Introdução

Comparado ao tamanho o Globo, a crosta terrestre é 1/200 do seu raio. Mas este "filme" é o mais complexo em estrutura e ainda o mais formação misteriosa Nosso planeta. A principal característica da crosta é que ela serve como uma camada limite entre o globo e o que nos cerca. espaço sideral. Nessa zona de transição entre os dois elementos do universo - o espaço e a substância do planeta - os processos físicos e químicos mais complexos aconteciam constantemente e, o que é notável, os vestígios desses processos foram amplamente preservados.

Os principais objetivos do trabalho são:

Considere os principais tipos de crosta terrestre e seus componentes;

Definir estruturas tectônicas a crosta terrestre;

Considere a composição mineral da crosta terrestre e das rochas.

A estrutura e espessura da crosta terrestre

As primeiras ideias sobre a existência da crosta terrestre foram expressas pelo físico inglês W. Gilbert em 1600. Foi-lhes pedido que dividissem o interior da Terra em duas partes desiguais: a crosta ou concha e o núcleo sólido.

O desenvolvimento dessas idéias está contido nos trabalhos de L. Descartes, G. Leibniz, J. Buffon, M. V. Lomonosov e muitos outros cientistas estrangeiros e nacionais. No início, o estudo da crosta terrestre estava focado no estudo da crosta terrestre dos continentes. Portanto, os primeiros modelos da crosta refletiam as características estruturais da crosta do tipo continental.

O termo "crosta terrestre" foi introduzido em ciência geográfica O geólogo austríaco E. Suess em 1881 (8) Além deste termo, esta camada tem outro nome - sial, composto pelas primeiras letras dos elementos mais comuns aqui - silício (silício, 26%) e alumínio (alumínio, 7,45% ).

Na primeira metade do século XX, o estudo da estrutura do subsolo começou a ser feito por sismologia e sísmica. Analisando a natureza das ondas sísmicas do terremoto na Croácia em 1909, o sismólogo A. Mohorovicic, como já mencionado, identificou uma fronteira sísmica claramente traçada a uma profundidade de cerca de 50 km, que ele definiu como a sola da crosta terrestre (a superfície de Mohorovicic, Moho ou M).

Em 1925, V. Konrad registrou acima do limite de Mohorovicich outra interface dentro da crosta, que também recebeu seu nome - a superfície de Konrad, ou superfície K - o limite entre as camadas "granito" e "basáltico" é a seção Konrad.

Os cientistas propuseram chamar a camada superior da crosta com uma espessura de cerca de 12 km de "camada de granito" e a camada inferior com uma espessura de 25 km - "basalto". O primeiro modelo de duas camadas da estrutura da crosta terrestre apareceu. Mais pesquisa tornou possível medir a espessura da crosta em Áreas diferentes continentes. Verificou-se que em áreas baixas é de 35? 45 km, e nas montanhas aumenta para 50? 60 km ( força maxima crosta - 75 km registrados nos Pamirs). Tal espessamento da crosta terrestre foi chamado de "raízes da montanha" por B. Gutenberg.

Também foi estabelecido que a camada de granito tem uma velocidade de onda sísmica de 5 6 km / s, característico dos granitos, e o inferior - 6? 7 km/s, típico para basaltos. A crosta terrestre, composta por camadas de granito e basalto, foi chamada de crosta consolidada, sobre a qual existe outra camada sedimentar superior. Seu poder variou dentro de 0? 5–6 km (a espessura máxima da camada sedimentar atinge 20 × 25 km).

Um novo passo no estudo da estrutura da crosta terrestre dos continentes foi dado com a introdução de poderosas fontes explosivas de ondas sísmicas.

Em 1954 G. A. Gamburtsev desenvolveu um método de sondagem sísmica profunda (GSZ), que possibilitou "iluminar" as entranhas da Terra a uma profundidade de 100 km.

Os estudos sísmicos começaram a ser realizados de acordo com perfis especiais, o que permitiu aos cientistas obter informações contínuas sobre a estrutura da crosta terrestre. O levantamento sísmico foi realizado em zonas costeiras mares e oceanos e, no início dos anos 60, começaram os estudos globais com esse método do fundo dos oceanos. A ideia da existência de dois fundamentalmente Vários tipos crosta: continental e oceânica.

Os materiais GSZ permitiram aos geofísicos soviéticos (Yu.N.Godin, N.I.Pavlinkova, N.K.Bulin, etc.) refutar a noção da existência da onipresente superfície de Konrad. Isso também foi confirmado pela perfuração do poço superprofundo Kola, que não revelou o fundo da camada de granito na profundidade indicada pelos geofísicos.

Idéias começaram a se desenvolver sobre a existência de várias interfaces, como a superfície de Konrad, cujas posições foram determinadas não tanto por uma mudança na composição das rochas cristalinas, mas por um grau diferente de seu metamorfismo. Pensava-se que na composição das camadas de granito e basalto da crosta terrestre Papel essencial rochas metamórficas (Yu.N. Godin, I.A. Rezanov, V.V. Belousov, etc.).

O aumento da velocidade das ondas sísmicas foi explicado pelo aumento da basicidade das rochas e em grande medida seu metamorfismo. Assim, a camada "granítica" deve conter não apenas granitóides, mas também rochas metamórficas (como gnaisses, xistos micáceos, etc.) que surgiram de depósitos sedimentares primários. A camada passou a ser chamada de granito-metamórfico, ou granito-gnaisse. Foi entendido como um conjunto de rochas ígneas e sedimentar-metamórficas, composição e estado de fase que causam parâmetros físicos próximos aos de granitos ou granitóides inalterados, ou seja, densidade da ordem de 2,58? 2,64 g/cm e velocidade do reservatório 5,5? 6,3 km/s.

A presença de rochas do estágio profundo (granulito) do metamorfismo foi permitida na composição da camada "basáltica". Passou a ser denominado granulito-máfico, granulito-eclogítico, e entendê-lo como um conjunto de rochas ígneas e metamorfoseadas de composição média, básica ou similar, possuindo parâmetros físicos: densidade de 2,8? 3,1 g/cm, velocidade do reservatório 6,6? 7,4 km/s. A julgar pelos dados experimentais, fragmentos (xenólitos) de rochas profundas provenientes de tubos de explosão, esta camada pode ser composta por granulitos, gabróides, gnaisses básicos e rochas eclogíticas.

Os termos camada "granito" e "basalto" permaneceram em circulação, mas foram colocados entre aspas, enfatizando assim a convencionalidade de sua composição e nome.

O estágio moderno de desenvolvimento de ideias sobre a estrutura da crosta terrestre dos continentes começou na década de 80 do século passado e se caracteriza pela criação de um modelo de três camadas da crosta consolidada. Estudos de vários cientistas domésticos (N.I. Pavlenkova, I.P. Kosminskaya) e estrangeiros (S. Mueller) provaram que na estrutura da crosta terrestre dos continentes, além da camada sedimentar, é necessário distinguir, de acordo com pelo menos, três, não duas, camadas: superior, média e inferior (Fig. 1).

A camada superior, com capacidade de 8? 15 km, é marcado por um aumento da velocidade das ondas sísmicas com profundidade, estrutura de blocos, presença de fissuras e falhas relativamente numerosas. Camada única com velocidades de 6,1? 6,5 km/s é definido como o limite de K. Segundo alguns cientistas, a camada superior da crosta consolidada corresponde à camada granito-metamórfica no modelo de duas camadas da crosta.

A segunda camada (do meio) para profundidades de 20 25 km (às vezes até 30 km) caracteriza-se por uma ligeira diminuição na velocidade das ondas elásticas (cerca de 6,4 km/s), a ausência de gradientes de velocidade. A sua sola destaca-se como limite de K. Acredita-se que a segunda camada seja composta por rochas do tipo basalto, pelo que pode ser identificada com a camada "basáltica" da crosta.

Figura 1

A terceira camada (inferior), traçada até a base da crosta, é de alta velocidade (6,8 × 7,7 km/s). É caracterizada por camadas finas e um aumento no gradiente de velocidade com a profundidade. É representado por rochas ultramáficas, portanto não pode ser atribuído à camada "basáltica" da crosta. Há sugestões de que a camada inferior da crosta é um produto da transformação da substância do manto superior, uma espécie de zona de intemperismo do manto (N.I. Pavlenkova). NO modelo clássico a estrutura da crosta, as camadas média e inferior compõem a camada granulito-máfica.

A estrutura e a espessura da crosta terrestre nas várias regiões dos continentes variam um pouco. Assim, as seguintes características estruturais são características da crosta terrestre, depressões de plataformas profundas e profundezas: uma grande espessura da camada sedimentar (até metade da espessura de toda a crosta); crosta consolidada mais fina e de alta velocidade do que em outras partes das plataformas; a posição elevada da superfície M. A camada superior (“granito”) da crosta consolidada muitas vezes se abre ou afina acentuadamente dentro dela, e a espessura da camada intermediária também é significativamente reduzida.

No nosso país, rico em hidrocarbonetos, a energia geotérmica é uma espécie de recurso exótico que, na situação atual, dificilmente concorrerá com o petróleo e o gás. No entanto, essa forma alternativa de energia pode ser usada em quase todos os lugares e com bastante eficiência.

A energia geotérmica é o calor do interior da Terra. É produzido nas profundezas e chega à superfície da Terra em diferentes formas e com diferentes intensidades.

A temperatura das camadas superiores do solo depende principalmente de fatores externos (exógenos) - luz solar e temperatura do ar. No verão e durante o dia, o solo aquece até certas profundidades, e no inverno e à noite esfria acompanhando a mudança da temperatura do ar e com algum atraso, aumentando com a profundidade. A influência das flutuações diárias na temperatura do ar termina em profundidades de algumas a várias dezenas de centímetros. As flutuações sazonais capturam camadas mais profundas do solo - até dezenas de metros.

A uma certa profundidade - de dezenas a centenas de metros - a temperatura do solo é mantida constante, igual à temperatura média anual do ar próximo à superfície da Terra. Isso é fácil de verificar descendo em uma caverna bastante profunda.

Quando a temperatura média anual do ar em uma determinada área está abaixo de zero, isso se manifesta como permafrost (mais precisamente, permafrost). NO Leste da Sibéria A espessura, ou seja, a espessura, dos solos congelados durante todo o ano atinge 200-300 m em alguns lugares.

A partir de uma certa profundidade (a própria para cada ponto do mapa), o efeito do Sol e da atmosfera enfraquece tanto que os fatores endógenos (internos) vêm primeiro e o interior da Terra é aquecido por dentro, de modo que a temperatura começa a subir com profundidade.

O aquecimento das camadas profundas da Terra está associado principalmente ao decaimento dos elementos radioativos ali localizados, embora outras fontes de calor também sejam denominadas, por exemplo, processos físico-químicos, tectônicos nas camadas profundas da crosta terrestre e do manto. Mas seja qual for a causa, a temperatura das rochas e das substâncias líquidas e gasosas associadas aumenta com a profundidade. Os mineiros enfrentam esse fenômeno - está sempre quente em minas profundas. A uma profundidade de 1 km, calor de trinta graus - fenômeno normal, e a temperatura é ainda mais profunda.

O fluxo de calor do interior da Terra, atingindo a superfície da Terra, é pequeno - em média, sua potência é de 0,03 a 0,05 W/m 2, ou aproximadamente 350 W h/m 2 por ano. No fundo fluxo de calor do Sol e do ar aquecido por ele, esta é uma quantidade imperceptível: o Sol dá a todos metro quadrado superfície da Terra cerca de 4.000 kWh por ano, ou seja, 10.000 vezes mais (claro, esta é uma média, com uma enorme dispersão entre as latitudes polares e equatoriais e dependendo de outros fatores climáticos e climáticos).

A insignificância do fluxo de calor das profundezas para a superfície na maior parte do planeta está associada à baixa condutividade térmica das rochas e características estrutura geológica. Mas há exceções - lugares onde o fluxo de calor é alto. Estas são, em primeiro lugar, zonas de falhas tectônicas, Atividade sísmica e vulcanismo, onde a energia do interior da Terra encontra uma saída. Tais zonas são caracterizadas por anomalias térmicas da litosfera, aqui o fluxo de calor que atinge a superfície da Terra pode ser muitas vezes e até ordens de magnitude mais poderoso do que o "normal". Uma enorme quantidade de calor é trazida à superfície nessas zonas por erupções vulcânicas e fontes termais de água.

São essas áreas que são mais favoráveis ​​para o desenvolvimento da energia geotérmica. No território da Rússia, este é, em primeiro lugar, Kamchatka, Ilhas Curilas e o Cáucaso.

Ao mesmo tempo, o desenvolvimento da energia geotérmica é possível em quase todos os lugares, pois o aumento da temperatura com a profundidade é um fenômeno onipresente, e a tarefa é “extrair” calor das entranhas, assim como as matérias-primas minerais são extraídas de lá.

Em média, a temperatura aumenta com a profundidade de 2,5 a 3°C a cada 100 m. A razão entre a diferença de temperatura entre dois pontos situados em diferentes profundidades e a diferença de profundidade entre eles é chamada de gradiente geotérmico.

O recíproco é o passo geotérmico, ou o intervalo de profundidade no qual a temperatura aumenta em 1°C.

Quanto maior o gradiente e, consequentemente, menor o degrau, mais próximo o calor das profundezas da Terra se aproxima da superfície e mais promissora é essa área para o desenvolvimento da energia geotérmica.

Em diferentes áreas, dependendo da estrutura geológica e outras condições regionais e locais, a taxa de aumento da temperatura com a profundidade pode variar drasticamente. Na escala da Terra, as flutuações nos valores dos gradientes e degraus geotérmicos chegam a 25 vezes. Por exemplo, no estado de Oregon (EUA) o gradiente é de 150°C por 1 km, e em África do Sul- 6°C por 1 km.

A questão é: qual é a temperatura em grandes profundidades - 5, 10 km ou mais? Se a tendência continuar, as temperaturas a uma profundidade de 10 km devem ficar em torno de 250–300°C. Isso é mais ou menos confirmado por observações diretas em poços ultraprofundos, embora o quadro seja muito mais complicado do que o aumento linear da temperatura.

Por exemplo, no poço superprofundo de Kola perfurado no Escudo Cristalino Báltico, a temperatura muda a uma taxa de 10°C/1 km até uma profundidade de 3 km e, em seguida, o gradiente geotérmico torna-se 2 a 2,5 vezes maior. A uma profundidade de 7 km, já foi registrada uma temperatura de 120°C, a 10 km - 180°C e a 12 km - 220°C.

Outro exemplo é um poço colocado no norte do Cáspio, onde a uma profundidade de 500 m foi registrada uma temperatura de 42°C, a 1,5 km - 70°C, a 2 km - 80°C, a 3 km - 108°C.

Supõe-se que o gradiente geotérmico diminua a partir de uma profundidade de 20 a 30 km: a uma profundidade de 100 km, as temperaturas estimadas são de cerca de 1300 a 1500°C, a uma profundidade de 400 km - 1600°C, na superfície da Terra. núcleo (profundidades de mais de 6000 km) - 4000–5000° C.

Em profundidades de até 10–12 km, a temperatura é medida através de poços perfurados; onde eles não existem, é determinado por sinais indiretos da mesma forma que em maiores profundidades. Tal sinais indiretos pode ser a natureza da passagem das ondas sísmicas ou a temperatura da lava em erupção.

No entanto, para fins de energia geotérmica, os dados sobre temperaturas em profundidades superiores a 10 km ainda não são de interesse prático.

Há muito calor em profundidades de vários quilômetros, mas como aumentá-lo? Às vezes, a própria natureza resolve esse problema para nós com a ajuda de um refrigerante natural - aquecido águas termais, vindo à superfície ou deitado a uma profundidade acessível a nós. Em alguns casos, a água nas profundezas é aquecida ao estado de vapor.

Não existe uma definição estrita do conceito de "águas termais". Em regra, significam águas subterrâneas quentes em estado líquido ou na forma de vapor, incluindo aquelas que chegam à superfície da Terra com uma temperatura superior a 20 ° C, ou seja, em regra, superior à temperatura do ar.

O calor das águas subterrâneas, vapor, misturas de água e vapor é energia hidrotérmica. Assim, a energia baseada em seu uso é chamada de hidrotermal.

A situação é mais complicada com a produção de calor diretamente de rochas secas - energia petrotérmica, especialmente porque temperaturas suficientemente altas, como regra, começam em profundidades de vários quilômetros.

No território da Rússia, o potencial da energia petrotérmica é cem vezes maior que o da energia hidrotérmica - 3.500 e 35 trilhões de toneladas de combustível padrão, respectivamente. Isso é bastante natural - o calor das profundezas da Terra está em toda parte e as águas termais são encontradas localmente. No entanto, devido a óbvias dificuldades técnicas, a maior parte das águas termais são atualmente utilizadas para gerar calor e eletricidade.

Temperaturas da água de 20-30 a 100°C são adequadas para aquecimento, temperaturas de 150°C e acima - e para a geração de eletricidade em usinas geotérmicas.

Em geral, os recursos geotérmicos no território da Rússia, em termos de toneladas de combustível de referência ou qualquer outra unidade de medida de energia, são aproximadamente 10 vezes maiores que as reservas de combustíveis fósseis.

Teoricamente, apenas a energia geotérmica poderia atender plenamente as necessidades energéticas do país. Praticamente ligado este momento na maior parte de seu território, isso não é viável por razões técnicas e econômicas.

No mundo, o uso da energia geotérmica é mais frequentemente associado à Islândia - um país localizado no extremo norte da Dorsal Meso-Atlântica, em uma zona tectônica e vulcânica extremamente ativa. Provavelmente todos se lembram poderosa erupção Vulcão Eyjafjallajokull ( Eyjafjallajokull) no ano de 2010.

É graças a essa especificidade geológica que a Islândia possui enormes reservas de energia geotérmica, incluindo fontes termais que chegam à superfície da Terra e até jorram na forma de gêiseres.

Na Islândia, mais de 60% de toda a energia consumida atualmente é retirada da Terra. Incluindo devido às fontes geotérmicas, 90% do aquecimento e 30% da geração de eletricidade são fornecidos. Acrescentamos que o restante da eletricidade do país é produzida por usinas hidrelétricas, ou seja, utilizando também uma fonte de energia renovável, graças à qual a Islândia parece uma espécie de padrão ambiental global.

A "domesticação" da energia geotérmica no século 20 ajudou a Islândia significativamente economicamente. Até meados do século passado, era um país muito pobre, agora ocupa o primeiro lugar no mundo em termos de capacidade instalada e produção de energia geotérmica per capita, e está entre os dez primeiros em termos de capacidade instalada absoluta de energia geotérmica plantas. No entanto, sua população é de apenas 300 mil pessoas, o que simplifica a tarefa de mudar para fontes limpas energia: a necessidade é geralmente pequena.

Além da Islândia, uma alta participação de energia geotérmica em balanço geral A geração de eletricidade é fornecida na Nova Zelândia e nos estados insulares do Sudeste Asiático (Filipinas e Indonésia), os países da América Central e da África Oriental, cujo território também é caracterizado por alta atividade sísmica e vulcânica. Para esses países, em seu nível atual de desenvolvimento e necessidades, a energia geotérmica contribui significativamente para o desenvolvimento socioeconômico.

O uso da energia geotérmica tem um longa historia. Um dos primeiros exemplos famosos- Itália, um lugar na província da Toscana, agora chamado Larderello, onde, no início do século XIX, as águas termais quentes locais, fluindo naturalmente ou extraídas de poços rasos, eram usadas para fins energéticos.

A água de fontes subterrâneas, rica em boro, foi usada aqui para obter ácido bórico. Inicialmente, esse ácido era obtido por evaporação em caldeiras de ferro, e a lenha comum era retirada como combustível das florestas próximas, mas em 1827 Francesco Larderel criou um sistema que funcionava com o calor das próprias águas. Ao mesmo tempo, a energia do vapor de água natural começou a ser utilizada para o funcionamento das sondas de perfuração e, no início do século XX, para o aquecimento de casas e estufas locais. No mesmo local, em Larderello, em 1904, o vapor de água termal tornou-se fonte de energia para obter eletricidade.

O exemplo da Itália no final do século XIX e início do século XX foi seguido por alguns outros países. Por exemplo, em 1892, as águas termais foram usadas pela primeira vez para aquecimento local nos Estados Unidos (Boise, Idaho), em 1919 - no Japão, em 1928 - na Islândia.

Nos Estados Unidos, a primeira usina hidrotermal apareceu na Califórnia no início da década de 1930, na Nova Zelândia - em 1958, no México - em 1959, na Rússia (o primeiro GeoPP binário do mundo) - em 1965 .

Um velho princípio em uma nova fonte

A geração de eletricidade requer uma temperatura da fonte de água mais alta do que o aquecimento, acima de 150°C. O princípio de operação de uma usina geotérmica (GeoES) é semelhante ao princípio de operação de uma usina termelétrica convencional (UTE). Na verdade, uma usina geotérmica é um tipo de usina termelétrica.

Em usinas termelétricas, como regra, carvão, gás ou óleo combustível atuam como fonte primária de energia e o vapor de água serve como fluido de trabalho. O combustível, queimando, aquece a água a um estado de vapor, que gira a turbina a vapor e gera eletricidade.

A diferença entre o GeoPP é que a fonte primária de energia aqui é o calor do interior da Terra e corpo de trabalho na forma de vapor entra nas pás da turbina do gerador elétrico de forma "pronta" diretamente do poço de produção.

Existem três esquemas principais de operação do GeoPP: direto, usando vapor seco (geotérmico); indireta, à base de água hidrotermal, e mista, ou binária.

O uso de um ou outro esquema depende do estado de agregação e da temperatura do portador de energia.

O mais simples e, portanto, o primeiro dos esquemas dominados é o direto, no qual o vapor proveniente do poço passa diretamente pela turbina. O primeiro GeoPP do mundo em Larderello em 1904 também operava a vapor seco.

GeoPP com esquema indireto empregos são os mais comuns nos dias de hoje. Eles usam água quente subterrânea, que é bombeada sob alta pressão para um evaporador, onde parte dela é evaporada, e o vapor resultante gira uma turbina. Em alguns casos, são necessários dispositivos e circuitos adicionais para purificar a água geotérmica e o vapor de compostos agressivos.

O vapor de exaustão entra no poço de injeção ou é usado para aquecimento ambiente - neste caso, o princípio é o mesmo que durante a operação de um CHP.

Nos GeoPPs binários, a água termal quente interage com outro líquido que atua como fluido de trabalho com um ponto de ebulição mais baixo. Ambos os líquidos passam por um trocador de calor, onde a água térmica evapora o líquido de trabalho, cujos vapores giram a turbina.

Este sistema é fechado, o que resolve o problema das emissões para a atmosfera. Além disso, os fluidos de trabalho com um ponto de ebulição relativamente baixo possibilitam o uso de águas termais não muito quentes como fonte primária de energia.

Todos os três esquemas usam uma fonte hidrotérmica, mas a energia petrotérmica também pode ser usada para gerar eletricidade.

O diagrama de circuito neste caso também é bastante simples. É necessário perfurar dois poços interligados - injeção e produção. A água é bombeada para o poço de injeção. Em profundidade, ele aquece e, em seguida, a água aquecida ou o vapor formado como resultado do forte aquecimento é fornecido à superfície através de um poço de produção. Além disso, tudo depende de como a energia petrotérmica é usada - para aquecimento ou para a produção de eletricidade. Um ciclo fechado é possível com o bombeamento de vapor de exaustão e água de volta ao poço de injeção ou outro método de descarte.

A desvantagem de tal sistema é óbvia: para obter uma temperatura suficientemente alta do fluido de trabalho, é necessário perfurar poços a uma grande profundidade. E este é um custo sério e o risco de perda significativa de calor quando o fluido sobe. Portanto, os sistemas petrotérmicos ainda são menos comuns do que os hidrotermais, embora o potencial da energia petrotérmica seja de ordem de magnitude maior.

Atualmente, o líder na criação dos chamados sistemas circulantes petrotérmicos (PCS) é a Austrália. Além disso, essa direção da energia geotérmica está se desenvolvendo ativamente nos EUA, Suíça, Grã-Bretanha e Japão.

Presente de Lord Kelvin

A invenção da bomba de calor em 1852 pelo físico William Thompson (também conhecido como Lord Kelvin) proporcionou à humanidade uma oportunidade real de usar o calor de baixo grau das camadas superiores do solo. O sistema de bomba de calor, ou multiplicador de calor como Thompson o chamou, é baseado em processo físico transferência de calor de meio Ambiente ao refrigerante. Na verdade, ele usa o mesmo princípio dos sistemas petrotérmicos. A diferença está na fonte de calor, em relação à qual pode surgir uma questão terminológica: até que ponto uma bomba de calor pode ser considerada um sistema geotérmico? O fato é que nas camadas superiores, a profundidades de dezenas ou centenas de metros, as rochas e os fluidos nelas contidos não aquecem. calor profundo terra, mas o sol. Assim, é o sol este caso- a fonte primária de calor, embora seja retirado, como nos sistemas geotérmicos, do solo.

O funcionamento de uma bomba de calor baseia-se no atraso no aquecimento e arrefecimento do solo em relação à atmosfera, pelo que se forma um gradiente de temperatura entre a superfície e as camadas mais profundas, que retêm calor mesmo no inverno, semelhante ao como isso acontece nos reservatórios. O principal objetivo das bombas de calor é o aquecimento do ambiente. Na verdade, é uma “geladeira ao contrário”. Tanto a bomba de calor quanto o refrigerador interagem com três componentes: o ambiente interno (no primeiro caso - uma sala aquecida, no segundo - uma câmara refrigerada), o ambiente externo - uma fonte de energia e um refrigerante (refrigerante), que é também um refrigerante que fornece transferência de calor ou frio.

Uma substância com baixo ponto de ebulição atua como um refrigerante, o que permite que ela receba calor de uma fonte que tenha uma temperatura relativamente baixa.

No refrigerador, o refrigerante líquido entra no evaporador através de um acelerador (regulador de pressão), onde, devido a uma queda acentuada na pressão, o líquido evapora. A evaporação é um processo endotérmico que requer que o calor seja absorvido do exterior. Como resultado, o calor é retirado das paredes internas do evaporador, o que proporciona um efeito de resfriamento na câmara do refrigerador. Além do evaporador, o refrigerante é sugado para dentro do compressor, onde retorna ao estado líquido de agregação. Este é o processo inverso, levando à liberação do calor extraído durante ambiente externo. Como regra, ele é jogado na sala e a parede traseira da geladeira é relativamente quente.

Uma bomba de calor funciona quase da mesma forma, com a diferença de que o calor é retirado do ambiente externo e entra pelo evaporador no ambiente interno- sistema de aquecimento da sala.

Em uma bomba de calor real, a água é aquecida, passando por um circuito externo colocado no solo ou em um reservatório, e depois entra no evaporador.

No evaporador, o calor é transferido para um circuito interno preenchido com um refrigerante de baixo ponto de ebulição, que, passando pelo evaporador, passa do estado líquido para o gasoso, recebendo calor.

Em seguida, o refrigerante gasoso entra no compressor, onde é comprimido para alta pressão e temperatura, e entra no condensador, onde ocorre a troca de calor entre o gás quente e o refrigerante do sistema de aquecimento.

O compressor necessita de energia elétrica para funcionar, porém, a relação de transformação (relação de energia consumida e produzida) em sistemas modernos é alta o suficiente para garantir sua eficiência.

Atualmente, as bombas de calor são amplamente utilizadas para aquecimento de ambientes, principalmente em países economicamente desenvolvidos.

Energia eco-correta

A energia geotérmica é considerada ecologicamente correta, o que geralmente é verdade. Em primeiro lugar, utiliza um recurso renovável e praticamente inesgotável. A energia geotérmica não requer grandes áreas, ao contrário das grandes hidrelétricas ou parques eólicos, e não polui a atmosfera, ao contrário da energia de hidrocarbonetos. Em média, o GeoPP ocupa 400 m 2 em termos de 1 GW de eletricidade gerada. O mesmo valor para uma usina termelétrica a carvão, por exemplo, é de 3600 m 2. Os benefícios ambientais dos GeoPPs também incluem baixo consumo de água - 20 litros de água doce por 1 kW, enquanto as usinas termelétricas e nucleares requerem cerca de 1.000 litros. Observe que esses são os indicadores ambientais do GeoPP "médio".

Mas ainda há efeitos colaterais negativos. Entre eles, o ruído é mais frequentemente distinguido, poluição térmica atmosfera e química - água e solo, bem como a formação de resíduos sólidos.

A principal fonte de poluição química do meio ambiente é a própria água termal (com Temperatura alta e salinidade), muitas vezes contendo grandes quantidades de compostos tóxicos e, portanto, há um problema de descarte de águas residuais e substâncias perigosas.

Os efeitos negativos da energia geotérmica podem ser rastreados em várias etapas, começando com a perfuração de poços. Aqui surgem os mesmos perigos da perfuração de qualquer poço: destruição do solo e da cobertura vegetal, poluição do solo e das águas subterrâneas.

Na fase de operação do GeoPP, os problemas de poluição ambiental persistem. Fluidos térmicos - água e vapor - normalmente contêm dióxido de carbono (CO 2), sulfeto de enxofre (H 2 S), amônia (NH 3), metano (CH 4), sal de mesa(NaCl), boro (B), arsênico (As), mercúrio (Hg). Quando liberados no meio ambiente, tornam-se fontes de poluição. Além disso, um ambiente químico agressivo pode causar danos por corrosão às estruturas GeoTPP.

Ao mesmo tempo, as emissões de poluentes nas GeoPPs são, em média, menores do que nas UTEs. Por exemplo, as emissões de dióxido de carbono por quilowatt-hora de eletricidade gerada são de até 380 g em GeoPPs, 1.042 g em usinas termelétricas a carvão, 906 g em óleo combustível e 453 g em usinas termelétricas a gás.

Surge a pergunta: o que fazer com as águas residuais? Com baixa mineralização, após o resfriamento, pode ser despejado em água da superfície. A outra maneira é bombeá-lo de volta ao aquífero através de um poço de injeção, que é a prática preferida e predominante no momento.

A extração de água termal de aquíferos (bem como o bombeamento de água comum) pode causar subsidência e movimentos do solo, outras deformações de camadas geológicas e micro-sismos. A probabilidade de tais fenômenos é geralmente baixa, embora casos individuais tenham sido registrados (por exemplo, no GeoPP em Staufen im Breisgau na Alemanha).

Deve-se enfatizar que a maioria dos GeoPPs está localizada em áreas relativamente pouco povoadas e em países do terceiro mundo, onde as exigências ambientais são menos rigorosas do que em países desenvolvidos. Além disso, no momento o número de GeoPPs e suas capacidades são relativamente pequenos. Com um maior desenvolvimento da energia geotérmica riscos ambientais pode crescer e se multiplicar.

Quanto é a energia da Terra?

Os custos de investimento para a construção de sistemas geotérmicos variam muito. ampla variedade- de 200 a 5.000 dólares por 1 kW de capacidade instalada, ou seja, as opções mais baratas são comparáveis ​​ao custo de construção de uma usina termelétrica. Dependem, em primeiro lugar, das condições de ocorrência das águas termais, da sua composição e do desenho do sistema. Perfuração profunda, criação Sistema fechado com dois poços, a necessidade de tratamento de água pode multiplicar o custo muitas vezes.

Por exemplo, os investimentos na criação de um sistema de circulação petrotérmica (PTS) são estimados em 1,6-4 mil dólares por 1 kW de capacidade instalada, o que supera os custos de construção Usina nuclear e comparável ao custo de construção de usinas de energia eólica e solar.

A vantagem econômica óbvia do GeoTPP é um transportador de energia gratuito. Para efeito de comparação, na estrutura de custos de uma usina termelétrica ou usina nuclear em operação, o combustível representa 50–80% ou até mais, dependendo dos preços atuais da energia. Daí, outra vantagem do sistema geotérmico: os custos operacionais são mais estáveis ​​e previsíveis, pois não dependem da conjuntura externa dos preços da energia. Em geral, os custos operacionais do GeoTPP são estimados em 2–10 centavos (60 copeques–3 rublos) por 1 kWh de capacidade gerada.

O segundo maior (e muito significativo) item de despesa depois do transportador de energia é, em regra, remuneração pessoal da fábrica, que pode variar drasticamente entre países e regiões.

Em média, o custo de 1 kWh de energia geotérmica é comparável ao de usinas termelétricas (em condições russas - cerca de 1 rublo / 1 kWh) e dez vezes maior que o custo de geração de eletricidade em usinas hidrelétricas (5 a 10 copeques / 1 kWh).

Parte do motivo do alto custo é que, diferentemente das usinas termelétricas e hidráulicas, o GeoTPP tem uma capacidade relativamente pequena. Além disso, é necessário comparar sistemas localizados na mesma região e em condições semelhantes. Assim, por exemplo, em Kamchatka, de acordo com especialistas, 1 kWh de eletricidade geotérmica custa 2-3 vezes mais barato que a eletricidade produzida em usinas térmicas locais.

Indicadores eficiência econômica O funcionamento de um sistema geotérmico depende, por exemplo, da necessidade de disposição das águas residuais e de que formas isso é feito, se o uso combinado do recurso é possível. Então, elementos químicos e compostos extraídos da água termal podem dar renda adicional. Lembre-se do exemplo de Larderello: era a produção química que era primária ali, e o uso da energia geotérmica era inicialmente de natureza auxiliar.

Energia geotérmica para a frente

A energia geotérmica está se desenvolvendo de maneira um pouco diferente da eólica e solar. Atualmente, depende muito da natureza do próprio recurso, que difere muito por região, e as maiores concentrações estão ligadas a estreitas zonas de anomalias geotérmicas, geralmente associadas a áreas de falhas tectônicas e vulcanismo.

Além disso, a energia geotérmica é tecnologicamente menos abrangente em comparação com a eólica e ainda mais com a energia solar: os sistemas de estações geotérmicas são bastante simples.

Na estrutura geral da produção mundial de eletricidade, o componente geotérmico representa menos de 1%, mas em algumas regiões e países sua participação chega a 25-30%. Por associação com condições geológicas uma parte significativa das capacidades de energia geotérmica está concentrada em países do terceiro mundo, onde se destacam três clusters de maior desenvolvimento da indústria - as ilhas do Sudeste Asiático, América Central e África Oriental. As duas primeiras regiões fazem parte do "Cinturão de Fogo da Terra" do Pacífico, a terceira está ligada ao Rift da África Oriental. Com a maior probabilidade, a energia geotérmica continuará a se desenvolver nesses cinturões. Uma perspectiva mais distante é o desenvolvimento da energia petrotérmica, usando o calor das camadas da Terra situadas a vários quilômetros de profundidade. Este é um recurso quase onipresente, mas sua extração exige altos custos, de modo que a energia petrotérmica está se desenvolvendo principalmente nos países mais poderosos econômica e tecnologicamente.

Em geral, dada a ubiquidade dos recursos geotérmicos e um nível aceitável segurança ambiental, há razões para acreditar que a energia geotérmica tem boas perspectivas de desenvolvimento. Especialmente com a crescente ameaça de escassez de transportadores de energia tradicionais e aumento de preços para eles.

De Kamchatka ao Cáucaso

Na Rússia, o desenvolvimento da energia geotérmica tem uma história bastante longa e, em várias posições, estamos entre os líderes mundiais, embora a participação da energia geotérmica no balanço energético geral de um país enorme ainda seja insignificante.

Os pioneiros e centros para o desenvolvimento de energia geotérmica na Rússia foram duas regiões - Kamchatka e o norte do Cáucaso, e se no primeiro caso estamos falando principalmente sobre a indústria de energia elétrica, no segundo - sobre o uso de energia térmica de Água termal.

No norte do Cáucaso - no território de Krasnodar, Chechênia, Daguestão - o calor das águas termais para fins energéticos era usado mesmo antes da Grande Guerra Patriótica. Nos anos 1980-1990, o desenvolvimento da energia geotérmica na região, por razões óbvias, estagnou e ainda não se recuperou do estado de estagnação. No entanto, o abastecimento de água geotérmica no norte do Cáucaso fornece calor para cerca de 500 mil pessoas e, por exemplo, a cidade de Labinsk, no território de Krasnodar, com uma população de 60 mil pessoas, é completamente aquecida pelas águas geotérmicas.

Em Kamchatka, a história da energia geotérmica está associada principalmente à construção do GeoPP. O primeiro deles, ainda operando as estações Pauzhetskaya e Paratunskaya, foi construído em 1965-1967, enquanto o Paratunskaya GeoPP com capacidade de 600 kW tornou-se a primeira estação do mundo com um ciclo binário. Foi o desenvolvimento dos cientistas soviéticos S. S. Kutateladze e A. M. Rosenfeld do Instituto de Física Térmica do Ramo Siberiano da Academia Russa de Ciências, que receberam em 1965 um certificado de direitos autorais para extrair eletricidade da água com temperatura de 70 ° C. Essa tecnologia posteriormente se tornou o protótipo para mais de 400 GeoPPs binários no mundo.

A capacidade do GeoPP Pauzhetskaya, comissionado em 1966, era inicialmente de 5 MW e posteriormente aumentada para 12 MW. Atualmente, a estação está em construção de um bloco binário, que aumentará sua capacidade em mais 2,5 MW.

O desenvolvimento da energia geotérmica na URSS e na Rússia foi dificultado pela disponibilidade de fontes de energia tradicionais - petróleo, gás, carvão, mas nunca parou. As maiores instalações de energia geotérmica no momento são o Verkhne-Mutnovskaya GeoPP com uma capacidade total de 12 MW unidades de energia, comissionadas em 1999, e o Mutnovskaya GeoPP com uma capacidade de 50 MW (2002).

Mutnovskaya e Verkhne-Mutnovskaya GeoPP são objetos únicos não apenas para a Rússia, mas também em escala global. As estações estão localizadas no sopé do vulcão Mutnovsky, a uma altitude de 800 metros acima do nível do mar, e operam em condições extremas. condições climáticas, onde o inverno é de 9 a 10 meses por ano. Os equipamentos dos GeoPPs Mutnovsky, atualmente um dos mais modernos do mundo, foram totalmente criados em empresas nacionais de engenharia de energia.

Atualmente, a participação das estações Mutnovsky na estrutura geral do consumo de energia do hub de energia Central Kamchatka é de 40%. Está previsto um aumento da capacidade nos próximos anos.

Separadamente, deve ser dito sobre os desenvolvimentos petrotérmicos russos. Ainda não temos grandes PDS, no entanto, existem tecnologias avançadas para perfuração a grandes profundidades (cerca de 10 km), que também não possuem análogos no mundo. Seu desenvolvimento posterior permitirá reduzir drasticamente os custos de criação de sistemas petrotérmicos. Os desenvolvedores dessas tecnologias e projetos são N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Instituto Geológico da Academia Russa de Ciências), A. S. Nekrasov (Instituto de Previsão Econômica da Academia Russa de Ciências) e especialistas da Usina de Turbinas Kaluga. Atualmente, o projeto do sistema de circulação petrotérmica na Rússia está em fase piloto.

Há perspectivas para a energia geotérmica na Rússia, embora sejam relativamente distantes: no momento, o potencial é bastante grande e a posição da energia tradicional é forte. Ao mesmo tempo, em várias regiões remotas do país, o uso de energia geotérmica é economicamente lucrativo e está em demanda até agora. São territórios com alto potencial geoenergético (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - parte russa o Pacífico “Cinturão de Fogo da Terra”, as montanhas do sul da Sibéria e do Cáucaso) e ao mesmo tempo remoto e cortado do fornecimento centralizado de energia.

É provável que nas próximas décadas a energia geotérmica em nosso país se desenvolva justamente nessas regiões.

"Não sabemos exatamente quando surgiu o magnetismo terrestre, mas pode ter acontecido logo após a formação do manto e do núcleo externo. Para acionar o geodínamo, é necessário um campo de sementes externo, e não necessariamente poderoso. Isso papel, por exemplo, poderia ser tomado pelo campo magnético do Sol, ou campo de correntes geradas no núcleo devido ao efeito termoelétrico. presença de tal campo e rotunda correntes líquidas condutoras, o lançamento de um dínamo intraplanetário torna-se simplesmente inevitável"

David Stevenson, professor do California Psychological Institute - o maior especialista em magnetismo planetário

A Terra é um enorme gerador de inesgotáveis energia elétrica

De volta ao século XVI médico inglês e físico William Gilbert sugeriu que o globo é um ímã gigante, e o famoso cientista francês André Marie Ampère (1775-1836), cujo nome é dado à quantidade física que determina a força da corrente elétrica, argumentou que nosso Planeta é um enorme um dínamo que gera eletricidade. Ao mesmo tempo, o campo magnético da Terra é um derivado dessa corrente, que flui ao redor da Terra de oeste para leste, e por isso o campo magnético da Terra é direcionado de sul para norte. Já no início do século 20, após um número significativo de experimentos práticos realizados pelo famoso cientista e experimentador Nikola Tesla, as suposições de W. Hilbert e A. Ampère foram confirmadas. Falaremos sobre alguns dos experimentos de N. Tesla e seus resultados práticos mais adiante, diretamente neste artigo.

Dados interessantes sobre as enormes correntes elétricas que fluem nas profundezas águas do oceano, relatou a partir de sua obra "Go around the hollows" (revista "Inventor and rationalizer" nº 11. 1980), candidato a ciências técnicas, autor de trabalhos científicos nas áreas de engenharia mecânica, acústica, física de metais, tecnologia de equipamentos de rádio, autor de mais de 40 invenções - Alftan Erminingelt Alexeyevich. Surge uma pergunta natural: "O que é esse dínamo natural e é possível usar a energia inesgotável desse gerador corrente elétrica no interesse do homem?" O objetivo deste artigo é encontrar respostas para esta e outras questões relacionadas a este tema.

Seção 1 Qual é a causa raiz da corrente elétrica dentro da Terra? Quais são os potenciais dos campos elétricos e magnéticos acima da superfície da Terra, devido ao fluxo de corrente elétrica dentro do nosso Planeta?

A estrutura interna da Terra, suas entranhas e a crosta terrestre se formaram ao longo de bilhões de anos. Sob a influência de seu próprio campo gravitacional, seu interior foi aquecido, e isso levou à diferenciação da estrutura interna do interior da Terra e de sua casca - a crosta terrestre em termos de estado agregado, composição química e propriedades físicas, como resultado do qual as entranhas da Terra e seu espaço próximo à Terra adquiriram a seguinte estrutura:

O núcleo da Terra, localizado no centro da esfera terrestre interna;
- Manto;
- Crosta terrestre;
- Hidrosfera;
- Atmosfera;
- Magnetosfera

A crosta terrestre, o manto e o interior do núcleo da Terra são compostos de matéria sólida. A parte externa do núcleo da Terra consiste principalmente de uma massa fundida de ferro, com a adição de níquel, silício e uma pequena quantidade de outros elementos. O principal tipo de crosta terrestre é continental e oceânica; na zona de transição do continente para o oceano, desenvolve-se uma crosta intermediária.

O núcleo da Terra é a geosfera central e mais profunda do Planeta. O raio médio do núcleo é de cerca de 3,5 mil quilômetros. O próprio núcleo consiste em uma parte externa e interna (sub-kernel). A temperatura no centro do núcleo atinge cerca de 5.000 graus Celsius, a densidade é de cerca de 12,5 toneladas/m2 e a pressão é de até 361 GPa. NO últimos anos novas informações adicionais sobre o núcleo da Terra apareceram. Como foi estabelecido pelos cientistas Paul Richards (Observatório da Terra de Limonte-Doherty) e Xiaodong Song (Universidade de Illinois), o núcleo de ferro fundido do Planeta, quando gira em torno do eixo da Terra, ultrapassa a rotação do resto do globo em 0,25 -0,5 graus por ano. O diâmetro da parte sólida, interna do núcleo (subnúcleo) foi determinado. São 2.414 mil quilômetros (revista "Descobertas e Hipóteses", novembro. 2005. Kyiv).

Atualmente, está sendo apresentada a seguinte hipótese principal, que explica a ocorrência de uma corrente elétrica dentro da camada externa derretida do núcleo da Terra. A essência dessa hipótese é a seguinte: a rotação da Terra em torno de seu eixo leva ao surgimento de turbulência na camada externa derretida do núcleo, que, por sua vez, leva ao surgimento de uma corrente elétrica que flui dentro do núcleo fundido. ferro. Eu acho que, como hipótese, podemos fazer a seguinte suposição. Uma vez que a parte externa e fundida da casca do núcleo da Terra está em constante movimento tanto em relação ao seu subnúcleo quanto em relação à parte externa - o Manto da Terra, e esse processo ocorre ao longo de um período muito período longo tempo, houve uma eletrólise da parte derretida, externa do núcleo da Terra. Como resultado do processo de eletrólise, surgiu um movimento direcionado de elétrons livres, que estão presentes em grande quantidade na massa fundida de ferro, como resultado do qual uma enorme corrente elétrica foi formada no circuito fechado do núcleo externo , aparentemente seu valor pode ser estimado em não menos que centenas de milhões de amperes e acima. Inversão de marcha linhas de força corrente elétrica, as linhas de campo magnético foram formadas, deslocadas em relação às linhas de força da corrente elétrica em 90 graus. Tendo passado pela enorme espessura da Terra, a força dos campos elétricos e magnéticos diminuiu significativamente. E se falarmos especificamente sobre a intensidade das linhas de força do campo magnético da Terra, então em seus pólos magnéticos a força do campo magnético da Terra é de 0,63 gauss.

Além das hipóteses acima, espero que seja apropriado citar os resultados de pesquisas de cientistas franceses, conforme descrito no artigo "O Núcleo da Terra" do autor Leonid Popov. O texto completo do artigo está publicado na Internet e darei apenas uma pequena parte do texto especificado.

"Um grupo de pesquisadores das universidades de Joseph, Fourier e Lyon argumentam que o núcleo interno da Terra está constantemente se cristalizando no oeste e derretendo no leste. uma taxa de 1,5 cm por ano. A idade do interior corpo sólido o núcleo é estimado em 2-4 bilhões de anos, enquanto a Terra tem 4,5 bilhões de anos.

Tais processos poderosos de solidificação e fusão obviamente não podem deixar de afetar os fluxos convectivos no núcleo externo. Isso significa que eles afetam tanto o dínamo planetário quanto o campo magnético da Terra e o comportamento do manto e o movimento dos continentes.

Não é esta a chave para a discrepância entre a velocidade de rotação do núcleo e o resto do planeta e a maneira de explicar o deslocamento acelerado dos pólos magnéticos?" (Internet, tópico do artigo "O núcleo da Terra está constantemente digerindo a si mesmo." Autor Leonid Popov. 9 de agosto de 2010)

De acordo com as equações de James Maxwell (1831-1879), as linhas de força da corrente elétrica são formadas ao redor das linhas do campo magnético, coincidindo em sua direção com a direção do movimento da corrente dentro do núcleo fundido externo do Planeta. Consequentemente, tanto dentro do "corpo" da Terra quanto ao redor da superfície próxima à Terra, deve haver linhas de campo elétrico, e quanto mais distante o campo elétrico (assim como o campo magnético) estiver do núcleo da Terra, menor será a intensidade de suas linhas de força. Então, na verdade, deveria ser, e há uma confirmação real dessa suposição.

Vamos abrir o "Manual de Física" do autor A.S. Enokovich (Moscou. Prosveshchenie Publishing House, 1990) e consulte os dados fornecidos na Tabela 335 "Parâmetros Físicos da Terra". Leitura:
- Intensidade do campo elétrico
diretamente na superfície da Terra - 130 volts / m;
- A uma altura de 0,5 km na superfície da Terra - 50 volts / m;
- A uma altura de 3 km acima da superfície da Terra - 30 volts/m;
- A uma altura de 12 km acima da superfície da Terra - 2,5 volts/m;

Aqui está o valor carga elétrica Terra - 57-10 no pingente de quarto grau.

Lembre-se de que uma unidade de eletricidade de 1 coulomb é igual à quantidade de eletricidade que passa por secção transversal a uma corrente de 1 ampere por um tempo de 1 seg.

Praticamente em todas as fontes que carregam informações sobre os campos magnéticos e elétricos da Terra, nota-se que são de natureza pulsante.

Seção 2. Razões para a ocorrência de pulsações dos campos de força magnética e elétrica do Planeta.

Sabe-se que a intensidade do campo magnético da Terra não é constante e aumenta com a latitude. A intensidade máxima das linhas de força do campo magnético da Terra é observada em seus pólos, o mínimo - no equador do Planeta. Não permanece constante durante o dia em todas as latitudes da Terra. As pulsações diárias do campo magnético são causadas por várias razões: Mudanças cíclicas na atividade solar; movimento orbital da Terra em torno do Sol; rotação diária da Terra em torno de seu próprio eixo; a influência na massa fundida do núcleo externo da Terra das forças da gravidade (forças gravitacionais) de outros planetas do sistema solar. É bastante claro que as pulsações da intensidade das linhas de força do campo magnético, por sua vez, causam pulsações do campo elétrico do Planeta. Nossa Terra, durante a rotação orbital em torno do Sol, em uma órbita quase circular, ou se aproxima a distâncias mínimas de outros planetas do sistema solar que orbitam o Sol em suas órbitas, depois se afasta deles em distâncias máximas. Vamos considerar especificamente como as distâncias mínimas e máximas entre a Terra e outros planetas mudam. sistema solar, à medida que se movem em suas órbitas ao redor do Sol:

A distância mínima entre a Terra e Mercúrio é 82x10 elevado à 9ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 217x10 ao 9º grau m;
- A distância mínima entre a Terra e Vênus é de 38x10 elevado à 9ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 261x10 ao 9º grau m;
- A distância mínima entre a Terra e Marte é de 56x10 elevado à 9ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 400x10 ao 9º grau m;
- A distância mínima entre a Terra e Júpiter é de 588x10 elevado à 9ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 967x10 ao 9º grau m;
- A distância mínima entre a Terra e Saturno é 1199x10 elevado à 9ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 1650x10 ao 9º grau m;
- A distância mínima entre a Terra e Urano é 2568x10 elevado à 9ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 3153x10 ao 9º grau m;
- A distância mínima entre a Terra e Netuno é 4309x10 elevado à 9ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 4682x10 ao 9º grau m;
- A distância mínima entre a Terra e a Lua é de 3,56x10 elevado à 8ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 4,07x10 ao 8º grau m;
- A distância mínima entre a Terra e o Sol é de 1,47x10 elevado à 11ª potência de m;
-A distância máxima entre eles é de 1,5x10 ao 11º grau m;

Usando fórmula conhecida Newton e substituindo nele dados sobre as distâncias máximas e mínimas entre os planetas do sistema solar e a Terra, dados sobre as distâncias mínimas e máximas entre a Terra e a Lua, a Terra e o Sol, bem como dados de referência sobre o massas dos planetas do sistema solar, a Lua e o Sol e dados sobre a magnitude da constante gravitacional, determinamos o mínimo e valores máximos forças gravitacionais (forças gravitacionais) atuando em nosso Planeta e, consequentemente, em seu núcleo fundido, com movimento orbital Terra ao redor do Sol e durante o movimento orbital da Lua ao redor da Terra:

A magnitude da força gravitacional entre Mercúrio e a Terra, correspondente à distância mínima entre eles - 1,77x10 elevado à 15ª potência do kg;
- Adequado distância máxima entre eles - 2,5x10 ao 14º grau kg;
- A magnitude da força gravitacional entre Vênus e a Terra, correspondente à distância mínima entre eles - 1,35x10 ao 17º grau de kg;
- Correspondente à distância máxima entre eles -2,86x10 ao 15º grau kg;
- A magnitude da força gravitacional entre Marte e a Terra, correspondente à distância mínima entre eles - 8,5x10 elevado à 15ª potência de kg;
- Correspondente à distância máxima entre eles - 1,66x10 ao 14º grau de kg;
- A magnitude da força gravitacional entre Júpiter e a Terra, correspondente à distância mínima entre eles - 2,23x10 elevado à 17ª potência de kg;
- Correspondente à distância máxima entre eles - 8,25x10 ao 16º grau de kg; - A magnitude da força gravitacional entre Saturno e a Terra, correspondente à distância mínima entre eles - 1,6x10 elevado à 16ª potência de kg;
- Correspondente à distância máxima entre eles - 8,48x10 ao 15º grau de kg;
- A magnitude da força gravitacional entre Urano e a Terra, correspondente à distância mínima entre eles - 5,31x10 ao 14º grau de kg;
- Correspondente à distância máxima entre eles - 3,56x10 ao 16º grau de kg;
- A magnitude da força gravitacional entre Netuno e a Terra, correspondente à distância mínima entre eles - 2,27x10 ao 14º grau de kg;
- Correspondente à distância máxima entre eles - 1,92x10 ao 14º grau de kg;
- A magnitude da força gravitacional entre a Lua e a Terra, correspondente à distância mínima entre elas - 2,31x10 ao 19º grau de kg;
- Correspondente à distância máxima entre eles - 1,77x10 ao 19º grau de kg;
- A magnitude da força gravitacional entre o Sol e a Terra, correspondente à distância mínima entre eles - 3,69x10 ao 21º grau de kg;
- Correspondente à distância máxima entre eles - 3,44x10 ao 21º grau kg;

Pode-se ver que enormes magnitudes de forças gravitacionais atuam no núcleo externo e derretido da Terra. Pode-se imaginar como essas forças perturbadoras, agindo simultaneamente com lados diferentes sobre essa massa fundida de ferro, faz com que ela encolha ou aumente sua seção transversal e, como resultado, cause pulsações nas forças dos campos elétrico e magnético do Planeta. Essas pulsações são de natureza periódica, seu espectro de frequência está no infrassônico e muito baixas frequências.

Além disso, o processo de formação de pulsações de campos elétricos e magnéticos é influenciado, embora em menor grau, pela rotação diária da Terra em torno de seu próprio eixo. De fato, as forças gravitacionais dos planetas, a Lua, o Sol, que estão neste período específico do dia do lado superfície frontal Terra, têm um efeito um pouco mais perturbador na massa fundida do núcleo do planeta do que no mesmo período de tempo diário na parte de trás da massa do núcleo. Ao mesmo tempo, a parte do núcleo voltada para o Sol (Lua, planeta) é estendida em direção ao objeto da influência perturbadora, e o lado de trás (reverso) da massa fundida de ferro, ao mesmo tempo, é comprimido em direção ao subnúcleo sólido central da Terra, reduzindo sua seção transversal.

Seção 3 O campo elétrico da Terra pode ser usado para fins práticos?

Antes de obtermos uma resposta a esta pergunta, vamos tentar realizar um experimento virtual mental, cuja essência é a seguinte. Vamos colocá-lo a uma altitude de 0,5 km. da superfície da Terra (mentalmente, é claro) um eletrodo de metal, cujo papel será desempenhado por uma placa de metal plana com uma área de 1x1 m2. Vamos orientar esta placa em relação às linhas de força do campo elétrico da Terra de tal forma que elas penetrem em sua superfície, ou seja, a superfície desta placa deve ser colocada perpendicularmente às linhas de força do campo elétrico direcionado de oeste para leste . O segundo, exatamente o mesmo eletrodo, colocaremos da mesma forma diretamente na superfície da Terra. Vamos medir a diferença de potencial elétrico entre esses eletrodos. De acordo com os dados fornecidos acima do Handbook of Physics, este potencial elétrico medido deve ser 130v-50v=80 volts.

Vamos continuar o experimento mental, mudando ligeiramente as condições iniciais. Instalaremos um eletrodo de metal, localizado diretamente na superfície da Terra, em sua superfície e o aterraremos cuidadosamente. Vamos abaixar o segundo eletrodo de metal no eixo a uma profundidade de 0,5 km e, como no caso anterior, orientá-lo em relação às linhas de força do campo elétrico da Terra. Vamos novamente medir a magnitude do potencial elétrico entre esses eletrodos. Devemos ver uma diferença significativa nas magnitudes dos potenciais medidos do campo elétrico da Terra. E quanto mais fundo, dentro da Terra, baixarmos o segundo eletrodo, maiores serão os valores das diferenças de potencial medidas do campo elétrico do Planeta. E se pudéssemos medir a diferença de potenciais elétricos entre o núcleo líquido externo da Terra e sua superfície, então, aparentemente, essas diferenças de potencial, tanto em tensão quanto em potência, deveriam ser suficientes para atender às necessidades de eletricidade de toda a população de Nosso planeta.

Mas tudo o que falamos, infelizmente, ainda está sendo considerado no campo dos experimentos virtuais de pensamento. E agora vamos nos voltar para os resultados de experimentos práticos que foram realizados no início do século 20 por Nikola Tesla e publicados em seus trabalhos.

Em seu laboratório em Colorado Springs (EUA), construído na região de Wardenclyffe, N. Tesla organizou experimentos que possibilitaram transmitir informações através da espessura da Terra até o lado oposto. Como base para a implementação bem-sucedida do experimento planejado, N. Tesla propôs usar o potencial elétrico do Planeta, pois estava convencido um pouco antes de que a Terra estava eletricamente carregada.

Para realizar os experimentos planejados, de acordo com suas propostas, foram construídas antenas-torre, de até 60 metros de altura, com um hemisfério de cobre em seus topos. Esses hemisférios de cobre desempenharam o papel do mesmo eletrodo de metal, sobre o qual falamos acima. As fundações das torres construídas foram enterradas a uma profundidade de 40 metros, onde a superfície enterrada da terra desempenhou o papel de um segundo eletrodo. O resultado dos experimentos que N. Tesla descreveu em seu artigo publicado "Transmissão sem fio de energia elétrica" ​​(5 de março de 1904). Ele escreveu: "É possível não apenas enviar mensagens de telégrafo sem fios, mas também transmitir modulações fracas da voz humana em todo o globo e, além disso, transmitir energia em quantidades ilimitadas a qualquer distância e sem perdas".

E ainda, no mesmo artigo: "Em meados de junho, enquanto preparava mais um trabalho, montei um de meus transformadores abaixadores com o objetivo de determinar de forma inovadora, experimentalmente, o potencial elétrico do globo e estudando suas flutuações periódicas e aleatórias. Isso fazia parte O dispositivo altamente sensível e acionado automaticamente que controlava o gravador estava conectado ao circuito secundário enquanto o circuito primário estava conectado à superfície da Terra... Descobriu-se que a Terra, literalmente desta palavra, vive por vibrações elétricas.

Evidências convincentes de que a Terra é de fato um enorme gerador natural de energia elétrica inesgotável e esta energia é de natureza pulsante e harmoniosa. Em alguns dos poucos artigos sobre o tema em consideração, sugere-se que terremotos, explosões em minas e em plataformas offshore produtoras de petróleo sejam todos resultados da manifestação da eletricidade terrestre.

Em nosso planeta, um número significativo de ocos formações naturais, saindo profundamente da Terra, também há um número significativo de minas profundas onde podem ser realizadas pesquisas práticas para determinar as possibilidades de uso da energia elétrica gerada pelo gerador natural do nosso Planeta. Só podemos esperar que tais estudos sejam realizados algum dia.

Seção 4. O que acontece com o campo elétrico da Terra quando um raio linear descarrega em sua superfície?

Os resultados das experiências realizadas por N. Tesla provam de forma convincente que o nosso Planeta é um gerador natural de energia elétrica inesgotável. Além disso, o potencial máximo dessa energia está contido na casca de metal fundido do núcleo externo do Planeta e diminui à medida que se aproxima de sua superfície e além da superfície da Terra. Os resultados dos experimentos conduzidos por N.Tesla também provam de forma convincente que os campos elétricos e magnéticos da Terra são de natureza pulsante periódica, e o espectro de frequências de pulsação situa-se na faixa de frequências infrassônicas e muito baixas. E isso significa o seguinte - agindo no campo elétrico pulsante da Terra com a ajuda de uma fonte externa de oscilações harmônicas, próximas ou iguais em frequência às pulsações naturais do campo elétrico da Terra, é possível alcançar o fenômeno de sua ressonância. N. Tesla escreveu: "Ao reduzir as ondas elétricas a uma quantidade insignificante e alcançar condições necessárias ressonância, o circuito (discutido acima) funcionará como um enorme pêndulo, armazenando indefinidamente a energia dos pulsos excitantes originais, e as consequências de expor a Terra e sua atmosfera condutora a oscilações harmônicas uniformes de radiação, que, como testes em condições reais mostram, podem se desenvolver a tal ponto que superarão os alcançados por manifestações naturais de eletricidade estática "(Artigo" Transmissão sem fio de energia elétrica "6 de março de 1904).

E qual é a ressonância das vibrações? "A ressonância é um aumento acentuado na amplitude do estado estacionário vibrações forçadas quando a frequência da influência harmônica externa se aproxima da frequência de uma das oscilações naturais do sistema "(Soviet Encyclopedic Dictionary, ed. "Soviet Encyclopedia". Moscou. 1983)

Nikola Tesla, em seus experimentos, usou descargas lineares naturais e artificiais, que ele e seus assistentes criaram experimentalmente em seu laboratório, como fonte de influência externa para alcançar condições de ressonância dentro da Terra.
O que é um raio linear e como ele pode ser usado como fonte externa oscilações harmônicas capazes de criar uma ressonância de oscilações dentro da Terra?

Vamos abrir o "Manual de Física", tabela 240. Parâmetros físicos do relâmpago:
- duração (média) de um relâmpago de descarga atmosférica, C - 0,2 seg.
(Nota: O relâmpago é percebido pelo olho como um único flash, na realidade é uma descarga intermitente, consistindo em descargas-pulsos separados, cujo número é 2-3, mas pode chegar a 50).
- diâmetro (média) do canal do raio, cm - 16.
- intensidade da corrente do raio (valor típico), A - 2x10 ao 4º grau.
- comprimento médio relâmpago (entre a nuvem e a Terra), km - 2 - 3.
- diferença de potencial em caso de relâmpago, V - até 4x10 ao 9º grau.
- número descargas de raios acima da Terra em 1 segundo - cerca de 100.
Assim, o raio é um impulso elétrico de grande potência e curta duração. Especialistas que trabalham no campo da tecnologia de pulso podem confirmar o seguinte fato - quanto menor a duração do pulso (quanto mais curto o pulso), mais rico o espectro de frequências de oscilações elétricas harmônicas que formam esse pulso. Portanto, o relâmpago, que é um impulso de energia elétrica de curto prazo, inclui uma série de oscilações elétricas harmônicas que se encontram em uma ampla faixa de frequência, incluindo frequências infra-baixas e muito baixas. Nesse caso, a potência máxima de pulso é distribuída precisamente na região exatamente dessas frequências. E este fato significa que as oscilações harmônicas que ocorrem quando um relâmpago linear descarrega na superfície da Terra pode fornecer uma ressonância ao interagir com suas próprias oscilações periódicas (pulsações) do campo elétrico da Terra. No artigo “Controlled Lightning” datado de 8 de março de 1904, N. Tesla escreveu: “A descoberta das ondas estacionárias terrestres mostra que apesar de seu enorme tamanho (significando o tamanho da Terra), todo o planeta pode ser submetido a vibrações ressonantes como um pequeno diapasão, que as vibrações elétricas, dadas de acordo com suas características físicas e dimensões, passam por ele sem impedimentos. Sabe-se que em seus experimentos, para alcançar o fenômeno da ressonância, N. Tesla e seus assistentes criaram raios lineares artificiais (descargas de faísca) com pouco mais de 3 metros de comprimento e duração muito curta) e um potencial elétrico de mais de cinquenta milhões de volts.

E aqui surge uma pergunta muito interessante: "O meteorito de Tunguska não é uma consequência do efeito ressonante dos raios lineares naturais no campo elétrico da Terra?" A questão da influência dos raios lineares artificiais criados no laboratório de N. Tesla no aparecimento do meteorito de Tunguska não é considerada aqui, pois durante o tempo associado aos eventos do meteorito de Tunguska, o laboratório de N. Tesla não era mais trabalhando.

Aqui está como eles descrevem os eventos associados aos chamados meteorito de Tunguska testemunhas deste acontecimento. Em 17 (30) de junho de 1908, por volta das 7 horas da manhã, uma enorme bola de fogo varreu o território da bacia do rio Yenisei. Seu vôo terminou grande força uma explosão que ocorreu a uma altitude de 7 a 10 km da superfície da Terra. O poder da explosão, como os especialistas determinaram mais tarde, correspondia aproximadamente ao poder de uma explosão de uma bomba de hidrogênio de 10 a 40 megatons de TNT equivalente.

Prestemos atenção especial ao fato de que este evento ocorreu no período de verão, ou seja, durante a formação de frequentes trovoadas de verão, acompanhadas de descargas de raios. E sabemos que foram as descargas de raios lineares na superfície da Terra que poderiam causar fenômenos ressonantes dentro do globo, o que, por sua vez, poderia contribuir para a formação de relâmpagos esféricos de enorme potência elétrica. Como confirmação da versão expressa, e não só por mim, voltemos ao "Dicionário Enciclopédico": "relâmpago esférico é um esferóide luminoso com um diâmetro de 10 cm ou mais, geralmente formado após um relâmpago linear e consistindo, aparentemente , de plasma fora do equilíbrio." Mas isso não é tudo. Passemos ao artigo de N. Tesla "Conversa com o Planeta" datado de 9 de fevereiro de 1901. Aqui está um trecho deste artigo: "Já demonstrei através de testes decisivos a viabilidade prática de transmitir um sinal usando meu sistema de um ponto a outro do globo, não importa a distância, e em breve converterei os não crentes Tenho todas as razões para me congratular pelo fato de que no decorrer dessas experiências, muitas das quais extremamente sutis e arriscadas, nem eu nem meus assistentes sofremos nenhum dano. fenômenos incomuns. Devido a alguma interferência de oscilações, bolas de fogo reais poderiam saltar a grandes distâncias, e se alguém estivesse em seu caminho ou próximo, ele seria destruído instantaneamente.

Como podemos ver, ainda é muito cedo para descartar a possibilidade da participação de raios esféricos nos eventos descritos acima associados ao meteorito de Tunguska. Frequentes tempestades de verão nesta época do ano, relâmpagos lineares podem causar raios esféricos, e podem ocorrer muito além da bacia do rio Yenisei e, em seguida, "viajar" em grande velocidade ao longo das linhas de força do campo elétrico da Terra, acabar naquela área onde os eventos acima ocorreram.

Conclusão
Natural recursos energéticos Os planetas estão encolhendo inexoravelmente. Existem pesquisas ativas fontes alternativas energia, permitindo vir substituir os que desaparecem. Parece que é chegado o momento de aprofundar, teórica e praticamente, a investigação sobre a possibilidade de utilização do potencial eléctrico de um gerador natural de energia eléctrica no interesse do Homem. E se for confirmado que tal possibilidade existe e, ao mesmo tempo, o gerador da terra, como resultado do uso de sua energia, não será prejudicado, é bem possível que o campo elétrico dos planetas sirva às pessoas como uma das fontes alternativas de energia.

Kleschevich V.A. Setembro-novembro de 2011 (Kharkov)

Os continentes ao mesmo tempo foram formados a partir de maciços da crosta terrestre, que, em um grau ou outro, se projeta acima do nível da água na forma de terra. Esses blocos da crosta terrestre estão dividindo, movendo e esmagando partes deles por mais de um milhão de anos para aparecer na forma que conhecemos agora.

Hoje vamos considerar a maior e a menor espessura da crosta terrestre e as características de sua estrutura.

Um pouco sobre o nosso planeta

No início da formação do nosso planeta, vários vulcões estavam ativos aqui, havia constantes colisões com cometas. Somente depois que o bombardeio parou, a superfície quente do planeta congelou.
Ou seja, os cientistas têm certeza de que inicialmente nosso planeta era um deserto estéril, sem água e vegetação. De onde veio tanta água ainda é um mistério. Mas não faz muito tempo, grandes reservas de água foram descobertas no subsolo, talvez tenham sido elas que se tornaram a base de nossos oceanos.

Infelizmente, todas as hipóteses sobre a origem do nosso planeta e sua composição são mais suposições do que fatos. De acordo com as declarações de A. Wegener, inicialmente a Terra estava coberta por uma fina camada de granito, que na era paleozóica se transformou na Pangeia continental. Na era mesozóica, a Pangea começou a se dividir em partes, os continentes formados gradualmente se afastaram um do outro. oceano Pacífico, afirma Wegener, é o remanescente do oceano primário, sendo o Atlântico e o Índico considerados secundários.

crosta terrestre

A composição da crosta terrestre é praticamente semelhante à composição dos planetas do nosso sistema solar - Vênus, Marte, etc. Afinal, as mesmas substâncias serviram de base para todos os planetas do sistema solar. E recentemente, os cientistas têm certeza de que a colisão da Terra com outro planeta, chamado Thea, causou a fusão de dois corpos celestes, e a Lua foi formada a partir do fragmento quebrado. Isso explica por que a composição mineral da lua é semelhante à do nosso planeta. Abaixo, consideraremos a estrutura da crosta terrestre - um mapa de suas camadas na terra e no oceano.

A crosta representa apenas 1% da massa da Terra. É composto principalmente de silício, ferro, alumínio, oxigênio, hidrogênio, magnésio, cálcio e sódio e 78 outros elementos. Supõe-se que, em comparação com o manto e o núcleo, a crosta terrestre seja uma casca fina e frágil, composta principalmente de substâncias leves. Substâncias pesadas, segundo os geólogos, descem ao centro do planeta, e as mais pesadas concentram-se no núcleo.

A estrutura da crosta terrestre e um mapa de suas camadas são mostrados na figura abaixo.

crosta continental

A crosta terrestre tem 3 camadas, cada uma das quais cobre a anterior com camadas irregulares. A maior parte de sua superfície é de planícies continentais e oceânicas. Os continentes também são cercados por uma plataforma que, após uma curva acentuada, passa para o talude continental (a área da margem submarina do continente).
terreno crosta continental dividido em camadas:

1. Sedimentar.
2. Granito.
3. Basalto.

A camada sedimentar é coberta por rochas sedimentares, metamórficas e ígneas. A espessura da crosta continental é a menor porcentagem.

Tipos de crosta continental

Rochas sedimentares são acumulações que incluem argila, carbonato, rochas vulcanogênicas e outros sólidos. Este é um tipo de sedimento que se formou como resultado de certas condições naturais que existiam anteriormente na terra. Ele permite que os pesquisadores tirem conclusões sobre a história do nosso planeta.

A camada de granito é constituída por rochas ígneas e metamórficas semelhantes ao granito em suas propriedades. Ou seja, não apenas o granito compõe a segunda camada da crosta terrestre, mas essas substâncias são muito semelhantes em composição a ela e têm aproximadamente a mesma força. A velocidade de suas ondas longitudinais atinge 5,5-6,5 km/s. É constituído por granitos, xistos, gnaisses, etc.

A camada de basalto é composta por substâncias semelhantes em composição aos basaltos. É mais densa em comparação com a camada de granito. Um manto viscoso de sólidos flui sob a camada de basalto. Convencionalmente, o manto é separado da crosta pela chamada fronteira de Mohorovichich, que, de fato, separa camadas de composição química diferente. É caracterizada por um aumento acentuado na velocidade das ondas sísmicas.
Ou seja, uma camada relativamente fina da crosta terrestre é uma barreira frágil que nos separa do manto incandescente. A espessura do próprio manto é em média 3.000 km. Junto com o manto eles se movem e placas tectônicas, que, como parte da litosfera, são uma seção da crosta terrestre.

Abaixo, consideramos a espessura da crosta continental. São até 35 km.

A espessura da crosta continental

A espessura da crosta terrestre varia de 30 a 70 km. E se sob as planícies sua camada é de apenas 30-40 km, então sob sistemas de montanha chega a 70 km. Sob o Himalaia, a espessura da camada atinge 75 km.

A espessura da crosta continental é de 5 a 80 km e depende diretamente de sua idade. Assim, as plataformas antigas frias (Europeu Oriental, Siberiana, Siberiana Ocidental) têm uma espessura bastante alta - 40-45 km.

Além disso, cada uma das camadas tem sua própria espessura e espessura, que pode variar em diferentes áreas do continente.

A espessura da crosta continental é:

1. Camada sedimentar - 10-15 km.

2. Camada de granito - 5-15 km.

3. Camada de basalto - 10-35 km.

Temperatura da crosta terrestre

A temperatura aumenta à medida que você se aprofunda nela. Acredita-se que a temperatura do núcleo seja de até 5.000 C, mas esses números permanecem condicionais, já que seu tipo e composição ainda não são claros para os cientistas. À medida que você se aprofunda na crosta terrestre, sua temperatura aumenta a cada 100 m, mas seus números variam dependendo da composição dos elementos e da profundidade. A crosta oceânica tem uma temperatura mais elevada.

crosta oceânica

Inicialmente, segundo os cientistas, a Terra estava coberta precisamente por uma camada oceânica de crosta, que é um pouco diferente em espessura e composição da camada continental. provavelmente surgiu da camada diferenciada superior do manto, ou seja, está muito próxima a ela em composição. A espessura da crosta terrestre do tipo oceânico é 5 vezes menor que a espessura do tipo continental. Ao mesmo tempo, sua composição em áreas profundas e rasas dos mares e oceanos difere insignificantemente uma da outra.

Camadas da crosta continental

A espessura da crosta oceânica é:

1. Uma camada de água do oceano, cuja espessura é de 4 km.

2. Uma camada de sedimentos soltos. A espessura é de 0,7 km.

3. Uma camada composta por basaltos com rochas carbonáticas e siliciosas. A potência média é de 1,7 km. Não se destaca nitidamente e é caracterizado pela compactação da camada sedimentar. Essa versão de sua estrutura é chamada de suboceânica.

4. Camada de basalto, não diferente da crosta continental. A espessura da crosta oceânica nesta camada é de 4,2 km.

A camada basáltica da crosta oceânica em zonas de subducção (uma zona em que uma camada da crosta absorve outra) transforma-se em eclogitos. Sua densidade é tão alta que eles afundam na crosta a uma profundidade de mais de 600 km e depois afundam no manto inferior.

Considerando que a menor espessura da crosta terrestre é observada sob os oceanos e é de apenas 5 a 10 km, os cientistas há muito nutrem a ideia de começar a perfurar a crosta na profundidade dos oceanos, o que permitiria estudar em mais detalhe estrutura interna Terra. No entanto, a camada da crosta oceânica é muito forte, e as pesquisas nas profundezas do oceano tornam essa tarefa ainda mais difícil.

Conclusão

A crosta terrestre é talvez a única camada que foi estudada em detalhes pela humanidade. Mas o que está sob ela ainda preocupa os geólogos. Só podemos esperar que um dia as profundezas inexploradas da nossa Terra sejam exploradas.

ELES. Kapitonov

O calor nuclear da Terra

Calor da Terra

A terra é um corpo bastante aquecido e é uma fonte de calor. Ele aquece principalmente devido à radiação solar que absorve. Mas a Terra também tem seu próprio recurso térmico comparável ao calor recebido do Sol. Acredita-se que esta própria energia da Terra tenha a seguinte origem. A Terra surgiu cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, após a formação do Sol a partir de um disco protoplanetário de gás-poeira girando em torno dele e se condensando. Em um estágio inicial de sua formação, a substância da Terra foi aquecida devido à compressão gravitacional relativamente lenta. grande papel em equilíbrio térmico A terra também foi tocada pela energia liberada quando pequenos corpos cósmicos caíram sobre ela. Portanto, a jovem Terra foi fundida. Esfriando, aos poucos chegou ao seu estado atual com uma superfície sólida, uma parte significativa da qual é coberta por mares oceânicos e águas do mar. Tão difícil camada externa chamado a crosta terrestre e em média, em terra, sua espessura é de cerca de 40 km e sob águas oceânicas - 5-10 km. Mais camada profunda A terra chamada manto também consiste em um sólido. Estende-se a uma profundidade de quase 3.000 km e contém a maior parte da matéria da Terra. Finalmente, a parte mais interna da Terra é sua núcleo. Consiste em duas camadas - externa e interna. núcleo externo esta é uma camada de ferro fundido e níquel a uma temperatura de 4500-6500 K com uma espessura de 2000-2500 km. núcleo interno com um raio de 1000-1500 km é uma liga sólida de ferro-níquel aquecida a uma temperatura de 4000-5000 K com uma densidade de cerca de 14 g / cm 3, que surgiu a uma pressão enorme (quase 4 milhões de bar).
Além do calor interno da Terra, herdado do primeiro estágio quente de sua formação, e cuja quantidade deve diminuir com o tempo, existe outro - de longo prazo, associado ao decaimento radioativo de núcleos com meia longa -vida - em primeiro lugar, 232 Th, 235 U , 238 U e 40 K. A energia liberada nesses decaimentos - eles respondem por quase 99% da energia radioativa da Terra - reabastece constantemente as reservas térmicas da Terra. Os núcleos acima estão contidos na crosta e no manto. Sua decadência leva ao aquecimento das camadas externas e internas da Terra.
Parte do enorme calor contido no interior da Terra sai constantemente à sua superfície, muitas vezes em processos vulcânicos de grande escala. O fluxo de calor que flui das profundezas da Terra através de sua superfície é conhecido. É (47±2)·10 12 watts, o que equivale ao calor que pode ser gerado por 50 mil usinas nucleares (a potência média de uma usina nuclear é de cerca de 10 9 watts). Surge a questão se a energia radioativa desempenha algum papel significativo no balanço térmico total da Terra e, em caso afirmativo, qual papel? A resposta a estas perguntas por muito tempo permaneceu desconhecido. Agora há oportunidades para responder a essas perguntas. O papel principal aqui pertence aos neutrinos (antineutrinos), que são produzidos nos processos decaimento radioativo núcleos que compõem a substância da Terra e que são chamados geoneutrino.

Geo-neutrino

Geo-neutrinoé o nome combinado para neutrinos ou antineutrinos, que são emitidos como resultado do decaimento beta de núcleos localizados sob a superfície da Terra. Obviamente, devido à capacidade de penetração sem precedentes, o registro destes (e apenas deles) por detectores de neutrinos terrestres pode fornecer informações objetivas sobre os processos de decaimento radioativo que ocorrem nas profundezas da Terra. Um exemplo de tal decaimento é o decaimento β do núcleo 228 Ra, que é o produto do decaimento α do núcleo 232 Th de vida longa (ver tabela):

A meia-vida (T 1/2) do núcleo de 228 Ra é de 5,75 anos e a energia liberada é de cerca de 46 keV. O espectro de energia dos antineutrinos é contínuo com um limite superior próximo à energia liberada.
Os decaimentos dos núcleos 232 Th, 235 U, 238 U são cadeias de decaimentos sucessivos que formam os chamados série radioativa. Nessas cadeias, os decaimentos α são intercalados com os decaimentos β −, já que nos decaimentos α os núcleos finais acabam sendo deslocados da linha de estabilidade β para a região de núcleos sobrecarregados com nêutrons. Após uma cadeia de decaimentos sucessivos ao final de cada linha, formam-se núcleos estáveis ​​com o número de prótons e nêutrons próximos ou iguais aos números mágicos (Z = 82,N= 126). Esses núcleos finais são isótopos estáveis ​​de chumbo ou bismuto. Assim, o decaimento de T 1/2 termina com a formação de um núcleo duplamente mágico 208 Pb, e no caminho 232 Th → 208 Pb, ocorrem seis decaimentos α, alternados com quatro decaimentos β (na cadeia 238 U → 206 Pb, oito decaimentos α- e seis β - -; há sete decaimentos α- e quatro β − na cadeia 235 U → 207 Pb). Assim, o espectro de energia dos antineutrinos de cada série radioativa é uma superposição de espectros parciais de decaimentos β − individuais que compõem esta série. Os espectros de antineutrinos produzidos em decaimentos 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K são mostrados nas Figs. 1. O decaimento de 40 K é um único decaimento β − (ver tabela). a maior energia(até 3,26 MeV) os antineutrinos atingem o decaimento
214 Bi → 214 Po, que é um link na série radioativa 238 U. A energia total liberada durante a passagem de todos os links de decaimento na série 232 Th → 208 Pb é 42,65 MeV. Para as séries radioativas 235 U e 238 U, essas energias são 46,39 e 51,69 MeV, respectivamente. Energia liberada na decomposição
40 K → 40 Ca é 1,31 MeV.

Características dos núcleos 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K

Núcleo	Partilhar em % em uma mistura isótopos	Número de núcleos relaciona. Núcleos de Si	T 1/2 bilhões de anos	Primeiros links decair
232º	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

A estimativa do fluxo de geoneutrinos, feita com base no decaimento dos núcleos 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K contidos na composição da matéria da Terra, leva a um valor da ordem de 10 6 cm -2 seg -1 . Ao registrar esses geoneutrinos, pode-se obter informações sobre o papel do calor radioativo no balanço térmico total da Terra e testar nossas ideias sobre o conteúdo de radioisótopos de vida longa na matéria terrestre.

Arroz. 1. Espectro de energia de antineutrinos de decaimento nuclear

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K normalizado para um decaimento do núcleo pai

A reação é usada para registrar antineutrinos de elétrons

P → e + + n, (1)

em que esta partícula foi realmente descoberta. O limiar para esta reação é de 1,8 MeV. Portanto, apenas geoneutrinos formados em cadeias de decaimento a partir de núcleos 232 Th e 238 U podem ser registrados na reação acima. A seção de choque efetiva da reação em discussão é extremamente pequena: σ ≈ 10 -43 cm 2. Portanto, um detector de neutrinos com um volume sensível de 1 m 3 registrará não mais do que alguns eventos por ano. É óbvio que os detectores de neutrinos são necessários para fixar de forma confiável os fluxos de geo-neutrinos. grande volume alojados em laboratórios subterrâneos para máxima proteção de fundo. A ideia de usar detectores projetados para estudar neutrinos solares e de reatores para registro de geoneutrinos surgiu em 1998. Atualmente, existem dois detectores de neutrinos de grande volume usando um cintilador líquido e adequados para resolver o problema. Estes são os detectores de neutrinos dos experimentos KamLAND (Japão, ) e Borexino (Itália, ). Abaixo consideramos o dispositivo do detector Borexino e os resultados obtidos neste detector no registro de geoneutrinos.

Detector de Borexino e registro de geoneutrinos

O detector de neutrinos Borexino está localizado no centro da Itália em um laboratório subterrâneo sob a cordilheira Gran Sasso, cujos picos de montanha atingem 2,9 km (Fig. 2).

Arroz. Fig. 2. Diagrama de localização do laboratório de neutrinos sob a cordilheira Gran Sasso (Itália central)

Borexino é um detector massivo não segmentado cujo meio ativo é
280 toneladas de cintilador líquido orgânico. Preencheu um vaso esférico de nylon de 8,5 m de diâmetro (Fig. 3). O cintilador foi pseudocumeno (C 9 H 12) com um aditivo PPO de deslocamento de espectro (1,5 g/l). A luz do cintilador é coletada por 2212 fotomultiplicadores de oito polegadas (PMTs) colocados em uma esfera de aço inoxidável (SSS).

Arroz. 3. Esquema do dispositivo do detector Borexino

Um vaso de nylon com pseudocumeno é um detector interno cuja função é registrar neutrinos (antineutrinos). O detector interno é cercado por duas zonas tampão concêntricas que o protegem dos raios gama e nêutrons externos. A zona interna é preenchida com um meio não cintilante composto por 900 toneladas de pseudocumeno com aditivos de dimetil ftalato para extinguir as cintilações. A zona externa está localizada no topo do SNS e é um detector de água Cherenkov contendo 2.000 toneladas de água ultrapura e cortando sinais de múons que entram na instalação de fora. Para cada interação que ocorre no detector interno, a energia e o tempo são determinados. A calibração do detector usando várias fontes radioativas permitiu determinar com muita precisão sua escala de energia e o grau de reprodutibilidade do sinal de luz.
Borexino é um detector de pureza de radiação muito alta. Todos os materiais foram rigorosamente selecionados e o cintilador foi limpo para minimizar o fundo interno. Devido à sua alta pureza de radiação, o Borexino é um excelente detector para detectar antineutrinos.
Na reação (1), o pósitron dá um sinal instantâneo, que após algum tempo é seguido pela captura de um nêutron por um núcleo de hidrogênio, o que leva ao aparecimento de um γ-quântico com uma energia de 2,22 MeV, que cria um sinal atrasado em relação ao primeiro. Em Borexino, o tempo de captura de nêutrons é de cerca de 260 μs. Os sinais instantâneos e atrasados ​​são correlacionados no espaço e no tempo, proporcionando um reconhecimento preciso do evento causado por e .
O limiar para a reação (1) é 1,806 MeV e, como pode ser visto na Fig. 1, todos os geoneutrinos dos decaimentos de 40 K e 235 U estão abaixo deste limiar, e apenas uma parte dos geoneutrinos originados nos decaimentos de 232 Th e 238 U pode ser detectada.
O detector Borexino detectou pela primeira vez sinais de geoneutrinos em 2010 e publicou recentemente novos resultados com base em observações ao longo de 2056 dias de dezembro de 2007 a março de 2015. Abaixo apresentamos os dados obtidos e os resultados de sua discussão, com base no artigo.
Como resultado da análise dos dados experimentais, foram identificados 77 candidatos a antineutrinos de elétrons que passaram em todos os critérios de seleção. O background dos eventos simulando e foi estimado por . Assim, a relação sinal/fundo foi ≈100.
A principal fonte de fundo foram os antineutrinos do reator. Para Borexino, a situação era bastante favorável, já que não há reatores nucleares próximos ao laboratório Gran Sasso. Além disso, os antineutrinos do reator são mais energéticos que os geoneutrinos, o que possibilitou a separação desses antineutrinos do pósitron pela força do sinal. Os resultados da análise das contribuições de geoneutrinos e antineutrinos de reator para o número total de eventos registrados de e são mostrados nas Figs. 4. O número de geoneutrinos registrados dado por esta análise (a área sombreada corresponde a eles na Fig. 4) é igual a . No espectro de geoneutrinos extraídos como resultado da análise, são visíveis dois grupos - menos energéticos, mais intensos e mais energéticos, menos intensos. Os autores do estudo descrito associam esses grupos aos decaimentos do tório e do urânio, respectivamente.
Na análise em discussão, usamos a razão das massas de tório e urânio na matéria da Terra
m(Th)/m(U) = 3,9 (na tabela este valor é ≈3,8). Esta figura reflete o conteúdo relativo desses elementos químicos em condritos - o grupo mais comum de meteoritos (mais de 90% dos meteoritos que caíram na Terra pertencem a este grupo). Acredita-se que a composição dos condritos, com exceção dos gases leves (hidrogênio e hélio), repete a composição do sistema solar e do disco protoplanetário a partir do qual a Terra foi formada.

Arroz. Fig. 4. Espectro da saída de luz de pósitrons em unidades do número de fotoelétrons para eventos candidatos a antineutrinos (pontos experimentais). A área sombreada é a contribuição dos geoneutrinos. A linha sólida é a contribuição dos antineutrinos do reator.