Úvod

V porovnaní s veľkosťou glóbus, zemská kôra je 1/200 jej polomeru. Ale tento „film“ je štruktúrou najkomplexnejší a stále najkomplexnejší tajomný útvar naša planéta. Hlavnou črtou kôry je, že slúži ako hraničná vrstva medzi zemeguľou a okolím. vonkajší priestor. V tejto prechodnej zóne medzi dvoma prvkami vesmíru – kozmom a substanciou planéty – neustále prebiehali najzložitejšie fyzikálne a chemické procesy, a čo je pozoruhodné, stopy týchto procesov sa do značnej miery zachovali.

Hlavnými cieľmi práce sú:

Zvážte hlavné typy zemskej kôry a jej zložiek;

Definujte tektonické štruktúry zemská kôra;

Zvážte minerálne zloženie zemskej kôry a hornín.

Štruktúra a hrúbka zemskej kôry

Prvé myšlienky o existencii zemskej kôry vyslovil anglický fyzik W. Gilbert v roku 1600. Požiadali ich, aby rozdelili vnútro Zeme na dve nerovnaké časti: kôru alebo obal a pevné jadro.

Vývoj týchto myšlienok je obsiahnutý v prácach L. Descartesa, G. Leibniza, J. Buffona, M. V. Lomonosova a mnohých ďalších zahraničných a domácich vedcov. Na začiatku bolo štúdium zemskej kôry zamerané na štúdium zemskej kôry kontinentov. Preto prvé modely kôry odrážali štrukturálne znaky kôry kontinentálneho typu.

Termín "zemská kôra" bol zavedený v r geografická veda Rakúsky geológ E. Suess v roku 1881 (8) Okrem tohto termínu má táto vrstva aj iný názov – sial, zložený z prvých písmen tu najbežnejších prvkov – kremíka (kremík, 26 %) a hliníka (hliník, 7,45 % ).

V prvej polovici 20. storočia sa štúdium štruktúry podložia začalo realizovať pomocou seizmológie a seizmiky. Pri analýze charakteru seizmických vĺn zo zemetrasenia v Chorvátsku v roku 1909, seizmológ A. Mohorovicic, ako už bolo spomenuté, identifikoval v hĺbke asi 50 km jasne vyznačenú seizmickú hranicu, ktorú definoval ako spodok zemskej kôry (tzv. povrch Mohorovicic, Moho alebo M).

V. Konrad v roku 1925 zaznamenal nad hranicou Mohorovicich ďalší úsekový povrch vo vnútri kôry, ktorý dostal aj jeho meno - povrch Konrad, alebo povrch K - hranica medzi "žulou" a "čadičovou" vrstvou je úsek Konrad.

Vedci navrhli nazvať hornú vrstvu kôry s hrúbkou asi 12 km „žulová vrstva“ a spodnú vrstvu s hrúbkou 25 km – „čadič“. Objavil sa prvý dvojvrstvový model štruktúry zemskej kôry. Daľší výskum umožnil zmerať hrúbku kôry v rôznych oblastiach kontinentoch. Zistilo sa, že v nízko položených oblastiach je to 35? 45 km a na horách sa zvyšuje na 50? 60 km ( maximálny výkon kôra - 75 km zaznamenaných v Pamíre). Takéto zhrubnutie zemskej kôry nazval B. Gutenberg „horské korene“.

Tiež sa zistilo, že žulová vrstva má rýchlosť seizmickej vlny 5 6 km / s, charakteristická pre žuly, a nižšia - 6? 7 km/s, typická pre bazalty. Zemská kôra pozostávajúca z vrstiev žuly a čadiča sa nazývala spevnená kôra, na ktorej sa nachádza ďalšia, vrchná, sedimentárna vrstva. Jeho sila sa menila v rozmedzí 0? 5–6 km (maximálna hrúbka sedimentárnej vrstvy dosahuje 20 × 25 km).

Nový krok v štúdiu štruktúry zemskej kôry kontinentov sa uskutočnil v dôsledku zavedenia silných výbušných zdrojov seizmických vĺn.

V roku 1954 G.A. Gamburtsev vyvinul metódu hlbokého seizmického sondovania (GSZ), ktorá umožnila „osvietiť“ útroby Zeme do hĺbky 100 km.

Seizmické štúdie sa začali vykonávať podľa špeciálnych profilov, čo umožnilo vedcom získať nepretržité informácie o štruktúre zemskej kôry. Seizmický prieskum sa uskutočnil v r pobrežné zóny moria a oceány a začiatkom 60. rokov začali globálne štúdie s touto metódou dna oceánov. Myšlienka existencie dvoch zásadne rôzne druhy kôra: kontinentálna a oceánska.

Materiály GSZ umožnili sovietskym geofyzikom (Yu.N.Godin, N.I.Pavlinkova, N.K.Bulin atď.) vyvrátiť predstavu o existencii všadeprítomného povrchu Konrad. Potvrdilo to aj vŕtanie superhlbokého vrtu Kola, ktoré neodhalilo dno žulovej vrstvy v hĺbke, ktorú uviedli geofyzici.

Začali sa rozvíjať predstavy o existencii viacerých rozhraní ako je povrch Konrad, ktorých polohy určovala ani nie tak zmena zloženia kryštalických hornín, ale iný stupeň ich metamorfózy. Boli vyjadrené myšlienky, že v zložení žulových a čadičových vrstiev zemskej kôry zásadnú úlohu hrajú metamorfované horniny (Yu.N. Godin, I.A. Rezanov, V.V. Belousov atď.).

Nárast rýchlosti seizmických vĺn sa vysvetľoval zvýšením zásaditosti hornín a do značnej miery ich metamorfóza. Vrstva „žuly“ by teda mala obsahovať nielen granitoidy, ale aj metamorfované horniny (napr. ruly, sľudové bridlice a pod.), ktoré vznikli z primárnych sedimentárnych ložísk. Vrstva sa začala nazývať žulo-metamorfná, alebo žulo-rula. Bol chápaný ako súbor vyvrelých a sedimentárno-metamorfovaných hornín, zloženie a fázový stav ktoré spôsobujú fyzikálne parametre blízke parametrom nezmenených granitov alebo granitoidov, t.j. hustota rádovo 2,58? 2,64 g/cm a rýchlosť zásobníka 5,5? 6,3 km/s.

V zložení „čadičovej“ vrstvy bola povolená prítomnosť hornín hlbinného (granulitového) štádia metamorfózy. Začalo sa nazývať granulitovo-mafické, granulitovo-eklogitické a chápať ho ako súbor vyvrelých a metamorfovaných hornín stredného, ​​základného alebo podobného zloženia, ktoré majú fyzikálne parametre: hustota 2,8? 3,1 g/cm, rýchlosť zásobníka 6,6? 7,4 km/s. Súdiac podľa experimentálnych údajov, fragmentov (xenolitov) hlbinných hornín z výbuchových rúr, túto vrstvu môžu tvoriť granulity, gabroidy, bazické ruly a horniny podobné eklogitu.

Pojmy „žula“ a „čadičová“ vrstva zostali v obehu, boli však uvedené do úvodzoviek, čím sa zdôraznila konvenčnosť ich zloženia a názvu.

Moderná etapa vývoja predstáv o stavbe zemskej kôry kontinentov sa začala v 80. rokoch minulého storočia a vyznačuje sa vytvorením trojvrstvového modelu spevnenej kôry. Štúdie množstva domácich (N.I. Pavlenkova, I.P. Kosminskaya) a zahraničných (S. Mueller) vedcov dokázali, že v štruktúre zemskej kôry kontinentov je okrem sedimentárnej vrstvy potrebné rozlišovať podľa najmenej, tri, nie dve, vrstvy: vrchná, stredná a spodná (obr. 1).

Vrchná vrstva s kapacitou 8? 15 km, je poznačená nárastom rýchlosti seizmických vĺn s hĺbkou, blokovou štruktúrou, prítomnosťou pomerne početných trhlín a zlomov. Podošva s rýchlosťami 6,1? 6,5 km/s je definovaná ako hranica K. Podľa niektorých vedcov horná vrstva spevnenej kôry zodpovedá granitovo-metamorfnej vrstve v dvojvrstvovom modeli kôry.

Druhá (stredná) vrstva do hĺbky 20 25 km (niekedy až 30 km) sa vyznačuje miernym poklesom rýchlosti elastických vĺn (asi 6,4 km/s), absenciou gradientov rýchlosti. Jeho podošva vystupuje ako hranica K. Predpokladá sa, že druhá vrstva je zložená z hornín čadičového typu, takže ju možno stotožniť s „čadičovou“ vrstvou kôry.

Obr.1

Tretia (spodná) vrstva, vysledovaná k základni kôry, je vysokorýchlostná (6,8 × 7,7 km/s). Vyznačuje sa tenkým vrstvením a nárastom gradientu rýchlosti s hĺbkou. Predstavujú ho ultramafické horniny, takže ho nemožno pripísať „čadičovej“ vrstve kôry. Existujú názory, že spodná vrstva kôry je produktom premeny hmoty vrchného plášťa, akejsi zóny zvetrávania plášťa (N.I. Pavlenkova). AT klasický modelštruktúra kôry, stredná a spodná vrstva tvoria granulitovo-mafickú vrstvu.

Štruktúra a hrúbka zemskej kôry v rôznych oblastiach kontinentov sa trochu líšia. Pre zemskú kôru, hlboké plošinové depresie a predhlbiny sú teda charakteristické tieto štruktúrne znaky: veľká hrúbka sedimentárnej vrstvy (až polovica hrúbky celej kôry); tenšia a rýchlo spevnená kôra ako v iných častiach platforiem; vyvýšená poloha povrchu M. Horná („žulová“) vrstva spevnenej kôry sa v nich často vyklinuje alebo prudko zoslabuje a výrazne sa znižuje aj hrúbka strednej vrstvy.

V našej krajine bohatej na uhľovodíky je geotermálna energia akýmsi exotickým zdrojom, ktorý za súčasného stavu pravdepodobne nebude konkurovať rope a plynu. Napriek tomu sa dá táto alternatívna forma energie využiť takmer všade a celkom efektívne.

Geotermálna energia je teplo zemského vnútra. Produkuje sa v hĺbkach a na povrch Zeme sa dostáva v rôznych formách a s rôznou intenzitou.

Teplota vrchných vrstiev pôdy závisí najmä od vonkajších (exogénnych) faktorov – slnečného žiarenia a teploty vzduchu. V lete a cez deň sa pôda ohrieva do určitej hĺbky av zime av noci sa ochladzuje podľa zmeny teploty vzduchu as určitým oneskorením, rastúcim s hĺbkou. Vplyv denných výkyvov teploty vzduchu končí v hĺbkach od niekoľkých do niekoľkých desiatok centimetrov. Sezónne výkyvy zachytávajú hlbšie vrstvy pôdy – až desiatky metrov.

V určitej hĺbke – od desiatok do stoviek metrov – sa teplota pôdy udržiava konštantná, rovná sa priemernej ročnej teplote vzduchu na povrchu Zeme. Dá sa to ľahko overiť zostupom do dosť hlbokej jaskyne.

Keď je priemerná ročná teplota vzduchu v danej oblasti pod nulou, prejavuje sa to ako permafrost (presnejšie permafrost). AT Východná Sibír Hrúbka, teda hrúbka celoročne zamrznutých pôd dosahuje miestami 200–300 m.

Od určitej hĺbky (svojej pre každý bod na mape) sa pôsobenie Slnka a atmosféry oslabí natoľko, že najskôr prídu na rad endogénne (vnútorné) faktory a vnútro zeme sa ohreje zvnútra, takže teplota začne klesať. stúpať s hĺbkou.

Ohrievanie hlbokých vrstiev Zeme je spojené najmä s rozpadom rádioaktívnych prvkov, ktoré sa tam nachádzajú, hoci sa nazývajú aj iné zdroje tepla, napríklad fyzikálno-chemické, tektonické procesy v hlbokých vrstvách zemskej kôry a plášťa. Ale bez ohľadu na príčinu, teplota hornín a súvisiacich kvapalných a plynných látok sa zvyšuje s hĺbkou. Baníci čelia tomuto javu – v hlbinných baniach je vždy horúco. V hĺbke 1 km tridsaťstupňové teplo - normálny jav a teplota je ešte vyššia hlbšie.

Tepelný tok zemského vnútra, dosahujúci povrch Zeme, je malý - jeho výkon je v priemere 0,03–0,05 W / m 2 alebo približne 350 W h / m 2 za rok. Na pozadí tepelný tok od Slnka a ním zohriateho vzduchu je to nevnímateľná veličina: Slnko dáva každému meter štvorcový zemského povrchu asi 4 000 kWh ročne, teda 10 000-krát viac (samozrejme, ide o priemer, s obrovským rozptylom medzi polárnymi a rovníkovými šírkami a v závislosti od iných klimatických a poveternostných faktorov).

Nevýznamnosť toku tepla z hĺbky na povrch na väčšine planéty súvisí s nízkou tepelnou vodivosťou hornín a prvkov. geologická stavba. Existujú však výnimky - miesta, kde je tok tepla vysoký. Ide predovšetkým o zóny tektonických porúch, zvýšené seizmická aktivita a vulkanizmus, kde energia zemského vnútra nachádza cestu von. Takéto zóny sa vyznačujú tepelnými anomáliami litosféry, tu môže byť tepelný tok dosahujúci zemský povrch mnohonásobne a dokonca rádovo silnejší ako ten „obyčajný“. Obrovské množstvo tepla vynášajú na povrch v týchto zónach sopečné erupcie a horúce pramene vody.

Práve tieto oblasti sú najpriaznivejšie pre rozvoj geotermálnej energie. Na území Ruska je to predovšetkým Kamčatka, Kurilské ostrovy a Kaukaz.

Rozvoj geotermálnej energie je zároveň možný takmer všade, keďže zvyšovanie teploty s hĺbkou je všadeprítomný jav a úlohou je „odberať“ teplo z útrob, tak ako sa odtiaľ získavajú nerastné suroviny.

V priemere sa teplota s hĺbkou zvyšuje o 2,5–3 °C na každých 100 m.Pomer teplotného rozdielu medzi dvoma bodmi ležiacimi v rôznych hĺbkach k rozdielu v hĺbke medzi nimi sa nazýva geotermálny gradient.

Recipročný je geotermálny krok alebo hĺbkový interval, v ktorom teplota stúpne o 1 °C.

Čím vyšší je gradient a teda aj nižší stupeň, tým viac sa teplo z hlbín Zeme blíži k povrchu a tým je táto oblasť sľubnejšia pre rozvoj geotermálnej energie.

V rôznych oblastiach, v závislosti od geologickej štruktúry a iných regionálnych a miestnych podmienok, sa rýchlosť zvyšovania teploty s hĺbkou môže dramaticky líšiť. Na stupnici Zeme dosahujú výkyvy hodnôt geotermálnych gradientov a krokov 25-násobok. Napríklad v štáte Oregon (USA) je gradient 150°C na 1 km a v r. južná Afrika- 6°C na 1 km.

Otázkou je, aká je teplota vo veľkých hĺbkach – 5, 10 km alebo viac? Ak bude trend pokračovať, teploty v hĺbke 10 km by sa mali v priemere pohybovať okolo 250–300 °C. Viac-menej to potvrdzujú priame pozorovania v ultrahlbokých vrtoch, hoci obraz je oveľa komplikovanejší ako lineárny nárast teploty.

Napríklad v superhlbokej studni Kola navŕtanej v Baltskom kryštalickom štíte sa teplota mení rýchlosťou 10 °C/1 km do hĺbky 3 km a potom sa geotermálny gradient zväčší 2–2,5-krát. V hĺbke 7 km už bola zaznamenaná teplota 120°C, v 10 km - 180°C a v 12 km - 220°C.

Ďalším príkladom je studňa v severnom Kaspickom mori, kde v hĺbke 500 m bola zaznamenaná teplota 42°C, v 1,5 km - 70°C, v 2 km - 80°C, v 3 km - 108°C.

Predpokladá sa, že geotermálny gradient klesá už od hĺbky 20 – 30 km: v hĺbke 100 km sú odhadované teploty okolo 1300 – 1500 °C, v hĺbke 400 km – 1600 °C, v zemskom jadro (hĺbka nad 6000 km) - 4000–5000 °C.

V hĺbkach do 10–12 km sa teplota meria cez vŕtané studne; tam, kde neexistujú, sa určuje nepriamymi znakmi rovnako ako vo väčších hĺbkach. Takéto nepriame znaky môže byť charakter prechodu seizmických vĺn alebo teplota vytekajúcej lávy.

Pre účely geotermálnej energie však údaje o teplotách v hĺbkach nad 10 km zatiaľ nie sú prakticky zaujímavé.

V hĺbkach niekoľkých kilometrov je veľa tepla, ale ako ho zdvihnúť? Niekedy za nás tento problém rieši sama príroda pomocou prírodného chladiva – vyhrievaného termálne vody, vystupujúce na povrch alebo ležiace v nám dostupnej hĺbke. V niektorých prípadoch sa voda v hĺbke zahrieva do stavu pary.

Neexistuje striktná definícia pojmu „termálne vody“. Spravidla sa nimi rozumie horúca podzemná voda v kvapalnom skupenstve alebo vo forme pary, vrátane tých, ktoré prichádzajú na povrch Zeme s teplotou nad 20 °C, teda spravidla vyššou ako je teplota vzduchu.

Teplo podzemnej vody, pary, zmesi pary a vody je hydrotermálna energia. Podľa toho sa energia založená na jej využití nazýva hydrotermálna.

Pri výrobe tepla priamo zo suchých hornín - petrotermálnej energie je situácia zložitejšia, najmä preto, že dostatočne vysoké teploty spravidla začínajú z hĺbok niekoľkých kilometrov.

Na území Ruska je potenciál petrotermálnej energie stokrát vyšší ako hydrotermálnej energie – 3 500, respektíve 35 biliónov ton štandardného paliva. Je to celkom prirodzené – teplo z hlbín Zeme je všade a termálne vody sa nachádzajú lokálne. Pre zjavné technické ťažkosti sa však väčšina termálnych vôd v súčasnosti využíva na výrobu tepla a elektriny.

Teplota vody od 20-30 do 100°C je vhodná na vykurovanie, teploty od 150°C a vyššie - a na výrobu elektriny v geotermálnych elektrárňach.

Vo všeobecnosti sú geotermálne zdroje na území Ruska, čo sa týka ton referenčného paliva alebo akejkoľvek inej jednotky merania energie, približne 10-krát vyššie ako zásoby fosílnych palív.

Teoreticky by len geotermálna energia mohla plne pokryť energetické potreby krajiny. Prakticky na tento moment na väčšine jeho územia to nie je možné z technických a ekonomických dôvodov.

Vo svete sa využívanie geotermálnej energie spája najčastejšie s Islandom – krajinou ležiacou na severnom konci Stredoatlantického hrebeňa, v mimoriadne aktívnej tektonickej a vulkanickej zóne. Pamätá si snáď každý silná erupcia sopka Eyjafjallajökull ( Eyjafjallajökull) v roku 2010.

Práve vďaka tejto geologickej špecifickosti má Island obrovské zásoby geotermálnej energie vrátane horúcich prameňov, ktoré vychádzajú na povrch Zeme a dokonca vyvierajú vo forme gejzírov.

Na Islande sa v súčasnosti viac ako 60 % všetkej spotrebovanej energie odoberá zo Zeme. Vrátane geotermálnych zdrojov je zabezpečených 90 % vykurovania a 30 % výroby elektriny. Dodávame, že zvyšok elektriny v krajine vyrábajú vodné elektrárne, teda aj s využitím obnoviteľného zdroja energie, vďaka čomu Island vyzerá ako akýsi globálny ekologický štandard.

Islandu ekonomicky výrazne pomohlo „skrotenie“ geotermálnej energie v 20. storočí. Do polovice minulého storočia to bola veľmi chudobná krajina, v súčasnosti je na prvom mieste na svete z hľadiska inštalovaného výkonu a výroby geotermálnej energie na obyvateľa a v absolútnom inštalovanom výkone geotermálnej energie je v prvej desiatke. rastliny. Jeho populácia je však iba 300 tisíc ľudí, čo zjednodušuje úlohu prechodu na ekologickú čisté zdroje energie: jej potreba je vo všeobecnosti malá.

Okrem Islandu je vysoký podiel geotermálnej energie v všeobecná súvaha výroba elektriny je zabezpečená na Novom Zélande a ostrovných štátoch juhovýchodnej Ázie (Filipíny a Indonézia), krajinách Strednej Ameriky a východnej Afriky, ktorých územie sa vyznačuje aj vysokou seizmickou a sopečnou aktivitou. Pre tieto krajiny pri ich súčasnej úrovni rozvoja a potrieb predstavuje geotermálna energia významný príspevok k sociálno-ekonomickému rozvoju.

Využívanie geotermálnej energie má veľmi dlhá história. Jeden z prvých slávne príklady- Taliansko, miesto v provincii Toskánsko, dnes nazývané Larderello, kde sa začiatkom 19. storočia na energetické účely využívali miestne horúce termálne vody, ktoré prirodzene tečú alebo sa získavajú z plytkých vrtov.

Na získavanie kyseliny boritej sa tu využívala voda z podzemných zdrojov, bohatá na bór. Spočiatku sa táto kyselina získavala odparovaním v železných kotloch a ako palivo sa bralo obyčajné palivové drevo z blízkych lesov, no v roku 1827 Francesco Larderel vytvoril systém, ktorý fungoval na teplo samotných vôd. Zároveň sa energia prírodnej vodnej pary začala využívať na prevádzku vrtných súprav a začiatkom 20. storočia na vykurovanie miestnych domov a skleníkov. Na tom istom mieste, v Larderello, sa v roku 1904 stala termálna vodná para Zdroj energie získať elektrinu.

Príklad Talianska na konci 19. a začiatku 20. storočia nasledovali niektoré ďalšie krajiny. Napríklad v roku 1892 boli termálne vody prvýkrát použité na lokálne vykurovanie v Spojených štátoch (Boise, Idaho), v roku 1919 - v Japonsku, v roku 1928 - na Islande.

V Spojených štátoch sa prvá hydrotermálna elektráreň objavila v Kalifornii začiatkom tridsiatych rokov, na Novom Zélande - v roku 1958, v Mexiku - v roku 1959, v Rusku (prvá binárna geoPP na svete) - v roku 1965.

Starý princíp pri novom zdroji

Výroba elektriny si vyžaduje vyššiu teplotu zdroja vody ako kúrenie, nad 150°C. Princíp fungovania geotermálnej elektrárne (GeoES) je podobný princípu fungovania klasickej tepelnej elektrárne (TPP). V skutočnosti je geotermálna elektráreň typom tepelnej elektrárne.

V tepelných elektrárňach je spravidla primárnym zdrojom energie uhlie, plyn alebo vykurovací olej a vodná para slúži ako pracovná tekutina. Palivo pri horení ohrieva vodu do stavu pary, ktorá roztáča parnú turbínu a tá vyrába elektrinu.

Rozdiel medzi GeoPP je v tom, že primárnym zdrojom energie je tu teplo zemského vnútra a pracovný orgán vo forme pary vstupuje do lopatiek turbíny elektrického generátora v „pripravenej“ forme priamo z výrobného vrtu.

Existujú tri hlavné schémy prevádzky GeoPP: priama, využívajúca suchú (geotermálnu) paru; nepriame, založené na hydrotermálnej vode, a zmiešané, čiže binárne.

Použitie jednej alebo druhej schémy závisí od stavu agregácie a teploty nosiča energie.

Najjednoduchšia a teda prvá zo zvládnutých schém je priama, pri ktorej para prichádzajúca z vrtu prechádza priamo cez turbínu. Prvý GeoPP na svete v Larderello v roku 1904 tiež fungoval na suchú paru.

GeoPP s nepriama schéma pracovné miesta sú dnes najbežnejšie. Využívajú horúcu podzemnú vodu, ktorá sa pod vysokým tlakom prečerpáva do výparníka, kde sa časť z nej odparí a vzniknutá para roztáča turbínu. V niektorých prípadoch sú potrebné ďalšie zariadenia a okruhy na čistenie geotermálnej vody a pary od agresívnych zlúčenín.

Odpadová para vstupuje do vstrekovacieho vrtu alebo sa používa na vykurovanie - v tomto prípade je princíp rovnaký ako pri prevádzke kogenerácie.

V binárnych GeoPP horúca termálna voda interaguje s inou kvapalinou, ktorá pôsobí ako pracovná kvapalina s nižším bodom varu. Obe kvapaliny prechádzajú cez výmenník tepla, kde termálna voda odparuje pracovnú kvapalinu, ktorej pary roztáčajú turbínu.

Tento systém je uzavretý, čím sa rieši problém emisií do ovzdušia. Pracovné kvapaliny s relatívne nízkym bodom varu navyše umožňujú využívať ako primárny zdroj energie nie príliš horúce termálne vody.

Všetky tri schémy využívajú hydrotermálny zdroj, ale na výrobu elektriny možno využiť aj petrotermálnu energiu.

Schéma zapojenia je v tomto prípade tiež celkom jednoduchá. Je potrebné vyvŕtať dve prepojené studne – injektážnu a produkčnú. Voda sa čerpá do vstrekovacej studne. V hĺbke sa ohrieva, potom sa ohriata voda alebo para vytvorená v dôsledku silného zahriatia privádza na povrch cez výrobný vrt. Ďalej všetko závisí od toho, ako sa petrotermálna energia využíva – na vykurovanie alebo na výrobu elektriny. Uzavretý cyklus je možný s čerpaním odpadovej pary a vody späť do injektážnej studne alebo iným spôsobom likvidácie.

Nevýhoda takéhoto systému je zrejmá: na získanie dostatočne vysokej teploty pracovnej tekutiny je potrebné vŕtať studne do veľkej hĺbky. A to sú vážne náklady a riziko výrazných tepelných strát, keď sa kvapalina pohybuje nahor. Preto sú petrotermálne systémy stále menej bežné ako hydrotermálne, aj keď potenciál petrotermálnej energie je rádovo vyšší.

V súčasnosti je lídrom vo vytváraní takzvaných petrotermálnych cirkulačných systémov (PCS) Austrália. Okrem toho sa tento smer geotermálnej energie aktívne rozvíja v USA, Švajčiarsku, Veľkej Británii a Japonsku.

Dar od lorda Kelvina

Vynález tepelného čerpadla v roku 1852 fyzikom Williamom Thompsonom (alias Lord Kelvin) poskytol ľudstvu skutočnú príležitosť využiť teplo horných vrstiev pôdy nízkej kvality. Systém tepelného čerpadla alebo multiplikátor tepla, ako ho nazval Thompson, je založený na fyzikálny proces prenos tepla z životné prostredie do chladiacej kvapaliny. V skutočnosti využíva rovnaký princíp ako v petrotermálnych systémoch. Rozdiel je v zdroji tepla, v súvislosti s ktorým môže vzniknúť terminologická otázka: do akej miery možno považovať tepelné čerpadlo za geotermálny systém? Faktom je, že v horných vrstvách, do hĺbok desiatok či stoviek metrov, sa horniny a tekutiny v nich obsiahnuté nezohrievajú. hlboké teplo zem, ale slnko. Je to teda slnko tento prípad- primárny zdroj tepla, aj keď sa odoberá, ako v geotermálnych systémoch, zo zeme.

Prevádzka tepelného čerpadla je založená na oneskorení ohrievania a ochladzovania pôdy v porovnaní s atmosférou, v dôsledku čoho sa vytvára teplotný gradient medzi povrchovými a hlbšími vrstvami, ktoré udržujú teplo aj v zime, podobne ako napr. čo sa deje v nádržiach. Hlavným účelom tepelných čerpadiel je vykurovanie priestorov. V skutočnosti je to „chladnička v opačnom smere“. Tepelné čerpadlo aj chladnička spolupôsobia s tromi zložkami: vnútorným prostredím (v prvom prípade - vykurovaná miestnosť, v druhom - chladenou komorou chladničky), vonkajším prostredím - zdrojom energie a chladivom (chladivo), ktoré je tiež chladivo, ktoré zabezpečuje prenos tepla alebo chladu.

Látka s nízkym bodom varu pôsobí ako chladivo, čo jej umožňuje odoberať teplo zo zdroja, ktorý má aj relatívne nízku teplotu.

V chladničke vstupuje kvapalné chladivo do výparníka cez škrtiacu klapku (regulátor tlaku), kde sa v dôsledku prudkého poklesu tlaku kvapalina odparí. Odparovanie je endotermický proces, ktorý vyžaduje, aby sa teplo absorbovalo zvonku. V dôsledku toho sa teplo odoberá z vnútorných stien výparníka, čo poskytuje chladiaci efekt v komore chladničky. Ďalej od výparníka je chladivo nasávané do kompresora, kde sa vracia do kvapalného stavu agregácie. Toto je opačný proces, ktorý vedie k uvoľneniu extrahovaného tepla počas vonkajšie prostredie. Spravidla sa hodí do miestnosti a zadná stena chladničky je pomerne teplá.

Tepelné čerpadlo funguje takmer rovnako, s tým rozdielom, že teplo sa odoberá z vonkajšieho prostredia a cez výparník vstupuje do vnútorné prostredie- systém vykurovania miestností.

V skutočnom tepelnom čerpadle sa voda ohrieva, prechádza cez vonkajší okruh uložený v zemi alebo v nádrži a potom vstupuje do výparníka.

Vo výparníku sa teplo odovzdáva do vnútorného okruhu naplneného chladivom s nízkym bodom varu, ktoré prechodom cez výparník prechádza z kvapalného do plynného skupenstva, pričom odoberá teplo.

Ďalej plynné chladivo vstupuje do kompresora, kde je stlačené vysoký tlak a teploty a vstupuje do kondenzátora, kde dochádza k výmene tepla medzi horúcim plynom a chladivom z vykurovacieho systému.

Kompresor potrebuje na svoju činnosť elektrickú energiu, avšak transformačný pomer (pomer spotrebovanej a vyrobenej energie) v moderných systémoch je dostatočne vysoký na to, aby zabezpečil ich účinnosť.

V súčasnosti sa tepelné čerpadlá vo veľkej miere využívajú na vykurovanie miestností hlavne v ekonomicky vyspelých krajinách.

Ekologicky správna energia

Geotermálna energia sa považuje za ekologickú, čo je vo všeobecnosti pravda. V prvom rade využíva obnoviteľný a prakticky nevyčerpateľný zdroj. Geotermálna energia si na rozdiel od veľkých vodných elektrární či veterných elektrární nevyžaduje veľké plochy a na rozdiel od uhľovodíkovej energie neznečisťuje atmosféru. V priemere GeoPP zaberá 400 m 2 v prepočte na 1 GW vyrobenej elektriny. Rovnaký údaj pre tepelnú elektráreň spaľujúcu uhlie je napríklad 3600 m 2 . Medzi environmentálne výhody GeoPP patrí aj nízka spotreba vody – 20 litrov čerstvej vody na 1 kW, pričom tepelné elektrárne a jadrové elektrárne si vyžadujú okolo 1000 litrov. Všimnite si, že toto sú environmentálne ukazovatele „priemerného“ GeoPP.

Ale stále existujú negatívne vedľajšie účinky. Medzi nimi sa najčastejšie rozlišuje hluk, tepelné znečistenie atmosférou a chemickou – vodou a pôdou, ako aj tvorbou tuhého odpadu.

Hlavným zdrojom chemického znečistenia životného prostredia je samotná termálna voda (s vysoká teplota a slanosť), ktoré často obsahujú veľké množstvo toxických zlúčenín, a preto vzniká problém likvidácie odpadových vôd a nebezpečných látok.

Negatívne účinky geotermálnej energie možno vysledovať v niekoľkých etapách, počnúc vŕtaním studní. Tu vznikajú rovnaké nebezpečenstvá ako pri vŕtaní akejkoľvek studne: zničenie pôdy a vegetačného krytu, znečistenie pôdy a podzemných vôd.

V štádiu prevádzky GeoPP pretrvávajú problémy so znečisťovaním životného prostredia. Termálne kvapaliny - voda a para - zvyčajne obsahujú oxid uhličitý (CO 2), sírnik (H 2 S), amoniak (NH 3), metán (CH 4), stolová soľ(NaCl), bór (B), arzén (As), ortuť (Hg). Po uvoľnení do životného prostredia sa stávajú zdrojom znečistenia. Navyše agresívne chemické prostredie môže spôsobiť korózne poškodenie konštrukcií GeoTPP.

Zároveň sú emisie znečisťujúcich látok na GeoPP v priemere nižšie ako na TPP. Napríklad emisie oxidu uhličitého na kilowatthodinu vyrobenej elektriny sú až 380 g v GeoPP, 1042 g v tepelných elektrárňach spaľujúcich uhlie, 906 g v vykurovacom oleji a 453 g v tepelných elektrárňach spaľujúcich plyn.

Vynára sa otázka: čo robiť s odpadovou vodou? Pri nízkej mineralizácii sa môže po vychladnutí vysypať do povrchová voda. Iný spôsob je čerpať ho späť do vodonosnej vrstvy cez injekčnú studňu, čo je v súčasnosti preferovaná a prevládajúca prax.

Ťažba termálnej vody z vodonosných vrstiev (ako aj odčerpávanie obyčajnej vody) môže spôsobiť poklesy a pohyby pôdy, iné deformácie geologických vrstiev a mikrozemetrasenia. Pravdepodobnosť takýchto javov je zvyčajne nízka, aj keď boli zaznamenané jednotlivé prípady (napríklad na GeoPP v Staufen im Breisgau v Nemecku).

Je potrebné zdôrazniť, že väčšina GeoPP sa nachádza v relatívne riedko osídlených oblastiach a v krajinách tretieho sveta, kde sú environmentálne požiadavky menej prísne ako vo vyspelých krajinách. Okrem toho je v súčasnosti počet GeoPP a ich kapacity relatívne malé. S väčším rozvojom geotermálnej energie environmentálne riziká môže rásť a množiť sa.

Aká je energia Zeme?

Investičné náklady na výstavbu geotermálnych systémov sa značne líšia. veľký rozsah- od 200 do 5 000 dolárov za 1 kW inštalovaného výkonu, to znamená, že najlacnejšie možnosti sú porovnateľné s nákladmi na výstavbu tepelnej elektrárne. Závisia predovšetkým od podmienok výskytu termálnych vôd, ich zloženia a konštrukcie systému. Hlboké vŕtanie, tvorba uzavretý systém pri dvoch studniach môže potreba úpravy vody znásobiť náklady.

Napríklad investície do vytvorenia systému petrotermálnej cirkulácie (PTS) sa odhadujú na 1,6–4 tisíc dolárov na 1 kW inštalovaného výkonu, čo prevyšuje náklady na výstavbu. jadrová elektráreň a porovnateľné s nákladmi na výstavbu veterných a solárnych elektrární.

Zjavnou ekonomickou výhodou GeoTPP je voľný nosič energie. Pre porovnanie, v nákladovej štruktúre prevádzkovanej tepelnej elektrárne alebo jadrovej elektrárne tvorí palivo 50–80 % alebo aj viac, v závislosti od aktuálnych cien energií. Z toho vyplýva ďalšia výhoda geotermálneho systému: prevádzkové náklady sú stabilnejšie a predvídateľnejšie, pretože nezávisia od vonkajšej konjunktúry cien energie. Vo všeobecnosti sa prevádzkové náklady GeoTPP odhadujú na 2 – 10 centov (60 kopejok – 3 ruble) na 1 kWh vytvorenej kapacity.

Druhou najväčšou (a veľmi významnou) položkou výdavkov po nosiči energie je spravidla mzda personál závodu, ktorý sa môže v jednotlivých krajinách a regiónoch dramaticky líšiť.

V priemere sú náklady na 1 kWh geotermálnej energie porovnateľné s nákladmi na tepelné elektrárne (v ruských podmienkach - asi 1 rubeľ / 1 kWh) a desaťkrát vyššie ako náklady na výrobu elektriny vo vodných elektrárňach (5–10 kopejok / 1 kWh).

Dôvodom vysokých nákladov je čiastočne to, že na rozdiel od tepelných a vodných elektrární má GeoTPP relatívne malú kapacitu. Okrem toho je potrebné porovnávať systémy nachádzajúce sa v rovnakom regióne a v podobných podmienkach. Takže napríklad na Kamčatke podľa odborníkov stojí 1 kWh geotermálnej elektriny 2-3 krát lacnejšie ako elektrina vyrobená v miestnych tepelných elektrárňach.

Ukazovatele ekonomická efektívnosť Fungovanie geotermálneho systému závisí napríklad od toho, či je potrebné likvidovať odpadovú vodu a akým spôsobom sa to robí, či je možné kombinované využitie zdroja. takze chemické prvky a zlúčeniny extrahované z termálnej vody môžu poskytnúť dodatočný príjem. Pripomeňme si príklad Larderella: primárna tam bola chemická výroba a využívanie geotermálnej energie malo spočiatku pomocný charakter.

Vpred v oblasti geotermálnej energie

Geotermálna energia sa vyvíja trochu inak ako veterná a slnečná energia. V súčasnosti to do značnej miery závisí od charakteru samotného zdroja, ktorý sa výrazne líši podľa regiónov a najvyššie koncentrácie sú viazané na úzke zóny geotermálnych anomálií, zvyčajne spojených s oblasťami tektonických zlomov a vulkanizmu.

Okrem toho je geotermálna energia v porovnaní s veternou energiou a ešte viac so slnečnou energiou technologicky menej kapacitná: systémy geotermálnych staníc sú pomerne jednoduché.

V celkovej štruktúre svetovej výroby elektriny tvorí geotermálna zložka menej ako 1 %, no v niektorých regiónoch a krajinách dosahuje jej podiel 25–30 %. Kvôli asociácii s geologické pomery významná časť kapacít geotermálnej energie je sústredená v krajinách tretieho sveta, kde sa nachádzajú tri zoskupenia najväčšieho rozvoja priemyslu - ostrovy juhovýchodnej Ázie, Stredná Amerika a východnej Afriky. Prvé dva regióny sú súčasťou tichomorského „Ohnivého pásu Zeme“, tretí je viazaný na východoafrický rift. S najväčšou pravdepodobnosťou sa v týchto pásoch bude naďalej rozvíjať geotermálna energia. Vzdialenejšou perspektívou je rozvoj petrotermálnej energie s využitím tepla zemských vrstiev ležiacich v hĺbke niekoľkých kilometrov. Ide o takmer všadeprítomný zdroj, no jeho ťažba si vyžaduje vysoké náklady, preto sa petrolejová energetika rozvíja predovšetkým v ekonomicky a technologicky najvýkonnejších krajinách.

Vo všeobecnosti, vzhľadom na všadeprítomnosť geotermálnych zdrojov a prijateľnú úroveň environmentálna bezpečnosť existuje dôvod domnievať sa, že geotermálna energia má dobré vyhliadky na rozvoj. Najmä pri rastúcej hrozbe nedostatku tradičných nosičov energie a ich rastúcich cien.

Od Kamčatky po Kaukaz

V Rusku má rozvoj geotermálnej energie pomerne dlhú históriu a v mnohých pozíciách patríme medzi svetových lídrov, aj keď podiel geotermálnej energie na celkovej energetickej bilancii obrovskej krajiny je stále zanedbateľný.

Priekopníkmi a centrami rozvoja geotermálnej energie v Rusku boli dva regióny - Kamčatka a Severný Kaukaz, a ak v prvom prípade hovoríme predovšetkým o elektroenergetike, potom v druhom o využití tepelnej energie termálna voda.

Na severnom Kaukaze - na území Krasnodar, Čečensko, Dagestan - sa teplo termálnych vôd na energetické účely využívalo ešte pred Veľkou Vlastenecká vojna. V 80. – 90. rokoch 20. storočia sa rozvoj geotermálnej energie v regióne z pochopiteľných dôvodov zastavil a doteraz sa nespamätal zo stavu stagnácie. Napriek tomu zásobovanie geotermálnou vodou na severnom Kaukaze zabezpečuje teplo pre približne 500-tisíc ľudí a napríklad mesto Labinsk na území Krasnodar s počtom obyvateľov 60-tisíc ľudí je úplne vykurované geotermálnymi vodami.

Na Kamčatke je história geotermálnej energie spojená predovšetkým s výstavbou GeoPP. Prvá z nich, stále prevádzkujúca stanice Pauzhetskaya a Paratunskaya, bola postavená už v rokoch 1965–1967, zatiaľ čo Paratunskaya GeoPP s kapacitou 600 kW sa stala prvou stanicou na svete s binárnym cyklom. Išlo o vývoj sovietskych vedcov S. S. Kutateladzeho a A. M. Rosenfelda z Ústavu tepelnej fyziky Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied, ktorí získali v roku 1965 autorské osvedčenie na získavanie elektriny z vody s teplotou 70 °C. Táto technológia sa následne stala prototypom pre viac ako 400 binárnych GeoPP na svete.

Kapacita Pauzhetskaya GeoPP, ktorá bola uvedená do prevádzky v roku 1966, bola spočiatku 5 MW a následne sa zvýšila na 12 MW. V súčasnosti je na stanici vo výstavbe binárny blok, ktorý zvýši jej kapacitu o ďalších 2,5 MW.

Rozvoju geotermálnej energie v ZSSR a Rusku bránila dostupnosť tradičných zdrojov energie – ropy, plynu, uhlia, no nikdy sa nezastavila. Najväčšími geotermálnymi energetickými zariadeniami v súčasnosti sú Verchne-Mutnovskaya GeoPP s celkovou kapacitou 12 MW energetických blokov, uvedené do prevádzky v roku 1999, a Mutnovskaya GeoPP s kapacitou 50 MW (2002).

Mutnovskaya a Verkhne-Mutnovskaya GeoPP sú jedinečné objekty nielen pre Rusko, ale aj v celosvetovom meradle. Stanice sa nachádzajú na úpätí Mutnovského vulkánu, v nadmorskej výške 800 metrov nad morom a fungujú v extrémnych podmienkach. klimatické podmienky, kde je zima 9–10 mesiacov v roku. Vybavenie GeoPP Mutnovského, v súčasnosti jedného z najmodernejších na svete, bolo kompletne vytvorené v domácich podnikoch energetiky.

V súčasnosti je podiel Mutnovských staníc na celkovej štruktúre spotreby energie centrálneho energetického uzla Kamčatka 40 %. V najbližších rokoch sa plánuje zvýšenie kapacity.

Samostatne by sa malo povedať o ruskom petrotermálnom vývoji. Zatiaľ nemáme veľké PDS, existujú však pokročilé technológie na vŕtanie do veľkých hĺbok (asi 10 km), ktoré tiež nemajú vo svete obdobu. Ich ďalší rozvoj umožní drasticky znížiť náklady na vytváranie petrotermálnych systémov. Vývojármi týchto technológií a projektov sú N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geologický ústav Ruskej akadémie vied), A. S. Nekrasov (Ústav ekonomických prognóz Ruskej akadémie vied) a špecialisti z Turbíny v Kaluze. V súčasnosti je projekt petrolejového cirkulačného systému v Rusku v pilotnej fáze.

V Rusku existujú perspektívy geotermálnej energie, aj keď sú relatívne vzdialené: v súčasnosti je potenciál dosť veľký a pozícia tradičnej energie je silná. Zároveň je v mnohých odľahlých regiónoch krajiny využitie geotermálnej energie ekonomicky rentabilné a žiadané aj v súčasnosti. Ide o územia s vysokým geoenergetickým potenciálom (Čukotka, Kamčatka, Kuriles - Ruská časť tichomorský „ohnivý pás Zeme“, pohoria južnej Sibíri a Kaukazu) a zároveň vzdialené a odrezané od centralizovaného zásobovania energiou.

Je pravdepodobné, že v najbližších desaťročiach sa geotermálna energia u nás bude rozvíjať práve v takýchto regiónoch.

"Nevieme presne, kedy pozemský magnetizmus vznikol, ale mohlo sa to stať krátko po vytvorení plášťa a vonkajšieho jadra. Na zapnutie geodynama je potrebné vonkajšie pole zárodkov, a nie nevyhnutne silné. Táto úloha napríklad magnetické pole Slnka alebo pole prúdov generovaných v jadre v dôsledku termoelektrického javu. V konečnom dôsledku nie je príliš dôležité, zdrojov magnetizmu bolo dosť. prítomnosť takéhoto poľa a kruhový objazd vodivé prúdy kvapaliny, spustenie vnútroplanetárneho dynama sa stáva jednoducho nevyhnutným“

David Stevenson, profesor Kalifornského psychologického inštitútu – najväčší špecialista na planetárny magnetizmus

Zem je obrovský generátor nevyčerpateľného elektrická energia

Späť v 16. storočí anglický lekár a fyzik William Gilbert navrhli, že zemeguľa je obrovský magnet, a slávny francúzsky vedec André Marie Ampère (1775-1836), ktorého meno je dané fyzikálnou veličinou, ktorá určuje silu elektrického prúdu, tvrdil, že naša planéta je obrovské dynamo, ktoré vyrába elektrinu. Magnetické pole Zeme je zároveň derivátom tohto prúdu, ktorý obteká Zem zo západu na východ a z tohto dôvodu je magnetické pole Zeme smerované z juhu na sever. Už na začiatku 20. storočia, po značnom počte praktických pokusov, ktoré vykonal známy vedec a experimentátor Nikola Tesla, sa potvrdili predpoklady W. Gilberta a A. Ampéra. O niektorých experimentoch N. Teslu a ich praktických výsledkoch si povieme neskôr, priamo v tomto článku.

Zaujímavé údaje o obrovských, veľkých elektrických prúdoch, ktoré tečú v hĺbkach oceánske vody, referoval zo svojej práce „Choď okolo dutín“ (časopis „Vynálezca a racionalizátor“ č. 11. 1980), kandidát technických vied, autor vedeckých prác v odboroch strojárstvo, akustika, fyzika kovov, technika rádiových zariadení, autor viac ako 40 vynálezov - Alftan Ermingelt Alexejevič. Vynára sa prirodzená otázka: „Čo je to prírodné dynamo a či je možné využiť nevyčerpateľnú energiu tohto generátora? elektrický prúd v záujme človeka?" Účelom tohto článku je nájsť odpovede na túto a ďalšie otázky súvisiace s touto témou.

Časť 1 Čo je hlavnou príčinou elektrického prúdu vo vnútri Zeme? Aké sú potenciály elektrických a magnetických polí nad zemským povrchom v dôsledku toku elektrického prúdu vo vnútri našej planéty?

Vnútorná štruktúra Zeme, jej útrob a zemskej kôry sa formovala miliardy rokov. Vplyvom vlastného gravitačného poľa sa jej útroby zohriali, a to viedlo k diferenciácii vnútornej stavby útrob Zeme a jej obalu - zemskej kôry z hľadiska súhrnného stavu, chemického zloženia resp. fyzikálne vlastnosti, v dôsledku čoho útroby Zeme a jej blízkozemský priestor získali nasledujúcu štruktúru:

Jadro Zeme, ktoré sa nachádza v strede vnútornej zemskej gule;
- plášť;
- Zemská kôra;
- hydrosféra;
- atmosféra;
- Magnetosféra

Zemská kôra, plášť a vnútro zemského jadra sú tvorené pevnou hmotou. Vonkajšia časť zemského jadra pozostáva prevažne z roztavenej hmoty železa, s prídavkom niklu, kremíka a malého množstva ďalších prvkov. Hlavný typ zemskej kôry je kontinentálny a oceánsky, v prechodovej zóne z pevniny do oceánu je vyvinutá stredná kôra.

Jadro Zeme je centrálna, najhlbšia geosféra planéty. Priemerný polomer jadra je asi 3,5 tisíc kilometrov. Samotné jadro pozostáva z vonkajšej a vnútornej časti (sub-kernel). Teplota v strede jadra dosahuje asi 5000 stupňov Celzia, hustota je asi 12,5 t/m2 a tlak až 361 GPa. AT posledné roky objavili sa nové, dodatočné informácie o jadre Zeme. Ako zistili vedci Paul Richards (Limonte-Doherty Earth Observatory) a Xiaodong Song (University of Illinois), roztavené železné jadro planéty, keď sa otáča okolo zemskej osi, predbehne rotáciu zvyšku zemegule o 0,25. -0,5 stupňa za rok. Stanovil sa priemer tuhej, vnútornej časti jadra (subnukleus). Je to 2,414 tisíc kilometrov (časopis "Objavy a hypotézy", november. 2005. Kyjev).

V súčasnosti sa predkladá nasledujúca hlavná hypotéza, ktorá vysvetľuje výskyt elektrického prúdu vo vnútri roztaveného vonkajšieho obalu zemského jadra. Podstata tejto hypotézy je nasledovná: Rotácia Zeme okolo svojej osi vedie k vzniku turbulencií vo vonkajšom, roztavenom obale jadra, čo zase vedie k vzniku elektrického prúdu, ktorý prúdi vnútri roztaveného jadra. železo. Myslím si, že ako hypotézu môžeme urobiť nasledujúci predpoklad. Keďže vonkajšia, roztavená časť obalu zemského jadra je v neustálom pohybe ako vo vzťahu k jeho podjadru, tak aj vo vzťahu k vonkajšej časti – zemskému plášťu, a tento proces prebieha na veľmi dlhé obdobie dobe došlo k elektrolýze roztavenej vonkajšej časti zemského jadra. V dôsledku procesu elektrolýzy došlo k usmernenému pohybu voľných elektrónov, ktoré sú v obrovskom množstve prítomné v roztavenej hmote železa, v dôsledku čoho sa v uzavretom obvode vonkajšieho obvodu vytvoril elektrický prúd obrovskej veľkosti. jadro, zrejme jeho hodnotu možno odhadnúť nie menej ako stovky miliónov ampérov a vyššie. Otoč sa siločiary elektrického prúdu sa vytvorili siločiary magnetického poľa, posunuté voči siločiaram elektrického prúdu o 90 stupňov. Po prechode cez obrovskú hrúbku Zeme sa sila elektrických a magnetických polí výrazne znížila. A ak hovoríme konkrétne o sile siločiar magnetického poľa Zeme, tak na jej magnetických póloch je sila magnetického poľa Zeme 0,63 gaussov.

Okrem vyššie uvedených hypotéz by bolo, dúfam, vhodné uviesť aj výsledky výskumu francúzskych vedcov, ako sú opísané v článku „Jadro Zeme“ od autora Leonida Popova. Celé znenie článku je zverejnené na internete a uvediem len malú časť uvedeného textu.

"Skupina výskumníkov z univerzít Joseph, Fourier a Lyon tvrdí, že vnútorné jadro Zeme na západe neustále kryštalizuje a na východe sa topí. Celá hmota vnútorného jadra sa pomaly presúva zo západnej strany na východe rýchlosťou 1,5 cm za rok.Vek vnút pevné telo jadro sa odhaduje na 2-4 miliardy rokov, kým na Zemi 4,5 miliardy rokov.

Takéto silné procesy tuhnutia a topenia samozrejme nemôžu ovplyvniť konvekčné toky vo vonkajšom jadre. To znamená, že ovplyvňujú ako planetárne dynamo, tak aj zemské magnetické pole a správanie sa plášťa a pohyb kontinentov.

Nie je toto kľúč k nesúladu medzi rýchlosťou rotácie jadra a zvyšku planéty a spôsob, ako vysvetliť zrýchľujúci sa posun magnetických pólov?“ (Internet, téma článku „Jadro Zeme neustále sa trávi." Autor Leonid Popov. 9. augusta 2010)

Podľa rovníc Jamesa Maxwella (1831-1879) sa siločiary elektrického prúdu vytvárajú okolo siločiar magnetického poľa, ktoré sa v ich smere zhodujú so smerom pohybu prúdu vo vonkajšom roztavenom jadre planéty. V dôsledku toho musia byť vo vnútri „tela“ Zeme aj okolo povrchu blízko Zeme siločiary elektrického poľa a čím ďalej je elektrické (ako aj magnetické pole) pole od zemského jadra, tým nižšia je intenzita. svojich siločiar. V skutočnosti by to tak malo byť a tento predpoklad je skutočne potvrdený.

Otvorme si „Príručku fyziky“ od autora A.S. Enokovich (Moskva. Vydavateľstvo Prosveshchenie, 1990) a odkazujú na údaje uvedené v tabuľke 335 „Fyzikálne parametre Zeme“. Čítanie:
- Intenzita elektrického poľa
priamo na povrchu Zeme - 130 voltov / m;
- Vo výške 0,5 km na povrchu Zeme - 50 voltov / m;
- Vo výške 3 km nad povrchom Zeme - 30 voltov / m;
- Vo výške 12 km nad povrchom Zeme - 2,5 voltov / m;

Tu je hodnota nabíjačka Zem - 57-10 v prívesku štvrtého stupňa.

Pripomeňme, že jednotka elektriny 1 coulomb sa rovná množstvu elektriny, ktorá prejde priečny rez pri prúde 1 ampér po dobu 1 sek.

Prakticky vo všetkých zdrojoch nesúcich informácie o magnetických a elektrických poliach Zeme sa uvádza, že majú pulzujúci charakter.

Časť 2. Dôvody výskytu pulzácií magnetických a elektrických silových polí Planéty.

Je známe, že intenzita magnetického poľa Zeme nie je konštantná a zvyšuje sa so zemepisnou šírkou. Maximálna intenzita siločiar magnetického poľa Zeme je pozorovaná na jej póloch, minimálna - na rovníku planéty. Nezostáva konštantná počas dňa vo všetkých zemepisných šírkach Zeme. Denné pulzácie magnetického poľa sú spôsobené viacerými dôvodmi: Cyklické zmeny slnečnej aktivity; orbitálny pohyb Zeme okolo Slnka; denná rotácia Zeme okolo vlastnej osi; vplyv gravitačných síl (gravitačných síl) iných planét slnečnej sústavy na roztavenú hmotu vonkajšieho jadra Zeme. Je celkom jasné, že pulzácie intenzity siločiar magnetického poľa zase spôsobujú pulzácie elektrického poľa Planéty. Naša Zem sa počas orbitálnej rotácie okolo Slnka na takmer kruhovej dráhe buď približuje k ostatným planétam slnečnej sústavy, ktoré obiehajú okolo Slnka na svojich dráhach, potom sa od nich vzďaľuje na maximálne vzdialenosti. Uvažujme konkrétne o tom, ako sa menia minimálne a maximálne vzdialenosti medzi Zemou a ostatnými planétami. slnečná sústava, keď sa pohybujú na svojich obežných dráhach okolo Slnka:

Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Merkúrom je 82x10 až 9. mocnina m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 217x10 do 9. stupňa m;
- Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Venušou je 38x10 až 9. mocnina m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 261x10 do 9. stupňa m;
- Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Marsom je 56x10 až 9. mocnina m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 400x10 až 9. stupeň m;
- Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Jupiterom je 588x10 na 9. mocninu m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 967x10 až 9. stupeň m;
- Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Saturnom je 1199x10 na 9. mocninu m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 1650x10 do 9. stupňa m;
- Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Uránom je 2568x10 na 9. mocninu m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 3153x10 do 9. stupňa m;
- Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Neptúnom je 4309x10 na 9. mocninu m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 4682x10 do 9. stupňa m;
- Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Mesiacom je 3,56x10 až 8. mocnina m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 4,07x10 až 8. stupeň m;
- Minimálna vzdialenosť medzi Zemou a Slnkom je 1,47x10 až 11. mocnina m;
-Maximálna vzdialenosť medzi nimi je 1,5x10 až 11. stupeň m;

Použitím známy vzorec Newtona a dosadzovať do neho údaje o maximálnych a minimálnych vzdialenostiach medzi planétami slnečnej sústavy a Zeme, údaje o minimálnych a maximálnych vzdialenostiach medzi Zemou a Mesiacom, Zemou a Slnkom, ako aj referenčné údaje o hmotnosti planét slnečnej sústavy Mesiac a Slnko a údaje o magnitúdovej gravitačnej konštante, určíme minimálnu resp. maximálne hodnoty gravitačné sily (gravitačné sily) pôsobiace na našu Planétu a následne na jej roztavené jadro s orbitálny pohyb Zem okolo Slnka a počas orbitálneho pohybu Mesiaca okolo Zeme:

Veľkosť gravitačnej sily medzi Merkúrom a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 1,77x10 až 15. mocnina kg;
- Vhodné maximálna vzdialenosť medzi nimi - 2,5x10 až 14. stupeň kg;
- veľkosť gravitačnej sily medzi Venušou a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 1,35x10 až 17. stupeň kg;
- Zodpovedá maximálnej vzdialenosti medzi nimi -2,86x10 do 15. stupňa kg;
- veľkosť gravitačnej sily medzi Marsom a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 8,5x10 až 15. mocnina kg;
- Zodpovedá maximálnej vzdialenosti medzi nimi - 1,66x10 do 14. stupňa kg;
- veľkosť gravitačnej sily medzi Jupiterom a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 2,23x10 na 17. mocninu kg;
- Zodpovedá maximálnej vzdialenosti medzi nimi - 8,25x10 do 16. stupňa kg; - veľkosť gravitačnej sily medzi Saturnom a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 1,6x10 až 16. mocnina kg;
- Zodpovedá maximálnej vzdialenosti medzi nimi - 8,48x10 do 15. stupňa kg;
- veľkosť gravitačnej sily medzi Uránom a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 5,31x10 až 14. stupeň kg;
- Zodpovedá maximálnej vzdialenosti medzi nimi - 3,56x10 do 16. stupňa kg;
- veľkosť gravitačnej sily medzi Neptúnom a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 2,27x10 až 14. stupeň kg;
- Zodpovedá maximálnej vzdialenosti medzi nimi - 1,92 x 10 do 14. stupňa kg;
- veľkosť gravitačnej sily medzi Mesiacom a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 2,31x10 do 19. stupňa kg;
- Zodpovedá maximálnej vzdialenosti medzi nimi - 1,77x10 do 19. stupňa kg;
- veľkosť gravitačnej sily medzi Slnkom a Zemou, zodpovedajúca minimálnej vzdialenosti medzi nimi - 3,69x10 do 21. stupňa kg;
- Zodpovedá maximálnej vzdialenosti medzi nimi - 3,44x10 do 21. stupňa kg;

Možno vidieť, aké obrovské veľkosti gravitačných síl pôsobia na vonkajšie, roztavené jadro Zeme. Možno si len predstaviť, ako tieto rušivé sily pôsobia súčasne rôzne strany na tejto roztavenej mase železa ju buď zmršťuje alebo zväčšuje jej prierez a v dôsledku toho spôsobuje pulzáciu sily elektrického aj magnetického poľa Planéty. Tieto pulzácie majú periodický charakter, ich frekvenčné spektrum leží v infrazvuku a veľmi nízke frekvencie.

Taktiež proces tvorby pulzácií elektrických a magnetických polí je ovplyvnený, aj keď v menšej miere, dennou rotáciou Zeme okolo vlastnej osi. Gravitačné sily planét, Mesiaca, Slnka, ktoré sú v tomto konkrétnom období dňa zo strany čelná plocha Zem, majú o niečo rušivejší účinok na roztavenú hmotu jadra planéty ako v rovnakom dennom období na zadnej (zadnej) strane hmoty jadra. Zároveň sa časť jadra smerujúca k Slnku (Mesiac, planéta) vysunie smerom k objektu rušivého vplyvu a zároveň sa stlačí zadná (odvrátená) strana roztavenej hmoty železa. smerom k centrálnemu pevnému čiastkovému jadru Zeme, čím sa znižuje jeho prierez.

Časť 3 Dá sa elektrické pole Zeme využiť na praktické účely?

Skôr ako dostaneme odpoveď na túto otázku, skúsme uskutočniť mentálny virtuálny experiment, ktorého podstata je nasledovná. Umiestnime ho do nadmorskej výšky 0,5 km. z povrchu Zeme (samozrejme mentálne) kovová elektróda, ktorej úlohu bude hrať plochá kovová doska s plochou 1x1 m2. Orientujme túto platňu vzhľadom na siločiary elektrického poľa Zeme tak, aby prenikli jej povrchom, to znamená, že povrch tejto platne by mal byť nastavený kolmo na siločiary elektrického poľa smerujúce zo západu na na východ. Druhú, presne tú istú elektródu, umiestnime rovnakým spôsobom priamo na povrch Zeme. Zmerajte rozdiel elektrického potenciálu medzi týmito elektródami. Podľa vyššie uvedených údajov z Príručky fyziky by tento nameraný elektrický potenciál mal byť 130v-50v=80 voltov.

Pokračujme v myšlienkovom experimente a mierne zmeňme počiatočné podmienky. Na jej povrch nainštalujeme kovovú elektródu, ktorá sa nachádzala priamo na povrchu Zeme a opatrne ju uzemníme. Spustíme druhú kovovú elektródu do šachty do hĺbky 0,5 km a ako v predchádzajúcom prípade ju zorientujeme vzhľadom na siločiary zemského elektrického poľa. Opäť zmerme veľkosť elektrického potenciálu medzi týmito elektródami. Mali by sme vidieť výrazný rozdiel vo veľkostiach nameraných potenciálov elektrického poľa Zeme. A čím hlbšie vo vnútri Zeme spustíme druhú elektródu, tým vyššie budú hodnoty nameraných rozdielov potenciálov elektrického poľa Planéty. A ak by sme mohli zmerať rozdiel v elektrických potenciáloch medzi vonkajším tekutým jadrom Zeme a jej povrchom, potom by tieto potenciálne rozdiely, ako v napätí, tak aj vo výkone, mali stačiť na pokrytie potrieb elektrickej energie celej populácie Zeme. naša planéta.

Ale všetko, o čom sme hovorili, sa, žiaľ, stále zvažuje na poli virtuálnych, myšlienkových experimentov. A teraz prejdime k výsledkom praktických experimentov, ktoré uskutočnil začiatkom 20. storočia Nikola Tesla a publikoval ich vo svojich prácach.

N. Tesla vo svojom laboratóriu v Colorado Springs (USA), vybudovanom v oblasti Wardenclyffe, organizoval experimenty, ktoré umožňovali prenášať informácie cez hrúbku Zeme na jej opačnú stranu. Ako základ pre úspešnú realizáciu plánovaného experimentu navrhol N. Tesla využiť elektrický potenciál Planéty, keďže sa o niečo skôr uistil, že Zem je elektricky nabitá.

Na uskutočnenie plánovaných experimentov boli podľa jeho návrhov postavené vežové antény, vysoké až 60 metrov, s medenou pologuľou na ich vrcholoch. Tieto medené hemisféry zohrávali úlohu rovnakej kovovej elektródy, o ktorej sme hovorili vyššie. Základy vybudovaných veží išli pod zem do hĺbky 40 metrov, kde zasypaný povrch zeme hral úlohu druhej elektródy. Výsledok experimentov opísal N. Tesla vo svojom publikovanom článku „Bezdrôtový prenos elektrickej energie“ (5. marca 1904). Napísal: "Je možné nielen posielať telegrafné správy bez drôtov, ale aj prenášať slabé modulácie ľudského hlasu po celej zemeguli a navyše prenášať energiu v neobmedzenom množstve na akúkoľvek vzdialenosť a bez straty."

A ďalej v tom istom článku: „V polovici júna som pri príprave na ďalšiu prácu postavil jeden zo svojich znižovacích transformátorov s cieľom inovatívnym spôsobom, experimentálne určiť elektrický potenciál zemegule a študoval jeho periodické a náhodné fluktuácie. Tento tvoril vopred starostlivo vytvorený plán dielu. Vysoko citlivé, automaticky ovládané zariadenie ovládajúce záznamové zariadenie bolo pripojené k sekundárnemu okruhu, zatiaľ čo primárne bolo pripojené k povrchu Zeme ... Otáčalo sa von, že Zem, v doslova tohto slova, žije elektrickými vibráciami.

Presvedčivý dôkaz, že Zem je skutočne obrovským prírodným generátorom nevyčerpateľnej elektrickej energie a táto energia má pulzujúci harmonický charakter. V niektorých z mála článkov na túto tému sa uvádza, že zemetrasenia, výbuchy v baniach a na plošinách na ťažbu ropy sú výsledkom prejavu pozemskej elektriny.

Na našej planéte je značný počet dutín prírodné útvary, pričom hlboko do Zeme sa nachádza aj značný počet hlbinných baní, kde je možné uskutočniť praktický výskum s cieľom určiť možnosti využitia elektrickej energie generovanej prirodzeným generátorom našej Planéty. Ostáva len dúfať, že takéto štúdie sa niekedy zrealizujú.

Časť 4. Čo sa stane s elektrickým poľom Zeme, keď sa na jej povrch dostane lineárny blesk?

Výsledky experimentov, ktoré uskutočnil N. Tesla, presvedčivo dokazujú, že naša Planéta je prirodzeným generátorom nevyčerpateľnej elektrickej energie. Navyše maximálny potenciál tejto energie je obsiahnutý v roztavenom kovovom obale vonkajšieho jadra planéty a klesá, keď sa blíži k jej povrchu a za povrchom Zeme. Výsledky experimentov N.Tesla tiež presvedčivo dokazujú, že elektrické a magnetické polia Zeme majú periodický pulzujúci charakter a spektrum pulzačných frekvencií leží v oblasti infrazvukových a veľmi nízkych frekvencií. A to znamená nasledovné - pôsobením na pulzujúce elektrické pole Zeme pomocou vonkajšieho zdroja harmonických kmitov, frekvenčne blízkych alebo zhodných s prirodzenými pulzáciami elektrického poľa Zeme, možno dosiahnuť fenomén ich rezonancie. . N. Tesla napísal: „Pri znížení elektrických vĺn na zanedbateľné množstvo a dosiahnutí nevyhnutné podmienky rezonanciou, obvod (diskutovaný vyššie) bude fungovať ako obrovské kyvadlo, donekonečna uchovávajúce energiu pôvodných budiacich impulzov, a dôsledky vystavenia Zeme a jej vodivej atmosféry rovnomerným harmonickým osciláciám žiarenia, ktoré ako testy v reálnych podmienkach show, sa môžu rozvinúť až do takej miery, že prekonajú tie dosiahnuté prirodzenými prejavmi statickej elektriny“ (článok „Bezdrôtový prenos elektrickej energie“ 6. marca 1904).

A aká je rezonancia vibrácií? „Rezonancia je prudký nárast amplitúdy ustáleného stavu vynútené vibrácie keď sa frekvencia vonkajšieho harmonického vplyvu približuje frekvencii jednej z prirodzených oscilácií systému“ (Soviet Encyclopedic Dictionary, vyd. „Soviet Encyclopedia“. Moskva. 1983)

Nikola Tesla pri svojich pokusoch využíval prirodzené aj umelé lineárne výboje blesku, ktoré so svojimi pomocníkmi experimentálne vytvorili vo svojom laboratóriu, ako zdroj vonkajšieho vplyvu na dosiahnutie rezonančných podmienok vo vnútri Zeme.
Čo je to lineárny blesk a ako sa dá použiť externý zdroj harmonické kmity schopné vytvárať rezonanciu kmitov v rámci Zeme?

Otvorme si "Príručku fyziky", tabuľka 240. Fyzikálne parametre blesku:
- trvanie (priemer) záblesku výboja blesku, C - 0,2 sek.
(Pozn. Blesk je okom vnímaný ako jeden záblesk, v skutočnosti ide o prerušovaný výboj, pozostávajúci zo samostatných výbojov-impulzov, ktorých počet je 2-3, ale môže dosiahnuť až 50).
- priemer (priemer) kanála blesku, cm - 16.
- sila bleskového prúdu (typická hodnota), A - 2x10 do 4. stupňa.
- priemerná dĺžka blesk (medzi mrakom a Zemou), km - 2 - 3.
- potenciálny rozdiel v prípade blesku, V - do 4x10 do 9. stupňa.
- číslo výboje blesku nad Zemou za 1 sekundu - asi 100.
Blesk je teda elektrický impulz veľkej sily a krátkeho trvania. Špecialisti pracujúci v oblasti pulznej techniky môžu potvrdiť nasledovný fakt – čím kratšia doba trvania pulzu (tým kratší pulz), tým bohatšie je frekvenčné spektrum harmonických elektrických kmitov, ktoré tvoria tento pulz. V dôsledku toho blesk, ktorý je krátkodobým impulzom elektrickej energie, zahŕňa množstvo harmonických elektrických oscilácií, ktoré ležia v širokom frekvenčnom rozsahu, vrátane infra-nízkych a veľmi nízkych frekvencií. V tomto prípade je maximálny impulzný výkon distribuovaný presne v oblasti presne týchto frekvencií. A táto skutočnosť znamená, že harmonické kmity, ktoré vznikajú pri výboji lineárneho blesku na zemský povrch, môžu poskytnúť rezonanciu pri interakcii s vlastnými periodickými kmitmi (pulzáciami) elektrického poľa Zeme. V článku “Controlled Lightning” z 8. marca 1904 N. Tesla napísal: “Objav pozemských stojatých vĺn ukazuje, že napriek svojej obrovskej veľkosti (rozumej veľkosti Zeme) môže byť celá planéta vystavená rezonančným vibráciám ako napr. malá ladička, ktorou bez prekážok prechádzajú elektrické vibrácie dané jej fyzikálnymi vlastnosťami a rozmermi. Je známe, že N. Tesla a jeho pomocníci vo svojich pokusoch za účelom dosiahnutia fenoménu rezonancie vytvorili umelé lineárne blesky (iskrové výboje) dlhé niečo cez 3 metre s veľmi krátkym trvaním) a elektrický potenciál viac ako päťdesiat miliónov voltov.

A tu vyvstáva veľmi zaujímavá otázka: "Nie je Tunguzský meteorit dôsledkom rezonančného účinku prirodzeného lineárneho blesku na elektrické pole Zeme?" Problematika vplyvu umelého lineárneho blesku vytvoreného v laboratóriu N. Teslu na vzhľad tunguzského meteoritu sa tu nezaoberá, keďže v čase spojenom s udalosťami tunguzského meteoritu laboratórium N. Teslu už nefungovalo.

Takto opisujú udalosti spojené s tzv Tunguzský meteorit svedkov tejto udalosti. 17. (30. júna 1908) asi o 7. hodine ráno sa nad územím povodia Jenisej prehnala obrovská ohnivá guľa. Jeho let sa skončil veľkú silu výbuch, ktorý nastal vo výške 7 až 10 km od povrchu Zeme. Sila výbuchu, ako odborníci neskôr určili, približne zodpovedala sile výbuchu vodíkovej bomby od 10 do 40 megaton ekvivalentu TNT.

Venujme osobitnú pozornosť tomu, že k tejto udalosti došlo v letnom období, teda pri tvorbe častých letných búrok, sprevádzaných výbojmi bleskov. A vieme, že to mohli spôsobiť výboje lineárnych bleskov na zemskom povrchu rezonančné javy vnútri zemegule, čo by zase mohlo prispieť k vytvoreniu guľového blesku obrovskej elektrickej energie. Na potvrdenie nielen mnou vyslovenej verzie sa obrátime na „Encyklopedický slovník“: „Guľový blesk je svetelný guľôčkový blesk s priemerom 10 cm a väčším, zvyčajne vytvorený po lineárnom údere blesku a pozostávajúci z: zjavne z nerovnovážnej plazmy." To však nie je všetko. Obráťme sa na článok N. Teslu „Rozhovor s planétou“ z 9. februára 1901. Tu je úryvok z tohto článku: „Už som preukázal prostredníctvom rozhodujúcich testov praktickú uskutočniteľnosť prenosu signálu pomocou môjho systému z jedného bodu na druhý bod na zemeguli, bez ohľadu na to, ako ďaleko od seba, a čoskoro prevediem neveriacich Mám všetky dôvody na to, aby som si blahoželal k tomu, že v priebehu týchto experimentov, z ktorých mnohé boli mimoriadne rafinované a riskantné, som ani ja, ani moji asistenti neutrpeli žiadne zranenia. nezvyčajné javy. Kvôli určitému rušeniu oscilácií mohli skutočné ohnivé gule vyskočiť na veľké vzdialenosti a ak by im bol niekto v ceste alebo blízko, bol by okamžite zničený.

Ako vidíme, je ešte priskoro vylúčiť možnosť účasti guľového blesku na vyššie popísaných udalostiach spojených s tunguzským meteoritom. Časté letné búrky vyskytujúce sa v tomto ročnom období, lineárne údery blesku by mohli spôsobiť guľové blesky a mohli by sa vyskytnúť ďaleko mimo povodia rieky Jenisej a potom, „cestovať“ veľkou rýchlosťou pozdĺž siločiar zemského elektrického poľa, skončiť v oblasti, kde sa odohrali vyššie uvedené udalosti.

Záver
Prirodzené energetické zdroje Planéty sa neúprosne zmenšujú. Existujú aktívne vyhľadávania alternatívne zdroje energie, umožňujúcej prísť nahradiť miznúce. Zdá sa, že nadišiel čas venovať sa hĺbkovému výskumu, teoreticky aj prakticky, pri určovaní možnosti využitia elektrického potenciálu prirodzeného generátora elektrickej energie v záujme človeka. A ak sa potvrdí, že takáto možnosť existuje, a zároveň zemský generátor v dôsledku využitia jeho energie neublíži, potom je celkom možné, že elektrické pole planét bude slúžiť ľuďom. ako jeden z alternatívnych zdrojov energie.

Kleschevich V.A. September – november 2011 (Charkov)

Kontinenty sa kedysi tvorili z masívov zemskej kôry, ktorá v tej či onej miere vyčnieva nad hladinu vody vo forme pevniny. Tieto bloky zemskej kôry štiepili, pohybovali a drvili ich časti viac ako jeden milión rokov, aby sa objavili v podobe, akú poznáme teraz.

Dnes zvážime najväčšiu a najmenšiu hrúbku zemskej kôry a vlastnosti jej štruktúry.

Trochu o našej planéte

Na začiatku formovania našej planéty tu pôsobili viaceré sopky, neustále dochádzalo k zrážkam s kométami. Až po zastavení bombardovania horúci povrch planéty zamrzol.
To znamená, že vedci sú si istí, že spočiatku bola naša planéta pustou púšťou bez vody a vegetácie. Odkiaľ sa toľko vody vzalo, je stále záhadou. Nie je to však tak dávno, čo boli v podzemí objavené veľké zásoby vody, možno to boli oni, ktorí sa stali základom našich oceánov.

Bohužiaľ, všetky hypotézy o pôvode našej planéty a jej zložení sú skôr domnienky ako fakty. Podľa vyjadrení A. Wegenera bola Zem spočiatku pokrytá tenkou vrstvou žuly, ktorá sa v paleozoickej ére premenila na pevninskú Pangeu. V období druhohôr sa Pangea začala deliť na časti, vzniknuté kontinenty sa postupne od seba odplavovali. Tichý oceán, uvádza Wegener, je zvyškom primárneho oceánu a Atlantický a Indický sa považujú za sekundárne.

zemská kôra

Zloženie zemskej kôry je prakticky podobné zloženiu planét našej slnečnej sústavy - Venuše, Marsu atď. Veď tie isté látky slúžili ako základ pre všetky planéty slnečnej sústavy. A nedávno si vedci boli istí, že kolízia Zeme s inou planétou zvanou Thea spôsobila zlúčenie dvoch nebeských telies a z rozbitého fragmentu vznikol Mesiac. To vysvetľuje, prečo je minerálne zloženie Mesiaca podobné zloženiu našej planéty. Nižšie sa budeme zaoberať štruktúrou zemskej kôry - mapou jej vrstiev na súši a v oceáne.

Kôra tvorí len 1% hmotnosti Zeme. Pozostáva najmä z kremíka, železa, hliníka, kyslíka, vodíka, horčíka, vápnika a sodíka a 78 ďalších prvkov. Predpokladá sa, že v porovnaní s plášťom a jadrom je zemská kôra tenká a krehká škrupina, pozostávajúca hlavne z ľahkých látok. Ťažké látky podľa geológov klesajú do stredu planéty a tie najťažšie sa sústreďujú v jadre.

Štruktúra zemskej kôry a mapa jej vrstiev sú znázornené na obrázku nižšie.

kontinentálnej kôry

Zemská kôra má 3 vrstvy, z ktorých každá pokrýva tú predchádzajúcu nerovnými vrstvami. Väčšinu jeho povrchu tvoria kontinentálne a oceánske nížiny. Kontinenty sú tiež obklopené šelfom, ktorý po strmom ohybe prechádza do kontinentálneho svahu (oblasť podmorského okraja kontinentu).
pozemský kontinentálnej kôry rozdelené do vrstiev:

1. Sedimentárne.
2. Žula.
3. Čadič.

Sedimentárna vrstva je pokrytá sedimentárnymi, metamorfovanými a vyvretými horninami. Hrúbka kontinentálnej kôry je najmenšie percento.

Typy kontinentálnej kôry

Sedimentárne horniny sú akumulácie, ktoré zahŕňajú íl, uhličitany, vulkanogénne horniny a iné pevné látky. Ide o druh sedimentu, ktorý vznikol v dôsledku určitých prírodné podmienky ktoré predtým existovali na Zemi. Umožňuje výskumníkom vyvodiť závery o histórii našej planéty.

Vrstva žuly pozostáva z vyvrelých a metamorfovaných hornín, ktoré sú svojimi vlastnosťami podobné žule. To znamená, že nielen žula tvorí druhú vrstvu zemskej kôry, ale tieto látky sú jej zložením veľmi podobné a majú približne rovnakú silu. Rýchlosť jeho pozdĺžnych vĺn dosahuje 5,5-6,5 km/s. Tvoria ho žuly, bridlice, ruly atď.

Čadičová vrstva je zložená z látok podobného zloženia ako čadič. V porovnaní so žulovou vrstvou je hustejšia. Pod čadičovou vrstvou preteká viskózny plášť pevných látok. Plášť je zvyčajne oddelený od kôry takzvanou Mohorovichichovou hranicou, ktorá v skutočnosti oddeľuje vrstvy rôzneho chemického zloženia. Vyznačuje sa prudkým zvýšením rýchlosti seizmických vĺn.
To znamená, že relatívne tenká vrstva zemskej kôry je krehkou bariérou, ktorá nás oddeľuje od rozžeraveného plášťa. Hrúbka samotného plášťa je v priemere 3 000 km. Spolu s plášťom sa pohybujú a tektonické dosky, ktoré sú ako súčasť litosféry časťou zemskej kôry.

Nižšie uvažujeme o hrúbke kontinentálnej kôry. Je to do 35 km.

Hrúbka kontinentálnej kôry

Hrúbka zemskej kôry sa pohybuje od 30 do 70 km. A ak pod rovinami je jeho vrstva len 30-40 km, potom pod horské systémy dosahuje 70 km. Pod Himalájami dosahuje hrúbka vrstvy 75 km.

Hrúbka kontinentálnej kôry je od 5 do 80 km a priamo závisí od jej veku. Studené staroveké platformy (východoeurópske, sibírske, západosibírske) majú teda pomerne veľkú hrúbku - 40 - 45 km.

Okrem toho má každá z vrstiev svoju vlastnú hrúbku a hrúbku, ktorá sa môže v rôznych oblastiach pevniny líšiť.

Hrúbka kontinentálnej kôry je:

1. Sedimentárna vrstva - 10-15 km.

2. Žulová vrstva - 5-15 km.

3. Čadičová vrstva - 10-35 km.

Teplota zemskej kôry

Teplota stúpa, keď idete hlbšie do nej. Predpokladá sa, že teplota jadra je až 5 000 ° C, ale tieto údaje zostávajú podmienené, pretože jeho typ a zloženie nie sú vedcom stále jasné. Keď idete hlbšie do zemskej kôry, jej teplota stúpa každých 100 m, ale jej údaje sa líšia v závislosti od zloženia prvkov a hĺbky. Oceánska kôra má vyššiu teplotu.

oceánska kôra

Pôvodne bola podľa vedcov Zem pokrytá presne oceánskou vrstvou kôry, ktorá sa svojou hrúbkou a zložením trochu líši od kontinentálnej vrstvy. vznikol pravdepodobne z vrchnej diferencovanej vrstvy príkrovu, teda zložením je jej veľmi blízky. Hrúbka zemskej kôry oceánskeho typu je 5-krát menšia ako hrúbka kontinentálneho typu. Zároveň sa jeho zloženie v hlbokých a plytkých oblastiach morí a oceánov navzájom nevýznamne líši.

Vrstvy kontinentálnej kôry

Hrúbka oceánskej kôry je:

1. Vrstva oceánskej vody, ktorej hrúbka je 4 km.

2. Vrstva voľných sedimentov. Hrúbka je 0,7 km.

3. Vrstva zložená z bazaltov s karbonátovými a kremitými horninami. Priemerný výkon je 1,7 km. Nevystupuje ostro a vyznačuje sa zhutnením sedimentárnej vrstvy. Táto verzia jeho štruktúry sa nazýva suboceánska.

4. Čadičová vrstva, nelíšiaca sa od kontinentálnej kôry. Hrúbka oceánskej kôry v tejto vrstve je 4,2 km.

Bazaltová vrstva oceánskej kôry v subdukčných zónach (zóna, v ktorej jedna vrstva kôry pohlcuje druhú) sa mení na eklogity. Ich hustota je taká vysoká, že klesajú hlboko do kôry do hĺbky viac ako 600 km a potom klesajú do spodného plášťa.

Vzhľadom na to, že najmenšia hrúbka zemskej kôry je pozorovaná pod oceánmi a je len 5-10 km, vedci už dlho živili myšlienku začať vŕtať kôru v hĺbke oceánov, čo by nám umožnilo podrobnejšie študovať vnútorná štruktúra Zem. Vrstva oceánskej kôry je však veľmi silná a výskum v hĺbke oceánu túto úlohu ešte viac sťažuje.

Záver

Zemská kôra je snáď jedinou vrstvou, ktorú ľudstvo podrobne študovalo. To, čo je pod ním, však stále znepokojuje geológov. Ostáva len dúfať, že jedného dňa budú preskúmané neprebádané hlbiny našej Zeme.

ONI. Kapitonov

Jadrové teplo Zeme

Zemské teplo

Zem je pomerne silne vyhrievané teleso a je zdrojom tepla. Zohrieva sa predovšetkým vďaka slnečnému žiareniu, ktoré absorbuje. Ale aj Zem má svoj vlastný tepelný zdroj porovnateľný s teplom prijatým zo Slnka. Predpokladá sa, že táto vlastná energia Zeme má nasledujúci pôvod. Zem vznikla asi pred 4,5 miliardami rokov po vytvorení Slnka z protoplanetárneho plynno-prachového disku, ktorý sa okolo nej otáča a kondenzuje. V ranom štádiu svojho vzniku sa zemská látka zahrievala v dôsledku relatívne pomalého gravitačného stláčania. veľkú úlohu v tepelná bilancia Zem hrala aj energia, ktorá sa uvoľnila, keď na ňu dopadli malé vesmírne telesá. Preto bola mladá Zem roztavená. Ochladzovaním sa postupne dostala do súčasného stavu s pevným povrchom, ktorého značnú časť pokrýva oceánska a morské vody. Toto ťažké vonkajšia vrstva volal zemská kôra a v priemere na súši je jeho hrúbka asi 40 km a pod oceánskymi vodami - 5-10 km. Viac hlboká vrstva Krajina volala plášť pozostáva aj z pevnej látky. Rozprestiera sa do hĺbky takmer 3000 km a obsahuje väčšinu hmoty Zeme. Napokon, najvnútornejšia časť Zeme je jej jadro. Skladá sa z dvoch vrstiev – vonkajšej a vnútornej. vonkajšie jadro ide o vrstvu roztaveného železa a niklu pri teplote 4500-6500 K s hrúbkou 2000-2500 km. vnútorné jadro s polomerom 1000-1500 km je pevná zliatina železa a niklu zahriata na teplotu 4000-5000 K s hustotou asi 14 g/cm 3, ktorá vznikla pri obrovskom (takmer 4 milióny barov) tlaku.
Okrem vnútorného tepla Zeme, zdedeného z najskoršieho horúceho štádia jej vzniku a ktorého množstvo by sa malo s časom znižovať, existuje ešte jedno, dlhodobé, spojené s rádioaktívnym rozpadom jadier s dlhým pol- život - predovšetkým 232 Th, 235 U , 238 U a 40 K. Energia uvoľnená pri týchto rozpadoch - tvoria takmer 99% rádioaktívnej energie Zeme - neustále dopĺňa tepelné zásoby Zeme. Vyššie uvedené jadrá sú obsiahnuté v kôre a plášti. Ich rozpad vedie k zahrievaniu vonkajšej aj vnútornej vrstvy Zeme.
Časť obrovského tepla obsiahnutého vo vnútri Zeme neustále vychádza na jej povrch, často vo veľmi rozsiahlych vulkanických procesoch. Tepelný tok prúdiaci z hlbín Zeme cez jej povrch je známy. Je to (47±2)·10 12 wattov, čo zodpovedá teplu, ktoré dokáže vyrobiť 50 tisíc jadrových elektrární (priemerný výkon jednej jadrovej elektrárne je asi 10 9 wattov). Vynára sa otázka, či rádioaktívna energia zohráva významnú úlohu v celkovom tepelnom rozpočte Zeme, a ak áno, akú úlohu? Odpoveď na tieto otázky dlho zostal neznámy. Teraz sú príležitosti na zodpovedanie týchto otázok. Kľúčovú úlohu tu zohrávajú neutrína (antineutrína), ktoré vznikajú v procesoch rádioaktívny rozpad jadrá, ktoré tvoria látku Zeme a ktoré sú tzv geo-neutrína.

Geo-neutrino

Geo-neutrino je kombinovaný názov pre neutrína alebo antineutrína, ktoré sú emitované v dôsledku beta rozpadu jadier nachádzajúcich sa pod zemským povrchom. Je zrejmé, že vďaka bezprecedentnej penetračnej schopnosti môže registrácia týchto (a iba ich) pozemnými neutrínovými detektormi poskytnúť objektívne informácie o procesoch rádioaktívneho rozpadu, ktoré sa vyskytujú hlboko vo vnútri Zeme. Príkladom takéhoto rozpadu je β - rozpad jadra 228 Ra, ktorý je produktom rozpadu α ​​dlhotrvajúceho jadra 232 Th (pozri tabuľku):

Polčas rozpadu (T 1/2) jadra 228 Ra je 5,75 roka a uvoľnená energia je asi 46 keV. Energetické spektrum antineutrín je spojité s hornou hranicou blízko uvoľnenej energie.
Rozpady jadier 232 Th, 235 U, 238 U sú reťazce po sebe nasledujúcich rozpadov, ktoré tvoria tzv. rádioaktívne série. V takýchto reťazcoch sa α-rozpady prelínajú s β − -rozpadmi, pretože pri α-rozpadoch sa konečné jadrá posúvajú z β-čiary stability do oblasti jadier preťažených neutrónmi. Po reťazci postupných rozpadov na konci každého radu sa vytvoria stabilné jadrá s počtom protónov a neutrónov blízkym alebo rovným magickým číslam (Z = 82,N= 126). Takéto konečné jadrá sú stabilné izotopy olova alebo bizmutu. Rozpad T 1/2 sa teda končí vytvorením dvojnásobne magického jadra 208 Pb a na dráhe 232 Th → 208 Pb vzniká šesť α-rozpadov, ktoré sa striedajú so štyrmi β - rozpadmi (v reťazci 238 U → 206 Pb, osem α- a šesť β - - rozpadov, v reťazci 235 U → 207 Pb je sedem α- a štyri β - rozpady). Energetické spektrum antineutrín z každej rádioaktívnej série je teda superpozíciou parciálnych spektier z jednotlivých β − rozpadov, ktoré tvoria túto sériu. Spektrá antineutrín produkovaných pri rozpadoch 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K sú znázornené na obr. 1. 40 K rozpad je jediný β − rozpad (pozri tabuľku). najväčšia energia(až 3,26 MeV) dosahujú antineutrína pri rozpade
214 Bi → 214 Po, čo je článok v rádioaktívnom rade 238 U. Celková energia uvoľnená pri prechode všetkých rozpadových článkov v rade 232 Th → 208 Pb je 42,65 MeV. Pre rádioaktívny rad 235 U a 238 U sú tieto energie 46,39 a 51,69 MeV. Energia uvoľnená pri rozklade
40 K → 40 Ca je 1,31 MeV.

Charakteristika jadier 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K

Jadro	Zdielať v % v zmesi izotopy	Počet jadier sa týka. Si jadrá	T 1/2 miliardy rokov	Prvé odkazy kaz
232 tis	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6,48 10-5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40 tis	0.0117	0.440	1.25

Odhad toku geo-neutrín, urobený na základe rozpadu jadier 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K obsiahnutých v zložení hmoty Zeme, vedie k hodnote rádovo 10 6 cm. -2 s -1. Registráciou týchto geoneutrín možno získať informácie o úlohe rádioaktívneho tepla v celkovej tepelnej bilancii Zeme a otestovať naše predstavy o obsahu dlhožijúcich rádioizotopov v zložení zemskej hmoty.

Ryža. 1. Energetické spektrá antineutrín z jadrového rozpadu

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K normalizované na jeden rozpad materského jadra

Reakcia sa používa na registráciu elektrónových antineutrín

P → e + + n, (1)

v ktorej bola táto častica skutočne objavená. Prahová hodnota pre túto reakciu je 1,8 MeV. Preto je možné vo vyššie uvedenej reakcii zaregistrovať iba geoneutrína vytvorené v rozpadových reťazcoch počínajúc od jadier 232 Th a 238 U. Efektívny prierez diskutovanej reakcie je extrémne malý: σ ≈ 10 -43 cm2. Z toho vyplýva, že neutrínový detektor s citlivým objemom 1 m 3 zaregistruje maximálne niekoľko udalostí ročne. Je zrejmé, že detektory neutrín sú potrebné na spoľahlivú fixáciu geo-neutrínových tokov. veľký objem umiestnené v podzemných laboratóriách pre maximálnu ochranu pozadia. Myšlienka použiť detektory určené na štúdium slnečných a reaktorových neutrín na registráciu geoneutrín vznikla v roku 1998. V súčasnosti existujú dva veľkoobjemové neutrínové detektory využívajúce kvapalinový scintilátor a vhodné na riešenie problému. Ide o neutrínové detektory experimentov KamLAND (Japonsko, ) a Borexino (Taliansko, ). Nižšie uvažujeme o zariadení detektora Borexino a výsledkoch získaných na tomto detektore o registrácii geo-neutrín.

Borexino detektor a registrácia geo-neutrín

Detektor neutrín Borexino sa nachádza v strednom Taliansku v podzemnom laboratóriu pod pohorím Gran Sasso, ktorého horské vrcholy dosahujú 2,9 km (obr. 2).

Ryža. Obr. 2. Schéma umiestnenia neutrínového laboratória pod pohorím Gran Sasso (stredné Taliansko) Obr.

Borexino je nesegmentový masívny detektor, ktorého aktívnym médiom je
280 ton organického kvapalného scintilátora. Vypĺňalo nylonovú guľovú nádobu s priemerom 8,5 m (obr. 3). Scintilátorom bol pseudokumén (C9H12) s aditívom PPO s posunom spektra (1,5 g/l). Svetlo zo scintilátora zbiera 2212 osempalcových fotonásobičov (PMT) umiestnených na guľôčke z nehrdzavejúcej ocele (SSS).

Ryža. 3. Schéma zariadenia detektora Borexino

Nylonová nádoba s pseudokuménom je vnútorný detektor, ktorého úlohou je registrovať neutrína (antineutrína). Vnútorný detektor je obklopený dvoma sústrednými nárazníkovými zónami, ktoré ho chránia pred vonkajším gama žiarením a neutrónmi. Vnútorná zóna je naplnená nescintilačným médiom pozostávajúcim z 900 ton pseudokuménu s prísadami dimetylftalátov na uhasenie scintilácií. Vonkajšia zóna sa nachádza na vrchu SNS a je ňou vodný Čerenkovov detektor obsahujúci 2000 ton ultračistej vody a prerušujúci signály od miónov vstupujúcich do zariadenia zvonku. Pre každú interakciu vyskytujúcu sa vo vnútornom detektore sa určuje energia a čas. Kalibrácia detektora pomocou rôznych rádioaktívnych zdrojov umožnila veľmi presne určiť jeho energetickú škálu a mieru reprodukovateľnosti svetelného signálu.
Borexino je detektor s veľmi vysokou čistotou žiarenia. Všetky materiály boli dôsledne vybrané a scintilátor bol vyčistený, aby sa minimalizovalo vnútorné pozadie. Vďaka vysokej čistote žiarenia je Borexino vynikajúcim detektorom na detekciu antineutrín.
V reakcii (1) dáva pozitrón okamžitý signál, po ktorom po určitom čase nasleduje zachytenie neutrónu vodíkovým jadrom, čo vedie k objaveniu sa γ-kvanta s energiou 2,22 MeV, ktoré vytvorí signál oneskorený v porovnaní s prvým. V Borexine je čas záchytu neutrónov asi 260 μs. Okamžité a oneskorené signály sú korelované v priestore a čase, čo poskytuje presné rozpoznanie udalosti spôsobenej napr.
Prahová hodnota pre reakciu (1) je 1,806 MeV a ako je možné vidieť na obr. 1, všetky geoneutrína z rozpadov 40 K a 235 U sú pod touto hranicou a je možné detegovať len časť geoneutrín, ktoré vznikli pri rozpadoch 232 Th a 238 U.
Detektor Borexino prvýkrát zachytil signály z geo-neutrín v roku 2010 a nedávno zverejnil nové výsledky na základe pozorovaní počas 2056 dní od decembra 2007 do marca 2015. Nižšie uvádzame získané údaje a výsledky ich diskusie na základe článku.
Ako výsledok analýzy experimentálnych údajov bolo identifikovaných 77 kandidátov na elektrónové antineutrína, ktorí splnili všetky výberové kritériá. Pozadie z udalostí simulujúcich e bolo odhadnuté pomocou . Pomer signál/pozadie bol teda ≈100.
Hlavným zdrojom pozadia boli reaktorové antineutrína. Pre Borexino bola situácia celkom priaznivá, keďže v blízkosti laboratória Gran Sasso nie sú žiadne jadrové reaktory. Navyše, reaktorové antineutrína sú energickejšie ako geo-neutrína, čo umožnilo oddeliť tieto antineutrína od pozitrónu silou signálu. Výsledky analýzy príspevkov geoneutrín a reaktorových antineutrín k celkovému počtu zaznamenaných udalostí z e sú znázornené na obr. 4. Počet zaregistrovaných geoneutrín daný touto analýzou (na obr. 4 im zodpovedá vytieňovaná plocha) sa rovná . V spektre geoneutrín extrahovaných ako výsledok analýzy sú viditeľné dve skupiny – menej energická, intenzívnejšia a energickejšia, menej intenzívna. Autori opísanej štúdie spájajú tieto skupiny s rozpadmi tória a uránu.
V diskutovanej analýze sme použili pomer hmotností tória a uránu v hmote Zeme
m(Th)/m(U) = 3,9 (v tabuľke je táto hodnota ≈3,8). Toto číslo odráža relatívny obsah týchto chemických prvkov v chondritoch - najbežnejšej skupine meteoritov (viac ako 90% meteoritov, ktoré spadli na Zem, patrí do tejto skupiny). Predpokladá sa, že zloženie chondritov, s výnimkou ľahkých plynov (vodík a hélium), opakuje zloženie slnečnej sústavy a protoplanetárneho disku, z ktorého bola vytvorená Zem.

Ryža. Obr. 4. Spektrum svetelného výstupu z pozitrónov v jednotkách počtu fotoelektrónov pre antineutrínové kandidátske udalosti (experimentálne body). Tieňovaná oblasť je príspevkom geo-neutrín. Plná čiara predstavuje príspevok reaktorových antineutrín.