Para sa Russia, ang enerhiya ng init ng Earth ay maaaring maging isang pare-pareho, maaasahang pinagmumulan ng pagbibigay ng mura at abot-kayang kuryente at init gamit ang mga bagong high, environment friendly na teknolohiya para sa pagkuha at supply nito sa consumer. Ito ay totoo lalo na sa sandaling ito
Limitadong mapagkukunan ng mga hilaw na materyales ng fossil energy
Ang pangangailangan para sa mga hilaw na materyales ng organikong enerhiya ay mahusay sa mga industriyalisado at umuunlad na mga bansa (USA, Japan, mga estado ng nagkakaisang Europa, China, India, atbp.). Kasabay nito, ang kanilang sariling mga mapagkukunan ng hydrocarbon sa mga bansang ito ay hindi sapat o nakalaan, at ang isang bansa, halimbawa, ang Estados Unidos, ay bumibili ng mga hilaw na materyales sa enerhiya sa ibang bansa o bumuo ng mga deposito sa ibang mga bansa.
Sa Russia, isa sa pinakamayamang bansa sa mga tuntunin ng mga mapagkukunan ng enerhiya, ang mga pang-ekonomiyang pangangailangan para sa enerhiya ay nasiyahan pa rin sa pamamagitan ng mga posibilidad ng paggamit ng mga likas na yaman. Gayunpaman, ang pagkuha ng fossil hydrocarbons mula sa ilalim ng lupa ay nangyayari sa napakabilis na bilis. Kung noong 1940s-1960s. Ang pangunahing mga rehiyon na gumagawa ng langis ay ang "Second Baku" sa Volga at Cis-Urals, pagkatapos, simula noong 1970s, at hanggang sa kasalukuyan, ang Western Siberia ay naging isang lugar. Ngunit kahit dito mayroong isang makabuluhang pagbaba sa produksyon ng mga fossil hydrocarbons. Ang panahon ng "tuyo" na Cenomanian gas ay lumilipas. Ang nakaraang yugto ng malawak na pag-unlad ng produksyon ng natural na gas ay natapos na. Ang pagkuha nito mula sa mga higanteng deposito tulad ng Medvezhye, Urengoyskoye at Yamburgskoye ay umabot sa 84, 65 at 50%, ayon sa pagkakabanggit. Ang proporsyon ng mga reserbang langis na paborable para sa pag-unlad ay bumababa din sa paglipas ng panahon.
Dahil sa aktibong pagkonsumo ng mga hydrocarbon fuel, ang mga onshore na reserba ng langis at natural na gas ay makabuluhang nabawasan. Ngayon ang kanilang mga pangunahing reserba ay puro sa continental shelf. At kahit na ang hilaw na materyal na base ng industriya ng langis at gas ay sapat pa rin para sa pagkuha ng langis at gas sa Russia sa kinakailangang dami, sa malapit na hinaharap ay ipagkakaloob ito sa isang pagtaas ng lawak sa pamamagitan ng pag-unlad ng mga patlang na may kumplikadong pagmimina at heolohikal na kondisyon. Kasabay nito, tataas ang halaga ng produksyon ng hydrocarbon.
Karamihan sa mga hindi nababagong mapagkukunan na nakuha mula sa ilalim ng lupa ay ginagamit bilang panggatong para sa mga planta ng kuryente. Una sa lahat, ito ang bahagi kung saan sa istraktura ng gasolina ay 64%.
Sa Russia, 70% ng kuryente ay nabuo sa mga thermal power plant. Ang mga negosyo ng enerhiya ng bansa taun-taon ay nagsusunog ng humigit-kumulang 500 milyong tonelada ng c.e. tonelada para sa layunin ng pagbuo ng kuryente at init, habang ang produksyon ng init ay kumonsumo ng 3-4 na beses na mas maraming hydrocarbon fuel kaysa sa pagbuo ng kuryente.
Ang dami ng init na nakuha mula sa pagkasunog ng mga volume na ito ng mga hilaw na materyales ng hydrocarbon ay katumbas ng paggamit ng daan-daang tonelada ng nuclear fuel - ang pagkakaiba ay malaki. Gayunpaman, ang nuclear power ay nangangailangan ng pagtiyak sa kaligtasan sa kapaligiran (upang maiwasan ang pag-ulit ng Chernobyl) at pagprotekta nito mula sa posibleng pag-atake ng mga terorista, pati na rin ang ligtas at magastos na pag-decommissioning ng mga lipas na at ginastos na nuclear power units. Ang napatunayang nare-recover na mga reserba ng uranium sa mundo ay humigit-kumulang 3 milyon 400 libong tonelada. Para sa buong nakaraang panahon (hanggang 2007), humigit-kumulang 2 milyong tonelada ang minahan.
RES bilang kinabukasan ng pandaigdigang enerhiya
Ang tumaas na interes sa mundo sa nakalipas na mga dekada sa alternatibong renewable energy sources (RES) ay sanhi hindi lamang ng pagkaubos ng mga reserbang hydrocarbon fuel, kundi pati na rin ng pangangailangang lutasin ang mga problema sa kapaligiran. Ang mga layunin na kadahilanan (fossil fuel at uranium reserves, pati na rin ang mga pagbabago sa kapaligiran na nauugnay sa paggamit ng tradisyonal na apoy at nuclear energy) at mga uso sa pagbuo ng enerhiya ay nagmumungkahi na ang paglipat sa mga bagong pamamaraan at anyo ng produksyon ng enerhiya ay hindi maiiwasan. Nasa unang kalahati ng siglo XXI. magkakaroon ng kumpleto o halos kumpletong paglipat sa hindi tradisyonal na mga mapagkukunan ng enerhiya.
Kung mas maaga ang isang tagumpay sa direksyon na ito, mas hindi masakit para sa buong lipunan at mas kapaki-pakinabang para sa bansa, kung saan ang mga mapagpasyang hakbang ay gagawin sa direksyong ito.
Ang ekonomiya ng mundo ay nagtakda na ng kurso para sa paglipat sa isang makatwirang kumbinasyon ng tradisyonal at bagong mga mapagkukunan ng enerhiya. Ang pagkonsumo ng enerhiya sa mundo noong 2000 ay umabot sa higit sa 18 bilyong tonelada ng katumbas ng gasolina. tonelada, at pagkonsumo ng enerhiya sa 2025 ay maaaring tumaas sa 30–38 bilyong tonelada ng katumbas ng gasolina. tonelada, ayon sa forecast data, sa pamamagitan ng 2050 consumption sa antas ng 60 bilyong tonelada ng katumbas ng gasolina ay posible. Ang isang katangiang kalakaran sa pag-unlad ng ekonomiya ng daigdig sa panahong sinusuri ay isang sistematikong pagbaba sa pagkonsumo ng mga fossil fuel at isang kaukulang pagtaas sa paggamit ng mga di-tradisyonal na mapagkukunan ng enerhiya. Ang thermal energy ng Earth ay sumasakop sa isa sa mga unang lugar sa kanila.
Sa kasalukuyan, ang Ministri ng Enerhiya ng Russian Federation ay nagpatibay ng isang programa para sa pagpapaunlad ng di-tradisyonal na enerhiya, kabilang ang 30 malalaking proyekto para sa paggamit ng mga heat pump unit (HPU), ang prinsipyo ng pagpapatakbo nito ay batay sa pagkonsumo ng mababang potensyal na thermal energy ng Earth.
Mababang potensyal na enerhiya ng init at heat pump ng Earth
Ang mga mapagkukunan ng mababang potensyal na enerhiya ng init ng Earth ay solar radiation at thermal radiation ng pinainit na bituka ng ating planeta. Sa kasalukuyan, ang paggamit ng naturang enerhiya ay isa sa mga pinaka-dynamic na pagbuo ng mga lugar ng enerhiya batay sa nababagong mga mapagkukunan ng enerhiya.
Ang init ng Earth ay maaaring gamitin sa iba't ibang uri ng mga gusali at istruktura para sa pagpainit, supply ng mainit na tubig, air conditioning (pagpapalamig), pati na rin para sa mga heating track sa panahon ng taglamig, pagpigil sa pag-icing, pag-init ng mga patlang sa mga bukas na istadyum, atbp. Sa teknikal na literatura sa wikang Ingles ng sistemang gumagamit ng init ng Earth sa mga sistema ng pagpainit at air conditioning ay tinutukoy bilang GHP - "geothermal heat pump" (geothermal heat pump). Ang mga klimatiko na katangian ng mga bansa sa Gitnang at Hilagang Europa, na, kasama ang Estados Unidos at Canada, ay ang mga pangunahing lugar para sa paggamit ng mababang-grade init ng Earth, tinutukoy ito pangunahin para sa mga layunin ng pagpainit; Ang paglamig ng hangin, kahit na sa tag-araw, ay medyo bihirang kinakailangan. Samakatuwid, hindi katulad sa USA, ang mga heat pump sa mga bansang European ay pangunahing gumagana sa heating mode. Sa US, mas madalas silang ginagamit sa mga sistema ng pagpainit ng hangin na sinamahan ng bentilasyon, na nagpapahintulot sa parehong pagpainit at paglamig ng hangin sa labas. Sa mga bansang Europa, ang mga heat pump ay karaniwang ginagamit sa mga sistema ng pagpainit ng tubig. Dahil tumataas ang kanilang kahusayan habang bumababa ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng evaporator at condenser, kadalasang ginagamit ang mga floor heating system para sa mga gusali ng pagpainit, kung saan umiikot ang isang coolant na medyo mababa ang temperatura (35–40 ° C).
Mga uri ng mga sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init ng Earth
Sa pangkalahatang kaso, ang dalawang uri ng mga sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init ng Earth ay maaaring makilala:
- mga bukas na sistema: bilang isang mapagkukunan ng mababang-grade thermal energy, ginagamit ang tubig sa lupa, na direktang ibinibigay sa mga heat pump;
- mga saradong sistema: ang mga heat exchanger ay matatagpuan sa massif ng lupa; kapag ang isang coolant na may temperatura na mas mababa kaysa sa lupa ay umiikot sa kanila, ang thermal energy ay "tinatanggal" mula sa lupa at inilipat sa heat pump evaporator (o kapag ang isang coolant na may mas mataas na temperatura na may kaugnayan sa lupa ay ginamit, ito ay pinalamig. ).
Ang mga disadvantages ng mga bukas na sistema ay ang mga balon ay nangangailangan ng pagpapanatili. Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga naturang sistema ay hindi posible sa lahat ng mga lugar. Ang mga pangunahing kinakailangan para sa lupa at tubig sa lupa ay ang mga sumusunod:
- sapat na pagkamatagusin ng tubig ng lupa, na nagpapahintulot sa muling pagdadagdag ng mga reserbang tubig;
– magandang kimika ng tubig sa lupa (hal. mababang nilalaman ng bakal) upang maiwasan ang sukat ng tubo at mga problema sa kaagnasan.
Mga saradong sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init ng Earth
Ang mga saradong sistema ay pahalang at patayo (Larawan 1).
kanin. 1. Scheme ng pag-install ng geothermal heat pump na may: a - pahalang
at b - vertical ground heat exchangers.
Pahalang na pagpapalitan ng init sa lupa
Sa mga bansa sa Kanluran at Gitnang Europa, ang mga pahalang na palitan ng init sa lupa ay karaniwang magkahiwalay na mga tubo na inilatag nang medyo mahigpit at konektado sa isa't isa sa serye o kahanay (Larawan 2).
kanin. 2. Pahalang na mga palitan ng init sa lupa na may: a - sunud-sunod at
b - parallel na koneksyon.
Upang i-save ang lugar ng site kung saan tinanggal ang init, ang mga pinahusay na uri ng mga heat exchanger ay binuo, halimbawa, mga heat exchanger sa anyo ng isang spiral (Larawan 3), na matatagpuan nang pahalang o patayo. Ang ganitong uri ng mga heat exchanger ay karaniwan sa USA.
2. Thermal na rehimen ng Earth
Ang lupa ay isang malamig na kosmikong katawan. Ang temperatura sa ibabaw ay pangunahing nakasalalay sa init na ibinibigay mula sa labas. 95% ng init ng itaas na layer ng Earth ay panlabas (solar) init at 5% lang init panloob , na nagmumula sa bituka ng Earth at may kasamang ilang pinagmumulan ng enerhiya. Sa bituka ng Earth, ang temperatura ay tumataas nang may lalim mula 1300 o C (sa itaas na mantle) hanggang 3700 o C (sa gitna ng core).
panlabas na init. Ang init ay dumarating sa ibabaw ng Earth pangunahin mula sa Araw. Ang bawat square centimeter ng ibabaw ay tumatanggap ng humigit-kumulang 2 calories ng init sa loob ng isang minuto. Ang halagang ito ay tinatawag solar constant at tinutukoy ang kabuuang dami ng init na dumarating sa Earth mula sa Araw. Para sa isang taon, ito ay umaabot sa 2.26 10 21 calories. Ang lalim ng pagtagos ng init ng araw sa mga bituka ng Earth ay higit sa lahat ay nakasalalay sa dami ng init na bumabagsak sa bawat yunit ng ibabaw, at sa thermal conductivity ng mga bato. Ang pinakamataas na lalim kung saan tumagos ang panlabas na init ay 200 m sa karagatan at humigit-kumulang 40 m sa lupa.
panloob na init. Sa lalim, mayroong pagtaas sa temperatura, na nangyayari nang hindi pantay sa iba't ibang mga teritoryo. Ang pagtaas ng temperatura ay sumusunod sa batas ng adiabatic at nakadepende sa compression ng substance sa ilalim ng pressure kapag imposible ang pagpapalitan ng init sa kapaligiran.
Ang pangunahing pinagmumulan ng init sa loob ng Earth:
Inilabas ang init sa panahon ng radioactive decay ng mga elemento.
Ang natitirang init mula sa pagbuo ng Earth.
Gravitational heat na inilabas sa panahon ng compression ng Earth at ang pamamahagi ng matter sa density.
Ang init na nalilikha ng mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa kailaliman ng crust ng lupa.
Init na inilabas ng tidal friction ng Earth.
Mayroong 3 temperatura zone:
ako- variable na temperatura zone . Ang pagbabago sa temperatura ay tinutukoy ng klima ng lugar. Ang pang-araw-araw na pagbabagu-bago ay halos namamatay sa lalim na halos 1.5 m, at taunang pagbabagu-bago sa lalim ng 20 ... 30 m. Ia - nagyeyelong zone.
II - pare-pareho ang temperatura zone matatagpuan sa lalim na 15…40 m, depende sa rehiyon.
III - mainit na sona .
Ang temperatura ng rehimen ng mga bato sa bituka ng crust ng lupa ay karaniwang ipinahayag ng isang geothermal gradient at isang geothermal na hakbang.
Ang halaga ng pagtaas ng temperatura para sa bawat 100 m ng lalim ay tinatawag geothermal gradient. Sa Africa, sa field ng Witwatersrand, ito ay 1.5 ° С, sa Japan (Echigo) - 2.9 ° С, sa South Australia - 10.9 ° С, sa Kazakhstan (Samarinda) - 6.3 ° С, sa Kola Peninsula - 0.65 ° С. .
kanin. 3. Mga zone ng temperatura sa crust ng lupa: I - zone ng variable na temperatura, Ia - nagyeyelong zone; II - zone ng pare-pareho ang temperatura; III - zone ng pagtaas ng temperatura.
Ang lalim kung saan tumataas ang temperatura ng 1 degree ay tinatawag hakbang ng geothermal. Ang mga numerical value ng geothermal step ay hindi pare-pareho hindi lamang sa iba't ibang latitude, kundi pati na rin sa iba't ibang lalim ng parehong punto sa rehiyon. Ang halaga ng geothermal step ay nag-iiba mula 1.5 hanggang 250 m. Sa Arkhangelsk ito ay 10 m, sa Moscow - 38.4 m, at sa Pyatigorsk - 1.5 m. Theoretically, ang average na halaga ng hakbang na ito ay 33 m.
Sa isang balon na na-drill sa Moscow hanggang sa lalim na 1,630 m, ang temperatura ng bottomhole ay 41 °C, at sa isang minahan na na-drill sa Donbass sa lalim na 1,545 m, ang temperatura ay 56.3 °C. Ang pinakamataas na temperatura ay naitala sa USA sa isang balon na may lalim na 7136 m, kung saan ito ay katumbas ng 224 °C. Ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay dapat isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng malalalim na istruktura.Ayon sa mga kalkulasyon, sa lalim na 400 km ang temperatura ay dapat umabot sa 1400...1700 °C. Ang pinakamataas na temperatura (mga 5000 °C) ay nakuha para sa core ng Earth.
Ang init ng lupa. Mga posibleng pinagmumulan ng panloob na init
Geothermy- agham na nag-aaral sa thermal field ng Earth. Ang average na temperatura sa ibabaw ng Earth ay may pangkalahatang ugali na bumaba. Tatlong bilyong taon na ang nakalilipas, ang average na temperatura sa ibabaw ng Earth ay 71 o, ngayon ito ay 17 o. Pinagmumulan ng init (thermal ) Ang mga patlang ng Earth ay panloob at panlabas na mga proseso. Ang init ng Earth ay sanhi ng solar radiation at nagmumula sa bituka ng planeta. Ang mga halaga ng pag-agos ng init mula sa parehong mga mapagkukunan ay lubos na naiiba at ang kanilang mga tungkulin sa buhay ng planeta ay naiiba. Ang solar heating ng Earth ay 99.5% ng kabuuang dami ng init na natanggap ng ibabaw nito, at ang panloob na pag-init ay nagkakahalaga ng 0.5%. Bilang karagdagan, ang pag-agos ng panloob na init ay napaka hindi pantay na ipinamamahagi sa Earth at puro pangunahin sa mga lugar ng pagpapakita ng bulkan.
Ang panlabas na mapagkukunan ay solar radiation . Kalahati ng solar energy ay hinihigop ng ibabaw, mga halaman at malapit sa ibabaw na layer ng crust ng lupa. Ang iba pang kalahati ay makikita sa kalawakan ng mundo. Ang solar radiation ay nagpapanatili ng temperatura ng ibabaw ng Earth sa average na humigit-kumulang 0 0 C. Pinainit ng Araw ang malapit na ibabaw na layer ng Earth sa isang average na lalim na 8 - 30 m, na may average na lalim na 25 m, ang epekto ng humihinto ang init ng araw at nagiging pare-pareho ang temperatura (neutral na layer). Ang lalim na ito ay minimal sa mga lugar na may maritime na klima at pinakamalaki sa rehiyon ng Subpolar. Sa ibaba ng hangganang ito ay may sinturon ng pare-parehong temperatura na tumutugma sa average na taunang temperatura ng lugar. Kaya, halimbawa, sa Moscow sa teritoryo ng agrikultura. akademya. Timiryazev, sa lalim na 20 m, ang temperatura ay palaging nananatiling katumbas ng 4.2 ° C mula noong 1882. Sa Paris, sa lalim na 28 m, ang isang thermometer ay patuloy na nagpapakita ng 11.83 ° C sa loob ng higit sa 100 taon. Ang layer na may isang ang pare-parehong temperatura ay ang pinakamalalim kung saan ang pangmatagalan ( eternal Frost. Sa ibaba ng sinturon ng pare-pareho ang temperatura ay ang geothermal zone, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng init na nabuo ng Earth mismo.
Ang mga panloob na mapagkukunan ay ang mga bituka ng Earth. Ang Earth ay naglalabas ng mas maraming init sa kalawakan kaysa sa natatanggap nito mula sa Araw. Kabilang sa mga panloob na pinagmumulan ang natitirang init mula noong natunaw ang planeta, ang init ng mga thermonuclear reaction na nagaganap sa bituka ng Earth, ang init ng gravitational compression ng Earth sa ilalim ng pagkilos ng gravity, ang init ng mga reaksiyong kemikal at mga proseso ng crystallization , atbp. (halimbawa, tidal friction). Ang init mula sa bituka ay pangunahing nagmumula sa mga gumagalaw na lugar. Ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay nauugnay sa pagkakaroon ng panloob na mga pinagmumulan ng init - ang pagkabulok ng radioactive isotopes - U, Th, K, gravitational differentiation ng matter, tidal friction, exothermic redox chemical reactions, metamorphism at phase transition. Ang rate ng pagtaas ng temperatura na may lalim ay tinutukoy ng isang bilang ng mga kadahilanan - thermal conductivity, permeability ng mga bato, kalapitan sa mga silid ng bulkan, atbp.
Sa ilalim ng sinturon ng pare-pareho ang temperatura ay may pagtaas sa temperatura, sa average na 1 o bawat 33 m ( yugto ng geothermal) o 3 o bawat 100 m ( geothermal gradient). Ang mga halagang ito ay mga tagapagpahiwatig ng thermal field ng Earth. Malinaw na ang mga halagang ito ay karaniwan at naiiba sa magnitude sa iba't ibang lugar o zone ng Earth. Ang geothermal step ay iba sa iba't ibang mga punto sa Earth. Halimbawa, sa Moscow - 38.4 m, sa Leningrad 19.6, sa Arkhangelsk - 10. Kaya, kapag ang pagbabarena ng isang malalim na balon sa Kola Peninsula sa lalim na 12 km, ang isang temperatura ng 150 ° ay ipinapalagay, sa katotohanan ito ay naging maging mga 220 degrees. Kapag ang pagbabarena ng mga balon sa hilagang Caspian sa lalim na 3000 m, ang temperatura ay ipinapalagay na 150 degrees, ngunit ito ay naging 108 degrees.
Dapat pansinin na ang mga tampok na klimatiko ng lugar at ang average na taunang temperatura ay hindi nakakaapekto sa pagbabago sa halaga ng geothermal step, ang mga dahilan ay nakasalalay sa mga sumusunod:
1) sa iba't ibang thermal conductivity ng mga bato na bumubuo sa isang partikular na lugar. Sa ilalim ng sukatan ng thermal conductivity ay nauunawaan ang dami ng init sa mga calorie na inilipat sa 1 segundo. Sa pamamagitan ng isang seksyon ng 1 cm 2 na may temperatura na gradient na 1 o C;
2) sa radioactivity ng mga bato, mas malaki ang thermal conductivity at radioactivity, mas mababa ang geothermal step;
3) sa iba't ibang mga kondisyon ng paglitaw ng mga bato at ang edad ng kanilang paglitaw; ipinakita ng mga obserbasyon na ang temperatura ay tumataas nang mas mabilis sa mga layer na nakolekta sa mga fold, madalas silang may mga paglabag (mga bitak), kung saan ang pag-access ng init mula sa kalaliman ay pinadali;
4) ang likas na katangian ng tubig sa lupa: ang mainit na tubig sa lupa ay dumadaloy ng mainit na mga bato, malamig ang mga malamig;
5) malayo mula sa karagatan: malapit sa karagatan dahil sa paglamig ng mga bato sa pamamagitan ng isang masa ng tubig, ang geothermal na hakbang ay mas malaki, at sa pakikipag-ugnay ay mas maliit ito.
Ang pag-alam sa tiyak na halaga ng geothermal na hakbang ay may malaking praktikal na kahalagahan.
1. Ito ay mahalaga kapag nagdidisenyo ng mga minahan. Sa ilang mga kaso, kakailanganing gumawa ng mga hakbang upang artipisyal na mapababa ang temperatura sa malalim na paggana (temperatura - 50 ° C ang limitasyon para sa isang tao sa tuyong hangin at 40 ° C sa basang hangin); sa iba, magiging posible na magtrabaho nang malalim.
2. Ang pagtatasa ng mga kondisyon ng temperatura sa panahon ng tunneling sa mga bulubunduking lugar ay napakahalaga.
3. Ginagawang posible ng pag-aaral ng geothermal na kondisyon ng interior ng Earth ang paggamit ng singaw at mga hot spring na umuusbong sa ibabaw ng Earth. Ang init sa ilalim ng lupa ay ginagamit, halimbawa, sa Italya, Iceland; sa Russia, isang pang-eksperimentong planta ng kuryente ang itinayo sa natural na init sa Kamchatka.
Gamit ang data sa laki ng geothermal step, maaaring gumawa ng ilang mga pagpapalagay tungkol sa mga kondisyon ng temperatura ng malalim na mga zone ng Earth. Kung gagawin natin ang average na halaga ng geothermal na hakbang bilang 33 m at ipagpalagay na ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay nangyayari nang pantay-pantay, pagkatapos ay sa lalim na 100 km magkakaroon ng temperatura na 3000 ° C. Ang temperatura na ito ay lumampas sa mga punto ng pagkatunaw ng lahat. mga sangkap na kilala sa Earth, samakatuwid, sa lalim na ito ay dapat mayroong mga natunaw na masa . Ngunit dahil sa malaking presyon ng 31,000 atm. Ang sobrang init na masa ay walang mga katangian ng mga likido, ngunit pinagkalooban ng mga katangian ng isang solidong katawan.
Sa lalim, ang geothermal na hakbang ay dapat na tila tumaas nang malaki. Kung ipagpalagay natin na ang hakbang ay hindi nagbabago nang may lalim, kung gayon ang temperatura sa gitna ng Earth ay dapat na mga 200,000 degrees, at ayon sa mga kalkulasyon, hindi ito maaaring lumampas sa 5000 - 10,000 degrees.
Ang pangunahing pinagmumulan ng thermal energy ng Earth ay [ , ]:
Sa ngayon, ang unang apat na mapagkukunan lamang ang na-quantified. Sa ating bansa, ang pangunahing merito dito ay nabibilang sa O.G. Sorokhtin at S.A. Ushakov. Ang sumusunod na data ay pangunahing batay sa mga kalkulasyon ng mga siyentipikong ito.
Ang init ng pagkakaiba-iba ng gravitational ng Earth
Isa sa pinakamahalagang regularidad sa pag-unlad ng Earth ay pagkakaiba-iba sangkap nito, na nagpapatuloy sa kasalukuyang panahon. Ang pagkakaiba-iba na ito ay nagresulta sa pagbuo core at crust, pagbabago sa komposisyon ng pangunahin mga damit, habang ang paghihiwalay ng isang unang homogenous na substance sa mga fraction ng iba't ibang densidad ay sinamahan ng paglabas thermal energy, at ang pinakamataas na paglabas ng init ay nangyayari kapag ang terrestrial matter ay nahahati sa siksik at mabigat na core at nalalabi mas magaan silicate shell manta ng lupa. Sa kasalukuyan, karamihan sa init na ito ay nabuo sa hangganan mantle - core.
Mga Enerhiya ng Gravitational Differentiation ng Earth sa buong panahon ng pag-iral nito ay namumukod-tangi - 1.46 * 10 38 erg (1.46 * 10 31 J). Nabigyan ng enerhiya para sa karamihan ng unang napupunta sa kinetic energy convective currents ng mantle substance, at pagkatapos ay sa mainit-init; ang ibang bahagi nito ay ginagastos sa karagdagang compression ng loob ng lupa, na nagmumula dahil sa konsentrasyon ng mga siksik na phase sa gitnang bahagi ng Earth. Mula sa 1.46*10 38 erg napunta ang enerhiya ng gravitational differentiation ng Earth sa karagdagang compression nito 0.23*10 38 erg (0.23*10 31 J), at sa anyo ng init na inilabas 1.23*10 38 erg (1.23*10 31 J). Ang magnitude ng thermal component na ito ay makabuluhang lumampas sa kabuuang paglabas sa Earth ng lahat ng iba pang uri ng enerhiya. Ang pamamahagi ng oras ng kabuuang halaga at rate ng paglabas ng thermal component ng gravitational energy ay ipinapakita sa Fig. 3.6 .
kanin. 3.6.
Ang kasalukuyang antas ng pagbuo ng init sa panahon ng pagkakaiba-iba ng gravitational ng Earth - 3*10 20 erg/s (3*10 13W), na nakadepende sa halaga ng makabagong heat flux na dumadaan sa ibabaw ng planeta sa ( 4.2-4.3) * 10 20 erg / s ((4.2-4.3)*10 13W), ay ~ 70%
.
radiogenic init
Sanhi ng radioactive decay ng hindi matatag isotopes. Ang pinaka masinsinang enerhiya at pangmatagalan ( na may kalahating buhay naaayon sa edad ng Daigdig) ay isotopes 238 U, 235 U, 232th at 40K. Karamihan sa kanila ay puro sa crust ng kontinental. Modernong antas ng henerasyon radiogenic init:
- ng American geophysicist V.Vakye - 1.14*10 20 erg/s (1.14*10 13W) ,
- ayon sa mga geophysicist ng Russia O.G. Sorokhtin at S.A. Ushakov - 1.26*10 20 erg/s(1.26*10 13W) .
Mula sa halaga ng modernong daloy ng init, ito ay ~ 27-30%.
Sa kabuuang init ng radioactive decay sa 1.26*10 20 erg/s (1.26*10 13W) sa crust ng lupa ay namumukod-tangi - 0.91*10 20 erg/s, at sa manta - 0.35*10 20 erg/s. Kasunod nito na ang proporsyon ng mantle radiogenic heat ay hindi lalampas sa 10% ng kabuuang modernong pagkawala ng init ng Earth, at hindi ito maaaring maging pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa mga aktibong tectono-magmatic na proseso, na ang lalim ay maaaring umabot sa 2900 km. ; at ang radiogenic na init na inilabas sa crust ay medyo mabilis na nawala sa ibabaw ng lupa at halos hindi nakikilahok sa pag-init ng malalim na interior ng planeta.
Sa mga nakaraang geological epoch, ang dami ng radiogenic heat na inilabas sa mantle ay dapat na mas mataas. Ang mga pagtatantya nito sa panahon ng pagbuo ng Earth ( 4.6 bilyong taon na ang nakalilipas) bigyan - 6.95*10 20 erg/s. Mula noon, nagkaroon ng tuluy-tuloy na pagbaba sa rate ng pagpapalabas ng radiogenic energy (Fig. 3.7 ).
Para sa lahat ng oras sa Earth ay tumayo ~4.27*10 37 erg(4.27*10 30 J) ang thermal energy ng radioactive decay, na halos tatlong beses na mas mababa kaysa sa kabuuang halaga ng init ng gravitational differentiation.
Ang init ng tidal friction
Namumukod-tangi ito sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng gravitational ng Earth, lalo na sa Buwan, bilang ang pinakamalapit na malaking cosmic body. Dahil sa kapwa gravitational attraction, nangyayari ang tidal deformation sa kanilang mga katawan - pamamaga o mga umbok. Ang tidal humps ng mga planeta, kasama ang kanilang karagdagang atraksyon, ay nakakaimpluwensya sa kanilang paggalaw. Kaya, ang atraksyon ng parehong tidal humps ng Earth ay lumilikha ng isang pares ng mga puwersa na kumikilos kapwa sa Earth mismo at sa Buwan. Gayunpaman, ang impluwensya ng malapit, nakaharap sa buwan na pamamaga ay medyo mas malakas kaysa sa malayo. Dahil sa katotohanan na ang angular velocity ng pag-ikot ng modernong Earth ( 7.27*10 -5 s -1) lumalampas sa bilis ng orbit ng Buwan ( 2.66*10 -6 s -1), at ang sangkap ng mga planeta ay hindi perpektong nababanat, kung gayon ang tidal humps ng Earth ay, kumbaga, dinadala ng pasulong na pag-ikot nito at kapansin-pansing nauuna sa paggalaw ng Buwan. Ito ay humahantong sa ang katunayan na ang pinakamataas na tides ng Earth ay palaging nangyayari sa ibabaw nito medyo huli kaysa sa sandali kasukdulan Buwan, at isang karagdagang sandali ng mga puwersa ang kumikilos sa Earth at sa Buwan (Fig. 3.8 ) .
Ang mga ganap na halaga ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng tidal sa sistema ng Earth-Moon ay medyo maliit na ngayon at ang mga tidal deformation ng lithosphere na dulot ng mga ito ay maaaring umabot lamang ng ilang sampu-sampung sentimetro, ngunit humantong sila sa isang unti-unting pagbabawas ng bilis ng Earth. pag-ikot at, sa kabaligtaran, sa pagbilis ng orbital motion ng Buwan at ang pag-alis nito mula sa Earth. Ang kinetic energy ng paggalaw ng tidal humps ng earth ay na-convert sa thermal energy dahil sa internal friction ng matter sa tidal humps.
Sa kasalukuyan, ang rate ng pagpapakawala ng tidal energy sa pamamagitan ng G. McDonald ay ~0.25*10 20 erg/s (0.25*10 13W), habang ang pangunahing bahagi nito (mga 2/3) ay siguro nagwawala(nakakalat) sa hydrosphere. Dahil dito, ang fraction ng tidal energy na dulot ng pakikipag-ugnayan ng Earth sa Buwan at nawala sa solid Earth (pangunahin sa asthenosphere) ay hindi lalampas 2 %
kabuuang thermal energy na nabuo sa kalaliman nito; at ang fraction ng solar tides ay hindi lalampas 20 %
mula sa impluwensya ng lunar tides. Samakatuwid, ang solid tides ay halos walang papel na ginagampanan sa pagpapakain ng mga tectonic na proseso ng enerhiya, ngunit sa ilang mga kaso maaari silang kumilos bilang "mga nag-trigger", halimbawa, mga lindol.
Ang magnitude ng tidal energy ay direktang nauugnay sa distansya sa pagitan ng mga bagay sa kalawakan. At kung ang distansya sa pagitan ng Earth at ng Araw ay walang anumang makabuluhang pagbabago sa geological time scale, kung gayon sa Earth-Moon system ang parameter na ito ay isang variable. Anuman ang mga ideya tungkol sa, halos lahat ng mga mananaliksik ay umamin na sa mga unang yugto ng pag-unlad ng Earth, ang distansya sa Buwan ay makabuluhang mas mababa kaysa sa modernong isa, habang sa proseso ng pag-unlad ng planeta, ayon sa karamihan ng mga siyentipiko, unti-unti itong tumataas. , at ayon sa Yu.N. Avsyuku ang distansyang ito ay nakakaranas ng mga pangmatagalang pagbabago sa anyo ng mga cycle "pagdating - pag-alis" ng buwan. Ipinahihiwatig nito na sa mga nakaraang panahon ng geological ang papel ng init ng tubig sa kabuuang balanse ng init ng Earth ay mas makabuluhan. Sa pangkalahatan, sa buong panahon ng pag-unlad ng Earth, ito ay namumukod-tangi ~3.3*10 37 erg (3.3*10 30 J) tidal heat energy (ito ay napapailalim sa sunud-sunod na pag-alis ng Buwan sa Earth). Ang pagbabago sa oras ng rate ng pagpapalabas ng init na ito ay ipinapakita sa Fig. 3.10 .
Mahigit sa kalahati ng kabuuang tidal energy ang inilabas katarchee (hellea)) - 4.6-4.0 bilyong taon na ang nakalilipas, at sa oras na iyon, dahil lamang sa enerhiya na ito, ang Earth ay maaari ring magpainit ng ~ 500 0 С. enerhiya-intensive endogenous na mga proseso .
pag-iipon ng init
Ito ang init na inimbak ng Earth mula noong nabuo ito. Sa panahon ng mga pagdaragdag, na tumagal ng ilang sampu-sampung milyong taon, dahil sa banggaan mga planetasimal Ang lupa ay nakaranas ng makabuluhang pag-init. Kasabay nito, walang pinagkasunduan sa laki ng pag-init na ito. Sa kasalukuyan, ang mga mananaliksik ay may posibilidad na maniwala na sa proseso ng pag-iipon, ang Earth ay nakaranas, kung hindi kumpleto, pagkatapos ay makabuluhang bahagyang natutunaw, na humantong sa paunang pagkakaiba ng Proto-Earth sa isang mabigat na core ng bakal at isang magaan na silicate na mantle, at sa pagbuo "magma karagatan" sa ibabaw nito o sa mababaw na lalim. Bagaman bago ang 1990s, ang modelo ng isang medyo malamig na pangunahing Earth ay itinuturing na praktikal na kinikilala sa pangkalahatan, na unti-unting uminit dahil sa mga proseso sa itaas, na sinamahan ng pagpapalabas ng isang malaking halaga ng thermal energy.
Ang isang tumpak na pagtatasa ng pangunahing accretionary heat at ang bahagi nito na nakaligtas hanggang sa kasalukuyan ay nauugnay sa mga makabuluhang paghihirap. Sa pamamagitan ng O.G. Sorokhtin at S.A. Ushakov, na mga tagasuporta ng medyo malamig na pangunahing Earth, ang halaga ng accretion energy na na-convert sa init ay - 20.13*10 38 erg (20.13*10 31 J). Ang enerhiya na ito sa kawalan ng pagkawala ng init ay magiging sapat para sa kumpletong pagsingaw bagay na panlupa, dahil maaaring tumaas ang temperatura sa 30 000 0 С. Ngunit ang proseso ng accretion ay medyo mahaba, at ang enerhiya ng mga epekto ng planetesimal ay inilabas lamang sa malapit sa ibabaw na mga layer ng lumalagong Earth at mabilis na nawala sa thermal radiation, kaya ang paunang pag-init ng planeta ay hindi malaki. Ang magnitude ng thermal radiation na ito, na kaayon ng pagbuo (accretion) ng Earth, ay tinatantya ng mga ipinahiwatig na mga may-akda bilang 19.4*10 38 erg (19.4*10 31 J)
.
Sa kasalukuyang balanse ng enerhiya ng Earth, ang pag-iipon ng init ay malamang na hindi gaanong mahalaga.
SILA. Kapitonov
Ang init ng nuklear ng daigdig
init ng lupa
Ang lupa ay isang medyo malakas na pinainit na katawan at pinagmumulan ng init. Ito ay umiinit lalo na dahil sa solar radiation na sinisipsip nito. Ngunit ang Earth ay mayroon ding sariling thermal resource na maihahambing sa init na natanggap mula sa Araw. Ito ay pinaniniwalaan na ang sariling enerhiya ng Earth ay may sumusunod na pinagmulan. Ang Earth ay bumangon mga 4.5 bilyong taon na ang nakalilipas kasunod ng pagbuo ng Araw mula sa isang protoplanetary gas-dust disk na umiikot sa paligid nito at nag-condensate. Sa isang maagang yugto ng pagbuo nito, ang sangkap ng lupa ay pinainit dahil sa medyo mabagal na gravitational compression. Ang isang mahalagang papel sa balanse ng init ng Earth ay nilalaro din ng enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbagsak ng mga maliliit na cosmic na katawan dito. Samakatuwid, ang batang Earth ay natunaw. Paglamig, unti-unti itong dumating sa kasalukuyang estado na may matibay na ibabaw, na ang malaking bahagi nito ay sakop ng karagatan at tubig dagat. Ang matigas na panlabas na layer na ito ay tinatawag ang crust ng lupa at sa karaniwan, sa lupa, ang kapal nito ay halos 40 km, at sa ilalim ng karagatang tubig - 5-10 km. Ang mas malalim na layer ng lupa, tinatawag mantle binubuo din ng isang solid. Ito ay umaabot sa lalim na halos 3000 km at naglalaman ng bulto ng bagay ng Earth. Sa wakas, ang pinakaloob na bahagi ng Earth ay ito core. Binubuo ito ng dalawang layer - panlabas at panloob. panlabas na core ito ay isang layer ng molten iron at nickel sa temperatura na 4500-6500 K na may kapal na 2000-2500 km. panloob na core na may radius na 1000-1500 km ay isang solidong iron-nickel alloy na pinainit sa temperatura na 4000-5000 K na may density na halos 14 g / cm 3, na lumitaw sa isang malaking (halos 4 milyong bar) na presyon.
Bilang karagdagan sa panloob na init ng Earth, na minana mula sa pinakamaagang mainit na yugto ng pagbuo nito, at ang halaga nito ay dapat bumaba sa paglipas ng panahon, mayroong isa pang pangmatagalang, na nauugnay sa radioactive decay ng nuclei na may mahabang kalahati- buhay - una sa lahat, 232 Th, 235 U , 238 U at 40 K. Ang enerhiya na inilabas sa mga pagkabulok na ito - ang mga ito ay nagkakahalaga ng halos 99% ng radioactive energy ng lupa - patuloy na pinupunan ang mga thermal reserves ng Earth. Ang itaas na nuclei ay nakapaloob sa crust at mantle. Ang kanilang pagkabulok ay humahantong sa pag-init ng parehong panlabas at panloob na mga layer ng Earth.
Ang bahagi ng malaking init na nasa loob ng Earth ay patuloy na lumalabas sa ibabaw nito, kadalasan sa napakalaking proseso ng bulkan. Ang daloy ng init na dumadaloy mula sa kailaliman ng Earth sa ibabaw nito ay kilala. Ito ay (47±2)·10 12 watts, na katumbas ng init na maaaring mabuo ng 50 libong nuclear power plant (ang average na kapangyarihan ng isang nuclear power plant ay humigit-kumulang 10 9 watts). Ang tanong ay lumitaw kung ang radioactive energy ay gumaganap ng anumang makabuluhang papel sa kabuuang thermal budget ng Earth, at kung gayon, anong papel? Ang sagot sa mga tanong na ito ay nanatiling hindi alam sa loob ng mahabang panahon. Ngayon ay may mga pagkakataon upang sagutin ang mga tanong na ito. Ang pangunahing papel dito ay kabilang sa mga neutrino (antineutrinos), na ipinanganak sa mga proseso ng radioactive decay ng nuclei na bumubuo sa bagay ng Earth at tinatawag na geo-neutrino.
Geo-neutrino
Geo-neutrino ay ang pinagsamang pangalan para sa mga neutrino o antineutrino, na ibinubuga bilang resulta ng beta decay ng nuclei na matatagpuan sa ilalim ng ibabaw ng mundo. Malinaw, dahil sa hindi pa naganap na kakayahang tumagos, ang pagpaparehistro ng mga ito (at ang mga ito lamang) sa pamamagitan ng ground-based na mga neutrino detector ay maaaring magbigay ng layuning impormasyon tungkol sa mga proseso ng radioactive decay na nagaganap sa kaloob-looban ng Earth. Ang isang halimbawa ng naturang pagkabulok ay ang β - decay ng 228 Ra nucleus, na produkto ng α decay ng long-lived 232 Th nucleus (tingnan ang talahanayan):
Ang kalahating buhay (T 1/2) ng 228 Ra nucleus ay 5.75 taon, at ang inilabas na enerhiya ay humigit-kumulang 46 keV. Ang spectrum ng enerhiya ng mga antineutrino ay tuloy-tuloy na may pinakamataas na limitasyon na malapit sa inilabas na enerhiya.
Ang mga pagkabulok ng 232 Th, 235 U, 238 U nuclei ay mga kadena ng sunud-sunod na pagkabulok na bumubuo sa tinatawag na radioactive na serye. Sa gayong mga kadena, ang α-decays ay pinagsalubungan ng β − -decays, dahil sa α-decays ang huling nuclei ay lumilipat mula sa β-stability line patungo sa rehiyon ng nuclei na overloaded ng mga neutron. Pagkatapos ng sunud-sunod na pagkabulok sa dulo ng bawat hilera, nabuo ang stable nuclei na may bilang ng mga proton at neutron na malapit sa o katumbas ng mga magic number (Z
=
82,N= 126). Ang nasabing huling nuclei ay mga matatag na isotopes ng lead o bismuth. Kaya, ang pagkabulok ng T 1/2 ay nagtatapos sa pagbuo ng dobleng magic nucleus 208 Pb, at sa landas na 232 Th → 208 Pb, anim na α-decays ang nagaganap, na nagpapalit ng apat na β - decays (sa chain 238 U → 206 Pb, walong α- at anim na β - - nabubulok; mayroong pitong α- at apat na β − nabubulok sa 235 U → 207 Pb chain). Kaya, ang spectrum ng enerhiya ng mga antineutrino mula sa bawat radioactive na serye ay isang superposisyon ng bahagyang spectra mula sa mga indibidwal na β − decay na bumubuo sa seryeng ito. Ang spectra ng mga antineutrino na ginawa noong 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K decays ay ipinapakita sa Fig. 1. Ang 40 K decay ay isang solong β − decay (tingnan ang talahanayan). Naabot ng mga antineutrino ang kanilang pinakamataas na enerhiya (hanggang sa 3.26 MeV) sa pagkabulok
214 Bi → 214 Po, na isang link sa 238 U radioactive series. Ang kabuuang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagpasa ng lahat ng decay link sa 232 Th → 208 Pb series ay 42.65 MeV. Para sa radioactive series na 235 U at 238 U, ang mga enerhiyang ito ay 46.39 at 51.69 MeV, ayon sa pagkakabanggit. Ang enerhiya na inilabas sa pagkabulok
40 K → 40 Ca ay 1.31 MeV.
Mga katangian ng 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K nuclei
| Core | Ibahagi sa % sa isang timpla isotopes |
Bilang ng mga core nauugnay. Ang nuclei |
T 1/2 bilyong taon |
Mga unang link pagkabulok |
|---|---|---|---|---|
| 232th | 100 | 0.0335 | 14.0 | |
| 235 U | 0.7204 | 6.48 10 -5 | 0.704 | |
| 238 U | 99.2742 | 0.00893 | 4.47 | |
| 40K | 0.0117 | 0.440 | 1.25 |
 |
Ang pagtatantya ng geo-neutrino flux, na ginawa batay sa pagkabulok ng 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K nuclei na nakapaloob sa komposisyon ng bagay ng Earth, ay humahantong sa isang halaga ng pagkakasunud-sunod ng 10 6 cm -2 seg -1 . Sa pamamagitan ng pagrehistro ng mga geo-neutrino na ito, makakakuha ang isang tao ng impormasyon tungkol sa papel ng radioactive heat sa kabuuang balanse ng init ng Earth at subukan ang aming mga ideya tungkol sa nilalaman ng mahabang buhay na radioisotopes sa komposisyon ng terrestrial matter.
kanin. 1. Energy spectra ng antineutrino mula sa nuclear decay
232 Th, 235 U, 238 U, 40 K na-normalize sa isang pagkabulok ng parent nucleus
Ang reaksyon ay ginagamit upang irehistro ang mga electron antineutrino
P → e ++ n, (1)
kung saan ang butil na ito ay aktwal na natuklasan. Ang threshold para sa reaksyong ito ay 1.8 MeV. Samakatuwid, ang mga geo-neutrino lamang na nabuo sa mga decay chain na nagsisimula sa 232 Th at 238 U nuclei ay maaaring mairehistro sa reaksyon sa itaas. Ang epektibong cross section ng reaksyong tinatalakay ay napakaliit: σ ≈ 10 -43 cm 2. Kaya naman sumusunod na ang isang neutrino detector na may sensitibong volume na 1 m 3 ay magrerehistro ng hindi hihigit sa ilang mga kaganapan bawat taon. Malinaw, para sa maaasahang pag-aayos ng mga geo-neutrino flux, kailangan ang malalaking volume na neutrino detector, na matatagpuan sa mga laboratoryo sa ilalim ng lupa para sa maximum na proteksyon mula sa background. Ang ideya na gumamit ng mga detektor na idinisenyo upang pag-aralan ang solar at reactor neutrino para sa pagpaparehistro ng mga geo-neutrino ay lumitaw noong 1998. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang malalaking volume na neutrino detector na gumagamit ng likidong scintillator at angkop para sa paglutas ng problema. Ito ang mga neutrino detector ng KamLAND experiments (Japan, ) at Borexino (Italy, ). Sa ibaba ay isinasaalang-alang namin ang aparato ng Borexino detector at ang mga resulta na nakuha sa detector na ito sa pagpaparehistro ng mga geo-neutrino.
Detektor ng Borexino at pagpaparehistro ng mga geo-neutrino
Ang Borexino neutrino detector ay matatagpuan sa gitnang Italya sa isang laboratoryo sa ilalim ng lupa sa ilalim ng hanay ng bundok ng Gran Sasso, na ang mga taluktok ng bundok ay umabot sa 2.9 km (Larawan 2).
kanin. Fig. 2. Location diagram ng neutrino laboratory sa ilalim ng kabundukan ng Gran Sasso (gitnang Italya)
Ang Borexino ay isang non-segmented na massive detector na ang aktibong medium ay
280 tonelada ng organic liquid scintillator. Pinuno nito ang isang naylon spherical vessel na 8.5 m ang lapad (Larawan 3). Ang scintillator ay pseudocumene (C 9 H 12) na may isang spectrum-shifting PPO additive (1.5 g/L). Ang liwanag mula sa scintillator ay kinokolekta ng 2212 eight-inch photomultipliers (PMTs) na inilagay sa isang stainless steel sphere (SSS).
kanin. 3. Scheme ng device ng Borexino detector
Ang isang nylon na sisidlan na may pseudocumene ay isang panloob na detektor na ang gawain ay irehistro ang mga neutrino (antineutrino). Ang panloob na detektor ay napapalibutan ng dalawang concentric buffer zone na nagpoprotekta dito mula sa mga panlabas na gamma ray at neutron. Ang panloob na zone ay puno ng isang non-scintillating medium na binubuo ng 900 tonelada ng pseudocumene na may scintillation-quenching dimethyl phthalate additives. Ang outer zone ay matatagpuan sa ibabaw ng SNS at isang water Cherenkov detector na naglalaman ng 2000 tonelada ng ultrapure na tubig at pinuputol ang mga signal mula sa mga muon na pumapasok sa pasilidad mula sa labas. Para sa bawat pakikipag-ugnayan na nagaganap sa panloob na detektor, ang enerhiya at oras ay tinutukoy. Ang pagkakalibrate ng detektor gamit ang iba't ibang mga radioactive na mapagkukunan ay naging posible upang tumpak na matukoy ang sukat ng enerhiya nito at ang antas ng muling paggawa ng light signal.
Ang Borexino ay isang napakataas na radiation purity detector. Ang lahat ng mga materyales ay mahigpit na pinili, at ang scintillator ay nalinis upang mabawasan ang panloob na background. Dahil sa mataas na kadalisayan ng radiation, ang Borexino ay isang mahusay na detektor para sa pag-detect ng mga antineutrino.
Sa reaksyon (1), ang positron ay nagbibigay ng agarang signal, na pagkaraan ng ilang oras ay sinusundan ng pagkuha ng isang neutron ng isang hydrogen nucleus, na humahantong sa paglitaw ng isang γ-quantum na may enerhiya na 2.22 MeV, na lumilikha ng isang naantala ang signal kaugnay ng una. Sa Borexino, ang oras ng pagkuha ng neutron ay halos 260 μs. Ang madalian at naantala na mga signal ay nakakaugnay sa espasyo at oras, na nagbibigay ng tumpak na pagkilala sa kaganapang dulot ng e .
Ang threshold para sa reaksyon (1) ay 1.806 MeV at, tulad ng makikita mula sa Fig. 1, lahat ng geo-neutrino mula sa mga pagkabulok ng 40 K at 235 U ay nasa ibaba ng threshold na ito, at isang bahagi lamang ng mga geo-neutrino na nagmula sa mga pagkabulok ng 232 Th at 238 U ang maaaring matukoy.
Ang Borexino detector ay unang nakakita ng mga signal mula sa mga geo-neutrino noong 2010 at kamakailan ay nag-publish ng mga bagong resulta batay sa mga obserbasyon sa loob ng 2056 araw mula Disyembre 2007 hanggang Marso 2015. Sa ibaba ay ipinakita namin ang nakuhang data at ang mga resulta ng kanilang talakayan, batay sa artikulo.
Bilang resulta ng pagsusuri ng pang-eksperimentong data, natukoy ang 77 na kandidato para sa mga electron antineutrino na pumasa sa lahat ng pamantayan sa pagpili. Ang background mula sa mga kaganapan na ginagaya sa e ay tinantya ng . Kaya, ang ratio ng signal/background ay ≈100.
Ang pangunahing pinagmulan ng background ay reactor antineutrino. Para sa Borexino, medyo paborable ang sitwasyon, dahil walang mga nuclear reactor malapit sa laboratoryo ng Gran Sasso. Bilang karagdagan, ang mga antineutrino ng reactor ay mas masigla kaysa sa mga geo-neutrino, na naging posible upang paghiwalayin ang mga antineutrino na ito mula sa positron sa pamamagitan ng lakas ng signal. Ang mga resulta ng pagsusuri ng mga kontribusyon ng geo-neutrino at reactor antineutrino sa kabuuang bilang ng mga rehistradong kaganapan mula sa e ay ipinapakita sa Fig. 4. Ang bilang ng mga rehistradong geo-neutrino na ibinigay ng pagsusuring ito (ang may kulay na lugar ay tumutugma sa kanila sa Fig. 4) ay katumbas ng 
. Sa spectrum ng mga geo-neutrino na nakuha bilang resulta ng pagsusuri, dalawang grupo ang nakikita - hindi gaanong masigla, mas matindi at mas masigla, hindi gaanong matindi. Iniuugnay ng mga may-akda ng inilarawang pag-aaral ang mga pangkat na ito sa mga pagkabulok ng thorium at uranium, ayon sa pagkakabanggit.
Sa pagsusuri na tinatalakay, ginamit namin ang ratio ng masa ng thorium at uranium sa usapin ng Earth
m(Th)/m(U) = 3.9 (sa talahanayan ang halagang ito ay ≈3.8). Ang figure na ito ay sumasalamin sa kamag-anak na nilalaman ng mga kemikal na elemento sa chondrites - ang pinakakaraniwang pangkat ng mga meteorite (higit sa 90% ng mga meteorite na nahulog sa Earth ay nabibilang sa pangkat na ito). Ito ay pinaniniwalaan na ang komposisyon ng mga chondrites, maliban sa mga magaan na gas (hydrogen at helium), ay inuulit ang komposisyon ng solar system at ang protoplanetary disk kung saan nabuo ang Earth.
kanin. Fig. 4. Spectrum ng liwanag na output mula sa mga positron sa mga yunit ng bilang ng mga photoelectron para sa mga kaganapan ng kandidato ng antineutrino (mga eksperimentong puntos). Ang may kulay na lugar ay ang kontribusyon ng mga geo-neutrino. Ang solidong linya ay ang kontribusyon ng mga reactor antineutrino.
