Ngrohtësia e Tokës. Energjia gjeotermale

Kjo energji i përket burimeve alternative. Në ditët e sotme, ata përmendin gjithnjë e më shumë mundësitë e marrjes së burimeve që na jep planeti. Mund të themi se jetojmë në një epokë të modës për energjinë e rinovueshme. Shumë zgjidhje teknike, plane dhe teori janë duke u krijuar në këtë fushë.

Ndodhet thellë në thellësi të tokës dhe ka veti ripërtëritëse, me fjalë të tjera, është i pafund. Burimet klasike, sipas shkencëtarëve, kanë filluar të mbarojnë, nafta, qymyri dhe gazi do të thahen.

Termocentrali gjeotermik Nesjavellir, Islandë

Prandaj, ne mund të përgatitemi gradualisht për të adoptuar metoda të reja alternative të prodhimit të energjisë. Nën koren e tokës ka një bërthamë të fuqishme. Temperatura e saj varion nga 3000 deri në 6000 gradë. Lëvizja e pllakave litosferike tregon fuqinë e saj të madhe. Ajo manifestohet në formën e një shpërthimi vullkanik të magmës. Prishja radioaktive ndodh në thellësi, duke shkaktuar ndonjëherë fatkeqësi të tilla natyrore.

Në mënyrë tipike, magma ngroh sipërfaqen pa shkuar përtej kufijve të saj. Kjo krijon gejzerë ose pellgje të ngrohta uji. Në këtë mënyrë, proceset fizike mund të përdoren për qëllime të dobishme për njerëzimin.

Llojet e burimeve të energjisë gjeotermale

Zakonisht ndahet në dy lloje: energjia hidrotermale dhe petrotermale. E para është formuar për shkak të burimeve të ngrohta, dhe lloji i dytë është ndryshimi i temperaturave në sipërfaqe dhe në thellësi të tokës. Duke shpjeguar me fjalët tuaja, një burim hidrotermal përbëhet nga avulli dhe uji i nxehtë, ndërsa një burim petrotermik është i fshehur thellë nën tokë.

Harta e potencialit të zhvillimit të energjisë gjeotermale në botë

Për energjinë petrotermale, është e nevojshme të shponi dy puse, të mbushni një me ujë, pas së cilës do të ndodhë një proces avullimi, i cili do të dalë në sipërfaqe. Ekzistojnë tre klasa të zonave gjeotermale:

• Gjeotermale – ndodhet pranë pllakave kontinentale. Gradient i temperaturës më shumë se 80C/km. Si shembull, komuna italiane Larderello. Aty është një termocentral
• Gjysemtermike – temperatura 40 – 80 C/km. Këto janë akuiferë natyrorë të përbërë nga shkëmbinj të fragmentuar. Në disa vende në Francë, ndërtesat ngrohen në këtë mënyrë.
• Normal - gradient më pak se 40 C/km. Përfaqësimi i zonave të tilla është më i zakonshmi

Janë një burim i shkëlqyer për konsum. Ato janë të vendosura në shkëmb në një thellësi të caktuar. Le të shohim më në detaje klasifikimin:

• Epitermale - temperatura nga 50 në 90 C
• Mesotermale – 100 – 120 s
• Hipotermike - më shumë se 200 s

Këto specie përbëhen nga përbërje të ndryshme kimike. Në varësi të tij, uji mund të përdoret për qëllime të ndryshme. Për shembull, në prodhimin e energjisë elektrike, furnizimin me ngrohje (rrugët e ngrohjes), bazën e lëndës së parë.

Video: Energjia gjeotermale

Procesi i ngrohjes

Temperatura e ujit është 50 -60 gradë, e cila është optimale për ngrohjen dhe furnizimin me nxehtësi të zonave të banuara. Nevoja për sisteme ngrohjeje varet nga vendndodhja gjeografike dhe kushtet klimatike. Dhe njerëzit vazhdimisht kanë nevojë për furnizim me ujë të nxehtë. Për këtë proces janë ndërtuar GTS (stacione termike gjeotermale).

Nëse për prodhimin klasik të energjisë termike përdoret një kazan që konsumon lëndë djegëse të ngurtë ose të gaztë, atëherë në këtë prodhim përdoret një burim gejzeri. Procesi teknik është shumë i thjeshtë, të njëjtat komunikime, rrugë termike dhe pajisje. Mjafton të shponi një pus, ta pastroni nga gazrat, më pas ta pomponi në dhomën e bojlerit, ku do të ruhet orari i temperaturës dhe më pas do të hyjë në rrjetin e ngrohjes.

Dallimi kryesor është se nuk ka nevojë të përdorni një kazan me karburant. Kjo ul ndjeshëm koston e energjisë termike. Në dimër, abonentët marrin furnizim me ngrohje dhe ujë të nxehtë, dhe në verë vetëm furnizim me ujë të nxehtë.

Gjenerimi i fuqise

Burimet e nxehta dhe gejzerët shërbejnë si komponentë kryesorë në prodhimin e energjisë elektrike. Për këtë qëllim përdoren disa skema dhe ndërtohen termocentrale speciale. Pajisja GTS:

• Depozita e ujit të ngrohtë
• Pompë
• Ndarës gazi
• Ndarës me avull
• Turbina gjeneruese
• Kondensator
• Pompë përforcuese
• Tank-ftohës

Siç mund ta shohim, elementi kryesor i qarkut është konverteri i avullit. Kjo ju lejon të merrni avull të pastruar, pasi përmban acide që shkatërrojnë pajisjet e turbinës. Është e mundur të përdoret një skemë e përzier në ciklin teknologjik, domethënë, uji dhe avulli përfshihen në proces. Lëngu kalon në të gjithë fazën e pastrimit nga gazrat, ashtu si avulli.

Qarku i burimit binar

Komponenti i punës është një lëng me një pikë vlimi të ulët. Uji termal është i përfshirë edhe në prodhimin e energjisë elektrike dhe shërben si lëndë e parë dytësore.

Me ndihmën e tij, formohet avulli nga një burim me valë të ulët. GTS me një cikël të tillë funksionimi mund të jetë plotësisht i automatizuar dhe nuk kërkon personel mirëmbajtjeje. Stacionet më të fuqishme përdorin një qark me qark të dyfishtë. Ky lloj termocentrali lejon arritjen e një kapaciteti prej 10 MW. Struktura e qarkut të dyfishtë:

• Gjenerator avulli
• Turbinë
• Kondensator
• Ejektor
• Pompë ushqimi
• Ekonomizues
• Avullues

Përdorimi praktik

Rezervat e mëdha të burimeve janë shumë herë më të mëdha se konsumi vjetor i energjisë. Por vetëm një pjesë e vogël përdoret nga njerëzimi. Ndërtimi i stacioneve daton në vitin 1916. Termocentrali i parë gjeotermik me kapacitet 7.5 MW u krijua në Itali. Industria po zhvillohet në mënyrë aktive në vende të tilla si SHBA, Islanda, Japonia, Filipinet dhe Italia.

Eksplorimi aktiv i vendndodhjeve të mundshme dhe metodat më të përshtatshme të nxjerrjes janë duke u zhvilluar. Kapaciteti prodhues po rritet nga viti në vit. Nëse marrim parasysh treguesin ekonomik, atëherë kostoja e një industrie të tillë është e barabartë me termocentralet me qymyr. Islanda pothuajse plotësisht mbulon stokun e saj të banesave me një burim GT. 80% e shtëpive përdorin ujë të nxehtë nga puset për ngrohje. Ekspertët nga SHBA pohojnë se me zhvillimin e duhur termocentralet gjeotermale mund të prodhojnë 30 herë më shumë konsum vjetor. Nëse flasim për potencial, 39 vende të botës do të jenë në gjendje të sigurojnë plotësisht energji elektrike nëse përdorin 100 për qind të nëntokës së tokës.

Për Rusinë, energjia e nxehtësisë e Tokës mund të bëhet një burim konstant, i besueshëm i energjisë elektrike dhe nxehtësisë së lirë dhe të arritshme duke përdorur teknologji të reja të larta, miqësore me mjedisin për nxjerrjen dhe furnizimin e saj për konsumatorin. Kjo është veçanërisht e vërtetë në ditët e sotme

Burime të kufizuara të lëndëve të para të energjisë fosile

Kërkesa për lëndë të para të energjisë organike është e madhe në vendet e industrializuara dhe në zhvillim (SHBA, Japoni, vendet e Evropës së bashkuar, Kinë, Indi, etj.). Në të njëjtën kohë, burimet hidrokarbure të këtyre vendeve janë ose të pamjaftueshme ose të rezervuara, dhe një vend, për shembull Shtetet e Bashkuara, blen lëndë të para energjetike jashtë vendit ose zhvillon depozita në vende të tjera.

Në Rusi, një nga vendet më të pasura për sa i përket burimeve energjetike, nevojat ekonomike për energji deri më tani janë plotësuar nga mundësitë e përdorimit të burimeve natyrore. Megjithatë, nxjerrja e hidrokarbureve fosile nga nëntoka ndodh me një ritëm shumë të shpejtë. Nëse në vitet 1940–1960. Zonat kryesore të prodhimit të naftës ishin "Baku i dytë" në rajonin e Vollgës dhe Uralet, më pas, nga vitet 1970 e deri më sot, një zonë e tillë ka qenë Siberia Perëndimore. Por edhe këtu ka një rënie të ndjeshme të prodhimit të hidrokarbureve fosile. Epoka e gazit "të thatë" Cenomanian po bëhet një gjë e së kaluarës. Faza e mëparshme e zhvillimit të gjerë të prodhimit të gazit natyror ka marrë fund. Rimëkëmbja e saj nga depozita të tilla gjigante si Medvezhye, Urengoyskoye dhe Yamburgskoye arriti respektivisht në 84, 65 dhe 50%. Edhe pjesa e rezervave të naftës të favorshme për zhvillim po zvogëlohet me kalimin e kohës.

Për shkak të konsumit aktiv të karburanteve hidrokarbure, rezervat e naftës dhe gazit natyror në tokë janë ulur ndjeshëm. Tani rezervat e tyre kryesore janë të përqendruara në shelfin kontinental. Dhe megjithëse baza e lëndëve të para të industrisë së naftës dhe gazit është ende e mjaftueshme për prodhimin e naftës dhe gazit në Rusi në vëllimet e kërkuara, në të ardhmen e afërt do të sigurohet gjithnjë e më shumë përmes zhvillimit të fushave me kushte të vështira minerare dhe gjeologjike. Kostoja e prodhimit të hidrokarbureve do të rritet.

Shumica e burimeve jo të rinovueshme të nxjerra nga nëntoka përdoren si lëndë djegëse për termocentralet. Para së gjithash, kjo është , pjesa e së cilës në strukturën e karburantit është 64%.

Në Rusi, 70% e energjisë elektrike prodhohet në termocentralet. Ndërmarrjet energjetike të vendit djegin rreth 500 milionë tonë qymyr në vit. t për të gjeneruar energji elektrike dhe ngrohje, ndërsa prodhimi i nxehtësisë harxhon 3–4 herë më shumë lëndë djegëse hidrokarbure sesa prodhimi i energjisë elektrike.

Sasia e nxehtësisë e marrë nga djegia e këtyre vëllimeve të lëndëve të para hidrokarbure është e barabartë me përdorimin e qindra tonëve karburant bërthamor - ndryshimi është i madh. Megjithatë, energjia bërthamore kërkon sigurimin e sigurisë mjedisore (për të parandaluar një përsëritje të Çernobilit) dhe mbrojtjen e saj nga sulmet e mundshme terroriste, si dhe çmontimin e sigurt dhe të kushtueshëm të njësive të termocentraleve bërthamore të vjetëruara dhe të skaduara. Rezervat e provuara të uraniumit të rikuperueshëm në botë janë rreth 3 milion 400 mijë ton Gjatë gjithë periudhës së mëparshme (deri në 2007), janë nxjerrë rreth 2 milion ton.

BRE si e ardhmja e energjisë globale

Rritja e interesit për burimet alternative të energjisë së rinovueshme (BRE) në botë në dekadat e fundit është shkaktuar jo vetëm nga shterimi i rezervave të karburantit hidrokarbur, por edhe nga nevoja për të zgjidhur problemet mjedisore. Faktorët objektivë (rezervat e lëndëve djegëse fosile dhe uraniumit, si dhe ndryshimet mjedisore që lidhen me përdorimin e zjarrit tradicional dhe të energjisë bërthamore) dhe tendencat e zhvillimit të energjisë sugjerojnë se kalimi në metoda dhe forma të reja të prodhimit të energjisë është i pashmangshëm. Tashmë në gjysmën e parë të shekullit të 21-të. Do të ketë një kalim të plotë ose pothuajse të plotë drejt burimeve jotradicionale të energjisë.

Sa më shpejt të bëhet një përparim në këtë drejtim, aq më pak i dhimbshëm do të jetë për të gjithë shoqërinë dhe aq më i dobishëm për vendin ku do të ndërmerren hapa vendimtarë në këtë drejtim.

Ekonomia botërore tashmë ka vendosur një kurs për kalimin në një kombinim racional të burimeve tradicionale dhe të reja të energjisë. Konsumi i energjisë në botë deri në vitin 2000 arriti në më shumë se 18 miliardë TCE. t., dhe konsumi i energjisë deri në vitin 2025 mund të rritet në 30-38 miliardë TCE. t., sipas parashikimeve, deri në vitin 2050 është i mundur konsumi në nivelin 60 miliardë TCE. Tendencat karakteristike të zhvillimit të ekonomisë botërore në periudhën në shqyrtim janë rënia sistematike e konsumit të lëndëve djegëse fosile dhe rritja përkatëse e përdorimit të burimeve jotradicionale të energjisë. Energjia termike e Tokës zë një nga vendet e para midis tyre.

Aktualisht, Ministria e Energjisë e Federatës Ruse ka miratuar një program për zhvillimin e energjisë jo tradicionale, duke përfshirë 30 projekte të mëdha për përdorimin e njësive të pompës së nxehtësisë (HPU), parimi i funksionimit të të cilave bazohet në konsumin e ulët. -energjia termike potenciale e Tokës.

Energjia e nxehtësisë e shkallës së ulët të Tokës dhe pompat e nxehtësisë

Burimet e energjisë termike me potencial të ulët të Tokës janë rrezatimi diellor dhe rrezatimi termik nga brendësia e nxehtë e planetit tonë. Aktualisht, përdorimi i një energjie të tillë është një nga fushat më dinamike në zhvillim të energjisë bazuar në burimet e rinovueshme të energjisë.

Nxehtësia e Tokës mund të përdoret në lloje të ndryshme ndërtesash dhe strukturash për ngrohje, furnizim me ujë të ngrohtë, klimatizim (ftohje), si dhe për ngrohje në rrugë në dimër, parandalimin e ngrirjes, ngrohjen e fushave në stadiume të hapura etj. Literatura teknike angleze, sistemet, që përdorin nxehtësinë e Tokës në sistemet e ngrohjes dhe ajrit të kondicionuar, përcaktohen si GHP - "pompat e nxehtësisë gjeotermale" (pompat e nxehtësisë gjeotermale). Karakteristikat klimatike të vendeve të Evropës Qendrore dhe Veriore, të cilat, së bashku me SHBA-në dhe Kanadanë, janë zonat kryesore për përdorimin e nxehtësisë së shkallës së ulët nga Toka, e përcaktojnë këtë kryesisht për qëllime ngrohjeje; Ftohja e ajrit kërkohet relativisht rrallë edhe në verë. Prandaj, ndryshe nga SHBA, pompat e nxehtësisë në vendet evropiane funksionojnë kryesisht në modalitetin e ngrohjes. Në SHBA, ato përdoren më shpesh në sistemet e ngrohjes së ajrit të kombinuara me ventilim, i cili lejon ngrohjen dhe ftohjen e ajrit të jashtëm. Në vendet evropiane, pompat e nxehtësisë zakonisht përdoren në sistemet e ngrohjes së ujit. Meqenëse efikasiteti i tyre rritet ndërsa diferenca e temperaturës midis avulluesit dhe kondensatorit zvogëlohet, sistemet e ngrohjes nën dysheme shpesh përdoren për ngrohjen e ndërtesave, në të cilat një ftohës qarkullon në një temperaturë relativisht të ulët (35-40 o C).

Llojet e sistemeve për përdorimin e energjisë termike me potencial të ulët nga Toka

Në përgjithësi, mund të dallohen dy lloje sistemesh për përdorimin e energjisë termike me potencial të ulët nga Toka:

– sistemet e hapura: ujërat nëntokësore të furnizuara drejtpërdrejt me pompat e nxehtësisë përdoren si burim i energjisë termike të shkallës së ulët;

– sistemet e mbyllura: këmbyesit e nxehtësisë ndodhen në masën e tokës; kur një ftohës me një temperaturë më të ulët në krahasim me tokën qarkullon nëpër to, energjia termike "zgjidhet" nga toka dhe transferohet në avulluesin e pompës së nxehtësisë (ose kur përdorni një ftohës me një temperaturë më të lartë në krahasim me tokën, është i ftohur).

Disavantazhet e sistemeve të hapura janë se puset kërkojnë mirëmbajtje. Për më tepër, përdorimi i sistemeve të tilla nuk është i mundur në të gjitha fushat. Kërkesat kryesore për tokën dhe ujërat nëntokësore janë si më poshtë:

– përshkueshmëria e mjaftueshme e tokës, duke lejuar rimbushjen e rezervave të ujit;

– Përbërja e mirë kimike e ujërave nëntokësore (për shembull, përmbajtja e ulët e hekurit), e cila shmang problemet që lidhen me formimin e depozitave në muret e tubave dhe korrozioni.

Sisteme të mbyllura për përdorimin e energjisë termike me potencial të ulët nga Toka

Sistemet e mbyllura mund të jenë horizontale ose vertikale (Figura 1).

Oriz. 1. Skema e një instalimi të pompës termike gjeotermale me: a – horizontale

dhe b – shkëmbyesit vertikal të nxehtësisë në tokë.

Shkëmbyesi horizontal i nxehtësisë në tokë

Në Evropën Perëndimore dhe Qendrore, shkëmbyesit horizontal të nxehtësisë tokësore janë zakonisht tuba individualë të vendosur relativisht fort dhe të lidhur me njëri-tjetrin në seri ose paralel (Fig. 2).

Oriz. 2. Këmbyesit horizontal të nxehtësisë tokësore me: a – serial dhe

b – lidhje paralele.

Për të shpëtuar zonën ku largohet nxehtësia, janë zhvilluar lloje të përmirësuara të këmbyesve të nxehtësisë, për shembull, shkëmbyesit e nxehtësisë në formën e një spirale (Fig. 3), të vendosura horizontalisht ose vertikalisht. Kjo formë e shkëmbyesve të nxehtësisë është e zakonshme në SHBA.

Energjia gjeotermaleështë energjia e nxehtësisë që lirohet nga zonat e brendshme të Tokës gjatë qindra miliona viteve. Sipas kërkimeve gjeologjike dhe gjeofizike, temperatura në bërthamën e Tokës arrin 3000-6000 °C, duke u ulur gradualisht në drejtim nga qendra e planetit drejt sipërfaqes së tij. Shpërthimi i mijëra vullkaneve, lëvizja e blloqeve të kores së tokës dhe tërmetet tregojnë veprimin e energjisë së brendshme të fuqishme të Tokës. Shkencëtarët besojnë se fusha termike e planetit tonë është për shkak të prishjes radioaktive në thellësitë e saj, si dhe ndarjes gravitacionale të materies bazë.
Burimet kryesore të ngrohjes së brendshme të planetit janë uraniumi, toriumi dhe kaliumi radioaktiv. Proceset e kalbjes radioaktive në kontinente ndodhin kryesisht në shtresën e granitit të kores së tokës në një thellësi prej 20-30 km ose më shumë, në oqeane - në mantelin e sipërm. Supozohet se në bazën e kores së tokës në një thellësi prej 10-15 km, vlera e mundshme e temperaturës në kontinente është 600-800 ° C, dhe në oqeane - 150-200 ° C.
Njeriu mund të përdorë energjinë gjeotermale vetëm aty ku ajo shfaqet afër sipërfaqes së Tokës, d.m.th. në zonat e aktivitetit vullkanik dhe sizmik. Tani energjia gjeotermale përdoret në mënyrë efektive nga vende të tilla si SHBA, Italia, Islanda, Meksika, Japonia, Zelanda e Re, Rusia, Filipinet, Hungaria dhe El Salvadori. Këtu, nxehtësia e brendshme e tokës ngrihet në sipërfaqe në formën e ujit të nxehtë dhe avullit me temperatura deri në 300 ° C dhe shpesh shpërthen si nxehtësia e burimeve që rrjedhin (gejzerët), për shembull, gejzerët e famshëm të Yellowstone. Parku në SHBA, gejzerët e Kamçatkës dhe Islandës.
Burimet e energjisë gjeotermale i ndarë në avull të nxehtë të thatë, avull të nxehtë të lagësht dhe ujë të nxehtë. Pusi, i cili është një burim i rëndësishëm energjie për hekurudhën elektrike në Itali (afër Larderello-s), ka fuqizuar nga avulli i nxehtë i thatë që nga viti 1904. Dy vende të tjera të famshme me avull të thatë të nxehtë në botë janë Fusha Matsukawa në Japoni dhe Fusha Geyser pranë San Franciskos, të cilat gjithashtu kanë një përdorim të gjatë dhe efektiv të energjisë gjeotermale. Avulli i nxehtë më i lagësht në botë gjendet në Zelandën e Re (Wairakei), fushat gjeotermale me pak më pak fuqi janë në Meksikë, Japoni, El Salvador, Nikaragua dhe Rusi.
Kështu, mund të dallohen katër lloje kryesore të burimeve të energjisë gjeotermale:
nxehtësia e sipërfaqes së tokës e përdorur nga pompat e nxehtësisë;
burimet energjetike të avullit, ujit të nxehtë dhe të ngrohtë në sipërfaqen e tokës, të cilat tani përdoren në prodhimin e energjisë elektrike;
nxehtësia e përqendruar thellë nën sipërfaqen e tokës (ndoshta në mungesë të ujit);
energjia dhe nxehtësia e magmës që grumbullohet nën vullkane.

Rezervat e nxehtësisë gjeotermale (~ 8 * 1030 J) janë 35 miliardë herë më të mëdha se konsumi vjetor i energjisë globale. Vetëm 1% e energjisë gjeotermale në koren e tokës (10 km thellësi) mund të sigurojë një sasi energjie 500 herë më të madhe se të gjitha rezervat e naftës dhe gazit në botë. Megjithatë, sot vetëm një pjesë e vogël e këtyre burimeve mund të përdoret, dhe kjo është kryesisht për arsye ekonomike. Zhvillimi industrial i burimeve gjeotermale (energjia e ujërave të nxehta të thella dhe avulli) filloi në vitin 1916, kur u vu në punë termocentrali i parë gjeotermik me një kapacitet prej 7.5 MW në Itali. Gjatë kohës së kaluar, është grumbulluar një përvojë e konsiderueshme në fushën e zhvillimit praktik të burimeve të energjisë gjeotermale. Kapaciteti total i instaluar i termocentraleve ekzistuese gjeotermale (GeoTES) ishte: 1975 - 1,278 MW, në vitin 1990 - 7,300 MW. Progresin më të madh në këtë çështje e kanë arritur SHBA-ja, Filipinet, Meksika, Italia dhe Japonia.
Parametrat teknikë dhe ekonomikë të termocentraleve gjeotermale ndryshojnë në një gamë mjaft të gjerë dhe varen nga karakteristikat gjeologjike të zonës (thellësia e shfaqjes, parametrat e lëngut të punës, përbërja e tij, etj.). Për shumicën e termocentraleve gjeotermale të vënë në punë, kostoja e energjisë elektrike është e ngjashme me koston e energjisë elektrike të prodhuar në termocentralet me qymyr dhe arrin në 1200 ... 2000 dollarë amerikanë / MW.
Në Islandë, 80% e shtëpive ngrohen duke përdorur ujë të nxehtë të nxjerrë nga puset gjeotermale pranë qytetit të Rejkjavikut. Në Shtetet e Bashkuara perëndimore, rreth 180 shtëpi dhe ferma ngrohen duke përdorur ujë të nxehtë gjeotermal. Sipas ekspertëve, midis viteve 1993 dhe 2000, prodhimi global i energjisë elektrike nga energjia gjeotermale u dyfishua më shumë. Ka kaq shumë rezerva të nxehtësisë gjeotermale në Shtetet e Bashkuara, saqë teorikisht mund të sigurojë 30 herë më shumë energji sesa shteti konsumon aktualisht.
Në të ardhmen, është e mundur të përdoret nxehtësia e magmës në ato zona ku ndodhet afër sipërfaqes së Tokës, si dhe nxehtësia e thatë e shkëmbinjve kristalorë të ndezur. Në rastin e fundit, puset shpohen për disa kilometra, uji i ftohtë pompohet dhe uji i nxehtë kthehet përsëri.

2. Regjimi termik i Tokës

Toka është një trup i ftohtë kozmik. Temperatura e sipërfaqes varet kryesisht nga nxehtësia që vjen nga jashtë. 95% e nxehtësisë së shtresës së sipërme të Tokës është e jashtme nxehtësia (solare), dhe vetëm 5% është nxehtësi e brendshme , e cila vjen nga zorrët e Tokës dhe përfshin disa burime energjie. Në brendësi të Tokës, temperatura rritet me thellësi nga 1300 o C (në mantelin e sipërm) në 3700 o C (në qendër të bërthamës).

Nxehtësia e jashtme. Nxehtësia vjen në sipërfaqen e Tokës kryesisht nga Dielli. Çdo centimetër katror i sipërfaqes merr rreth 2 kalori nxehtësi brenda një minute. Kjo sasi quhet konstante diellore dhe përcakton sasinë totale të nxehtësisë që hyn në Tokë nga Dielli. Për një vit arrin në 2.26·10 21 kalori. Thellësia e depërtimit të nxehtësisë diellore në zorrët e Tokës varet kryesisht nga sasia e nxehtësisë që bie për njësi të sipërfaqes dhe nga përçueshmëria termike e shkëmbinjve. Thellësia maksimale në të cilën depërton nxehtësia e jashtme është 200 m në oqeane dhe rreth 40 m në tokë.

Ngrohtësia e brendshme. Me thellësi, vërehet një rritje e temperaturës, e cila ndodh në mënyrë shumë të pabarabartë në zona të ndryshme. Rritja e temperaturës ndjek një ligj adiabatik dhe varet nga ngjeshja e substancës nën presion kur shkëmbimi i nxehtësisë me mjedisin është i pamundur.

Burimet kryesore të nxehtësisë brenda Tokës:

Nxehtësia e lëshuar gjatë zbërthimit radioaktiv të elementeve.

Nxehtësia e mbetur e ruajtur që nga formimi i Tokës.

Nxehtësia gravitacionale e lëshuar gjatë ngjeshjes së Tokës dhe shpërndarjes së materies sipas dendësisë.

Nxehtësia e krijuar për shkak të reaksioneve kimike që ndodhin në thellësitë e kores së tokës.

Nxehtësia e çliruar nga fërkimi i baticës së Tokës.

Ekzistojnë 3 zona të temperaturës:

une - zona e ndryshueshme e temperaturës . Ndryshimet e temperaturës përcaktohen nga klima e zonës. Luhatjet ditore praktikisht shuhen në një thellësi prej rreth 1.5 m, dhe luhatjet vjetore në thellësi 20 ... 30 m -. zona e ngrirjes.

II - zonë me temperaturë konstante , ndodhet në thellësi 15...40 m në varësi të rajonit.

III - zona e rritjes së temperaturës .

Regjimi i temperaturës së shkëmbinjve në thellësi të kores së tokës zakonisht shprehet si një gradient gjeotermik dhe një hap gjeotermik.

Sasia e rritjes së temperaturës për çdo 100 m thellësi quhet gradient gjeotermik. Në Afrikë në fushën Witwatersrand është 1,5 °C, në Japoni (Echigo) - 2,9 °C, në Australinë e Jugut - 10,9 °C, në Kazakistan (Samarinda) - 6,3 °C, në Gadishullin Kola - 0,65 °C.

Oriz. 3. Zonat e temperaturës në koren e tokës: I – zona e temperaturës së ndryshueshme, Ia – zona e ngrirjes; II – zona e temperaturave konstante; III – zona e rritjes së temperaturës.

Thellësia në të cilën temperatura rritet me 1 gradë quhet faza gjeotermale. Vlerat numerike të fazës gjeotermale nuk janë konstante jo vetëm në gjerësi të ndryshme, por edhe në thellësi të ndryshme të së njëjtës pikë në rajon. Madhësia e hapit gjeotermik varion nga 1.5 në 250 m Në Arkhangelsk është 10 m, në Moskë - 38.4 m, dhe në Pyatigorsk - 1.5 m.

Në një pus të shpuar në Moskë në një thellësi prej 1630 m, temperatura në fund ishte 41 ° C, dhe në një minierë të shpuar në Donbass në një thellësi prej 1545 m, temperatura ishte 56.3 ° C. Temperatura më e lartë e regjistruar në SHBA ishte në një pus 7136 m të thellë, ku ishte 224 °C. Rritja e temperaturës me thellësi duhet të merret parasysh gjatë projektimit të strukturave të thella Sipas llogaritjeve, në një thellësi prej 400 km temperatura duhet të arrijë 1400...1700 °C. Temperaturat më të larta (rreth 5000 °C) u arritën për bërthamën e Tokës.

Burimet kryesore të energjisë termike të Tokës janë [, ]:

• nxehtësia e diferencimit gravitacional;
• nxehtësia radiogjenike;
• nxehtësia e fërkimit të baticës;
• akumulimi i nxehtësisë;
• nxehtësia e fërkimit e lëshuar për shkak të rrotullimit diferencial të bërthamës së brendshme në lidhje me bërthamën e jashtme, bërthamës së jashtme në lidhje me mantelin dhe shtresave individuale brenda bërthamës së jashtme.

Deri më sot, janë llogaritur vetëm katër burimet e para. Në vendin tonë merita kryesore për këtë i takon O.G. Sorokhtin Dhe S.A. Ushakov. Të dhënat e mëposhtme bazohen kryesisht në llogaritjet e këtyre shkencëtarëve.

Nxehtësia e diferencimit gravitacional të Tokës

Një nga modelet më të rëndësishme në zhvillimin e Tokës është diferencimi substanca e saj, e cila vazhdon edhe sot e kësaj dite. Për shkak të këtij diferencimi, formimi ndodhi bërthama dhe korja, ndryshim në përbërjen e fillores mantel, ndërsa ndarja e një lënde fillimisht homogjene në fraksione me dendësi të ndryshme shoqërohet me çlirimin energji termale, dhe çlirimi maksimal i nxehtësisë ndodh kur lënda e tokës ndahet në bërthamë e dendur dhe e rëndë dhe mbetje më të lehta guaskë silikate - mantelin e tokës. Aktualisht, pjesa më e madhe e kësaj nxehtësie lirohet në kufi mantel - bërthamë.

Energjia e diferencimit gravitacional të Tokës gjatë gjithë periudhës së ekzistencës së saj, ajo u dallua - 1,46*10 38 erg (1,46*10 31 J). Kjo energji në pjesën më të madhe së pari hyn në energjia kinetike rrymat konvektive të materies së mantelit, dhe më pas në të ngrohtë; pjesa tjetër shpenzohet për shtesë ngjeshja e brendësisë së tokës, që lindin për shkak të përqendrimit të fazave të dendura në pjesën qendrore të Tokës. Nga 1,46*10 38 erg energjia e diferencimit gravitacional të Tokës shkoi në ngjeshjen e saj shtesë 0,23*10 38 erg (0,23*10 31 J), dhe u lëshua në formën e nxehtësisë 1,23*10 38 erg (1,23*10 31 J). Madhësia e këtij komponenti termik tejkalon ndjeshëm çlirimin total të të gjitha llojeve të tjera të energjisë në Tokë. Shpërndarja kohore e vlerës totale dhe shpejtësia e çlirimit të komponentit termik të energjisë gravitacionale është paraqitur në Fig. 3.6 .

Oriz. 3.6.

Niveli aktual i gjenerimit të nxehtësisë gjatë diferencimit gravitacional të Tokës është 3*10 20 erg/s (3*10 13 W), e cila varet nga madhësia e rrjedhës moderne të nxehtësisë që kalon nëpër sipërfaqen e planetit në ( 4.2-4.3)*10 20 erg/s ((4.2-4.3)*10 13 W), është ~ 70% .

Nxehtësia radiogjenike

Shkaktuar nga prishja radioaktive e paqëndrueshme izotopet. Më energjike dhe jetëgjatë ( me gjysmë jetë, në përpjesëtim me moshën e Tokës) janë izotopet 238U, 235 U, 232 Th Dhe 40 mijë. Vëllimi i tyre kryesor është i përqendruar në kore kontinentale. Niveli aktual i gjenerimit nxehtësia radiogjenike:

• nga gjeofizikani amerikan V. Vaquier - 1,14*10 20 erg/s (1,14*10 13 W) ,
• nga gjeofizikanët rusë O.G. Sorokhtin Dhe S.A. Ushakov - 1,26*10 20 erg/s(1,26*10 13 W) .

Kjo është ~ 27-30% e rrjedhës aktuale të nxehtësisë.

Nga nxehtësia totale e zbërthimit radioaktiv në 1,26*10 20 erg/s (1,26*10 13 W) në koren e tokës bie në sy - 0,91*10 20 erg/s, dhe në mantel - 0,35*10 20 erg/s. Nga kjo rrjedh se pjesa e nxehtësisë radiogjenike të mantelit nuk kalon 10% të totalit të humbjeve moderne të nxehtësisë së Tokës dhe nuk mund të jetë burimi kryesor i energjisë për proceset aktive tektono-magmatike, thellësia e origjinës së tyre mund të arrijë 2900 km; dhe nxehtësia radiogjenike e lëshuar në kore humbet relativisht shpejt nëpër sipërfaqen e tokës dhe praktikisht nuk merr pjesë në ngrohjen e brendshme të thellë të planetit.

Në epokat e kaluara gjeologjike, sasia e nxehtësisë radiogjenike të lëshuar në mantel duhet të ketë qenë më e lartë. Vlerësimet e tij në kohën e formimit të Tokës ( 4.6 miliardë vjet më parë) jep - 6,95*10 20 erg/s. Që nga kjo kohë, ka pasur një rënie të vazhdueshme në shkallën e çlirimit të energjisë radiogjenike (Fig. 3.7 ).

Gjatë gjithë kohës në Tokë, ai është lëshuar ~4,27*10 37 erg(4,27*10 30 J) energjia termike e zbërthimit radioaktiv, e cila është pothuajse tre herë më e ulët se nxehtësia totale e diferencimit gravitacional.

Nxehtësia e Fërkimit të Baticës

Ai spikat gjatë bashkëveprimit gravitacional të Tokës kryesisht me Hënën, si trupi më i afërt i madh kozmik. Për shkak të tërheqjes reciproke gravitacionale, në trupat e tyre ndodhin deformime të baticës - ënjtje ose gunga. Gungat e baticës së planetëve, me tërheqjen e tyre shtesë, ndikojnë në lëvizjen e tyre. Kështu, tërheqja e të dy gungave baticore të Tokës krijon një palë forcash që veprojnë si në vetë Tokën ashtu edhe në Hënë. Megjithatë, ndikimi i fryrjes së afërt, përballë Hënës, është disi më i fortë se ai i largët. Për shkak të faktit se shpejtësia këndore e rrotullimit të Tokës moderne ( 7,27*10 -5 s -1) tejkalon shpejtësinë orbitale të Hënës ( 2,66*10 -6 s -1), dhe substanca e planetëve nuk është në mënyrë ideale elastike, atëherë gunga e baticës së Tokës duket se tërhiqet nga rrotullimi i saj përpara dhe dukshëm e çon përpara lëvizjen e Hënës. Kjo çon në faktin se baticat maksimale të Tokës ndodhin gjithmonë në sipërfaqen e saj disi më vonë se momenti kulm Hëna, dhe një moment shtesë i forcës vepron në Tokë dhe Hënë (Fig. 3.8 ) .

Vlerat absolute të forcave të ndërveprimit të baticës në sistemin Tokë-Hënë janë tani relativisht të vogla dhe deformimet baticore të litosferës të shkaktuara prej tyre mund të arrijnë vetëm disa dhjetëra centimetra, por ato çojnë në një ngadalësim gradual të rrotullimit të Tokës. dhe, anasjelltas, në një përshpejtim të lëvizjes orbitale të Hënës dhe në distancën e saj nga Toka. Energjia kinetike e lëvizjes së gungave të baticës së tokës shndërrohet në energji termike për shkak të fërkimit të brendshëm të substancës në gunga të baticës.

Aktualisht, shkalla e çlirimit të energjisë baticore është G. Macdonald arrin në ~0,25*10 20 erg/s (0,25*10 13 W), ndërsa pjesa kryesore e saj (rreth 2/3) është me sa duket shpërndahet(shpërndahet) në hidrosferë. Rrjedhimisht, pjesa e energjisë së baticës e shkaktuar nga ndërveprimi i Tokës me Hënën dhe i shpërndarë në Tokën e ngurtë (kryesisht në asthenosferë) nuk e kalon 2 % energjia totale termike e gjeneruar në thellësitë e saj; dhe pjesa e baticave diellore nuk e kalon 20 % nga efektet e baticave hënore. Prandaj, baticat e ngurta tani nuk luajnë pothuajse asnjë rol në ushqyerjen me energji të proceseve tektonike, por në disa raste ato mund të veprojnë si "shkaktues", për shembull tërmetet.

Sasia e energjisë së baticës lidhet drejtpërdrejt me distancën midis objekteve hapësinore. Dhe nëse distanca midis Tokës dhe Diellit nuk supozon ndonjë ndryshim të rëndësishëm në një shkallë kohore gjeologjike, atëherë në sistemin Tokë-Hënë ky parametër është një vlerë e ndryshueshme. Pavarësisht nga idetë për të, pothuajse të gjithë studiuesit pranojnë se në fazat e hershme të zhvillimit të Tokës, distanca nga Hëna ishte dukshëm më e vogël se sot, por në procesin e zhvillimit planetar, sipas shumicës së shkencëtarëve, ajo gradualisht rritet, dhe Yu.N. Avsyuku kjo distancë përjeton ndryshime afatgjata në formën e cikleve “ardhjen e shkuarjen” e Hënës. Nga kjo rezulton se në epokat e kaluara gjeologjike roli i nxehtësisë baticore në ekuilibrin e përgjithshëm të nxehtësisë së Tokës ishte më domethënës. Në përgjithësi, gjatë gjithë periudhës së zhvillimit të Tokës, ajo ka evoluar ~3.3*10 37 erg (3.3*10 30 J) energjia termike e baticës (kjo i nënshtrohet largimit të njëpasnjëshëm të Hënës nga Toka). Ndryshimi në shpejtësinë e çlirimit të kësaj nxehtësie me kalimin e kohës është paraqitur në Fig. 3.10 .

Më shumë se gjysma e energjisë totale të baticës u lëshua në katarkea (mut)) - 4.6-4.0 miliardë vjet më parë, dhe në atë kohë vetëm për shkak të kësaj energjie Toka mund të ngrohej gjithashtu me ~ 500 0 C. Duke filluar nga arkeani i vonë, baticat hënore patën vetëm një ndikim të papërfillshëm në zhvillim proceset endogjene intensive të energjisë .

Nxehtësia e grumbullimit

Kjo është nxehtësia e mbajtur nga Toka që nga formimi i saj. Në vazhdim shtim, e cila zgjati për disa dhjetëra miliona vjet, falë përplasjes planetezmalet Toka përjetoi ngrohje të konsiderueshme. Megjithatë, nuk ka konsensus për madhësinë e kësaj ngrohjeje. Aktualisht, studiuesit janë të prirur të besojnë se gjatë procesit të grumbullimit Toka përjetoi, nëse jo të plotë, shkrirje të pjesshme të konsiderueshme, e cila çoi në diferencimin fillestar të Proto-Tokës në një bërthamë të rëndë hekuri dhe një mantel të lehtë silikat, dhe në formimin "oqeani magmë" në sipërfaqen e tij ose në thellësi të cekëta. Edhe pse edhe para viteve 1990, modeli i një Toke primare relativisht të ftohtë, i cili gradualisht u ngroh për shkak të proceseve të mësipërme, i shoqëruar me çlirimin e një sasie të konsiderueshme energjie termike, konsiderohej pothuajse i pranuar në të gjithë botën.

Një vlerësim i saktë i nxehtësisë së grumbullimit primar dhe pjesës së tij të ruajtur deri në ditët e sotme shoqërohet me vështirësi të konsiderueshme. Nga O.G. Sorokhtin Dhe S.A. Ushakov, të cilët janë përkrahës të Tokës primare relativisht të ftohtë, sasia e energjisë së grumbullimit të konvertuar në nxehtësi është - 20.13*10 38 erg (20,13*10 31 J). Kjo energji, në mungesë të humbjes së nxehtësisë, do të mjaftonte për avullimi i plotëçështje tokësore, sepse temperatura mund të rritet në 30 000 0 С. Por procesi i grumbullimit ishte relativisht i gjatë, dhe energjia e ndikimeve planetare u lëshua vetëm në shtresat afër sipërfaqes së Tokës në rritje dhe u humb shpejt me rrezatim termik, kështu që ngrohja fillestare e planetit nuk ishte e madhe. Madhësia e këtij rrezatimi termik, i cili ndodh paralelisht me formimin (akrecionin) e Tokës, nga këta autorë vlerësohet të jetë 19.4*10 38 erg (19.4*10 31 J) .

Në bilancin modern të energjisë së Tokës, nxehtësia e grumbullimit ka shumë të ngjarë të luajë një rol të vogël.