რუსეთისთვის, დედამიწის სითბოს ენერგია შეიძლება გახდეს მუდმივი, საიმედო წყარო, რომელიც უზრუნველყოფს იაფი და ხელმისაწვდომ ელექტროენერგიას და სითბოს ახალი მაღალი, ეკოლოგიურად სუფთა ტექნოლოგიების გამოყენებით მისი მოპოვებისა და მომხმარებლისთვის მიწოდებისთვის. ეს განსაკუთრებით ეხება ამ მომენტში

წიაღისეული ენერგიის ნედლეულის შეზღუდული რესურსები

ორგანულ ენერგეტიკულ ნედლეულზე მოთხოვნა მაღალია ინდუსტრიულ და განვითარებადი ქვეყნები(აშშ, იაპონია, გაერთიანებული ევროპის სახელმწიფოები, ჩინეთი, ინდოეთი და სხვ.). ამავდროულად, ამ ქვეყნებში საკუთარი ნახშირწყალბადის რესურსები ან არასაკმარისია ან რეზერვირებულია და ქვეყანა, მაგალითად, შეერთებული შტატები, ყიდულობს ენერგეტიკულ ნედლეულს საზღვარგარეთ ან ანვითარებს საბადოებს სხვა ქვეყნებში.

რუსეთში, ენერგორესურსებით ერთ-ერთ უმდიდრეს ქვეყანაში, ენერგეტიკის ეკონომიკური მოთხოვნილებები კვლავ კმაყოფილდება ბუნებრივი რესურსების გამოყენების შესაძლებლობებით. თუმცა, წიაღისეული ნახშირწყალბადების მოპოვება ნაწლავებიდან ძალიან არის სწრაფად. თუ 1940-1960-იან წლებში. ნავთობის მწარმოებელი მთავარი რეგიონები იყო „მეორე ბაქო“ ვოლგასა და ცის-ურალებში, შემდეგ, 1970-იანი წლებიდან და დღემდე, ასეთი ტერიტორიაა. დასავლეთ ციმბირი. მაგრამ აქაც კი წიაღისეული ნახშირწყალბადების წარმოების მნიშვნელოვანი შემცირებაა. „მშრალი“ ცენომანური გაზის ეპოქა მიდის. ფართო წარმოების განვითარების ყოფილი ეტაპი ბუნებრივი აირიდასრულდა. მისი მოპოვება ისეთი გიგანტური საბადოებიდან, როგორიცაა მედვეჟიე, ურენგოისკოე და იამბურგსკოე, შეადგენდა შესაბამისად 84, 65 და 50%-ს. დროთა განმავლობაში ასევე მცირდება განვითარებისთვის ხელსაყრელი ნავთობის მარაგების წილი.

ნახშირწყალბადის საწვავის აქტიური მოხმარების გამო მნიშვნელოვნად შემცირდა ნავთობისა და ბუნებრივი აირის ხმელეთზე მარაგი. ახლა მათი ძირითადი რეზერვები კონცენტრირებულია კონტინენტური შელფი. და თუმცა ნედლეულის ბაზანავთობისა და გაზის ინდუსტრია ჯერ კიდევ საკმარისია რუსეთში ნავთობისა და გაზის წარმოებისთვის საჭირო ტომები, უახლოეს მომავალში მას ყველა ქ მეტირთული სამთო-გეოლოგიური პირობების მქონე საბადოების განვითარების გამო. ამავე დროს, გაიზრდება ნახშირწყალბადების წარმოების ღირებულება.

წიაღიდან მოპოვებული არაგანახლებადი რესურსების უმეტესი ნაწილი გამოიყენება საწვავად ელექტროსადგურები. უპირველეს ყოვლისა, ეს არის წილი, რომლის წილი საწვავის სტრუქტურაში არის 64%.

რუსეთში ელექტროენერგიის 70% იწარმოება თბოელექტროსადგურებზე. ქვეყნის ენერგეტიკული საწარმოები წლიურად წვავენ დაახლოებით 500 მლნ ტონა კ. ტონა ელექტროენერგიის და სითბოს გამომუშავების მიზნით, ხოლო სითბოს წარმოება მოიხმარს 3-4-ჯერ მეტ ნახშირწყალბადის საწვავს, ვიდრე ელექტროენერგიის გამომუშავებას.

ნახშირწყალბადის ნედლეულის ამ მოცულობის წვის შედეგად მიღებული სითბოს რაოდენობა ასობით ტონა ბირთვული საწვავის გამოყენების ტოლფასია - განსხვავება უზარმაზარია. თუმცა ბირთვული ენერგიამოითხოვს უზრუნველყოფას ეკოლოგიური უსაფრთხოება(ჩერნობილის განმეორების თავიდან ასაცილებლად) და მისი დაცვა შესაძლო ტერორისტული თავდასხმებისგან, ასევე მოძველებული და დახარჯული ატომური ელექტროსადგურების უსაფრთხო და ძვირადღირებული დეკომისაცია. ურანის აპრობირებული მარაგი მსოფლიოში დაახლოებით 3 მილიონ 400 ათასი ტონაა, მთელი წინა პერიოდისთვის (2007 წლამდე) დაახლოებით 2 მილიონი ტონა იყო მოპოვებული.

RES, როგორც გლობალური ენერგიის მომავალი

გაიზარდა ბოლო ათწლეულებისმსოფლიოში ალტერნატიული განახლებადი ენერგიის წყაროების (RES) ინტერესი გამოწვეულია არა მხოლოდ ნახშირწყალბადების საწვავის მარაგების ამოწურვით, არამედ გადაჭრის აუცილებლობით. გარემოსდაცვითი საკითხები. ობიექტური ფაქტორები (წიაღისეული საწვავი და ურანის მარაგი, აგრეთვე ცვლილებები გარემოასოცირდება ტრადიციული ცეცხლისა და ბირთვული ენერგიის გამოყენებასთან) და ენერგეტიკის განვითარების ტენდენციები ვარაუდობს, რომ გარდაუვალია გადასვლა ენერგიის გენერირების ახალ მეთოდებსა და ფორმებზე. უკვე XXI საუკუნის პირველ ნახევარში. იქნება სრული ან თითქმის სრული გადასვლა ენერგიის არატრადიციულ წყაროებზე.

რაც უფრო მალე მოხდება გარღვევა ამ მიმართულებით, მით უფრო ნაკლებად მტკივნეული იქნება მთელი საზოგადოებისთვის და უფრო მომგებიანი იმ ქვეყნისთვის, სადაც გადამწყვეტი ნაბიჯებიმითითებული მიმართულებით.

მსოფლიო ეკონომიკამ უკვე დაადგინა ტრადიციული და ახალი ენერგიის წყაროების რაციონალურ კომბინაციაზე გადასვლის კურსი. 2000 წლისთვის მსოფლიოში ენერგიის მოხმარებამ შეადგინა 18 მილიარდ ტონაზე მეტი საწვავის ექვივალენტი. ტონა, ხოლო ენერგიის მოხმარება 2025 წლისთვის შეიძლება გაიზარდოს 30-38 მილიარდ ტონა საწვავის ექვივალენტამდე. ტონა, პროგნოზის მონაცემებით, 2050 წლისთვის შესაძლებელია 60 მილიარდი ტონა საწვავის ექვივალენტის მოხმარება. ტ. მსოფლიო ეკონომიკის განვითარების დამახასიათებელი ტენდენცია განსახილველ პერიოდში არის წიაღისეული საწვავის მოხმარების სისტემატური შემცირება და არატრადიციული საწვავის გამოყენების შესაბამისი ზრდა. ენერგეტიკული რესურსები. დედამიწის თერმული ენერგია მათ შორის ერთ-ერთ პირველ ადგილს იკავებს.

ამჟამად რუსეთის ფედერაციის ენერგეტიკის სამინისტრომ მიიღო განვითარების პროგრამა არატრადიციული ენერგიამათ შორის 30 მსხვილი პროექტებისითბოს ტუმბოს დანადგარების გამოყენება (HPU), რომლის მუშაობის პრინციპი ემყარება დედამიწის დაბალი პოტენციური თერმული ენერგიის მოხმარებას.

დედამიწის სითბოს და სითბოს ტუმბოების დაბალი პოტენციური ენერგია

დედამიწის სითბოს დაბალი პოტენციური ენერგიის წყაროებია მზის გამოსხივება და ჩვენი პლანეტის გახურებული ნაწლავების თერმული გამოსხივება. დღეისათვის, ასეთი ენერგიის გამოყენება ენერგიის ერთ-ერთი ყველაზე დინამიურად განვითარებადი სფეროა, რომელიც ეფუძნება განახლებადი ენერგიის წყაროებს.

დედამიწის სითბოს გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა სახისშენობები და ნაგებობები გათბობის, ცხელი წყლით მომარაგების, კონდიცირების (გაგრილების), აგრეთვე გათბობის ბილიკებისთვის ზამთრის დროწელი, ყინულის პრევენცია, გარე სტადიონებზე მინდვრის გათბობა და ა.შ. ინგლისურ ენაზე ტექნიკური ლიტერატურასისტემებს, რომლებიც იყენებენ დედამიწის სითბოს გათბობისა და კონდიცირების სისტემებში, მოიხსენიება როგორც GHP - "გეოთერმული სითბოს ტუმბოები" (გეოთერმული სითბოს ტუმბოები). კლიმატის მახასიათებლებიცენტრალური ქვეყნები და ჩრდილოეთ ევროპა, რომლებიც აშშ-სთან და კანადასთან ერთად წარმოადგენს დედამიწის დაბალი ხარისხის სითბოს გამოყენების ძირითად ტერიტორიებს, ამას განსაზღვრავს ძირითადად გათბობის მიზნით; ჰაერის გაგრილება თუნდაც შიგნით ზაფხულის პერიოდიშედარებით იშვიათად საჭიროა. ამიტომ, აშშ-სგან განსხვავებით, სითბოს ტუმბოები შემოდის ევროპული ქვეყნებიმუშაობს ძირითადად გათბობის რეჟიმში. აშშ-ში მათ უფრო ხშირად იყენებენ ჰაერის გათბობის სისტემებში ვენტილაციასთან ერთად, რაც საშუალებას იძლევა გარე ჰაერის როგორც გათბობა, ასევე გაგრილება. ევროპის ქვეყნებში სითბოს ტუმბოები ჩვეულებრივ გამოიყენება წყლის გათბობის სისტემებში. ვინაიდან მათი ეფექტურობა იზრდება აორთქლებასა და კონდენსატორს შორის ტემპერატურის სხვაობის შემცირებით, იატაკის გათბობის სისტემები ხშირად გამოიყენება შენობების გასათბობად, რომლებშიც ცირკულირებს შედარებით დაბალი ტემპერატურის (35–40 ° C) გამაგრილებელი.

დედამიწის სითბოს დაბალი პოტენციური ენერგიის გამოყენების სისტემების ტიპები

AT ზოგადი შემთხვევადედამიწის სითბოს დაბალი პოტენციური ენერგიის გამოყენების ორი ტიპის სისტემა არსებობს:

- ღია სისტემები: დაბალი ხარისხის თერმული ენერგიის წყაროდ გამოიყენება მიწისქვეშა წყლები, რომლებიც მიეწოდება უშუალოდ სითბოს ტუმბოებს;

– დახურული სისტემები: სითბოს გადამცვლელები განლაგებულია ნიადაგის მასივში; როდესაც მიწაზე დაბალი ტემპერატურის მქონე გამაგრილებელი ცირკულირებს მათში, თერმული ენერგია "ამოღებულია" მიწიდან და გადადის სითბოს ტუმბოს აორთქლებაზე (ან როდესაც გამოიყენება გრუნტთან შედარებით მაღალი ტემპერატურის მქონე გამაგრილებელი, ის გაცივდება. ).

მინუსები ღია სისტემებიარის ის, რომ ჭები მოვლას საჭიროებს. გარდა ამისა, ასეთი სისტემების გამოყენება ყველა სფეროში შეუძლებელია. ნიადაგისა და მიწისქვეშა წყლების ძირითადი მოთხოვნები შემდეგია:

- ნიადაგის საკმარისი წყალგამტარობა, რაც იძლევა წყლის რეზერვების შევსების საშუალებას;

- კარგი ქიმიური შემადგენლობა მიწისქვეშა წყალი(მაგ. რკინის დაბალი შემცველობა) მილის მასშტაბის და კოროზიის პრობლემების თავიდან ასაცილებლად.

დედამიწის სითბოს დაბალი პოტენციური ენერგიის გამოყენების დახურული სისტემები

დახურული სისტემები ჰორიზონტალური და ვერტიკალურია (სურათი 1).

ბრინჯი. 1. გეოთერმული თბოტუმბოს დამონტაჟების სქემა: ა - ჰორიზონტალური

და ბ - ვერტიკალური გრუნტის სითბოს გადამცვლელები.

ჰორიზონტალური გრუნტის სითბოს გადამცვლელი

დასავლეთის ქვეყნებში და ცენტრალური ევროპაგრუნტის ჰორიზონტალური სითბოს გადამცვლელები, როგორც წესი, ცალკეული მილებია, რომლებიც შედარებით მჭიდროდ არის განლაგებული და ერთმანეთთან სერიულად ან პარალელურად დაკავშირებული (ნახ. 2).

ბრინჯი. 2. ჰორიზონტალური გრუნტის სითბოს გადამცვლელები: ა - თანმიმდევრული და

ბ - პარალელური კავშირი.

იმ ადგილის არეალის გადასარჩენად, სადაც სითბო ამოღებულია, შემუშავებულია სითბოს გადამცვლელების გაუმჯობესებული ტიპები, მაგალითად, სითბოს გადამცვლელები სპირალის სახით (ნახ. 3), რომელიც მდებარეობს ჰორიზონტალურად ან ვერტიკალურად. სითბოს გადამცვლელების ეს ფორმა გავრცელებულია აშშ-ში.

2. დედამიწის თერმული რეჟიმი

დედამიწა ცივი კოსმოსური სხეულია. ზედაპირის ტემპერატურა ძირითადად დამოკიდებულია გარედან მიწოდებულ სითბოზე. დედამიწის ზედა ფენის სითბოს 95% არის გარე (მზის) სითბო და მხოლოდ 5% სითბო შიდა , რომელიც მოდის დედამიწის ნაწლავებიდან და მოიცავს ენერგიის რამდენიმე წყაროს. დედამიწის ნაწლავებში ტემპერატურა იზრდება სიღრმით 1300 o C-დან (ზედა მანტიაში) 3700 o C-მდე (ბირთის ცენტრში).

გარე სითბო. სითბო დედამიწის ზედაპირზე ძირითადად მზისგან მოდის. ზედაპირის თითოეული კვადრატული სანტიმეტრი ერთ წუთში დაახლოებით 2 კალორიას სითბოს იღებს. ეს მნიშვნელობა ე.წ მზის მუდმივი და განსაზღვრავს სულმზისგან დედამიწაზე შემომავალი სითბო. ერთი წლის განმავლობაში ის შეადგენს 2,26 10 21 კალორიას. მზის სითბოს დედამიწის ნაწლავებში შეღწევის სიღრმე ძირითადად დამოკიდებულია სითბოს რაოდენობაზე, რომელიც ეცემა ზედაპირის ერთეულზე და თბოგამტარობაზე. კლდეები. მაქსიმალური სიღრმე, სადაც გარე სითბო აღწევს ოკეანეებში 200 მ და ხმელეთზე დაახლოებით 40 მ.

შინაგანი სითბო. სიღრმესთან ერთად აღინიშნება ტემპერატურის მატება, რაც ძალიან არათანაბრად ხდება სხვადასხვა ტერიტორიებზე. ტემპერატურის მატება მიჰყვება ადიაბატურ კანონს და დამოკიდებულია ნივთიერების შეკუმშვაზე წნევის ქვეშ, როცა გარემოსთან სითბოს გაცვლა შეუძლებელია.

დედამიწის შიგნით სითბოს ძირითადი წყაროები:

ელემენტების რადიოაქტიური დაშლის დროს გამოთავისუფლებული სითბო.

ნარჩენი სითბო, რომელიც დარჩენილია დედამიწის ფორმირებიდან.

დედამიწის შეკუმშვისა და მატერიის სიმკვრივეში განაწილების დროს გამოთავისუფლებული გრავიტაციული სითბო.

დედამიწის ქერქის სიღრმეში წარმოქმნილი ქიმიური რეაქციების შედეგად წარმოქმნილი სითბო.

დედამიწის მოქცევის ხახუნის შედეგად გამოთავისუფლებული სითბო.

არსებობს 3 ტემპერატურის ზონა:

ᲛᲔ- ცვლადი ტემპერატურის ზონა . ტემპერატურის ცვლილება განისაზღვრება ტერიტორიის კლიმატით. ყოველდღიური რყევები პრაქტიკულად კვდება დაახლოებით 1,5 მ სიღრმეზე, ხოლო წლიური რყევები 20 ... 30 მ სიღრმეზე ია - გაყინვის ზონა.

II - მუდმივი ტემპერატურის ზონა მდებარეობს 15…40 მ სიღრმეზე, რეგიონის მიხედვით.

III - ცხელი ზონა .

დედამიწის ქერქის ნაწლავებში ქანების ტემპერატურული რეჟიმი ჩვეულებრივ გამოიხატება გეოთერმული გრადიენტით და გეოთერმული საფეხურით.

ტემპერატურის აწევის რაოდენობას ყოველი 100 მ სიღრმეზე ეწოდება გეოთერმული გრადიენტი. აფრიკაში, ვიტვატერსრანდის ველზე, ეს არის 1,5 °C, იაპონიაში (ეჩიგო) - 2,9 °C, სამხრეთ ავსტრალია- 10,9 °С, ყაზახეთში (სამარინდა) - 6,3 °С, ზე კოლას ნახევარკუნძული- 0,65 °С.

ბრინჯი. 3. ტემპერატურული ზონები ქ დედამიწის ქერქი: I - ცვლადი ტემპერატურის ზონა, Iа - გაყინვის ზონა; II - მუდმივი ტემპერატურის ზონა; III - ტემპერატურის მატების ზონა.

სიღრმე, რომლის დროსაც ტემპერატურა 1 გრადუსით იზრდება, ეწოდება გეოთერმული ნაბიჯი.გეოთერმული ნაბიჯის რიცხვითი მნიშვნელობები არ არის მუდმივი არა მხოლოდ სხვადასხვა განედებზე, არამედ რეგიონის ერთი და იგივე წერტილის სხვადასხვა სიღრმეზე. გეოთერმული საფეხურის ღირებულება მერყეობს 1,5-დან 250 მ-მდე, არხანგელსკში არის 10 მ, მოსკოვში - 38,4 მ, ხოლო პიატიგორსკში - 1,5 მ, თეორიულად ამ საფეხურის საშუალო ღირებულება 33 მ-ია.

მოსკოვში 1630 მ სიღრმეზე გაბურღულ ჭაში ფსკერის ტემპერატურა იყო 41 °C, ხოლო დონბასში გაბურღულ მაღაროში 1545 მ სიღრმეზე ტემპერატურა იყო 56.3 °C. ყველაზე მაღალი ტემპერატურა აშშ-ში დაფიქსირდა ჭაბურღილში 7136 მ სიღრმეზე, სადაც ის უდრის 224 °C-ს. სტრუქტურების დაპროექტებისას მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ტემპერატურის ზრდა სიღრმესთან ერთად ღრმაგათვლებით 400 კმ სიღრმეზე ტემპერატურა 1400...1700 °C-ს უნდა აღწევდეს. ყველაზე მაღალი ტემპერატურა (დაახლოებით 5000 °C) დაფიქსირდა დედამიწის ბირთვისთვის.

დედამიწის სითბო. სავარაუდო წყაროებიშიდა სითბო

გეოთერმია- მეცნიერება, რომელიც სწავლობს დედამიწის თერმულ ველს. დედამიწის ზედაპირის საშუალო ტემპერატურაა ზოგადი ტენდენციაშემცირებამდე. სამი მილიარდი წლის წინ დედამიწის ზედაპირზე საშუალო ტემპერატურა იყო 71 o, ახლა კი 17 o. სითბოს წყაროები (თერმული ) დედამიწის ველები შიდა და გარე პროცესები. დედამიწის სითბო გამოწვეულია მზის გამოსხივებით და წარმოიქმნება პლანეტის ნაწლავებში. ორივე წყაროდან სითბოს შემოდინების მნიშვნელობები რაოდენობრივად უკიდურესად განსხვავებულია და მათი როლი პლანეტის ცხოვრებაში განსხვავებულია. დედამიწის მზის გათბობა შეადგენს მის ზედაპირზე მიღებული სითბოს მთლიანი რაოდენობის 99,5%-ს, ხოლო შიდა გათბობა შეადგენს 0,5%-ს. გარდა ამისა, შიდა სითბოს შემოდინება ძალიან არათანაბრად ნაწილდება დედამიწაზე და კონცენტრირებულია ძირითადად ვულკანიზმის გამოვლინების ადგილებში.

გარე წყაროარის მზის გამოსხივება . ნახევარი მზის ენერგიაშეიწოვება დედამიწის ქერქის ზედაპირით, მცენარეულობითა და ზედაპირული ფენით. მეორე ნახევარი აისახება მსოფლიო სივრცე. Მზის რადიაციაინარჩუნებს დედამიწის ზედაპირის ტემპერატურას საშუალოდ დაახლოებით 0 0 C. მზე ათბობს დედამიწის ზედაპირულ ფენას საშუალოდ 8 - 30 მ სიღრმეზე, საშუალო სიღრმეზე 25 მ, მზის სითბოს მოქმედება წყდება და ტემპერატურა ხდება მუდმივი (ნეიტრალური ფენა). ეს სიღრმე მინიმალურია იმ ადგილებში, სადაც საზღვაო კლიმატიხოლო მაქსიმუმი არქტიკაში. ამ საზღვრის ქვემოთ არის მუდმივი ტემპერატურის სარტყელი, რომელიც შეესაბამება ტერიტორიის საშუალო წლიურ ტემპერატურას. ასე, მაგალითად, მოსკოვში სოფლის მეურნეობის ტერიტორიაზე. აკადემია. ტიმირიაზევი, 20 მ სიღრმეზე, ტემპერატურა უცვლელად 1882 წლიდან რჩება 4,2 o C-ის. მუდმივი ტემპერატურა ყველაზე ღრმაა, სადაც მრავალწლიანი ( მუდმივი ყინვა). მუდმივი ტემპერატურის სარტყლის ქვემოთ არის გეოთერმული ზონა, რომელიც ხასიათდება თავად დედამიწის მიერ გამომუშავებული სითბოთი.

შიდა წყაროები დედამიწის ნაწლავებია. დედამიწა კოსმოსში ასხივებს მეტი სითბოვიდრე მზისგან იღებს. შიდა წყაროებში შედის ნარჩენი სითბო პლანეტის დნობის დროიდან, დედამიწის ნაწლავებში მიმდინარე თერმობირთვული რეაქციების სიცხე, დედამიწის გრავიტაციული შეკუმშვის სითბო გრავიტაციის მოქმედების ქვეშ, ქიმიური რეაქციების სითბო და კრისტალიზაციის პროცესები. და ა.შ. (მაგალითად, მოქცევის ხახუნი). ნაწლავებიდან სითბო ძირითადად მოძრავი ზონებიდან მოდის. ტემპერატურის მატება სიღრმესთან დაკავშირებულია არსებობასთან შიდა წყაროებისითბო - დაშლა რადიოაქტიური იზოტოპები– U, Th, K, მატერიის გრავიტაციული დიფერენციაცია, მოქცევის ხახუნი, ეგზოთერმული რედოქსი ქიმიური რეაქციები, მეტამორფიზმი და ფაზური გადასვლები. ტემპერატურის მატების სიჩქარეს სიღრმესთან ერთად განსაზღვრავს მთელი რიგი ფაქტორები - თბოგამტარობა, ქანების გამტარიანობა, ვულკანურ კამერებთან სიახლოვე და ა.შ.

მუდმივი ტემპერატურის სარტყლის ქვემოთ არის ტემპერატურის ზრდა, საშუალოდ 1 o 33 მ-ზე ( გეოთერმული ეტაპი) ან 3 o ყოველ 100 მ ( გეოთერმული გრადიენტი). ეს მნიშვნელობები დედამიწის თერმული ველის მაჩვენებლებია. ნათელია, რომ ეს მნიშვნელობები საშუალოა და განსხვავდება მნიშვნელობით სხვადასხვა სფეროებშიან დედამიწის ტერიტორიებზე. გეოთერმული ეტაპი სხვადასხვა წერტილებიდედამიწა სხვაა. მაგალითად, მოსკოვში - 38,4 მ, ლენინგრადში - 19,6, არხანგელსკში - 10. ასე რომ, ბურღვის დროს. ღრმა ჭაკოლას ნახევარკუნძულზე, 12 კმ სიღრმეზე, ვარაუდობდნენ 150 გრადუს ტემპერატურას, რეალურად კი დაახლოებით 220 გრადუსი აღმოჩნდა. ჩრდილოეთ კასპიის ჭაბურღილების ბურღვისას 3000 მ სიღრმეზე, ტემპერატურა 150 გრადუსად ვარაუდობდნენ, მაგრამ აღმოჩნდა 108 გრადუსი.

უნდა აღინიშნოს, რომ კლიმატური მახასიათებლებირელიეფი და საშუალო წლიური ტემპერატურა არ ახდენს გავლენას გეოთერმული საფეხურის მნიშვნელობის ცვლილებაზე, მიზეზები შემდეგია:

1) ქანების სხვადასხვა თბოგამტარობაში, რომლებიც ქმნიან კონკრეტულ ტერიტორიას. თერმული კონდუქტომეტრული საზომით არის გაგებული სითბოს რაოდენობა კალორიებში გადაცემული 1 წამში. 1 სმ 2 მონაკვეთის გავლით 1 o C ტემპერატურის გრადიენტით;

2) ქანების რადიოაქტიურობაში, რაც მეტია თბოგამტარობა და რადიოაქტიურობა, მით უფრო დაბალია გეოთერმული საფეხური;

3) in სხვადასხვა პირობებიქანების გაჩენა და მათი წარმოშობის დარღვევის ასაკი; დაკვირვებებმა აჩვენა, რომ ნაკეცებში შეგროვებულ ფენებში ტემპერატურა უფრო სწრაფად იწევს, ხშირად აქვთ დარღვევები (ბზარები), რისი მეშვეობითაც სიღრმიდან სითბოს დაშვება ხელს უწყობს;

4) ხასიათი მიწისქვეშა წყლები: ცხელი მიწისქვეშა თბილი ქანების ნაკადულები, ცივი - გრილი;

5) ოკეანედან დაშორება: ოკეანესთან ახლოს ქანების წყლის მასით გაციების გამო გეოთერმული საფეხური უფრო დიდია, კონტაქტზე კი უფრო მცირე.

გეოთერმული საფეხურის სპეციფიკური მნიშვნელობის ცოდნას დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს.

1. ეს მნიშვნელოვანია მაღაროების დაპროექტებისას. ზოგიერთ შემთხვევაში, საჭირო იქნება ზომების მიღება ღრმა სამუშაოებში ტემპერატურის ხელოვნურად დასაწევად (ტემპერატურა - 50 ° C არის ზღვარი ადამიანისთვის მშრალ ჰაერში და 40 ° C სველ ჰაერში); სხვებში შესაძლებელი იქნება დიდ სიღრმეზე მუშაობა.

2. დიდი მნიშვნელობააქვს ტემპერატურული პირობების შეფასება მთიან რაიონებში გვირაბების გაყვანისას.

3. დედამიწის ინტერიერის გეოთერმული პირობების შესწავლა შესაძლებელს ხდის დედამიწის ზედაპირზე გამომავალი ორთქლისა და ცხელი წყაროების გამოყენებას. მიწისქვეშა სითბო გამოიყენება, მაგალითად, იტალიაში, ისლანდიაში; რუსეთში, კამჩატკაში ბუნებრივ სიცხეზე აშენდა ექსპერიმენტული სამრეწველო ელექტროსადგური.

გეოთერმული საფეხურის ზომის შესახებ მონაცემების გამოყენებით, შეიძლება გარკვეული ვარაუდების გაკეთება დედამიწის ღრმა ზონების ტემპერატურული პირობების შესახებ. თუ მიიღება საშუალო ღირებულებაგეოთერმული ნაბიჯი 33 მ-ს მიღმა და ვივარაუდოთ, რომ ტემპერატურის მატება სიღრმესთან ერთად ხდება თანაბრად, მაშინ 100 კმ სიღრმეზე იქნება 3000 ° C ტემპერატურა. ეს ტემპერატურა აღემატება დედამიწაზე ცნობილი ყველა ნივთიერების დნობის წერტილებს, შესაბამისად, იქ ამ სიღრმეზე უნდა იყოს გამდნარი მასები. მაგრამ უზარმაზარი ზეწოლის გამო 31000 ატმ. ზედმეტად გახურებულ მასებს არ გააჩნიათ სითხის მახასიათებლები, მაგრამ დაჯილდოებულია მყარი სხეულის მახასიათებლებით.

სიღრმესთან ერთად, გეოთერმული საფეხური აშკარად მნიშვნელოვნად უნდა გაიზარდოს. თუ ვივარაუდებთ, რომ საფეხური არ იცვლება სიღრმესთან ერთად, მაშინ დედამიწის ცენტრში ტემპერატურა დაახლოებით 200 000 გრადუსი უნდა იყოს, გათვლებით კი 5000 - 10 000 გრადუსს ვერ გადააჭარბებს.

დედამიწის თერმული ენერგიის ძირითადი წყაროებია [ , ]:

• სითბოს გრავიტაციული დიფერენციაცია;
• რადიოგენური სითბო;
• მოქცევის ხახუნის სითბო;
• აკრეციის სითბო;
• ხახუნის სითბო, რომელიც გამოიყოფა შიდა ბირთვის დიფერენციალური ბრუნვის გამო გარე ბირთვთან შედარებით, გარე ბირთვი მანტიასთან შედარებით და ცალკეული ფენები გარე ბირთვის შიგნით.

დღეისათვის, მხოლოდ პირველი ოთხი წყაროა რაოდენობრივად შეფასებული. ჩვენს ქვეყანაში მთავარი დამსახურება სწორედ ამას ეკუთვნის ო.გ. სოროხტინიდა ს.ა. უშაკოვი. შემდეგი მონაცემები ძირითადად ამ მეცნიერთა გამოთვლებს ეფუძნება.

დედამიწის გრავიტაციული დიფერენციაციის სითბო

დედამიწის განვითარების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონზომიერებაა დიფერენციაციამისი სუბსტანცია, რომელიც ამჟამადაც გრძელდება. ამ დიფერენციაციამ გამოიწვია ფორმირება ბირთვი და ქერქი, პირველადი შემადგენლობის ცვლილება ხალათები, ხოლო თავდაპირველად ერთგვაროვანი ნივთიერების წილადებად დაყოფა სხვადასხვა სიმკვრივეთან ახლავს გათავისუფლება თერმული ენერგიადა მაქსიმალური სითბოს გამოყოფა ხდება გამოყოფის დროს ხმელეთის მატერიაზე მკვრივი და მძიმე ბირთვიდა ნარჩენი მსუბუქიასილიკატური გარსი დედამიწის მანტია. ამჟამად ამ სითბოს უმეტესი ნაწილი საზღვარზე წარმოიქმნება მანტია - ბირთვი.

დედამიწის გრავიტაციული დიფერენციაციის ენერგიებიმისი არსებობის მთელი პერიოდის განმავლობაში გამოირჩეოდა - 1.46 * 10 38 erg (1.46 * 10 31 J). მიეცით ენერგიაუმეტესწილად ჯერ გადადის კინეტიკური ენერგიამანტიის ნივთიერების კონვექციური დინებები და შემდეგ შიგნით თბილი; მისი მეორე ნაწილი დამატებით იხარჯება დედამიწის ინტერიერის შეკუმშვა, წარმოიქმნება დედამიწის ცენტრალურ ნაწილში მკვრივი ფაზების კონცენტრაციის გამო. დან 1.46*10 38 ერგდედამიწის გრავიტაციული დიფერენციაციის ენერგია მის დამატებით შეკუმშვამდე წავიდა 0,23*10 38 ერგ (0.23*10 31 ჯ), და გამოთავისუფლებული სითბოს სახით 1.23*10 38 ერგ (1.23*10 31 ჯ). ამ თერმული კომპონენტის სიდიდე მნიშვნელოვნად აღემატება დედამიწაზე ყველა სხვა ტიპის ენერგიის მთლიან გამოყოფას. დროში განაწილება საერთო ღირებულებადა თერმული კომპონენტის გამოშვების სიჩქარე გრავიტაციული ენერგიაასახულია ნახ. 3.6 .

ბრინჯი. 3.6.

თანამედროვე დონესითბოს წარმოქმნა დედამიწის გრავიტაციული დიფერენციაციის დროს - 3*10 20 ერგ/წმ (3*10 13 W), რაც თანამედროვეს ღირებულებიდან არის სითბოს ნაკადიგადის პლანეტის ზედაპირზე ( 4.2-4.3) * 10 20 ერგ/წმ ((4.2-4.3)*10 13W), არის ~ 70% .

რადიოგენური სითბო

გამოწვეული არასტაბილური რადიოაქტიური დაშლით იზოტოპები. ყველაზე ენერგო ინტენსიური და გრძელვადიანი ( ნახევარგამოყოფის პერიოდითდედამიწის ასაკის შესაბამისი) არიან იზოტოპები 238 U, 235 U, 232-ედა 40K. მათი უმრავლესობა კონცენტრირებულია კონტინენტური ქერქი . თაობის თანამედროვე დონე რადიოგენური სითბო:

• ამერიკელი გეოფიზიკოსის მიერ ვ.ვაკიე - 1.14*10 20 ერგ/წმ (1.14*10 13W) ,
• რუსი გეოფიზიკოსების აზრით ო.გ. სოროხტინიდა ს.ა. უშაკოვი - 1.26*10 20 ერგ/წმ(1.26*10 13W) .

თანამედროვე სითბოს ნაკადის მნიშვნელობიდან ეს არის ~ 27-30%.

მთლიანი სითბოდან რადიოაქტიური დაშლა in 1.26*10 20 ერგ/წმ (1.26*10 13W) დედამიწის ქერქში გამოირჩევა - 0.91*10 20 ერგ/წმდა მანტიაში - 0,35*10 20 ერგ/წმ. აქედან გამომდინარეობს, რომ მანტიის რადიოგენური სითბოს წილი არ აღემატება დედამიწის მთლიანი თანამედროვე სითბოს დანაკარგის 10%-ს და ის არ შეიძლება იყოს ენერგიის ძირითადი წყარო აქტიური ტექტონო-მაგმატური პროცესებისთვის, რომელთა სიღრმე შეიძლება მიაღწიოს 2900 კმ-ს. ; და ქერქში გამოთავისუფლებული რადიოგენური სითბო შედარებით სწრაფად იკარგება დედამიწის ზედაპირიდა პრაქტიკულად არ მონაწილეობს პლანეტის ღრმა ნაწლავების გათბობაში.

გასულ გეოლოგიურ ეპოქებში მანტიაში გამოთავისუფლებული რადიოგენური სითბოს რაოდენობა უფრო მაღალი უნდა ყოფილიყო. მისი შეფასებები დედამიწის ფორმირების დროს ( 4,6 მილიარდი წლის წინ) მიეცი - 6.95*10 20 ერგ/წმ. მას შემდეგ, რადიოგენური ენერგიის გამოყოფის სიჩქარის მუდმივი შემცირებაა (ნახ. 3.7 ).

ყველა დროის დედამიწაზე იდგა ~4.27*10 37 ერგ(4.27*10 30 ჯ) რადიოაქტიური დაშლის თერმული ენერგია, რომელიც თითქმის სამჯერ დაბალია გრავიტაციული დიფერენციაციის სითბოს მთლიან ღირებულებაზე.

მოქცევის ხახუნის სითბო

ის გამოირჩევა გრავიტაციული ურთიერთქმედებადედამიწა ჯერ მთვარე, როგორც უახლოესი მთავარი კოსმოსური სხეული. ურთიერთდახმარების წყალობით გრავიტაციული მიზიდულობამოქცევის დეფორმაციები ხდება მათ სხეულებში - შეშუპებაან კეხი. პლანეტების მოქცევის კეხი, მათი დამატებითი მიზიდულობით, გავლენას ახდენს მათ მოძრაობაზე. ამრიგად, დედამიწის ორივე მოქცევის კეხის მიზიდულობა ქმნის წყვილ ძალებს, რომლებიც მოქმედებს როგორც თავად დედამიწაზე, ასევე მთვარეზე. თუმცა, ახლომდებარე, მთვარისკენ მიმართული შეშუპების გავლენა გარკვეულწილად უფრო ძლიერია, ვიდრე შორეული. Იმის გამო, რომ კუთხური სიჩქარეროტაცია თანამედროვე დედამიწა (7.27*10 -5 ს -1) აჭარბებს ორბიტალური სიჩქარემთვარის მოძრაობები 2.66*10 -6 ს -1და პლანეტების სუბსტანცია არ არის იდეალურად ელასტიური, მაშინ დედამიწის მოქცევის კეხები, როგორც იქნა, გაიტაცა მისი წინ ბრუნვით და შესამჩნევად უსწრებს მთვარის მოძრაობას. ეს მივყავართ იმ ფაქტს, რომ დედამიწის მაქსიმალური მოქცევა ყოველთვის ხდება მის ზედაპირზე ოდნავ გვიან, ვიდრე მომენტი კულმინაციამთვარე და ძალების დამატებითი მომენტი მოქმედებს დედამიწასა და მთვარეზე (ნახ. 3.8 ) .

აბსოლუტური ღირებულებებიდედამიწა-მთვარის სისტემაში მოქცევის ურთიერთქმედების ძალები ახლა შედარებით მცირეა და მათ მიერ გამოწვეული ლითოსფეროს მოქცევის დეფორმაციები მხოლოდ რამდენიმე ათეულ სანტიმეტრს აღწევს, მაგრამ ისინი იწვევს დედამიწის ბრუნვის თანდათანობით შენელებას და, პირიქით, აჩქარებას. ორბიტალური მოძრაობამთვარე და მისი მანძილი დედამიწიდან. Კინეტიკური ენერგიადედამიწის მოქცევის კეხების მოძრაობა იქცევა თერმული ენერგია, იმის გამო შიდა ხახუნისნივთიერებები მოქცევის კეხში.

ამჟამად, მოქცევის ენერგიის გათავისუფლების სიჩქარე ჯი მაკდონალდიარის ~0.25*10 20 ერგ/წმ (0.25*10 13W), ხოლო მისი ძირითადი ნაწილი (დაახლოებით 2/3) სავარაუდოდ იშლება(გაფანტული) ჰიდროსფეროში. მაშასადამე, მოქცევის ენერგიის წილი, რომელიც გამოწვეულია დედამიწის მთვარესთან ურთიერთქმედებით და იშლება მასში მყარი მიწა(პირველ რიგში ასთენოსფეროში), არ აღემატება 2 % მის სიღრმეში წარმოქმნილი მთლიანი თერმული ენერგია; და მზის მოქცევის ფრაქცია არ აღემატება 20 % მთვარის მოქცევის გავლენისგან. მაშასადამე, მყარი მოქცევა ახლა თითქმის არანაირ როლს არ თამაშობს კვებაში. ტექტონიკური პროცესებიენერგია, მაგრამ ზოგიერთ შემთხვევაში შეიძლება იმოქმედოს როგორც " ტრიგერები, როგორიცაა მიწისძვრები.

მოქცევის ენერგიის რაოდენობა პირდაპირ კავშირშია მანძილს შორის კოსმოსური ობიექტები. და თუ დედამიწასა და მზეს შორის მანძილი არ ითვლის მნიშვნელოვანი ცვლილებებიგეოლოგიური დროის მასშტაბით, მაშინ დედამიწა-მთვარის სისტემაში ეს პარამეტრია ცვლადი. იდეების მიუხედავად, თითქმის ყველა მკვლევარი აღიარებს, რომ დედამიწის განვითარების ადრეულ ეტაპზე მანძილი მთვარემდე მნიშვნელოვნად ნაკლები იყო, ვიდრე თანამედროვე, ხოლო პლანეტარული განვითარების პროცესში, მეცნიერთა უმეტესობის აზრით, ის თანდათან იზრდება. და შესაბამისად Yu.N. ავსიუკუეს მანძილი განიცდის გრძელვადიან ცვლილებებს ციკლების სახით მთვარის „ჩამოსვლა – გამგზავრება“.. ეს გულისხმობს, რომ წარსულ გეოლოგიურ ეპოქებში ზოგადად მოქცევის სიცხის როლი თერმული ბალანსიმიწა უფრო მნიშვნელოვანი იყო. ზოგადად, დედამიწის განვითარების მთელი პერიოდის განმავლობაში იგი გამოირჩეოდა ~3.3*10 37 ერგ (3.3*10 30 ჯ) მოქცევის სითბური ენერგია (ეს ექვემდებარება მთვარის თანმიმდევრულ მოცილებას დედამიწიდან). ამ სითბოს გათავისუფლების სიჩქარის დროში ცვლილება ნაჩვენებია ნახ. 3.10 .

მოქცევის მთლიანი ენერგიის ნახევარზე მეტი გამოიცა კატარჩი (ჰელეა)) - 4,6-4,0 მილიარდი წლის წინ, და იმ დროს, მხოლოდ ამ ენერგიის გამო, დედამიწას შეეძლო დამატებით გაცხელება ~ 500 0 С-ით. ენერგო ინტენსიური ენდოგენური პროცესები .

აკრეციის სითბო

ეს არის დედამიწის მიერ შენახული სითბო მისი ჩამოყალიბების დღიდან. Პროცესში აკრეციები, რომელიც გაგრძელდა რამდენიმე ათეული მილიონი წლის განმავლობაში, შეჯახების გამო პლანეტებიდედამიწამ მნიშვნელოვანი გათბობა განიცადა. ამავდროულად, არ არსებობს კონსენსუსი ამ გათბობის სიდიდის შესახებ. ამჟამად მკვლევარები მიდრეკილნი არიან იფიქრონ, რომ აკრეციის პროცესში დედამიწამ განიცადა, თუ არა სრული, მაშინ მნიშვნელოვანი ნაწილობრივი დნობა, რამაც გამოიწვია პროტო-დედამიწის საწყისი დიფერენცირება მძიმე რკინის ბირთვად და მსუბუქ სილიკატურ მანტიად და ფორმირებამდე "მაგმა ოკეანე"მის ზედაპირზე ან არაღრმა სიღრმეზე. მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ კიდევ 1990-იან წლებამდე, მოდელი შედარებით ცივი იყო პირველადი დედამიწა, რომელიც თანდათან თბებოდა ზემოაღნიშნული პროცესების გამო, რასაც თან სდევდა მნიშვნელოვანი რაოდენობის თერმული ენერგიის გამოყოფა.

პირველადი აკრეციული სითბოს ზუსტი შეფასება და მისი წილი, რომელიც დღემდე შემორჩენილია, დაკავშირებულია მნიშვნელოვან სირთულეებთან. ავტორი ო.გ. სოროხტინიდა ს.ა. უშაკოვი, რომლებიც შედარებით ცივი პირველადი დედამიწის მომხრეები არიან, სიცხეში გადაქცეული აკრეციის ენერგიის მნიშვნელობა არის - 20.13*10 38 ერგ (20.13*10 31 ჯ). სითბოს დაკარგვის არარსებობის შემთხვევაში ეს ენერგია საკმარისი იქნება სრული აორთქლებახმელეთის მატერია, რადგან ტემპერატურა შეიძლება გაიზარდოს 30 000 0 С. მაგრამ აკრეციის პროცესი შედარებით გრძელი იყო და პლანეტამინალური ზემოქმედების ენერგია გამოიყოფა მხოლოდ მზარდი დედამიწის ზედაპირულ ფენებში და სწრაფად დაიკარგა თერმული გამოსხივებით, ამიტომ პლანეტის საწყისი გათბობა არ იყო დიდი. ამის სიდიდე თერმული გამოსხივებაამ ავტორების შეფასებით, დედამიწის წარმოქმნის (აკრეციის) პარალელურად მიმდინარეობს 19.4*10 38 ერგ (19.4*10 31 ჯ) .

დედამიწის თანამედროვე ენერგეტიკულ ბალანსში, აკრეციული სითბო, სავარაუდოდ, უმნიშვნელო როლს თამაშობს.

მათ. კაპიტონოვი

დედამიწის ბირთვული სითბო

დედამიწის სითბო

დედამიწა საკმაოდ ძლიერ გახურებული სხეულია და სითბოს წყაროა. ის თბება, პირველ რიგში, მზის რადიაციის გამო, რომელსაც შთანთქავს. მაგრამ დედამიწას ასევე აქვს საკუთარი თერმული რესურსი, რომელიც შედარებულია მზისგან მიღებულ სითბოსთან. ითვლება, რომ დედამიწის ამ საკუთარ ენერგიას აქვს შემდეგი წარმოშობა. დედამიწა გაჩნდა დაახლოებით 4,5 მილიარდი წლის წინ, მზის წარმოქმნის შემდეგ პროტოპლანეტარული აირის მტვრის დისკიდან, რომელიც ბრუნავს მის გარშემო და კონდენსაციას ახდენს. მისი ფორმირების ადრეულ ეტაპზე დედამიწის ნივთიერება გაცხელდა შედარებით ნელი გრავიტაციული შეკუმშვის გამო. დედამიწის სითბურ ბალანსში მნიშვნელოვან როლს თამაშობდა მასზე მცირე კოსმოსური სხეულების დაცემის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიაც. ამიტომ, ახალგაზრდა დედამიწა დნობდა. გაციების შემდეგ იგი თანდათან მივიდა ახლანდელ მდგომარეობამდე მყარი ზედაპირით, რომლის მნიშვნელოვანი ნაწილი დაფარულია ოკეანეებით და ზღვის წყლები. ეს რთული გარე ფენადაურეკა დედამიწის ქერქიხოლო საშუალოდ მიწის ნაკვეთებზე მისი სისქე დაახლოებით 40 კმ და ქვემოთ ოკეანის წყლები- 5-10 კმ. მეტი ღრმა ფენამიწამ დარეკა მანტია, ასევე შედგება მყარი მატერია. იგი ვრცელდება თითქმის 3000 კმ სიღრმეზე და შეიცავს დედამიწის მატერიის ძირითად ნაწილს. და ბოლოს, დედამიწის ყველაზე შიდა ნაწილი მისია ბირთვი. იგი შედგება ორი ფენისგან - გარე და შიდა. გარე ბირთვიეს არის გამდნარი რკინისა და ნიკელის ფენა 4500-6500 K ტემპერატურაზე 2000-2500 კმ სისქით. შიდა ბირთვი 1000-1500 კმ რადიუსით არის მყარი რკინა-ნიკელის შენადნობი, რომელიც თბება 4000-5000 K ტემპერატურაზე, სიმკვრივით დაახლოებით 14 გ / სმ 3, რომელიც წარმოიშვა უზარმაზარი (თითქმის 4 მილიონი ბარი) წნევით.
დედამიწის შიდა სითბოს გარდა, რომელიც მემკვიდრეობით მიიღო მისი ფორმირების ადრეული ცხელი ეტაპიდან და რომლის რაოდენობაც დროთა განმავლობაში უნდა შემცირდეს, არის კიდევ ერთი, გრძელვადიანი, რომელიც დაკავშირებულია ბირთვების რადიოაქტიურ დაშლასთან ხანგრძლივი ნახევრად. სიცოცხლე - უპირველეს ყოვლისა, 232 Th, 235 U, 238 U და 40 K. ამ დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია - ისინი შეადგენს დედამიწის რადიოაქტიური ენერგიის თითქმის 99%-ს - მუდმივად ავსებს დედამიწის თერმულ რეზერვებს. ზემოაღნიშნული ბირთვები შეიცავს ქერქსა და მანტიაში. მათი დაშლა იწვევს დედამიწის როგორც გარე, ისე შიდა ფენების გათბობას.
დედამიწის შიგნით არსებული უზარმაზარი სითბოს ნაწილი მუდმივად გამოიყოფა მის ზედაპირზე, ხშირად ძალიან ფართომასშტაბიანი ვულკანური პროცესების დროს. ცნობილია სითბოს ნაკადი, რომელიც მიედინება დედამიწის სიღრმიდან მის ზედაპირზე. ეს არის (47±2)·10 12 ვატი, რაც უდრის სითბოს, რომელსაც შეუძლია გამოიმუშაოს 50 ათასი ატომური ელექტროსადგური (ერთი ატომური ელექტროსადგურის საშუალო სიმძლავრე დაახლოებით 10 9 ვატია). ჩნდება კითხვა, არის თუ არა რომელიმე არსებითი როლირადიოაქტიური ენერგია დედამიწის მთლიან თერმულ ბიუჯეტში და თუ თამაშობს, მაშინ როგორი? ამ კითხვებზე პასუხი დიდი ხანის განმვლობაშიუცნობი დარჩა. ახლა არის ამ კითხვებზე პასუხის გაცემის შესაძლებლობა. აქ მთავარი როლი ეკუთვნის ნეიტრინოებს (ანტინეიტრინოებს), რომლებიც იბადებიან ბირთვების რადიოაქტიური დაშლის პროცესში, რომლებიც ქმნიან დედამიწის მატერიას და რომლებიც ე.წ. გეო-ნეიტრინო.

გეო-ნეიტრინო

გეო-ნეიტრინოარის ნეიტრინოების ან ანტინეიტრინოების ერთობლივი სახელწოდება, რომლებიც გამოიყოფა დედამიწის ზედაპირის ქვეშ მდებარე ბირთვების ბეტა დაშლის შედეგად. ცხადია, უპრეცედენტო შეღწევადობის უნარის გამო, ამ (და მხოლოდ მათ) რეგისტრაციას მიწისზე დაფუძნებული ნეიტრინო დეტექტორებით შეუძლია ობიექტური ინფორმაციის მიწოდება რადიოაქტიური დაშლის პროცესების შესახებ, რომლებიც ხდება დედამიწის სიღრმეში. ასეთი დაშლის მაგალითია β - 228 Ra ბირთვის დაშლა, რომელიც არის ხანგრძლივი 232 Th ბირთვის α დაშლის პროდუქტი (იხ. ცხრილი):

228 Ra ბირთვის ნახევარგამოყოფის პერიოდი (T 1/2) არის 5,75 წელი, გამოთავისუფლებული ენერგია კი დაახლოებით 46 კევ. ანტინეიტრინოების ენერგეტიკული სპექტრი უწყვეტია ზედა ზღვართან ახლოს გამოთავისუფლებულ ენერგიასთან.
232 Th, 235 U, 238 U ბირთვების დაშლა არის თანმიმდევრული დაშლის ჯაჭვები, რომლებიც ქმნიან ე.წ. რადიოაქტიური სერია. ასეთ ჯაჭვებში α-დაშლა იკვეთება β −-დაშლებთან, ვინაიდან α-დაშლის დროს საბოლოო ბირთვები აღმოჩნდება გადატანილი β-სტაბილურობის ხაზიდან ნეიტრონებით გადატვირთული ბირთვების რეგიონში. ყოველი მწკრივის ბოლოში თანმიმდევრული დაშლის ჯაჭვის შემდეგ, წარმოიქმნება სტაბილური ბირთვები პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობით მაგიურ რიცხვებთან ახლოს ან ტოლი (Z = 82,ნ= 126). ასეთი საბოლოო ბირთვები ტყვიის ან ბისმუტის სტაბილური იზოტოპებია. ამრიგად, T 1/2-ის დაშლა მთავრდება ორმაგად ჯადოსნური ბირთვის ფორმირებით 208 Pb, ხოლო 232 Th → 208 Pb გზაზე ხდება ექვსი α-დაშლა, მონაცვლეობით ოთხი β - დაშლით (ჯაჭვში 238 U → 206 Pb, რვა α- და ექვსი β - - იშლება; არის შვიდი α- და ოთხი β − დაშლა 235 U → 207 Pb ჯაჭვში). ამრიგად, ანტინეიტრინოების ენერგეტიკული სპექტრი თითოეული რადიოაქტიური სერიიდან არის ნაწილობრივი სპექტრების სუპერპოზიცია ცალკეული β − დაშლისგან, რომლებიც ქმნიან ამ სერიას. 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K დაშლის დროს წარმოქმნილი ანტინეიტრინოების სპექტრები ნაჩვენებია ნახ. 1. 40 K დაშლა არის ერთი β − დაშლა (იხ. ცხრილი). უდიდესი ენერგია(3,26 მევ-მდე) ანტინეიტრინოები აღწევს დაშლისას
214 Bi → 214 Po, რომელიც არის ბმული 238 U რადიოაქტიური სერიიდან. 232 Th → 208 Pb სერიის ყველა დაშლის ბმულების გავლისას გამოთავისუფლებული ჯამური ენერგია არის 42,65 მევ. რადიოაქტიური სერიებისთვის 235 U და 238 U, ეს ენერგიები არის 46,39 და 51,69 მევ, შესაბამისად. დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია
40 K → 40 Ca არის 1,31 მევ.

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ბირთვების მახასიათებლები

ბირთვი	Გაზიარება % ნარევში იზოტოპები	ბირთვების რაოდენობა ეხება. Si ბირთვები	T 1/2 მილიარდი წელი	პირველი ლინკები გაფუჭება
232-ე	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

დედამიწის მატერიის შემადგენლობაში შემავალი 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ბირთვების დაშლის საფუძველზე გეო-ნეიტრინო ნაკადის შეფასებას მივყავართ 10 6 სმ რიგის მნიშვნელობამდე. -2 წმ -1. ამ გეო-ნეიტრინოების დარეგისტრირებით, შეგიძლიათ მიიღოთ ინფორმაცია რადიოაქტიური სითბოს როლის შესახებ დედამიწის მთლიან სითბოს ბალანსში და შეამოწმოთ ჩვენი იდეები ხმელეთის ნივთიერების შემადგენლობაში ხანგრძლივი რადიოიზოტოპების შემცველობის შესახებ.

ბრინჯი. 1. ანტინეიტრინოების ენერგეტიკული სპექტრები ბირთვული დაშლისგან

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ნორმალიზებულია ძირითადი ბირთვის ერთ დაშლამდე

რეაქცია გამოიყენება ელექტრონული ანტინეიტრინოების დასარეგისტრირებლად

P → e + + n, (1)

რომელშიც ფაქტობრივად აღმოაჩინეს ეს ნაწილაკი. ამ რეაქციის ბარიერი არის 1.8 მევ. მაშასადამე, ზემოაღნიშნულ რეაქციაში შეიძლება დარეგისტრირდეს მხოლოდ დაშლის ჯაჭვებში წარმოქმნილი გეო-ნეიტრინოები, რომლებიც იწყება 232 Th და 238 U ბირთვებიდან. განსახილველი რეაქციის ეფექტური განივი მონაკვეთი უკიდურესად მცირეა: σ ≈ 10 -43 სმ 2. აქედან გამომდინარეობს, რომ ნეიტრინოს დეტექტორი, რომლის მგრძნობიარე მოცულობაა 1 მ 3, აღრიცხავს არაუმეტეს რამდენიმე მოვლენას წელიწადში. აშკარაა, რომ ნეიტრინოს დეტექტორები საჭიროა გეო-ნეიტრინო ნაკადების საიმედოდ დასაფიქსირებლად. დიდი მოცულობაგანთავსებულია მიწისქვეშა ლაბორატორიებში მაქსიმალური ფონის დაცვისთვის. გეონეიტრინოების რეგისტრაციისთვის მზის და რეაქტორული ნეიტრინოების შესასწავლად შექმნილი დეტექტორების გამოყენების იდეა გაჩნდა 1998 წელს. ამჟამად, არსებობს ორი დიდი მოცულობის ნეიტრინო დეტექტორი, რომელიც იყენებს თხევადი სკინტილატორს და შესაფერისია პრობლემის გადასაჭრელად. ეს არის KamLAND ექსპერიმენტების ნეიტრინო დეტექტორები (იაპონია, ) და ბორექსინო (იტალია, ). ქვემოთ განვიხილავთ Borexino დეტექტორის მოწყობილობას და ამ დეტექტორზე მიღებულ შედეგებს გეო-ნეიტრინოების რეგისტრაციის შესახებ.

ბორექსინოს დეტექტორი და გეო-ნეიტრინოების რეგისტრაცია

Borexino ნეიტრინოს დეტექტორი მდებარეობს ცენტრალურ იტალიაში გრან სასოს ქედის ქვეშ მიწისქვეშა ლაბორატორიაში, რომლის მწვერვალები 2,9 კმ-ს აღწევს (ნახ. 2).

ბრინჯი. ნახ. 2. გრან სასოს ქედის ქვეშ ნეიტრინო ლაბორატორიის მდებარეობის სქემა (ცენტრალური იტალია)

Borexino არის არასეგმენტირებული მასიური დეტექტორი, რომლის აქტიური საშუალებაა
280 ტონა ორგანული თხევადი სკინტილატორი. იგი ავსებდა ნეილონის სფერულ ჭურჭელს 8,5 მ დიამეტრის (სურ. 3). სკინტილატორი იყო ფსევდოკუმენი (C 9 H 12) სპექტრის ცვლის PPO დანამატით (1.5 გ/ლ). სცინტილატორის შუქს აგროვებს 2212 რვა დიუმიანი ფოტომულტიპლიკატორი (PMT), რომელიც განთავსებულია უჟანგავი ფოლადის სფეროზე (SSS).

ბრინჯი. 3. ბორექსინოს დეტექტორის მოწყობილობის სქემა

ნეილონის ჭურჭელი ფსევდოკუმენით არის შიდა დეტექტორი, რომლის ამოცანაა ნეიტრინოების (ანტინეიტრინოს) რეგისტრაცია. შიდა დეტექტორი გარშემორტყმულია ორი კონცენტრული ბუფერული ზონით, რომლებიც იცავს მას გარე გამა სხივებისა და ნეიტრონებისგან. შიდა ზონა ივსება არასინტილაციური საშუალებით, რომელიც შედგება 900 ტონა ფსევდოკუმენისგან, სცინტილაციით ჩამქრალი დიმეთილ ფტალატის დანამატებით. გარე ზონა მდებარეობს SNS-ის თავზე და არის წყლის ჩერენკოვის დეტექტორი, რომელიც შეიცავს 2000 ტონა ულტრასუფთა წყალს და წყვეტს სიგნალებს ობიექტში მიონებიდან, რომლებიც გარედან შედიან. თითოეული ურთიერთქმედებისთვის, რომელიც ხდება შიდა დეტექტორში, განისაზღვრება ენერგია და დრო. დეტექტორის კალიბრაციამ სხვადასხვა რადიოაქტიური წყაროს გამოყენებით შესაძლებელი გახადა ძალიან ზუსტად განესაზღვრა მისი ენერგეტიკული მასშტაბი და სინათლის სიგნალის განმეორებადობის ხარისხი.
Borexino არის ძალიან მაღალი რადიაციული სისუფთავის დეტექტორი. ყველა მასალა მკაცრად იყო შერჩეული და სკინტილატორი გაიწმინდა შიდა ფონის შესამცირებლად. მაღალი რადიაციული სისუფთავის გამო, Borexino არის შესანიშნავი დეტექტორი ანტინეიტრინოების გამოსავლენად.
რეაქციაში (1) პოზიტრონი იძლევა მყისიერ სიგნალს, რომელსაც გარკვეული დროის შემდეგ მოჰყვება წყალბადის ბირთვის მიერ ნეიტრონის დაჭერა, რაც იწვევს γ-კვანტის გამოჩენას 2,22 მევ ენერგიით, რაც ქმნის სიგნალი დაგვიანებულია პირველთან შედარებით. ბორექსინოში ნეიტრონის დაჭერის დრო დაახლოებით 260 μs-ია. მყისიერი და დაგვიანებული სიგნალები კორელაციაშია სივრცეში და დროში, რაც უზრუნველყოფს ე.-ით გამოწვეული მოვლენის ზუსტ ამოცნობას.
რეაქციის ბარიერი (1) არის 1,806 მევ და, როგორც ჩანს ნახ. 1, 40 K და 235 U-ის დაშლის ყველა გეო-ნეიტრინო ამ ზღურბლზე დაბალია და მხოლოდ გეო-ნეიტრინოების ნაწილი, რომელიც წარმოიშვა 232 Th და 238 U-ის დაშლის დროს, შეიძლება აღმოიჩინოს.
ბორექსინოს დეტექტორმა პირველად აღმოაჩინა სიგნალები გეო-ნეიტრინოებიდან 2010 წელს და ახლახან გამოაქვეყნა ახალი შედეგები 2056 დღის დაკვირვების საფუძველზე 2007 წლის დეკემბრიდან 2015 წლის მარტამდე. ქვემოთ წარმოგიდგენთ მიღებულ მონაცემებს და მათი განხილვის შედეგებს სტატიაზე დაყრდნობით.
ექსპერიმენტული მონაცემების ანალიზის შედეგად გამოვლინდა ელექტრონული ანტინეიტრინოების 77 კანდიდატი, რომლებმაც გაიარეს შერჩევის ყველა კრიტერიუმი. e-ს სიმულაციური მოვლენების ფონი შეფასდა . ამრიგად, სიგნალი/ფონის თანაფარდობა იყო ≈100.
ძირითადი ფონის წყარო იყო რეაქტორის ანტინეიტრინოები. ბორექსინოსთვის სიტუაცია საკმაოდ ხელსაყრელი იყო, რადგან გრან სასოს ლაბორატორიის მახლობლად არ არის ბირთვული რეაქტორები. გარდა ამისა, რეაქტორის ანტინეიტრინოები უფრო ენერგიულია, ვიდრე გეო-ნეიტრინო, რამაც შესაძლებელი გახადა ამ ანტინეიტრინოების გამოყოფა პოზიტრონიდან სიგნალის სიძლიერით. გეო-ნეიტრინოების და რეაქტორული ანტინეიტრინოების წვლილის ანალიზის შედეგები ჩაწერილი მოვლენების საერთო რაოდენობაში e-დან ნაჩვენებია ნახ. 4. ამ ანალიზით მოცემული რეგისტრირებული გეონეიტრინოების რაოდენობა (დაჩრდილული ტერიტორია შეესაბამება მათ ნახ. 4-ში) უდრის . ანალიზის შედეგად მოპოვებული გეონეიტრინოების სპექტრში ორი ჯგუფი ჩანს – ნაკლებად ენერგიული, უფრო ინტენსიური და უფრო ენერგიული, ნაკლებად ინტენსიური. აღწერილი კვლევის ავტორები ამ ჯგუფებს უკავშირებენ, შესაბამისად, თორიუმის და ურანის დაშლას.
განხილულ ანალიზში ჩვენ გამოვიყენეთ თორიუმის და ურანის მასების თანაფარდობა დედამიწის მატერიაში.
m(Th)/m(U) = 3.9 (ცხრილში ეს მნიშვნელობა არის ≈3.8). ეს მაჩვენებელი ასახავს ამ ქიმიური ელემენტების ფარდობით შემცველობას ქონდრიტებში - მეტეორიტების ყველაზე გავრცელებული ჯგუფი (დედამიწაზე ჩამოვარდნილი მეტეორიტების 90%-ზე მეტი სწორედ ამ ჯგუფს ეკუთვნის). ითვლება, რომ ქონდრიტების შემადგენლობა, გარდა მსუბუქი აირებისა (წყალბადი და ჰელიუმი), იმეორებს მზის სისტემის და პროტოპლანეტარული დისკის შემადგენლობას, საიდანაც შეიქმნა დედამიწა.

ბრინჯი. ნახ. 4. პოზიტრონებიდან გამომავალი სინათლის სპექტრი ფოტოელექტრონების რაოდენობის ერთეულებში ანტინეიტრინო კანდიდატი მოვლენებისთვის (ექსპერიმენტული წერტილები). დაჩრდილული ტერიტორია არის გეო-ნეიტრინოების წვლილი. მყარი ხაზი არის რეაქტორის ანტინეიტრინოების წვლილი.