میانگین دمای زمین بر اساس ماه. دمای داخل زمین

دما با عمق تغییر می کند. به دلیل تامین ناهموار گرمای خورشید، سطح زمین گاهی گرم و گاهی سرد می شود. این نوسانات دما بسیار کم عمق به ضخامت زمین نفوذ می کند. بنابراین، نوسانات روزانه در عمق 1 مترمعمولاً آنها تقریباً دیگر احساس نمی شوند. در مورد نوسانات سالانه، آنها به اعماق مختلف نفوذ می کنند: در کشورهای گرم 10-15 مترو در کشورهای با زمستان های سرد و تابستان های گرم تا 25-30 و حتی 40 مترعمیق تر 30-40 متردر حال حاضر در همه جای زمین دما بدون تغییر باقی می ماند. به عنوان مثال، یک دماسنج که در زیرزمین رصدخانه پاریس قرار داده شده است، برای بیش از 100 سال همیشه 11 درجه و 85 درجه سانتیگراد را نشان داده است.

لایه ای با دمای ثابت در سراسر کره زمین مشاهده می شود و به آن کمربند دمای ثابت یا خنثی می گویند. عمق این تسمه، بسته به شرایط آب و هواییمتفاوت است و دما تقریباً برابر با میانگین دمای سالانه یک مکان معین است.

هنگامی که به عمق زمین زیر لایه ای با دمای ثابت می رویم، معمولاً افزایش تدریجی دما مشاهده می شود. این اولین بار توسط کارگران در معادن عمیق مشاهده شد. این موضوع در هنگام اجرای تونل نیز مورد توجه قرار گرفت. به عنوان مثال، هنگام گذاشتن تونل سیمپلون (در کوه های آلپ)، دما به 60 درجه افزایش یافت که مشکلات قابل توجهی در کار ایجاد کرد. حتی دماهای بالاتر در گمانه های عمیق مشاهده می شود. یک نمونه چاه چوخوفسکایا (سیلزیای بالا) است که در عمق 2220 متردما بیش از 80 درجه (83 درجه، 1) و غیره بود. بر اساس مشاهدات بسیاری که در نقاط مختلف زمین انجام شده است، می توان به طور متوسط با عمق دادن به ازای هر 33 مورد تعیین کرد. متردرجه حرارت 1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.

به تعداد مترهایی که باید به عمق زمین بروید تا دمای آن یک درجه سانتیگراد افزایش یابد، گفته می شود گام زمین گرماییمرحله زمین گرمایی در موارد مختلف یکسان نیست و اغلب از 30 تا 35 متغیر است. متردر برخی موارد ممکن است این نوسانات بیشتر باشد. به عنوان مثال، در ایالت میشیگان (ایالات متحده آمریکا)، در یکی از گمانه های واقع در نزدیکی دریاچه. میشیگان، مرحله زمین گرمایی معلوم شد نه 33، بلکه 70 متربرعکس، یک پله زمین گرمایی بسیار کوچک در یکی از چاه های مکزیک، در عمق 670 مشاهده شد. مترآب با دمای 70 درجه ظاهر شد. بنابراین، مرحله زمین گرمایی فقط حدود 12 بود مترپله های زمین گرمایی کوچک نیز در مناطق آتشفشانی مشاهده می شود، جایی که در اعماق کم ممکن است هنوز لایه های سرد نشده سنگ های آذرین وجود داشته باشد. اما همه این موارد نه آنقدر که استثنا هستند.

دلایل زیادی وجود دارد که بر مرحله زمین گرمایی تأثیر می گذارد. (علاوه بر موارد فوق می توان به رسانایی حرارتی متفاوت سنگ ها، ماهیت وقوع لایه ها و ... اشاره کرد.

پراهمیتتوزیع دما به زمین بستگی دارد. دومی را می توان به وضوح در نقاشی پیوست مشاهده کرد (شکل 23)، که مقطعی از کوه های آلپ را در امتداد خط تونل سیمپلون، با ژئوایزوترم های نقطه ای (یعنی خطوطی با دمای مساوی در داخل زمین) نشان می دهد. به نظر می‌رسد که ژئوترم‌ها در اینجا نقش برجسته را دنبال می‌کنند، اما با عمق، تأثیر نقش برجسته به تدریج کاهش می‌یابد. (خم شدید رو به پایین ژئوترم ها در باله به دلیل گردش آب قوی مشاهده شده در اینجا است.)

دمای زمین در اعماق زیاد. مشاهدات دما در گمانه ها، که عمق آن به ندرت از 2-3 تجاوز می کند کیلومتر،به طور طبیعی، آنها نمی توانند ایده ای از دمای لایه های عمیق تر زمین ارائه دهند. اما در اینجا برخی از پدیده های زندگی به کمک ما می آیند. پوسته زمین. آتشفشان یکی از این پدیده هاست. آتشفشان ها که در سطح زمین گسترده شده اند، گدازه های مذاب را به سطح زمین می آورند که دمای آن بیش از 1000 درجه است. بنابراین، در اعماق زیاد دمایی بیش از 1000 درجه داریم.

زمانی بود که دانشمندان بر اساس مرحله زمین گرمایی سعی کردند عمقی را محاسبه کنند که در آن چنین دمای بالامانند 1000-2000 درجه. با این حال، چنین محاسباتی را نمی توان به اندازه کافی ثابت کرد. مشاهدات انجام شده بر روی دمای یک توپ بازالتی خنک کننده و محاسبات نظری دلیلی برای گفتن این موضوع دارد که بزرگی پله زمین گرمایی با عمق افزایش می یابد. اما هنوز نمی‌توانیم بگوییم که چنین افزایشی تا چه اندازه و در چه عمقی اتفاق می‌افتد.

اگر فرض کنیم که دما به طور مداوم با عمق افزایش می یابد، در مرکز زمین باید آن را در ده ها هزار درجه اندازه گیری کرد. در چنین دماهایی، تمام سنگ های شناخته شده برای ما باید به حالت مایع تبدیل شوند. درست است، فشار عظیمی در داخل زمین وجود دارد و ما چیزی در مورد وضعیت اجسام در چنین فشارهایی نمی دانیم. با این حال، ما هیچ مدرکی نداریم که بگوییم دما به طور مداوم با عمق افزایش می یابد. اکنون اکثر ژئوفیزیکدانان به این نتیجه می رسند که دمای داخل زمین به سختی می تواند بیش از 2000 درجه باشد.

منابع حرارتی در مورد منابع گرمایی که دمای داخلی زمین را تعیین می کنند، می توانند متفاوت باشند. بر اساس فرضیه هایی که زمین را از یک توده داغ و مذاب تشکیل می دهند، گرمای داخلی را باید گرمای باقیمانده جسمی در نظر گرفت که از سطح سرد می شود. با این حال، دلایلی وجود دارد که باور کنیم علت دمای بالای داخلی زمین ممکن است تجزیه رادیواکتیو اورانیوم، توریم، اکتین‌اورانیوم، پتاسیم و سایر عناصر موجود در سنگ‌ها باشد. عناصر رادیواکتیو بیشتر در سنگ‌های اسیدی پوسته سطح زمین پخش می‌شوند و کمتر در سنگ‌های اساسی عمیق یافت می‌شوند. در عین حال، سنگ های اساسی در آنها غنی تر از شهاب سنگ های آهنی هستند که قطعات داخلی اجسام کیهانی محسوب می شوند.

با وجود مقدار کم مواد رادیواکتیو در سنگ ها و تجزیه آهسته آنها، مقدار کل گرمای حاصل از فروپاشی رادیواکتیو زیاد است. زمین شناس شوروی V. G. Khlopinمحاسبه کرد که عناصر رادیواکتیو موجود در پوسته بالای 90 کیلومتری زمین برای پوشش از دست دادن گرمای سیاره توسط تشعشع کافی است. همراه با واپاشی رادیواکتیو انرژی حرارتیهنگامی که ماده زمین فشرده می شود، آزاد می شود واکنش های شیمیاییو غیره

خانه ای را تصور کنید که همیشه نگهداری می شود دمای راحت، اما سیستم گرمایش و سرمایش قابل مشاهده نیست. این سیستم به طور موثر کار می کند، اما نیازی به تعمیر و نگهداری پیچیده یا دانش خاصی از صاحبان ندارد.

هوا تازه است، صدای جیر جیر پرندگان و بازی تنبلی باد با برگ های درختان را می توان شنید. خانه انرژی را از زمین دریافت می کند، درست مانند برگ ها از ریشه انرژی دریافت می کنند. عکس فوق العاده ای است، اینطور نیست؟

سیستم های گرمایش و سرمایش زمین گرمایی این چشم انداز را به واقعیت تبدیل می کند. سیستم HVAC زمین گرمایی (گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع) از دمای زمین برای تامین گرمایش در زمستان و سرمایش در تابستان استفاده می کند.

گرمایش و سرمایش زمین گرمایی چگونه کار می کند

درجه حرارت محیطبا تغییر فصول تغییر می کند، اما دمای زیر زمین به دلیل خاصیت عایق بودن زمین چندان تغییر نمی کند. در عمق 1.5-2 متری دما نسبتاً ثابت می ماند در تمام طول سال. یک سیستم زمین گرمایی معمولاً شامل تجهیزات تصفیه داخلی، یک سیستم لوله زیرزمینی به نام حلقه زیرزمینی و/یا یک پمپ برای گردش آب است. این سیستم از دمای ثابت زمین برای تامین انرژی "پاک و رایگان" استفاده می کند.

(مفهوم سیستم NVC زمین گرمایی را با "انرژی زمین گرمایی" اشتباه نگیرید - فرآیندی که در آن الکتریسیته مستقیماً از دماهای بالا در زمین تولید می شود. سیستم دوم از تجهیزات متفاوت و فرآیندهای متفاوتی استفاده می کند که هدف آن معمولاً این است. برای گرم کردن آب تا نقطه جوش.)

لوله هایی که حلقه زیرزمینی را تشکیل می دهند معمولاً از پلی اتیلن ساخته شده اند و بسته به نوع زمین، می توان آنها را به صورت افقی یا عمودی در زیر زمین نصب کرد. اگر آبخوان قابل دسترسی باشد، مهندسان می توانند با حفر چاه به آب های زیرزمینی، یک سیستم "حلقه باز" طراحی کنند. آب به بیرون پمپ می شود، از یک مبدل حرارتی عبور می کند و سپس از طریق "تزریق مجدد" به همان آبخوان تزریق می شود.

در زمستان، آبی که از یک حلقه زیرزمینی عبور می کند، گرمای زمین را جذب می کند. تجهیزات داخلی باعث افزایش بیشتر دما و توزیع آن در سراسر ساختمان می شود. مثل یک کولر گازی است که برعکس کار می کند. در طول تابستان، یک سیستم تهویه مطبوع زمین گرمایی آب با دمای بالا را از ساختمان می‌کشد و آن را از طریق یک حلقه/پمپ زیرزمینی به چاه تزریق مجدد می‌برد، جایی که آب به زمین/آبخوان خنک‌تر جریان می‌یابد.

بر خلاف سیستم های گرمایش و سرمایش معمولی، سیستم های تهویه مطبوع زمین گرمایی از سوخت های فسیلی برای تولید گرما استفاده نمی کنند. آنها به سادگی گرما را از زمین می گیرند. معمولاً از برق فقط برای کارکرد فن، کمپرسور و پمپ استفاده می شود.

سه جزء اصلی در سیستم گرمایش و سرمایش زمین گرمایی وجود دارد: پمپ حرارتی، سیال تبادل حرارتی (سیستم حلقه باز یا حلقه بسته) و سیستم تامین هوا (سیستم لوله کشی).

برای پمپ های حرارتی زمین گرمایی، و همچنین برای سایر انواع پمپ های حرارتی، نسبت عملکرد مفید آنها به انرژی صرف شده برای این عمل (بازده) اندازه گیری شد. اکثر سیستم های پمپ حرارتی زمین گرمایی دارای راندمان 3.0 تا 5.0 هستند. این بدان معناست که سیستم یک واحد انرژی را به 3-5 واحد گرما تبدیل می کند.

سیستم های زمین گرمایی نیازی به تعمیر و نگهداری زیاد ندارند. با نصب صحیح، که بسیار مهم است، یک حلقه زیرزمینی می تواند برای چندین نسل به خوبی خدمت کند. فن، کمپرسور و پمپ در داخل خانه قرار دارند و در برابر تغییر شرایط آب و هوایی محافظت می‌شوند، بنابراین عمر مفید آن‌ها می‌تواند سال‌ها، اغلب ده‌ها سال طول بکشد. بررسی های دوره ای معمول، تعویض به موقع فیلتر و تمیز کردن سالانه کویل تنها تعمیر و نگهداری مورد نیاز است.

تجربه در استفاده از سیستم های NVC زمین گرمایی

سیستم های NVC زمین گرمایی بیش از 60 سال است که در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرند. آنها با طبیعت کار می کنند، نه بر علیه آن، و گازهای گلخانه ای منتشر نمی کنند (همانطور که قبلا ذکر شد، آنها از برق کمتری استفاده می کنند زیرا از دمای ثابت زمین استفاده می کنند).

سیستم های تهویه مطبوع زمین گرمایی به طور فزاینده ای به عنوان بخشی از جنبش رو به رشد ساختمان های سبز به ویژگی های خانه های دوستدار محیط زیست تبدیل می شوند. پروژه های سبز 20 درصد از کل خانه های ساخته شده در ایالات متحده را تشکیل می دهند سال گذشته. مقاله ای در وال استریت ژورنال تخمین می زند که تا سال 2016، بودجه ساختمان سبز از 36 میلیارد دلار در سال به 114 میلیارد دلار افزایش خواهد یافت. این 30 تا 40 درصد کل بازار املاک و مستغلات را تشکیل می دهد.

ولی بیشتراطلاعات در مورد گرمایش و سرمایش زمین گرمایی بر اساس داده های قدیمی یا افسانه های غیر قابل اثبات است.

افسانه ها در مورد سیستم های NVC زمین گرمایی

1. سیستم های NVC زمین گرمایی یک فناوری تجدیدپذیر نیستند زیرا از برق استفاده می کنند.

واقعیت: سیستم های تهویه مطبوع زمین گرمایی تنها از یک واحد برق برای تولید حداکثر پنج واحد سرمایش یا گرمایش استفاده می کنند.

2. انرژی خورشیدی و انرژی باد در مقایسه با سیستم های NVC زمین گرمایی، فناوری های تجدیدپذیر مطلوب تری هستند.

واقعیت: سیستم‌های تهویه مطبوع زمین گرمایی با قیمت یک دلار، چهار برابر کیلووات ساعت بیشتر از انرژی خورشیدی یا بادی برای همان دلار تولید می‌کنند. البته این فناوری‌ها می‌توانند نقش مهمی برای محیط زیست داشته باشند، اما سیستم NVC زمین گرمایی اغلب موثرترین و مقرون به صرفه‌ترین راه برای کاهش اثرات زیست‌محیطی است.

3. یک سیستم NVC زمین گرمایی به فضای زیادی برای قرار دادن لوله های پلی اتیلن حلقه زیرزمینی نیاز دارد.

واقعیت: بسته به زمین، حلقه زیرزمینی ممکن است عمودی باشد، به این معنی که سطح کمی مورد نیاز است. اگر آبخوان قابل دسترسی وجود داشته باشد، تنها چند فوت مربع مساحت سطح مورد نیاز است. توجه داشته باشید که آب پس از عبور از مبدل حرارتی به همان سفره ای که از آن گرفته شده برمی گردد. بنابراین، آب روان نیست و آبخوان را آلوده نمی کند.

4. پمپ های حرارتی زمین گرمایی NVK دارای نویز هستند.

واقعیت: سیستم ها بسیار بی صدا هستند و هیچ تجهیزاتی در بیرون برای جلوگیری از ایجاد مزاحمت برای همسایگان وجود ندارد.

5. سیستم های زمین گرمایی در نهایت فرسوده می شوند.

واقعیت: حلقه های زیرزمینی می توانند برای نسل ها دوام بیاورند. تجهیزات تبادل گرما معمولاً برای چندین دهه دوام می آورند زیرا در داخل خانه محافظت می شوند. وقتی نوبت به تعویض تجهیزات می رسد، هزینه تعویض بسیار کمتر از یک سیستم جدید زمین گرمایی است زیرا حلقه و چاه زیرزمینی گران ترین قطعات هستند. راه حل های فنی جدید مشکل حفظ گرما در زمین را برطرف می کند، بنابراین سیستم می تواند دما را در مقادیر نامحدود مبادله کند. در گذشته مواردی از سیستم‌های از دست رفته وجود داشته است که در واقع زمین را بیش از حد گرم یا سرد کرده‌اند تا جایی که دیگر تفاوت دمایی لازم برای عملکرد سیستم وجود ندارد.

6. سیستم های NVC زمین گرمایی فقط برای گرمایش کار می کنند.

واقعیت: آنها به همان اندازه برای خنک کردن کار می کنند و می توانند طوری طراحی شوند که نیازی به منبع گرمای پشتیبان اضافی نباشد. اگرچه برخی از مشتریان تصمیم می گیرند که داشتن یک سیستم پشتیبان کوچک برای سردترین زمان ها مقرون به صرفه تر است. این بدان معنی است که حلقه زیرزمینی آنها کوچکتر و در نتیجه ارزانتر خواهد بود.

7. سیستم های تهویه مطبوع زمین گرمایی نمی توانند به طور همزمان آب را برای مصارف خانگی گرم کنند، آب استخر را گرم کنند و خانه را گرم کنند.

واقعیت: سیستم ها را می توان به گونه ای طراحی کرد که عملکردهای زیادی را به طور همزمان انجام دهد.

8. سیستم های NVC زمین گرمایی زمین را با مبردها آلوده می کنند.

واقعیت: اکثر سیستم ها فقط از آب در حلقه ها استفاده می کنند.

9. سیستم های NVC زمین گرمایی آب زیادی مصرف می کنند.

واقعیت: سیستم های زمین گرمایی در واقع از آب استفاده نمی کنند. اگر از آب های زیرزمینی برای تبادل دما استفاده شود، تمام آب به همان سفره آب باز می گردد. در واقع برخی از سیستم ها در گذشته مورد استفاده قرار می گرفتند که آب را پس از عبور از مبدل حرارتی هدر می دادند، اما امروزه به ندرت از چنین سیستم هایی استفاده می شود. اگر از دیدگاه تجاری به موضوع نگاه کنید، سیستم‌های NVC زمین گرمایی در واقع میلیون‌ها لیتر آبی را که در سیستم‌های سنتی تبخیر می‌شوند، صرفه‌جویی می‌کنند.

10. فناوری NVC زمین گرمایی بدون مشوق های مالیاتی دولتی و منطقه ای از نظر مالی امکان پذیر نیست.

واقعیت: مشوق‌های دولتی و منطقه‌ای معمولاً 30 تا 60 درصد از هزینه کل یک سیستم زمین گرمایی را تشکیل می‌دهند که اغلب می‌تواند قیمت اولیه را تقریباً به همان سطح تجهیزات معمولی کاهش دهد. سیستم های استاندارد هوای HVAC تقریباً 3000 دلار به ازای هر تن گرما یا سرما هزینه دارند (منازل معمولاً از یک تا پنج تن استفاده می کنند). قیمت سیستم های NVC زمین گرمایی از حدود 5000 دلار در هر تن تا 8000 تا 9000 متغیر است. با این حال، روش‌های نصب جدید به طور قابل توجهی هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، تا قیمت سیستم‌های معمولی.

کاهش هزینه ها را می توان از طریق تخفیف در تجهیزات برای استفاده عمومی یا تجاری یا حتی سفارش های بزرگ مسکونی (به ویژه از مارک های بزرگ مانند Bosch، Carrier و Trane) به دست آورد. لوپ های باز با استفاده از پمپ و چاه تزریق مجدد ارزان تر از سیستم های حلقه بسته نصب می شوند.

بر اساس مطالب از: energyblog.nationalgeographic.com

کریل دگتیارف، محقق، مسکو دانشگاه دولتیآنها را M. V. Lomonosov.

در کشور ما، غنی از هیدروکربن، انرژی زمین گرمایی نوعی منبع عجیب و غریب است که با توجه به وضعیت فعلی، بعید است که با نفت و گاز رقابت کند. با این حال، این نوع انرژی جایگزین تقریباً در همه جا و کاملاً مؤثر قابل استفاده است.

عکس از ایگور کنستانتینوف.

تغییرات دمای خاک با عمق

افزایش دمای آبهای حرارتی و سنگهای خشک حاوی آنها با عمق.

دما در مناطق مختلف با عمق تغییر می کند.

فوران آتشفشان ایسلندی Eyjafjallajokull تصویری از فرآیندهای آتشفشانی خشونت آمیز است که در مناطق تکتونیکی و آتشفشانی فعال با جریان گرمای قوی از روده های زمین رخ می دهد.

ظرفیت های نصب شده نیروگاه های زمین گرمایی به تفکیک کشور، مگاوات.

توزیع منابع زمین گرمایی در سراسر روسیه. ذخایر انرژی زمین گرمایی، به گفته کارشناسان، چندین برابر بیشتر از ذخایر انرژی سوخت های فسیلی آلی است. به گفته انجمن انرژی زمین گرمایی.

انرژی زمین گرمایی گرمای داخل زمین است. در اعماق تولید می شود و به اشکال مختلف و با شدت های مختلف به سطح زمین می رسد.

دمای لایه های بالایی خاک عمدتاً به عوامل خارجی (اگزوژن) - روشنایی خورشیدی و دمای هوا بستگی دارد. در تابستان و در طول روز خاک تا اعماق معینی گرم می شود و در زمستان و شب به دنبال تغییر دمای هوا و با کمی تاخیر که با افزایش عمق می شود خنک می شود. تأثیر نوسانات روزانه دمای هوا در اعماق چند تا چند ده سانتی متری به پایان می رسد. نوسانات فصلی بر لایه های عمیق تر خاک - تا ده ها متر - تأثیر می گذارد.

در برخی اعماق - از ده ها تا صدها متر - دمای خاک ثابت می ماند و برابر با میانگین دمای هوای سالانه در سطح زمین است. شما به راحتی می توانید با پایین رفتن در یک غار نسبتاً عمیق این موضوع را تأیید کنید.

چه زمانی میانگین دمای سالانههوا در یک منطقه معین زیر صفر است، این خود را به عنوان منجمد دائمی (به طور دقیق تر، دائمی یخبندان) نشان می دهد. که در سیبری شرقیضخامت، یعنی ضخامت خاک های یخ زده در تمام سال در برخی نقاط به 200-300 متر می رسد.

از عمق معینی (برای هر نقطه از نقشه متفاوت است)، عمل خورشید و جو بسیار ضعیف می شود، به طوری که عوامل درون زا (داخلی) اول می شوند و فضای داخلی زمین از داخل گرم می شود، به طوری که دما شروع به افزایش می کند. با عمق

گرم شدن لایه های عمیق زمین عمدتاً با فروپاشی عناصر رادیواکتیو واقع در آنجا همراه است ، اگرچه سایر منابع گرمایی نیز به عنوان مثال فرآیندهای فیزیکوشیمیایی و تکتونیکی در لایه های عمیق پوسته زمین و گوشته نامیده می شوند. اما به هر دلیلی، دمای سنگ ها و مواد مایع و گازی مرتبط با آن با عمق افزایش می یابد. معدنچیان با این پدیده روبرو هستند - همیشه در معادن عمیق گرم است. در عمق 1 کیلومتری، گرمای سی درجه طبیعی است و در عمق بیشتر دما حتی بالاتر است.

جریان گرمای داخل زمین که به سطح زمین می رسد کم است - به طور متوسط توان آن 0.03-0.05 W/m2 است.
یا تقریباً 350 Wh/m2 در سال. در پس زمینه جریان گرما از خورشید و هوای گرم شده توسط آن، این یک مقدار غیر قابل توجه است: خورشید به هر متر مربع از سطح زمین سالانه حدود 4000 کیلووات ساعت می دهد، یعنی 10000 برابر (البته این به طور متوسط، با پراکندگی زیاد بین عرض های جغرافیایی قطبی و استوایی و بسته به سایر عوامل اقلیمی و آب و هوایی).

ناچیز بودن جریان گرما از داخل به سطح در بیشتر سیاره با رسانایی حرارتی کم سنگ ها و ویژگی های ساختار زمین شناسی مرتبط است. اما استثنائاتی وجود دارد - مکان هایی که جریان گرما زیاد است. اینها اول از همه، مناطقی از گسل های تکتونیکی، افزایش فعالیت لرزه ای و آتشفشانی هستند، جایی که انرژی درونی زمین خروجی پیدا می کند. چنین مناطقی با ناهنجاری های حرارتی لیتوسفر مشخص می شوند؛ در اینجا جریان گرمایی که به سطح زمین می رسد می تواند چندین برابر و حتی مرتبه های قدر قوی تر از "معمول" باشد. فوران های آتشفشانی و چشمه های آب گرم مقادیر زیادی گرما را در این مناطق به سطح می آورند.

این مناطق مساعدترین مناطق برای توسعه انرژی زمین گرمایی هستند. در قلمرو روسیه، اینها، اول از همه، کامچاتکا، جزایر کوریل و قفقاز هستند.

در عین حال ، توسعه انرژی زمین گرمایی تقریباً در همه جا امکان پذیر است ، زیرا افزایش دما با عمق یک پدیده جهانی است و وظیفه "استخراج" گرما از اعماق است ، همانطور که مواد خام معدنی از آنجا استخراج می شود.

به طور متوسط، درجه حرارت با عمق 2.5-3 درجه سانتیگراد به ازای هر 100 متر افزایش می یابد.

مقدار متقابل گام زمین گرمایی یا فاصله عمقی است که در آن دما به میزان 1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.

هر چه شیب بیشتر و بر این اساس، مرحله کمتر باشد، گرمای اعماق زمین به سطح نزدیک‌تر می‌شود و این ناحیه برای توسعه انرژی زمین گرمایی امیدوارکننده‌تر است.

در مناطق مختلف بسته به ساختار زمین شناسی و دیگر منطقه ای و شرایط محلی، سرعت افزایش دما با عمق می تواند به شدت متفاوت باشد. در مقیاس زمین، نوسانات در بزرگی شیب ها و پله های زمین گرمایی به 25 برابر می رسد. به عنوان مثال، در اورگان (ایالات متحده آمریکا) شیب 150 درجه سانتیگراد در هر کیلومتر است، و در آفریقای جنوبی - 6 درجه سانتیگراد در هر کیلومتر.

سوال این است که درجه حرارت در اعماق زیاد - 5، 10 کیلومتر یا بیشتر چقدر است؟ اگر این روند ادامه یابد، دما در عمق 10 کیلومتری باید به طور متوسط تقریباً 250-300 درجه سانتیگراد باشد. این امر با مشاهدات مستقیم در چاه های فوق عمیق کم و بیش تأیید می شود، اگرچه تصویر بسیار پیچیده تر از افزایش خطی دما است. .

به عنوان مثال، در چاه فوق عمیق کولا، حفر شده در سپر کریستالی بالتیک، دما تا عمق 3 کیلومتری با سرعت 10 درجه سانتیگراد در 1 کیلومتر تغییر می کند و سپس شیب زمین گرمایی 2-2.5 برابر بیشتر می شود. در عمق 7 کیلومتری، دمای 120 درجه سانتیگراد، در 10 کیلومتر - 180 درجه سانتیگراد و در 12 کیلومتر - 220 درجه سانتیگراد ثبت شده است.

نمونه دیگر چاه حفر شده در منطقه خزر شمالی است که در عمق 500 متری دمای 42 درجه سانتی گراد، در 1.5 کیلومتر - 70 درجه سانتی گراد، در 2 کیلومتر - 80 درجه سانتی گراد، در 3 کیلومتر - 108 درجه سانتی گراد ثبت شده است. .

فرض بر این است که شیب زمین گرمایی با شروع از عمق 20-30 کیلومتری کاهش می یابد: در عمق 100 کیلومتری دمای تخمین زده شده حدود 1300-1500 درجه سانتیگراد، در عمق 400 کیلومتر - 1600 درجه سانتیگراد، در هسته زمین است. (عمق بیش از 6000 کیلومتر) - 4000-5000 درجه با.

در اعماق حداکثر 10-12 کیلومتری، دما از طریق چاه های حفر شده اندازه گیری می شود. در جایی که آنها وجود ندارند، با علائم غیرمستقیم به همان روشی که در اعماق بیشتر تعیین می شود. چنین علائم غیر مستقیمممکن است ماهیت عبور امواج لرزه ای یا دمای فوران گدازه باشد.

با این حال، برای اهداف انرژی زمین گرمایی، داده های مربوط به دما در اعماق بیش از 10 کیلومتر هنوز مورد توجه عملی نیستند.

گرمای زیادی در اعماق چند کیلومتری وجود دارد، اما چگونه می توان آن را افزایش داد؟ گاهی اوقات خود طبیعت با کمک یک خنک کننده طبیعی این مشکل را برای ما حل می کند - آب های حرارتی گرم شده که به سطح می آیند یا در عمق قابل دسترس ما قرار می گیرند. در برخی موارد، آب در اعماق تا حالت بخار گرم می شود.

هیچ تعریف دقیقی از مفهوم "آب های گرما" وجود ندارد. به عنوان یک قاعده، آنها به معنای آبهای زیرزمینی گرم در داخل هستند حالت مایعیا به صورت بخار، از جمله بخارهایی که با دمای بالاتر از 20 درجه سانتیگراد به سطح زمین می آیند، یعنی معمولاً بالاتر از دمای هوا.

گرم آب های زیرزمینی، بخار، مخلوط های بخار آب - این انرژی هیدروترمال است. بر این اساس انرژی بر اساس استفاده از آن را هیدروترمال می نامند.

وضعیت با استخراج گرما به طور مستقیم از سنگ های خشک - انرژی پتروترمال پیچیده تر است، به خصوص که دمای نسبتاً بالا، به عنوان یک قاعده، از اعماق چندین کیلومتری شروع می شود.

در خاک روسیه، پتانسیل انرژی پتروترمال صد برابر بیشتر از انرژی هیدروترمال است - به ترتیب 3500 و 35 تریلیون تن. سوخت استاندارد. این کاملاً طبیعی است - گرمای اعماق زمین در همه جا موجود است و آب های حرارتی به صورت محلی یافت می شوند. با این حال، به دلیل مشکلات فنی آشکار، در حال حاضر از آب های حرارتی بیشتر برای تولید گرما و برق استفاده می شود.

آب با دمای 20-30 تا 100 درجه سانتیگراد برای گرمایش، با دمای 150 درجه سانتیگراد و بالاتر - و برای تولید برق در نیروگاههای زمین گرمایی مناسب است.

به طور کلی، منابع زمین گرمایی در روسیه، از نظر تن سوخت معادل یا هر واحد اندازه گیری انرژی دیگر، تقریباً 10 برابر بیشتر از ذخایر سوخت فسیلی است.

از نظر تئوری، تنها انرژی زمین گرمایی می تواند نیازهای انرژی کشور را به طور کامل برآورده کند. تقریباً روشن است این لحظهدر بیشتر قلمرو خود این امر به دلایل فنی و اقتصادی امکان پذیر نیست.

در جهان، استفاده از انرژی زمین گرمایی اغلب با ایسلند مرتبط است، کشوری که در انتهای شمالی خط الراس اقیانوس اطلس، در یک منطقه زمین ساختی و آتشفشانی بسیار فعال قرار دارد. همه احتمالا فوران قدرتمند آتشفشان Eyjafjallajökull در سال 2010 را به یاد دارند.

به لطف این ویژگی زمین شناسی است که ایسلند دارای ذخایر عظیمی از انرژی زمین گرمایی است، از جمله چشمه های آب گرمی که در سطح زمین ظاهر می شوند و حتی به شکل آبفشان بیرون می ریزند.

در ایسلند، بیش از 60 درصد از کل انرژی مصرف شده در حال حاضر از زمین تامین می شود. منابع زمین گرمایی 90 درصد گرمایش و 30 درصد تولید برق را تامین می کنند. بیایید اضافه کنیم که بقیه برق کشور توسط نیروگاه های برق آبی تولید می شود، یعنی با استفاده از یک منبع انرژی تجدیدپذیر، ایسلند را به نوعی استاندارد زیست محیطی جهانی جلوه می دهد.

بومی سازی انرژی زمین گرمایی در قرن بیستم کمک قابل توجهی به ایسلند کرد از نظر اقتصادی. تا اواسط قرن گذشته کشوری بسیار فقیر بود، اکنون از نظر ظرفیت نصب شده و تولید سرانه انرژی زمین گرمایی رتبه اول را در جهان دارد و از نظر ظرفیت نصب شده مطلق نیروگاه های زمین گرمایی در بین ده کشور برتر قرار دارد. . با این حال، جمعیت آن تنها 300 هزار نفر است، که کار تغییر به منابع انرژی سازگار با محیط زیست را ساده می کند: نیاز به آن به طور کلی کم است.

علاوه بر ایسلند، سهم بالایی از انرژی زمین گرمایی در کل توازن تولید برق در نیوزیلند و ایالت های جزیره ایآسیای جنوب شرقی (فیلیپین و اندونزی)، آمریکای مرکزی و شرق آفریقا، که قلمرو آن نیز با فعالیت لرزه ای و آتشفشانی بالا مشخص می شود. برای این کشورها، در سطح فعلی توسعه و نیازهایشان، انرژی زمین گرمایی سهم قابل توجهی در توسعه اقتصادی-اجتماعی دارد.

(پایان در ادامه می آید.)

دمای داخل زمین اغلب یک شاخص نسبتاً ذهنی است، زیرا دمای دقیق را فقط می توان در مکان های قابل دسترس، به عنوان مثال، در چاه کولا (عمق 12 کیلومتر) ارائه داد. اما این مکان متعلق به قسمت بیرونی پوسته زمین است.

دمای اعماق مختلف زمین

همانطور که دانشمندان دریافته اند، دما در هر 100 متر در عمق زمین 3 درجه افزایش می یابد. این رقم برای تمام قاره ها و نقاط کره زمین ثابت است. این افزایش دما در قسمت بالایی پوسته زمین تقریباً در 20 کیلومتری اول اتفاق می افتد، سپس افزایش دما کند می شود.

بیشترین افزایش در ایالات متحده ثبت شد، جایی که درجه حرارت 150 درجه در عمق 1000 متری زمین افزایش یافت. کندترین رشد در آفریقای جنوبی ثبت شد و دماسنج تنها 6 درجه سانتیگراد افزایش یافت.

در عمق حدود 35-40 کیلومتری، دما در حدود 1400 درجه در نوسان است. مرز بین گوشته و هسته خارجی در عمق 25 تا 3000 کیلومتری از 2000 تا 3000 درجه گرم می شود. هسته داخلی تا 4000 درجه گرم می شود. بر اساس آخرین اطلاعاتی که در نتیجه آزمایشات پیچیده به دست آمده است، درجه حرارت در مرکز زمین حدود 6000 درجه است. خورشید می تواند به همان درجه حرارت روی سطح خود ببالد.

حداقل و حداکثر دمای اعماق زمین

هنگام محاسبه حداقل و حداکثر دما در داخل زمین، داده های کمربند دمای ثابت در نظر گرفته نمی شود. در این منطقه دما در طول سال ثابت است. این کمربند در عمق 5 متری (گروه های استوایی) و تا 30 متری (عرض های جغرافیایی بالا) قرار دارد.

حداکثر دما در عمق حدود 6000 متری و 274 درجه سانتیگراد اندازه گیری و ثبت شد. حداقل دمای داخل زمین عمدتاً در مناطق شمالی سیاره ما ثبت شده است، جایی که حتی در عمق بیش از 100 متر دماسنج دمای زیر صفر را نشان می دهد.

گرما از کجا می آید و چگونه در داخل سیاره پخش می شود؟

گرمای داخل زمین از چندین منبع می آید:

1) تجزیه عناصر رادیواکتیو;

2) تمایز گرانشی ماده گرم شده در هسته زمین;

3) اصطکاک جزر و مد (اثر ماه بر روی زمین، همراه با کاهش سرعت دومی).

اینها برخی از گزینه ها برای وقوع گرما در روده های زمین است، اما سوال از لیست کاملو صحت آنچه از قبل وجود دارد هنوز باز است.

جریان گرمایی که از داخل سیاره ما نشات می گیرد بسته به مناطق ساختاری متفاوت است. بنابراین توزیع گرما در مکانی که اقیانوس، کوه یا دشت وجود دارد، شاخص های کاملا متفاوتی دارد.

برای مدل‌سازی میدان‌های دما و سایر محاسبات، دانستن دمای خاک در یک عمق معین ضروری است.

دمای خاک در عمق با استفاده از دماسنج های عمق خاک خروجی اندازه گیری می شود. اینها مطالعات برنامه ریزی شده ای است که به طور مرتب توسط ایستگاه های هواشناسی انجام می شود. داده های تحقیقاتی به عنوان پایه ای برای اطلس های آب و هوا و اسناد نظارتی عمل می کند.

برای به دست آوردن دمای خاک در یک عمق معین، می توانید به عنوان مثال دو مورد را امتحان کنید راه های ساده. هر دو روش شامل استفاده از کتاب های مرجع است:

برای تعیین تقریبی دما، می توانید از سند TsPI-22 استفاده کنید. "انتقالات راه آهنخطوط لوله." در اینجا، در چارچوب روش برای محاسبه مهندسی حرارتی خطوط لوله، جدول 1 آورده شده است، که در آن برای مناطق آب و هوایی خاص، مقادیر دمای خاک بسته به عمق اندازه گیری داده می شود. من این جدول را در اینجا در زیر ارائه می کنم.

میز 1

جدول دمای خاک در اعماق مختلف از منبع "برای کمک به یک کارگر صنعت گاز" از زمان اتحاد جماهیر شوروی

اعماق انجماد استاندارد برای برخی شهرها:

عمق انجماد خاک به نوع خاک بستگی دارد:

من فکر می کنم ساده ترین گزینه استفاده از داده های مرجع بالا و سپس درون یابی است.

مطمئن ترین گزینه برای محاسبات دقیق با استفاده از دمای زمین، استفاده از داده های خدمات هواشناسی است. برخی دایرکتوری های آنلاین بر اساس خدمات هواشناسی کار می کنند. به عنوان مثال، http://www.atlas-yakutia.ru/.

در اینجا فقط باید سکونتگاه، نوع خاک را انتخاب کنید و می توانید نقشه دمای خاک یا داده های آن را به صورت جدولی دریافت کنید. در اصل، راحت است، اما به نظر می رسد که این منبع پولی است.

اگر راه های دیگری برای تعیین دمای خاک در عمق معین می دانید، لطفا نظرات خود را بنویسید.

ممکن است به مطالب زیر علاقه مند شوید:

شاید خواندن آن مفید باشد: