Внутренняя энергия Земли
Она появилась вследствие нескольких процессов, главные из
которых — аккреция и радиоактивность. По мнению ученых,
становление Земли и ее массы произошло за несколько
миллионов лет, причем произошло это вследствие
образования планетезималей. Они слипались,
соответственно, масса Земли становилась все больше. После
того как наша планета стала иметь современную массу, но
еще была лишена атмосферы, на нее беспрепятственно
падали метеорные и астероидные тела. Этот процесс как раз
и называется аккрецией, и приводил он к тому, что
выделялась значительная гравитационная энергия. И чем
большие по размеру тела попадали на планету, тем в
большем объеме выделялась энергия, содержащаяся в
недрах Земли
Эта гравитационная дифференциация привела к тому, что
вещества стали расслаиваться: тяжелые вещества просто
тонули, а легкие и летучие всплывали. Дифференциация
сказывалась также и на дополнительном выделении
гравитационной энергии.
3. Геотермальная энергия
— это тепло земных недр. Вырабатывается оно в
глубинах и поступает к поверхности Земли в разных
формах и с различной интенсивностью.
Геотермальная энергия земли получается
следующим образом: лава и водные ресурсы
планеты соприкасаются, в результате чего вода
начинает резко нагреваться. Это приводит к
извержению гейзера, формированию так
называемых горячих озер и подводных течений. То
есть именно тем явлениям природы, свойства
которых активно используются как неиссякаемый
источник энергии.
4. Искусственные геотермальные источники
Есть идея создания подземных котлов. Для
этого нужно пробурить две скважины достаточной
глубины, которые будут соединяться внизу. То
есть получается, что практически в любом уголке
суши можно получать геотермальную энергию
промышленным способом: через одну скважину
будет закачиваться холодная вода в пласт, а
через вторую – извлекаться горячая вода или
пар. Искусственные источники тепла будут
выгодны и рациональны, если получаемое тепло
будет давать больше энергии. Пар можно
направлять в турбогенераторы, в которых будет
вырабатываться электричество.
5. Особенности источников
Источники, позволяющие получить
геотермальную энергию, практически
невозможно использовать полностью.
Существуют они в 60 с лишним странах
мира, при этом больше всего наземных
вулканов на территории Тихоокеанского
вулканического огненного кольца. Но на
практике оказывается, что геотермальные
источники в разных регионах мира
совершенно разные по своим свойствам, а
именно средней температуре,
минерализации, газовому составу,
кислотности и так далее.
6.
Гейзеры – источники энергии на
Земле, особенности которых в том,
что они с определенными
промежутками извергают кипящую
воду. После того как произошло
извержение, бассейн становится
свободным от воды, на его дне
можно заметить канал, который
уходит глубоко в землю. Гейзеры как
источники энергии используются в
таких регионах, как Камчатка,
Исландия, Новая Зеландия и
Северная Америка, а одиночные
гейзеры встречаются и в некоторых
других областях.
Внутренняя энергия Земли: новая гипотеза
В докладе представлены основные положения недавно опубликованной гипотезы, уточняющей природу геотермальной энергии и концепцию абиогенного происхождения углеводородов.
Результаты проведенных в мире новых исследований тепловых потоков в недрах Земли, в том числе и экспериментальных, позволили по иному взглянуть на природу внутренней энергии планеты и явились мотивом появления гипотезы по уточнению природы геотермальной энергии [1]. Ниже представлен краткий обзор работ, послуживших обоснованию новой гипотезы, и основные положения гипотезы.
В настоящее время природа геотермальной энергии установлена и является общепризнанной – это следствие радиоактивного распада элементов, содержащихся в земной коре (радиоактивных изотопов, таких как 238 U, 235 U, 232 Тh, 40 K). Рассматриваются гипотезы о наличии и других источников, генерирующих внутреннюю энергию Земли: приливное воздействие Луны, уплотнение мантии и др. [2].
Теоретическая (оценочная) величина теплового потока через земную поверхность определяется зависимостью [1]:
где dT/dr=0,025–0,030 град/м (температурный коэффициент для глубины нескольких километров земной коры); λ=2 Вт/м∙град (коэффициент теплопроводности базальта верхнего слоя земной коры); R–радиус Земли (6371 км). Из приведенного выражения получаем F=28…31) ТВт.
Для уточнения расчетной величины теплового потока с 1939 года начали проводить и экспериментальные исследования. Впечатляют масштабы практических экспериментов по определению локальных тепловых потоков через земную поверхность: 20 тысяч пунктов (неглубокие скважины с измерением температурных коэффициентов и теплопроводности) по всему земному шару, в том числе и под дном океанов.
Мотивом появления гипотезы послужили результаты недавно проведенных при участии 15 университетов США, Западной Европы и Японии фундаментальных экспериментальных изысканий по определению величин тепловых потоков в недрах Земли, вызванных радиоактивным распадом вышеупомянутых изотопов. Обнаружилось значительное расхождение между количеством энергии, генерируемой вследствие распада радиоактивных изотопов, а также энергии других (нерадиоактивных) источников, и суммой количества энергии, необходимой для поддержания магнитного поля Земли, а также энергии излучения через земную поверхность. В таблице представлены расчётные и экспериментальные данные энергетического баланса Земли ( в итоговые показатели не включены расчётные значения тепловых потоков).
Энергетический баланс Земли (тепловые потоки, ТВт)
Расход энергии
Источник энергии
1. Через поверхность Земли
2. Поддержание магнитного поля Земли оценивается:
1. Радиоактивный распад изотопов
20 ( 238 U, 232 Тh) [5],
4 ( 40 K) [5].
2. Нерадиоактивные источники:
уплотнение мантии и др.
Итого 130
Итого 34
Методические сложности измерений [1] заставляют усреднять полученные результаты разными коллективами исследователей и тепловой поток через поверхность Земли принимается равным 45 ± 1 ТВт (1,5× 10 21 Дж/год.). Эта энергия более чем на три порядка меньше энергии, получаемой Землёй от Солнца, хотя раньше, в ХVIII веке, физики и климатологи считали, что климат зависит в основном от внутреннего тепла Земли. Недостающие по балансу ~100 ТВт теплового потока (см. табл.) призван обеспечивать иной мощный источник стабильный энергии. Этим источником не может быть изначальный запас земной энергии ядра планеты, ибо вследствие теплопроводности земной коры и мантии он не мог бы сохраниться даже на протяжении 100 млн. лет. Температура ядра должна была бы существенно снизиться, но согласно последним исследованиям, температура внутреннего ядра Земли примерно на 1000 К выше, чем предполагалось ранее, и составляет 6250±500 К [1].
Выдвинута гипотеза о существовании ранее не рассматриваемого источника внутренней энергии Земли [1]. Предположено, что таким источником внутренней энергии Земли могут быть термоядерные реакции особого класса (пикноядерные реакции) в ядре планеты. Показана принципиальная возможность их протекания при низких и сверхнизких температурах, но при очень высоких плотностях вещества, указаны необходимые показатели для таких реакций и оценены имеющиеся условия (топливо, температура и давление) в недрах планеты для их осуществления. Заметим, что температуры, охарактеризованы как “низкие и сверхнизкие”, относительно температур, присущих термоядерным реакциям в разрабатываемых сейчас термоядерных энергоустановках или реакциях, вероятно, происходящим в недрах планет-гигантов.
Таким образом, необходимые условия для протекания термоядерных (пикноядерных) реакций имеются. В отдельных местах ядра Земли, как центрах термоядерных реакций, происходит разложение гидридов металлов c выделением водорода и вынос избытка тепла с газо-водородными потоками во внешние сферы и слои, ближе к поверхности Земли. Эти водородно-флюидные потоки, возникающие в ядре, являются источником тепловой энергии, многократно превосходящей суммарную энергию радиоактивного распада вышеупомянутых изотопов и создающей тот недостающий тепловой поток в 100 ТВт в энергетическом балансе Земли (табл.)
Строение “твёрдой” Земли
Земная кора
Слои:
осадочный
гранитный
базальтовый
Мантия:
верхняя
нижняя
Ядро:
внешнее
субъядро
Новые представления о термоядерной природе геотермальной энергии согласно выдвинутой гипотезе позволяют не только уточнить природу и величину внутренней энергии Земли, но и уточнить концепцию происхождение углеводородов (нефти, природного газа).
Как известно, в разные периоды (начиная со средних веков) учёные при выяснении генезиса углеводородов полагались на разнообразные гипотезы как органического (биогенного) так и неорганического (абиогенного) происхождения углеводородов, в частности, нефти [9].
Постепенно к 70-м годам ХХ века ведущие позиции заняло направление, отстаивающее биогенную природу нефти (международные конгрессы нефти 1963, 1967 и 1971 годов). Поиски углеводородов в мире проводились, исходя из представлений их органического происхождения. И хотя абиогенное происхождение нефти не получило общепринятого признания, всё же и в дальнейшем взгляд на абиогенную природу происхождения нефти отстаивался и продолжает отстаиваться рядом учёных [1].
Описанная гипотеза о термоядерной природе внутренней энергии Земли представляет следующим механизм абиогенного происхождение углеводородов. «Восходящие водородно-флюидные потоки вымывают углерод из глубин геосфер, перемещая его в самые верхние оболочки литосферы. Проявление такой тенденции приводило к тому, что в осадочном чехле планеты и покрывающих её водных бассейнах возрастала общая концентрация углерода, в результате формировались разнообразные соединения – от карбоновых толщин до скопления угля и углеводородов” [1]. При дегазации водорода из ядра планеты и при его попадании в обогащённые углеродом толщи будут протекать реакции гидрогенизации, формирующие нефтеносные слои и месторождения природного газа.
Новые представления о термоядерной природе внутренней энергии Земли позволяют уточнить существующие концепции о происхождении углеводородов и дают основания говорить об образовании нефти и газа в настоящее время и “до тех пор пока не иссякнут запасы водорода в земном ядре и не прекратятся термоядерные реакции”[1]. Не подтверждается ли это положение прогнозами постоянных сдвигов сроков обеспеченности запасов нефти и газа? Так, например, по прогнозу 1989 года срок обеспеченности запасов нефти составлял 41 год, природного газа – 58 лет [10]; прогноз 2012 года определяет такой срок соответственно в 40-45лет и 60-70 лет [11].
Не исключается также, что из ядра планеты может выходить и чистый водород через трещины и разрывы в земляной коре. Случаи выхода огромных количеств газов, содержащих водород и сам водород в чистом виде, геологам известны в прошлом [1]. Предложенная гипотеза даёт основание также рассматривать вопрос о возможности добычи чистого водорода из недр Земли. В этом случае для геологической науки может предстать проблема поиска и добычи водорода как топлива для промышленных целей.
Как отмечалось выше, в настоящее время превалирует концепция биогенного происхождения углеводородов. Рассмотренная гипотеза уточняет представления сторонников их неорганического происхождения, давая основание утверждать, что “в принципе могут существовать два равноправных источника углеводородов” [1]. При этом подчёркивается, что источники абиогенного происхождения углеводородов повсеместно распространены в земле, в то время как биогенные источники ограничены по запасам и сосредоточены географически в местах распространения древней флоры и фауны.
В институте геологических наук НАН Украины проведены исследования, результаты которых меняют представления о ресурсном потенциале земных недр и, возможно, подтверждают абиогенную природу происхождения углеводородов. “Были получены реальные доказательства формирования зон интенсивного эндогенного рудообразования и нефтегазонакопления суперглубинных флюидов, связанных не только с верхней мантией, а и с нижней мантией и границей мантии и ядра. Это удалось сделать благодаря системному комплексному подходу к проблеме на основании результатов сейсмографических и разных минералогогеохимических исследований. Подъём флюидов из глубин геосферы Земли было независимо подтверждено открытием нового явления – наличия микро- и наночастиц самородных металлов и природных сплавов в коллекторах нефти и газа, в геотермальных рудах и т. п. Это коренным образом меняет наши представления о ресурсном потенциале земных недр и о закономерности нефтедогенеза и рудообразования. Три нефтегазоносных региона на территории Украины относятся к сверхглубоким осадочным бассейнам с аномально высокими мощностями осадочного типа. Глубокие горизонты этих бассейнов являются неисчерпаемыми источниками углеводородов, водорода, гелия, в т. ч. 3Не. Их освоение – это без преувеличения будущее нашей цивилизации” [12].
Как заключение отметим, что гипотеза о термоядерной природе внутренней энергии Земли носит дискуссионный характер. Представляется интересным проследить дальнейший ход обсуждения этой проблемы.
1. Терез Э.И., Терез И.Э. Реакция синтеза – основной источник внутренней энергии Земли // Вестник Российской академии наук. – 2015. – Т. 85, №3.- 240 – 246.
2. Anderson D.L. New Theory of the Earht. N.Y.: Cambridge U. Press, 2007.
3. Pollak H.N., Hurter S.J., Johnson J.R. Heat Flow from the Earth’s Interior: Analysis of the Global Data Set // Reviews of Geophysics. 1993. № 3.
4. Lay T., Hernlund J., Buffet B.A. Core –mantle boundary heat flow// Nature Geoscience. 2008. V. 1. P 25-35.
5. Condo A., Condo Y., Ichimura K., et al. Partial Radiogenic Heat Model for Earth Revealed by Geoneutrino Measurements// Geoscience. 2011. V. 4. P. 647-651.
6. Баранов М.И. Приближённый расчёт магнитного поля Земли // Электротехника и электроника. 2010.Т.6. С. 46-48.
7. Ларин В. Н. Гипотеза изначально гидридной Земли. М.: Недра, 1980.
8. Терез Э. И., Терез . И. Э. Термоядерные процессы в ядре — главный источник энергии геодинамической эволюции и дегазации Земли // Известия Крымской астрофизической обсерватории . 2011. № 1.
9. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Т.1. Від вогню та води до електрики.- К., 2006. – 304с. Розділ 8. Нафта і газ. С.199 – 207.
10. Вольфберг Д. Б., Троицкий А. А. Основные итоги ХІV конгресса Мировой энергетической конференции // Теплоэнергетика. 1990. № 2. –C. 2-8.
11. Кондратов Д. И. Проблемы мирового рынка // Вестник РАН. 2015. Т. 85. № 7. – С. 616 — 626.
12. Із зали засідань Президії НАН України 2 грудня 2015 року//Вісник НАНУ. 2016. № 2. – С. 13-17.
Басок Б.И., Базеев Е.Т.,
Институт технической теплофизики НАН Украины
- Спецпроекти
- Літопис української енергетики
- Фотохроніка
- Мапа сайту
Внутренняя энергия земли: новая гипотеза (обзор)
Посилання: Внутренняя энергия земли: новая гипотеза (обзор) / Б.И. Басок, Е.Т. Базеев // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 4. — С. 78-82. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
Переглядів: 669
Завантажень: 389
Внутренняя энергия земли: новая гипотеза (обзор)
Анотація:
Представлены основные положения недавно опубликованной гипотезы о существовании в ядре планеты стабильного, ранее не рассматриваемого, источника геотермальной энергии, а именно: термоядерных реакций особого класса (пикноядерных реакций).
Наведено основні положення нещодавно опублікованої гіпотези щодо наявності в ядрі планети стабільного джерела геотермальної енергії, яке раніше не розглядалося, а саме: термоядерної реакції особливого класу (пікноядерної реакції).
The article presents the main provisions of the recently published hypothesis about the existence in core of the planet a stable, not previously considered, the source of geothermal energy – the thermonuclear reactions of a special class (pycnonuclear reactions).
Влияние внутренней энергии земли на формирование ландшафтной оболочки
Внутренняя энергия Земли обнаруживает себя в разнообразных, но взаимно связанных движениях земной коры. Движения эти необходимо рассматривать как частное проявление общего процесса развития всей планеты.
Процесс развития вещества нашей планеты находит своё выражение в движениях земной коры, качественно различных, но неразрывно друг с другом связанных.
Складкообразование, эпейрогенез, горообразование, землетрясения, вулканизм и возникновение изверженных пород — всё это явления, отражающие в разных аспектах внутреннюю, далеко ещё не разгаданную жизнь земного шара.
Нет ни одного элемента ландшафтной оболочки, который не испытывал бы на себе прямого или косвенного влияния эндогенных процессов.
Поднятие огромных участков земной коры влечёт за собой расширение площади континентов, осушение части морского дна, соединение островов и материков, возникновение морских и речных террас, оживление глубинной эрозии, усиление континентальности климата, создаёт дополнительную возможность миграции наземных растений и животных и т. п. Поднятие ограниченных по размерам территорий на значительную высоту, если оно не аннулируется процессами разрушения земной коры экзогенными факторами, приводит к возникновению гористого рельефа, к увеличению разнообразия климатов, к вертикальной поясности географических явлений со всеми вытекающими отсюда последствиями.
В результате опускания участков литосферы имеют место морские трансгрессии, подвергается абразии суша, разъединяются материки, от них отчленяются острова, расширяются области океанического климата, ослабевает эрозия, возрастает аккумулятивная работа рек, на Земле получает господство тенденция к развитию равнинных форм рельефа, благоприятнее становятся предпосылки для миграции морских организмов и т. п.
Извержения вулканов обогащают атмосферу пылью и углекислым газом, вызывают преобразования рельефа, влияют на органическую жизнь, гидрографическую сеть.
Землетрясения порождают деформации на земной поверхности, меняют режим грунтовых вод, стимулируют обвалы, оползни, оплывины.
Иными словами, рельеф, климат, почвы, реки, озёра, подземные воды, растения, животные, горные породы — всё это рано или поздно, в большей или меньшей степени, в той или иной форме реагирует на разнообразные движения твёрдых и огненно-жидких масс в каменной оболочке земного шара.
Дополнительные материалы по теме
- Недра Земли
- Развитие ландшафтной оболочки земли
- Роль ветра в формировании ландшафтной оболочки
- Общие закономерности развития ландшафтной оболочки
- Роль озёр и болот в ландшафтной оболочке земли
- Роль проточных вод в ландшафтной оболочке земли
- Зональность и азональность ландшафтной оболочки
- Целостность ландшафтной оболочки
- Баланс влаги в ландшафтной оболочке Земли
- Импульсы и формы развития ландшафтной оболочки