्षाकृत छोटी हैं और उनके कारण होने वाले स्थलमंडल की ज्वारीय विकृति केवल कुछ दसियों सेंटीमीटर तक पहुंच सकती है, लेकिन वे पृथ्वी के घूर्णन के क्रमिक मंदी की ओर ले जाती हैं और इसके विपरीत, त्वरण के लिए कक्षीय गतिचंद्रमा और पृथ्वी से उसकी दूरी। गतिज ऊर्जापृथ्वी के ज्वारीय कूबड़ की गति बदल जाती है तापीय ऊर्जा, इस कारण आतंरिक मनमुटावज्वारीय कूबड़ में पदार्थ।

वर्तमान में ज्वारीय ऊर्जा के मुक्त होने की दर जी मैकडॉनल्डहै ~0.25*10 20 एर्ग/एस (0.25*10 13W), जबकि इसका मुख्य भाग (लगभग 2/3) संभवतः dissipates(फैला हुआ) जलमंडल में। इसलिए, चंद्रमा के साथ पृथ्वी की अन्योन्यक्रिया के कारण होने वाली ज्वारीय ऊर्जा का अनुपात और में नष्ट हो गया ठोस पृथ्वी(मुख्य रूप से एस्थेनोस्फीयर में), से अधिक नहीं है 2 % इसकी गहराई में उत्पन्न कुल तापीय ऊर्जा; और सौर ज्वार का अंश अधिक नहीं है 20 % चंद्र ज्वार के प्रभाव से। इसलिए, ठोस फ्लश अब पोषण में लगभग कोई भूमिका नहीं निभाते हैं। विवर्तनिक प्रक्रियाएंऊर्जा, लेकिन कुछ मामलों में "के रूप में कार्य कर सकते हैं" ट्रिगर्स, जैसे भूकंप।

ज्वारीय ऊर्जा की मात्रा का सीधा संबंध के बीच की दूरी से होता है अंतरिक्ष वस्तुएं. और अगर पृथ्वी और सूर्य के बीच की दूरी कोई नहीं मानती है महत्वपूर्ण परिवर्तनभूवैज्ञानिक समय पैमाने पर, तो पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली में यह पैरामीटर है चर. विचारों के बावजूद, लगभग सभी शोधकर्ता मानते हैं कि पृथ्वी के विकास के शुरुआती चरणों में, चंद्रमा की दूरी आधुनिक की तुलना में काफी कम थी, जबकि ग्रहों के विकास की प्रक्रिया में, अधिकांश वैज्ञानिकों के अनुसार, यह धीरे-धीरे बढ़ता है। , और के अनुसार यू.एन. अव्स्युकुयह दूरी चक्रों के रूप में दीर्घकालिक परिवर्तनों का अनुभव करती है चंद्रमा का "आगमन - प्रस्थान". इसका तात्पर्य यह है कि पिछले भूवैज्ञानिक युगों में सामान्य रूप से ज्वारीय गर्मी की भूमिका होती है थर्मल बैलेंसभूमि अधिक महत्वपूर्ण थी। सामान्य तौर पर, पृथ्वी के विकास के पूरे समय के लिए, यह बाहर खड़ा रहा है ~3.3*10 37 एर्ग (3.3*10 30 जे) ज्वारीय ऊष्मा ऊर्जा (यह पृथ्वी से चंद्रमा के क्रमिक निष्कासन के अधीन है)। इस ऊष्मा के निकलने की दर के समय में परिवर्तन को अंजीर में दिखाया गया है। 3.10 .

कुल ज्वारीय ऊर्जा का आधे से अधिक भाग में जारी किया गया था कटारची (हेलिया)) - 4.6-4.0 अरब साल पहले, और उस समय, केवल इस ऊर्जा के कारण, पृथ्वी अतिरिक्त रूप से ~ 500 0 तक गर्म हो सकती थी। गहन ऊर्जा अंतर्जात प्रक्रियाएं .

अभिवृद्धि ऊष्मा

यह पृथ्वी द्वारा अपने गठन के बाद से संग्रहीत गर्मी है। दौरान अभिवृद्धि, जो टक्कर के कारण कई दसियों लाख वर्षों तक चला था ग्रहीय जंतुपृथ्वी ने महत्वपूर्ण ताप का अनुभव किया है। इसी समय, इस ताप के परिमाण पर कोई सहमति नहीं है। वर्तमान में, शोधकर्ता यह मानने के इच्छुक हैं कि अभिवृद्धि की प्रक्रिया में, पृथ्वी ने अनुभव किया, यदि पूर्ण नहीं है, तो महत्वपूर्ण आंशिक पिघलने, जिसके कारण प्रोटो-अर्थ का प्रारंभिक विभेदन एक भारी लोहे के कोर और एक हल्के सिलिकेट मेंटल में हुआ, और गठन के लिए "मैग्मा महासागर"इसकी सतह पर या उथली गहराई पर। हालांकि 1990 के दशक से पहले भी, अपेक्षाकृत ठंड का मॉडल प्राथमिक पृथ्वी, जो उपरोक्त प्रक्रियाओं के कारण धीरे-धीरे गर्म हो गया, साथ में एक महत्वपूर्ण मात्रा में तापीय ऊर्जा की रिहाई हुई।

प्राथमिक अभिवृद्धि ऊष्मा का सटीक अनुमान और उसका हिस्सा जो वर्तमान समय तक बचा हुआ है, महत्वपूर्ण कठिनाइयों से जुड़ा है। द्वारा ओ.जी. सोरोख्तिनऔर एस.ए. उशाकोवजो अपेक्षाकृत ठंडी प्राथमिक पृथ्वी के समर्थक हैं, ऊष्मा में परिवर्तित होने वाली अभिवृद्धि ऊर्जा का मान है - 20.13*10 38 एर्ग (20.13*10 31 जे). गर्मी के नुकसान की अनुपस्थिति में यह ऊर्जा पर्याप्त होगी पूर्ण वाष्पीकरणस्थलीय पदार्थ, क्योंकि तक बढ़ सकता है तापमान 30 000 0. लेकिन अभिवृद्धि प्रक्रिया अपेक्षाकृत लंबी थी, और ग्रहीय प्रभावों की ऊर्जा केवल बढ़ती पृथ्वी की निकट-सतह परतों में जारी की गई थी और थर्मल विकिरण के साथ जल्दी से खो गई थी, इसलिए ग्रह का प्रारंभिक ताप बड़ा नहीं था। इसका परिमाण ऊष्मीय विकिरण, पृथ्वी के गठन (अभिवृद्धि) के समानांतर चलते हुए, इन लेखकों का अनुमान है 19.4*10 38 एर्ग (19.4*10 31 जू) .

पृथ्वी के आधुनिक ऊर्जा संतुलन में, अभिवृद्धि ऊष्मा सबसे अधिक महत्वहीन भूमिका निभाती है।

उन्हें। कपितोनोव

पृथ्वी की परमाणु ऊष्मा

पृथ्वी की गर्मी

पृथ्वी अपेक्षाकृत अधिक गर्म पिंड है और ऊष्मा का स्रोत है। यह मुख्य रूप से सौर विकिरण के कारण गर्म होता है जो इसे अवशोषित करता है। लेकिन पृथ्वी का अपना ऊष्मीय संसाधन भी है जिसकी तुलना सूर्य से प्राप्त ऊष्मा से की जा सकती है। ऐसा माना जाता है कि पृथ्वी की अपनी इस ऊर्जा की उत्पत्ति निम्नलिखित है। पृथ्वी लगभग 4.5 अरब साल पहले सूर्य के बनने के बाद एक प्रोटोप्लेनेटरी गैस-डस्ट डिस्क से उसके चारों ओर घूमने और संघनन के बाद उत्पन्न हुई थी। इसके गठन के प्रारंभिक चरण में, अपेक्षाकृत धीमी गुरुत्वाकर्षण संपीड़न के कारण पृथ्वी का पदार्थ गर्म हो गया था। पृथ्वी के ताप संतुलन में एक महत्वपूर्ण भूमिका उस पर छोटे ब्रह्मांडीय पिंडों के गिरने के दौरान निकलने वाली ऊर्जा द्वारा भी निभाई गई थी। इसलिए, युवा पृथ्वी पिघली हुई थी। ठंडा होने पर, यह धीरे-धीरे एक ठोस सतह के साथ अपनी वर्तमान स्थिति में आ गया, जिसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा समुद्री और से ढका हुआ है समुद्र का पानी. यह कठिन बाहरी परतबुलाया पृथ्वी की पपड़ीऔर औसतन भूमि भूखंडों पर इसकी मोटाई लगभग 40 किमी और उससे कम है समुद्र का पानी- 5-10 किमी। अधिक गहरी परतभूमि कहा जाता है आच्छादन, के भी होते हैं ठोस पदार्थ. यह लगभग 3000 किमी की गहराई तक फैला हुआ है और इसमें पृथ्वी के अधिकांश पदार्थ शामिल हैं। अंत में, पृथ्वी का अंतरतम भाग इसका है सार. इसमें दो परतें होती हैं - बाहरी और आंतरिक। बाहरी गूदायह 2000-2500 किमी की मोटाई के साथ 4500-6500 K के तापमान पर पिघले हुए लोहे और निकल की एक परत है। भीतरी कोर 1000-1500 किमी की त्रिज्या के साथ एक ठोस लौह-निकल मिश्र धातु है जिसे 4000-5000 K के तापमान पर लगभग 14 ग्राम / सेमी 3 के घनत्व के साथ गर्म किया जाता है, जो एक विशाल (लगभग 4 मिलियन बार) दबाव पर उत्पन्न होता है।
पृथ्वी की आंतरिक गर्मी के अलावा, इसके गठन के शुरुआती गर्म चरण से विरासत में मिला है, और जिसकी मात्रा समय के साथ घटनी चाहिए, एक और लंबी अवधि है, जो लंबे समय तक नाभिक के रेडियोधर्मी क्षय से जुड़ी है- जीवन - सबसे पहले, 232 थ, 235 यू, 238 यू और 40 के। इन क्षयों में जारी ऊर्जा - वे पृथ्वी की रेडियोधर्मी ऊर्जा का लगभग 99% हिस्सा हैं - लगातार पृथ्वी के थर्मल भंडार की भरपाई करती हैं। उपरोक्त नाभिक क्रस्ट और मेंटल में निहित हैं। इनके क्षय से पृथ्वी की बाहरी और भीतरी दोनों परतें गर्म होती हैं।
पृथ्वी के अंदर निहित विशाल गर्मी का हिस्सा लगातार इसकी सतह पर आता है, अक्सर बहुत बड़े पैमाने पर ज्वालामुखी प्रक्रियाओं में। पृथ्वी की गहराइयों से उसकी सतह से होकर बहने वाली ऊष्मा के प्रवाह को जाना जाता है। यह (47 ± 2) · 10 12 वाट है, जो 50 हजार परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पन्न की जा सकने वाली गर्मी के बराबर है (एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र की औसत शक्ति लगभग 10 9 वाट है)। प्रश्न उठता है कि क्या कोई आवश्यक भूमिकापृथ्वी के कुल तापीय बजट में रेडियोधर्मी ऊर्जा, और यदि यह खेलती है, तो किस प्रकार की? इन सवालों का जवाब लंबे समय तकअज्ञात रह गया। अब इन सवालों के जवाब देने के अवसर हैं। यहां मुख्य भूमिका न्यूट्रीनो (एंटीन्यूट्रिनो) की है, जो पृथ्वी के पदार्थ को बनाने वाले नाभिक के रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रियाओं में पैदा होते हैं और जिन्हें कहा जाता है भू-न्यूट्रिनो.

भू-न्यूट्रिनो

भू-न्यूट्रिनोन्यूट्रिनो या एंटीन्यूट्रिनो का संयुक्त नाम है, जो पृथ्वी की सतह के नीचे स्थित नाभिक के बीटा क्षय के परिणामस्वरूप उत्सर्जित होते हैं। जाहिर है, अभूतपूर्व मर्मज्ञ क्षमता के कारण, ग्राउंड-आधारित न्यूट्रिनो डिटेक्टरों द्वारा इनका (और केवल उन्हें) पंजीकरण पृथ्वी के अंदर गहराई में होने वाली रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रियाओं के बारे में वस्तुनिष्ठ जानकारी प्रदान कर सकता है। इस तरह के क्षय का एक उदाहरण 228 रा नाभिक का β-क्षय है, जो लंबे समय तक रहने वाले 232 Th नाभिक के α क्षय का उत्पाद है (तालिका देखें):

228 रा नाभिक का आधा जीवन (टी 1/2) 5.75 वर्ष है, और जारी ऊर्जा लगभग 46 केवी है। जारी ऊर्जा के करीब एक ऊपरी सीमा के साथ एंटीन्यूट्रिनो का ऊर्जा स्पेक्ट्रम निरंतर है।
232 Th, 235 U, 238 U नाभिक के क्षय क्रमिक क्षय की श्रृंखलाएं हैं जो तथाकथित बनाती हैं रेडियोधर्मी श्रृंखला. ऐसी श्रृंखलाओं में, α-क्षय को β--क्षय के साथ प्रतिच्छेदित किया जाता है, क्योंकि α-क्षय में अंतिम नाभिक β-स्थिरता रेखा से न्यूट्रॉन के साथ अतिभारित नाभिक के क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाते हैं। प्रत्येक पंक्ति के अंत में क्रमिक क्षय की एक श्रृंखला के बाद, स्थिर नाभिक बनते हैं जिनमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या जादुई संख्या (Z) के करीब या उसके बराबर होती है। = 82,एन= 126)। इस तरह के अंतिम नाभिक सीसा या बिस्मथ के स्थिर समस्थानिक होते हैं। इस प्रकार, T 1/2 का क्षय दोगुना जादुई नाभिक 208 Pb के गठन के साथ समाप्त होता है, और पथ 232 Th → 208 Pb पर, छह α-क्षय होते हैं, चार β - क्षय के साथ बारी-बारी से (श्रृंखला में 238 U → 206 Pb, आठ α- और छह β - - क्षय; 235 U → 207 Pb श्रृंखला में सात α- और चार β - क्षय हैं)। इस प्रकार, प्रत्येक रेडियोधर्मी श्रृंखला से एंटीन्यूट्रिनो का ऊर्जा स्पेक्ट्रम व्यक्तिगत β - क्षय से आंशिक स्पेक्ट्रा का एक सुपरपोजिशन है जो इस श्रृंखला को बनाते हैं। 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K क्षय में उत्पादित एंटीन्यूट्रिनो का स्पेक्ट्रा अंजीर में दिखाया गया है। 1. 40 K क्षय एक एकल β - क्षय है (तालिका देखें)। सबसे बड़ी ऊर्जा(3.26 MeV तक) एंटीन्यूट्रिनो क्षय में पहुंचते हैं
214 Bi → 214 Po, जो 238 U रेडियोधर्मी श्रृंखला की एक कड़ी है। 232 Th → 208 Pb श्रृंखला में सभी क्षय लिंक के पारित होने के दौरान जारी कुल ऊर्जा 42.65 MeV है। रेडियोधर्मी श्रेणी 235 U और 238 U के लिए, ये ऊर्जाएँ क्रमशः 46.39 और 51.69 MeV हैं। क्षय में जारी ऊर्जा
40 K → 40 Ca 1.31 MeV है।

232 थ, 235 यू, 238 यू, 40 के नाभिक के लक्षण

सार	में शेयर % मिश्रण में आइसोटोप	कोर की संख्या संबंधित है। सी नाभिक	टी 1/2 अरब वर्ष	पहला लिंक क्षय
232Th	100	0.0335	14.0
235 यू	0.7204	6.48 10 -5	0.704
238 यू	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

पृथ्वी के पदार्थ की संरचना में निहित 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K नाभिक के क्षय के आधार पर किए गए भू-न्यूट्रिनो प्रवाह का अनुमान, 10 6 सेमी के क्रम के मूल्य की ओर जाता है -2 सेकंड -1। इन भू-न्यूट्रिनो को पंजीकृत करके, कोई भी पृथ्वी के कुल ताप संतुलन में रेडियोधर्मी ऊष्मा की भूमिका के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकता है और स्थलीय पदार्थ की संरचना में लंबे समय तक रहने वाले रेडियो आइसोटोप की सामग्री के बारे में हमारे विचारों का परीक्षण कर सकता है।

चावल। 1. परमाणु क्षय से एंटीन्यूट्रिनो का ऊर्जा स्पेक्ट्रा

232 थ, 235 यू, 238 यू, 40 के मूल नाभिक के एक क्षय के लिए सामान्यीकृत

प्रतिक्रिया का उपयोग इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो को पंजीकृत करने के लिए किया जाता है

पी → ई + + एन, (1)

जिसमें वास्तव में इस कण की खोज की गई थी। इस प्रतिक्रिया की दहलीज 1.8 MeV है। अतः उपरोक्त अभिक्रिया में केवल 232 Th तथा 238 U नाभिकों से प्रारंभ होने वाली क्षय श्रृंखलाओं में बने भू-न्यूट्रिनो को ही पंजीकृत किया जा सकता है। चर्चा के तहत प्रतिक्रिया का प्रभावी क्रॉस सेक्शन बहुत छोटा है: 10 -43 सेमी 2. इसलिए यह इस प्रकार है कि 1 मीटर 3 की संवेदनशील मात्रा वाला न्यूट्रिनो डिटेक्टर प्रति वर्ष कुछ घटनाओं से अधिक नहीं दर्ज करेगा। यह स्पष्ट है कि भू-न्यूट्रिनो फ्लक्स को मज़बूती से ठीक करने के लिए न्यूट्रिनो डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है। बड़ी मात्रा मेंअधिकतम पृष्ठभूमि सुरक्षा के लिए भूमिगत प्रयोगशालाओं में रखा गया है। भू-न्यूट्रिनो के पंजीकरण के लिए सौर और रिएक्टर न्यूट्रिनो का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किए गए डिटेक्टरों का उपयोग करने का विचार 1998 में उत्पन्न हुआ। वर्तमान में, दो बड़ी मात्रा में न्यूट्रिनो डिटेक्टर हैं जो एक तरल सिंटिलेटर का उपयोग कर रहे हैं और समस्या को हल करने के लिए उपयुक्त हैं। ये कामलैंड प्रयोगों (जापान, ) और बोरेक्सिनो (इटली, ) के न्यूट्रिनो डिटेक्टर हैं। नीचे हम बोरेक्सिनो डिटेक्टर के उपकरण और भू-न्यूट्रिनो के पंजीकरण पर इस डिटेक्टर पर प्राप्त परिणामों पर विचार करते हैं।

बोरेक्सिनो डिटेक्टर और जियो-न्यूट्रिनो का पंजीकरण

बोरेक्सिनो न्यूट्रिनो डिटेक्टर मध्य इटली में ग्रैन सासो पर्वत श्रृंखला के नीचे एक भूमिगत प्रयोगशाला में स्थित है, जिसकी पर्वत चोटियाँ 2.9 किमी (चित्र 2) तक पहुँचती हैं।

चावल। अंजीर। 2. ग्रैन सासो पर्वत श्रृंखला (मध्य इटली) के तहत न्यूट्रिनो प्रयोगशाला का स्थान आरेख

बोरेक्सिनो एक गैर-खंडित विशाल संसूचक है जिसका सक्रिय माध्यम है
280 टन ऑर्गेनिक लिक्विड स्किन्टिलेटर। इसने एक नायलॉन के गोलाकार बर्तन को 8.5 मीटर व्यास में भरा (चित्र 3)। एक स्पेक्ट्रम-स्थानांतरण पीपीओ योजक (1.5 ग्राम/ली) के साथ सिंटिलेटर स्यूडोक्यूमिन (सी 9 एच 12) था। एक स्टेनलेस स्टील के गोले (एसएसएस) पर रखे गए 2212 आठ इंच के फोटोमल्टीप्लायर (पीएमटी) द्वारा सिंटिलेटर से प्रकाश एकत्र किया जाता है।

चावल। 3. बोरेक्सिनो डिटेक्टर के उपकरण की योजना

स्यूडोक्यूमिन के साथ एक नायलॉन पोत एक आंतरिक डिटेक्टर है जिसका कार्य न्यूट्रिनो (एंटीन्यूट्रिनो) को पंजीकृत करना है। आंतरिक संसूचक दो संकेंद्रित बफर ज़ोन से घिरा हुआ है जो इसे बाहरी गामा किरणों और न्यूट्रॉन से बचाते हैं। आंतरिक क्षेत्र एक गैर-चमकता हुआ माध्यम से भरा होता है जिसमें 900 टन स्यूडोक्यूमिन होता है जिसमें डाइमिथाइल फ़ेथलेट एडिटिव्स होते हैं जो कि झिलमिलाहट को बुझाने के लिए होते हैं। बाहरी क्षेत्र एसएनएस के शीर्ष पर स्थित है और एक पानी चेरेनकोव डिटेक्टर है जिसमें 2000 टन अल्ट्राप्योर पानी होता है और बाहर से सुविधा में प्रवेश करने वाले म्यूऑन से सिग्नल काटता है। आंतरिक डिटेक्टर में होने वाली प्रत्येक बातचीत के लिए, ऊर्जा और समय निर्धारित किया जाता है। विभिन्न रेडियोधर्मी स्रोतों का उपयोग करके डिटेक्टर के अंशांकन ने इसके ऊर्जा पैमाने और प्रकाश संकेत के पुनरुत्पादन की डिग्री को बहुत सटीक रूप से निर्धारित करना संभव बना दिया।
बोरेक्सिनो एक उच्च विकिरण शुद्धता संसूचक है। सभी सामग्रियों को सख्ती से चुना गया था, और आंतरिक पृष्ठभूमि को कम करने के लिए सिंटिलेटर को साफ किया गया था। इसकी उच्च विकिरण शुद्धता के कारण, बोरेक्सिनो एंटीन्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए एक उत्कृष्ट डिटेक्टर है।
प्रतिक्रिया (1) में, पॉज़िट्रॉन एक तात्कालिक संकेत देता है, जिसके बाद कुछ समय बाद हाइड्रोजन नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन पर कब्जा कर लिया जाता है, जो 2.22 MeV की ऊर्जा के साथ γ-क्वांटम की उपस्थिति की ओर जाता है, जो एक बनाता है पहले के सापेक्ष विलंबित संकेत। बोरेक्सिनो में, न्यूट्रॉन पर कब्जा करने का समय लगभग 260 μs है। तात्कालिक और विलंबित संकेतों को स्थान और समय में सहसंबद्ध किया जाता है, जो ई के कारण होने वाली घटना की सटीक पहचान प्रदान करता है।
प्रतिक्रिया के लिए दहलीज (1) 1.806 MeV है और जैसा कि अंजीर से देखा जा सकता है। 1, 40 K और 235 U के क्षय से सभी भू-न्यूट्रिनो इस सीमा से नीचे हैं, और 232 Th और 238 U के क्षय में उत्पन्न होने वाले भू-न्यूट्रिनो का केवल एक हिस्सा ही पता लगाया जा सकता है।
बोरेक्सिनो डिटेक्टर ने पहली बार 2010 में भू-न्यूट्रिनो से संकेतों का पता लगाया और हाल ही में दिसंबर 2007 से मार्च 2015 तक 2056 दिनों में टिप्पणियों के आधार पर नए परिणाम प्रकाशित किए। नीचे हम लेख के आधार पर प्राप्त डेटा और उनकी चर्चा के परिणाम प्रस्तुत करते हैं।
प्रयोगात्मक डेटा के विश्लेषण के परिणामस्वरूप, सभी चयन मानदंडों को पारित करने वाले इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो के लिए 77 उम्मीदवारों की पहचान की गई थी। ई का अनुकरण करने वाली घटनाओं की पृष्ठभूमि का अनुमान किसके द्वारा लगाया गया था। इस प्रकार, संकेत/पृष्ठभूमि अनुपात 100 था।
मुख्य पृष्ठभूमि स्रोत रिएक्टर एंटीन्यूट्रिनो था। बोरेक्सिनो के लिए, स्थिति काफी अनुकूल थी, क्योंकि ग्रैन सासो प्रयोगशाला के पास कोई परमाणु रिएक्टर नहीं हैं। इसके अलावा, रिएक्टर एंटीन्यूट्रिनो जियो-न्यूट्रिनो की तुलना में अधिक ऊर्जावान होते हैं, जिससे इन एंटीन्यूट्रिनो को सिग्नल शक्ति द्वारा पॉज़िट्रॉन से अलग करना संभव हो जाता है। ई से दर्ज की गई घटनाओं की कुल संख्या में भू-न्यूट्रिनो और रिएक्टर एंटीन्यूट्रिनो के योगदान के विश्लेषण के परिणाम अंजीर में दिखाए गए हैं। 4. इस विश्लेषण द्वारा दिए गए पंजीकृत भू-न्यूट्रिनो की संख्या (छायांकित क्षेत्र चित्र 4 में उनके अनुरूप है) के बराबर है . विश्लेषण के परिणामस्वरूप निकाले गए भू-न्यूट्रिनो के स्पेक्ट्रम में, दो समूह दिखाई दे रहे हैं - कम ऊर्जावान, अधिक तीव्र और अधिक ऊर्जावान, कम तीव्र। वर्णित अध्ययन के लेखक इन समूहों को क्रमशः थोरियम और यूरेनियम के क्षय से जोड़ते हैं।
चर्चा के तहत विश्लेषण में, हमने पृथ्वी के मामले में थोरियम और यूरेनियम के द्रव्यमान के अनुपात का इस्तेमाल किया
m(Th)/m(U) = 3.9 (तालिका में यह मान ≈3.8 है)। यह आंकड़ा चोंड्रेइट्स में इन रासायनिक तत्वों की सापेक्ष सामग्री को दर्शाता है - उल्कापिंडों का सबसे आम समूह (पृथ्वी पर गिरने वाले 90% से अधिक उल्कापिंड इस समूह के हैं)। यह माना जाता है कि प्रकाश गैसों (हाइड्रोजन और हीलियम) के अपवाद के साथ चोंड्राइट्स की संरचना, सौर मंडल और प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क की संरचना को दोहराती है जिससे पृथ्वी का निर्माण हुआ था।

चावल। अंजीर। 4. एंटीन्यूट्रिनो उम्मीदवार घटनाओं (प्रयोगात्मक बिंदुओं) के लिए फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या की इकाइयों में पॉज़िट्रॉन से प्रकाश उत्पादन का स्पेक्ट्रम। छायांकित क्षेत्र भू-न्यूट्रिनो का योगदान है। ठोस रेखा रिएक्टर एंटीन्यूट्रिनो का योगदान है।