Лекции по Физике Земли

vk.com/club152685050Выводы| vk.com/id446425943о параметрах структуры и состава

литосферы по геотермическим данным.

1. Важнейшим результатом геотермического моделирования является выделение в составе земной коры и верхней мантии -областей частичного плавления.

Плавление происходит там, где:

Tгп > Tc

Tгп – температура породы

Tc – температура солидуса (плавления).

• Температура солидуса - начального плавления горной породы. Механические свойства п. (прочность, пластичность) сильно меняются при приближении к температуре С. Температура С. силикатов при атмосферном давлении порядка 1100 – 1200 К и увеличивается примерно на 3 К/км. Температура солидуса

зависит от состава п., присутствия в ней воды, др. летучих. Ликвидус - температура полного расплавления горной породы.

Главный объект моделирования – астеносфера. В рассмотренном уравнении в качестве Tc принимаются солидусы оливин-базальтовых и пикритовых пород –

наиболее легкоплавких компонент мантии. В зависимости от глубины в качестве температур солидуса принимаются:

0 км – 10800,

50 км – 12000,

150 км – 15500,

200 км – 17000,

250 км – 18400.

vk.com/club152685050Выводы| vk.com/id446425943о параметрах структуры и состава

литосферы по геотермическим данным.

•2. Оценка количества расплава в астеносфере выполняется по превышению Tгп над Tc. Принято, что превышение 2000 обеспечивает 15-20% плавления. Зоны частичного плавления

поднимаются высоко в литосферу и даже в кору.

•Зона частичного плавления -область, где температура пород

превысила температуру солидуса. Весовая доля расплава может составлять несколько процентов. Как правило, З. ч. п. возникает либо при декомпрессии (подъеме), либо при нагревании, обусловленном дополнительными внутренними источниками тепла или подогревом снизу.

•Магматический очаг - изолированная камера или резервуар

магмы, находящийся либо в земной коре, либо в верхней мантии. Магмообразование на континентах, в основном, связано с орогенезом и появлением зон частичного или полного плавления в процессе накопления тепловой энергии и с процессами рифтогенеза. В океанических обл. М. о. формируются в рифовых зонах и островных дугах и проявляется на фоне существенного увеличения мантийного теплового потока. М. о. - источник

излияния магм различного состава и вулканической деятельности

vk.com/club152685050Геотермальная| vk.com/id446425943энергия, геотермальные ресурсы

• Суммарный тепловой поток Земли – около 42 1013 Вт. Это в 50-100 раз больше, чем продуцируют 10 000

самых крупных электростанций. Разведанные и прогнозные запасы геотермальной (тепловой) энергии (внутреннего тепла Земли), которые могут использоваться в хозяйственных целях: для выработки электроэнергии, теплофикации, горячего или хладоснабжения жилых и промышленных объектов; в земледелии, животноводстве и рыбоводстве; в обрабатывающей, химической и нефтяной промышленности; в курортологических и бальнеологических целях. Геотермальная энергия – возобновляемый, постоянный извлекаемый ресурс (в отличие от ветровой и солнечной), экологически более чистый по сравнению с традиционным органическим топливом и атомной энергией.

•Геотермальная энергия может обеспечить нужды человечества, но большая ее часть приурочена к океанам.

Средний тепловой поток на континентах – 58 мВт/м2. Но этот энергетический ресурс, достигающий

поверхности Земли, к сожалению очень мал. Он примерно в 1 000 000 раз меньше тепла, получаемого кастрюлей на газовой плите. Однако, имеются особые условия, когда тепло Земли используется в хозяйственных целях. Г. р. разрабатываются более чем в 60 странах мира (выработка электричества – США, Филиппины, Италия, Япония и др.; хозяйственные цели – Венгрия, Франция, Греция, Гватемала). По условиям формирования источники Г.р. делятся на три группы:

1)«Натуральный пар»- аномальные геотермические поля современных вулканических и магматических

процессов, аккумулированные в блоках практически безводных (т.н. сухих) горных пород (бурением вскрыты системы с температурами 350 С и выше). Выработка электроэнергии осуществляется при Т порядка 150 –

C.

2) «Горячая вода» - гидротермальные системы региональных тепловых полей, заключенные в естественных

подземных коллекторах. Практическое значение имеют системы, имеющие устойчивый режим, относительную простоту добычи и значительные площади распространения. Для теплоснабжения используются воды приТ от

40 до 100 – 150 C).

3. Горячие сухие породы

Негативные аспекты прямого использования Г. р. – необходимость сложной инфраструктуры, трубопроводов, скважин. При использовании Г.р. происходит химическое и тепловое загрязнение окружающей среды за счет коррозионной активности подземных вод. С целью охраны среды термальные воды после их использования закачивают обратно в продуктивные пласты (трещины). Для борьбы с коррозией используют химические реагенты и коррозионно устойчивые металлы и покрытия. Энергетический потенциал технически доступного и экологически чистого альтернативного источника энергии России составляет 48,5 трл. т условного топлива для теплоснабжения в режиме 70/20 С. Благоприятной ресурсообеспеченностью для теплоснабжения и отопления характеризуется 69,3 % территории России (У.И. Моисеенко, О.Б. Негров, 1992 г.).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Условное топливо

•- условный эталон топлива с теплотой

сгорания Qpн = 7000 ккал/кг, с которым

сопоставляют конкретные виды топлива для оценки их теплотехнической ценности.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1. Натуральный пар.

• Используется в областях, где горячая вода достигает поверхности Земли – областях современного вулканизма (Камчатка, Калифорния, Италия, Япония, Китай, Филиппины и др

• Большинство электростанций производит пар, сжигая энергоносители, который двигает турбины генератора. В геотермальных энергетических установках пар непосредственно извлекается из недр Земли.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2. Горячая вода

•Природные горячие воды используются для теплоснабжения городов и поселков на основе организации циркуляционных систем.

•г. Саусхэмптон (Англия) вода при температуре 700 С

забирается из песчаников на глубине 1.7 км и используется для отопления домов центра города в радиусе 2 км. Аналогично используется тепло в Парижском бассейне.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3. Горячие сухие породы

• Температуры, необходимые для создания циркуляционных систем, достигаются на доступных для бурения глубинах, но отсутствуют пористые отложения (юг Санкт-

Петербурга).

• В этих условиях главная проблема – создание искусственной трещиноватости.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Тепловое излучение

- электромагнитное излучение тела, обусловленное

возбуждением атомов или молекул вследствие их теплового движения. Интенсивность его и

спектральный состав зависят от температуры, хим. природы и агрегатного состояния тела.

В геологии широко используются спутниковые съемки Т.и. земной поверхности в инфракрасном диапазоне

спектра излучения (ближний ИК-диапазон – 0.5 – 1.7 мкм, дальний ИК-диапазон – 8 – 14 мкм) с целью

выявления тепловых аномалий.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Тепловое излучение

•Основными методами терморазведки являются: радиотепловые (РТС) и инфракрасные (ИКС) съемки.

•Источники локальных тепловых потоков, вызывающих аномалии температур, разнообразны:

-наличие многолетнемерзлотных пород, т.е. мощных (до сотен метров) толщ с отрицательными температурами; присутствие пород и руд с повышенной радиоактивностью;

-влияние экзотермических (с поглощением тепла) и эндотермических (с выделением тепла) процессов, происходящих в нефтегазоносных горизонтах, залежах угля, сульфидных и других рудах;

-проявление современного вулканизма и тектонических движений; циркуляция подземных, в том числе термальных, вод и др.

Роль каждого из этих факторов определяется геолого- гидрогеологическим строением. Локальные тепловые потоки, как и

региональные, зависят не только от наличия источников, но и от условий переноса тепла за счет теплопроводности горных пород и конвекции почвенного воздуха и подземных вод.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Тепловизоры.

•Для аэрокосмических и полевых радиотепловых и инфракрасных съемок изготовляют тепловизоры, работающие в тех или иных участках спектра длин электромагнитных волн от микрометрового до миллиметрового диапазона. Фоточувствительным элементом (фотодетектором) тепловизора являются особые кристаллы, чувствительные к электромагнитному излучению определенных длин волн. Для достижения высокой чувствительности (доли градуса) и безынерционности кристаллы должны находиться при очень низких температурах ( < -203 C).

С этой целью их помещают в охлаждающее устройство на жидком азоте или гелии