Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. На глубине всего несколько десятков метров хранится столько же тепла, сколько во всей атмосфере Земли. Чем теплее океан, тем ниже его способность поглощать энергию и сглаживать повышение температур на планете в целом. И тут нет хороших новостей.
Кольская сверхглубокая
Датские ученые проверили их модели и пришли к выводу, что прежние прогнозы были основаны на неполных данных, поскольку полноценные замеры течений начались только в 2004 году, и не учитывали самых свежих данных о рекордном темпе нагревания планеты. Фото: BBC По их данным, все гораздо хуже, циркуляция в Атлантике ослабевает быстрее прогнозов и остановится уже в этом веке. В их исследовании, опубликованном в Nature Communications, говорится, что система атлантических течений подошла к переломному моменту, за которым она придет к новой норме. Норма эта не понравится европейцам ни на севере, ни на юге континента. Климат на северо-западе Европы станет резко континентальным, с суровыми зимами и засушливым летом. А запертые на юге массы теплого и влажного воздуха повлияют на муссоны и интенсивность осадков в тропиках. Замедление циркуляции Amoc в Атлантическом океане ученые связывают с глобальным потеплением. Оно ускоряет таяние льдов в Арктике, пресная вода уменьшает соленость северных морей, чем снижает интенсивность погружения охлажденных поверхностных вод и их обратную подповерхностную циркуляцию на юг.
Со своей стороны, общее потепление на планете замедляет сам процесс арктического охлаждения тропических вод, а связанное с ним ослабление ветров уменьшает скорость теплых атлантических течений в обратном направлении. Некоторые признаки этой аномалии ученые отмечают последние три месяца. Мировой океан нагревается, но одна его часть выделяется особо. Горячий океан «Температура воды в Северной Атлантике беспрецедентна и вызывает серьезную озабоченность. Она намного выше, чем предсказывали наши модели. Это скажется и на экосистемах, и на рыболовстве, и на погоде», — сказал глава отдела климатических исследований Всемирной метеорологической организации Майкл Спэрроу. Самое удивительное, что Атлантический океан нагрелся, не дожидаясь тихоокеанского Эль-Ниньо.
Тающий лёд Теплый океан ускоряет таяние льдов, вызванное потеплением воздуха. Арктика последние годы нагревается в четыре раза быстрее, чем остальная планета и ученые давно обещают, что хотя бы раз до 2050 года лед в Арктике полностью растает к концу лета. Вряд ли это случится сейчас, поскольку в 2023 году жара до севера не дошла.
Температура поверхности Луны меняется в больших пределах, сообщил в беседе с корреспондентом ИА «Время Н» лектор Нижегородского планетария им. Гречко и старший преподаватель кафедры физики, математики и физико-математического образования Мининского университета Алексей Киселев.
Они наблюдаются в горных районах Таймыра, Средней Сибири, на севере Якутии. Таким образом процесс оттаивания многолетних мерзлых пород ММП происходит снизу за счет геотермического градиента, то есть внутреннего тепла земли.
Поэтому процесс оттаивания ММП происходит постоянно и необратимо с момента образования многолетней мерзлоты. Паника, связанная с глобальным потеплением в данном вопросе бессмысленна. Человек не в силах остановить непрерывный и объективный процесс таяния многолетней мерзлоты. Это происходило всегда, и будет продолжаться. Поскольку процесс медленный, то можно к нему просто приспособиться.
Когда сейсмические волны достигают верхней части астеносферы, то значительно замедляются, и это говорит о том, что ее верхний слой расплавлен больше, чем соседние. Материал с большей текучестью обычно обеспечивает более легкое передвижение, но в данном случае это не обязательно так. Карта астеносферы, составленная учеными, не совпадает с движением тектонических плит наверху — связь непрямая. Любопытно, что существует несколько полос расплавленных пород, пронизывающих всю астеносферу, а не только верхнюю ее часть. Там горячая магма имеет тенденцию скапливаться на глубине от 100 до 150 километров.
Температура грунта на разных
При этом был использован новый метод экстракции ДНК из неповрежденных клеток для последующего секвенирования — определения последовательности нуклеотидов. Оказалось, что в верхних 80 сантиметрах в микробных сообществах доминировали бактерии Firmicutes, а ниже 200 сантиметров — актинобактерии. Авторы предполагают, что бактерии могли колонизировать почву 19 000 лет назад, прежде чем они были погребены под отложениями плайя дном высохшего озера.
Подписывайтесь одним нажатием! Если у вас есть тема, пишите нам на WhatsApp:.
К этому слою примешалась теплая вода с севера, что увеличивает стратификацию расслаивание океана», — пишут исследователи NSIDC. Среди причин появления больших масс теплой воды называют замедление ветров, из-за чего в небе над Атлантикой этим летом было меньше отражающего солнце песка из Сахары, а также формирование Эль-Ниньо в Тихом океане и атмосферное потепление. Необычно, но не критично Июль 2023 года оказался богат на предсказания надвигающегося климатического апокалипсиса, поскольку побил температурные рекорды и на суше, и на море. Единственный сюрприз — это скорость изменений». Правда, пока ни один рекорд не пал — Всемирная метеорологическая организация собирает их в общий архив экстремальных погодных явлений, и 2023 год там не встречается.
Еще до того, как европейский рекорд 2021 года станет официальным, он может быть побит, прогнозируют метеорологи ВМО. Но не все ученые разделяют алармизм политиков и активистов. Не только океаны, но и температура воздуха в июле также оказалась в рамках ожиданий ученых, добавляет он. Хаусфатер — член межправительственной группы экспертов по изменению климата, которая раз в несколько лет проводит климатическую диспансеризацию планеты. Ее отчеты — признанный мировым сообществом эталон оценки ситуации с изменением климата. Нынешнюю оценку, известную как CMIP6, проводят на основе 40 климатических моделей. Все происходящее сейчас на планете четко вписывается в эти прогнозы, пишет Хаусфатер. С одним небольшим исключением — температуры в северной части Атлантического океана оказались у экстремальной верхней границы прогноза. Пока нет никаких указаний на то, что мы сейчас переживаем какой-то переломный момент, результатом которого будет ускорение потепления», — уверен Хаусфатер. Другой вопрос, что модели эти предсказывают катаклизм в будущем.
Их точность — слабое утешение, она лишь доказывает, что наука научилась точно определять последствия воздействия человека на климат. К сожалению, это — суровая реальность меняющегося климата и намек на то, что нас ждет в будущем. Потребность в сокращении выбросов парниковых газов актуальна как никогда.
В геологии при расчете геотермического градиента за единицу глубины приняты 100 м. В различных участках и на разных глубинах геотермический градиент непостоянен и определяется составом горных пород, их физическим состоянием и теплопроводностью, плотностью теплового потока, близостью к интрузиям и другими факторами.
Недра Земли остывают намного быстрее, чем считалось
Результаты работы представлены в статье , опубликованной в журнале Earth and Planetary Science Letters. Между нижней мантией и внешним жидким ядром существует большой перепад температуры, и там должен происходить активный перенос тепла. Потому ученых и заинтересовали теплопроводные свойства основного материала этого слоя — бриджманита силикатного перовскита.
Последняя граница Мохо в нашем понимании выступает не только как глобальная в масштабах планеты реологическая граница раздела квазихрупких земная кора и квазипластичных верхняя мантия сред, но и как граница распространения фронта барьерного эффекта аморфизации структуры среды, обеспечивающей реализацию механизма внутриочаговой мобилизации, то есть «первичной миграции» в терминах органического учения мантийных С-Н-N-О-S систем и других элементов включая металлы - компонентов глубинных УВ-систем в верхней мантии и формирование скоплений первичной протонефти.
Как заключает И. Гуфельда 2013 в своей статье, «необходимо понять реальную роль зон барьерного эффекта от границы слоя Мохо до более высоких горизонтов в формировании гигантских месторождений. Для нас является реальным горизонтальная диффузия потоки водорода и водородных комплексов на большие расстояния по зонам барьерного эффекта, включая слой Мохо то есть на сотни километров , подпитка которых осуществляется локализованными сверхглубинными потоками струями водорода из мантии».
Есть другие, уже мои соображения на механизм вертикальной миграции и перемещения флюидопотоков в мантии Земли, если интересно, можно продолжить. Oil borns twice: in the depth of the Earth and in the head of the Geologist...
Колебания температуры, происходящие в верхнем слое в течение года, называются сезонными колебаниями, и они постепенно затухают на некоторой глубине обычно на глубине 10-15 м от поверхности.
Ниже глубины сезонных изменений температура вечномерзлой толщи остается постоянной в течение года. Рекордная глубина залегания вечной мерзлоты - 1 370 метров в верховьях реки Вилюй в Якутии. Температура мерзлых толщ непостоянна, она меняется с глубиной.
Например, на севере Ямала толщина слоя вечной мерзлоты достигает 400 метров, а его температура опускается ниже минус восьми градусов. Они наблюдаются в горных районах Таймыра, Средней Сибири, на севере Якутии. Таким образом процесс оттаивания многолетних мерзлых пород ММП происходит снизу за счет геотермического градиента, то есть внутреннего тепла земли.
Группа ученых исследовала данные более 4000 сейсмометров, установленных в разных точках земного шара. Используя процессы, подобные компьютерной томографии, ученые создали математический алгоритм обработки данных и составили детализированную карту нижних слоев мантии в виде полусферы, имеющей 400 километров в поперечнике. Карта показывает, что скорости распространения сейсмических волн варьируются сильнее, чем ожидалось на таких расстояниях. Вероятно, это явление вызвано теплообменом между мантией и ядром и процессами радиоактивности.
Рекордно высокую температуру зафиксировали на Земле
Это постоянство температуры вызвало ученых предположить о возможном искусственном происхождении пещер, хотя окончательные выводы еще рано делать. Индийский луноход "Прагьян", доставленный на спутник Земли посадочным модулем миссии "Чандраян-3", передал на Землю первые научные данные, которые во многом меняют представления о южном полюсе Луны. Это постоянство температуры вызвало ученых предположить о возможном искусственном происхождении пещер, хотя окончательные выводы еще рано делать. На некоторой глубине от поверхности Земли располагается пояс постоянной температуры, ниже его происходит увеличение температуры. Ученые обнаружили скрытую экосистему под самой сухой и жаркой пустыней Земли на глубине четыре метра. Амплитуда температуры почвы (на глубине 10 см под землей) за февраль составила всего 0,4 градуса, весь месяц температура держалась в пределах +0,7 +1,1°С, плавно понижаясь к концу месяца.
Нижегородский ученый объяснил изменения температуры на Луне
Геотермический градиент – приращение температуры с глубиной, выраженной в 0С/км. «Обратной» характеристикой является геотермическая ступень – глубина в метрах, при погружении на которую температура повысится на 1 0С. Это постоянство температуры вызвало ученых предположить о возможном искусственном происхождении пещер, хотя окончательные выводы еще рано делать. Температура почвы на глубине узла кущения озимых культур измеряется в срок наблюдения, а также между сроками наблюдений измеряется минимальная и максимальная температура в слое почвы на глубине 2,5-3,5 см от поверхности земли (°С) специальными. это скорость изменения температуры по мере увеличения глубины недр Земли. Главная» Новости» Глобальное замерзание земли 2024.
Кольская сверхглубокая
Если при погружении на 2 сантиметра внутрь Земли колебания температуры составляют 2–3 градуса по Цельсию, то на Луне этот показатель достигает около 50 градусов. Геотермический градиент – приращение температуры с глубиной, выраженной в 0С/км. «Обратной» характеристикой является геотермическая ступень – глубина в метрах, при погружении на которую температура повысится на 1 0С. Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. Луноход «Прагьян», который был доставлен на Луну посадочным модулем миссии «Чандраян-3», передал на Землю первые научные данные о температуре поверхности Луны. В скважины глубиной до 15 метров каждая опущены термометрические косы с датчиками для измерения температуры многолетней мерзлоты в реальном времени и естественных условиях, сообщается на сайте окружного правительства.
Как Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата
Также известно, что перед инверсией магнитного поля планеты скорость движения магнитных полюсов обычно увеличивалась. Это мы знаем из истории магнитного поля нашей планеты, изучением которого занимается наука палеомагнитология. Мы также хорошо знаем, что не каждый раз ускорение движения полюсов приводило к инверсии. Так что говорить однозначно, что началась инверсия магнитного поля, конечно, нельзя. А поскольку изменение параметров жидкости происходят гораздо быстрее, чем в твёрдом теле, то магнитное поле тоже меняет свои характеристики очень быстро. Считается, что обычно инверсия происходит на протяжении 2—5 тыс. Хотя, согласно последним данным, этот процесс может завершиться и в течение сотен лет, что довольно быстро даже по меркам смены человеческих поколений. Во время этой смены полюсов напряжённость магнитного поля Земли падает, планета становится более уязвима перед космическим излучением, потоком космических частиц — солнечным ветром и галактическим излучением. Также по теме Лунная активность: учёные установили эпицентры землетрясений на спутнике нашей планеты Луна продолжает остывать и сжиматься — об этом говорят тектоническая активность спутника и лунные землетрясения в районе геологических... В связи с этим может вырасти уровень радиационного фона на поверхности Земли. Впрочем, паниковать не стоит, потому что эти отклонения всё же не носят критический для биосферы Земли характер.
Например, радиационный фон может вырасти до того уровня, какой и сейчас фиксируется в приполярных областях планеты, где он выше, чем на экваторе. Так что трагическими последствиями для человечества инверсия полюсов не грозит. Разве что радиосвязь будет работать с помехами, как во время магнитных бурь. Например, в 2012 году на Сахалине была пробурена скважина Чайво Z-44, которая превзошла по протяжённости даже Кольскую сверхглубокую скважину. Какие данные удаётся собрать с помощью таких скважин? Её глубина составляет только 1500 м, а вот протяжённость действительно самая большая на Земле — 15 тыс. Эта скважина —горизонтальная. Поэтому в плане изучения земных недр, насколько мне известно, она не сыграла большой роли. А вот Кольская сверхглубокая действительно оказалась крайне важна для понимания строения верхних оболочек Земли, земной коры. То, что увидели исследователи, когда поднимали материал из этой скважины, порой коренным образом отличалось от существовавших на тот момент научных моделей и представлений.
Сегодня скважины, аналогичные Кольской сверхглубокой, не бурят — всё упирается в стоимость подобных проектов. Они не смогут окупиться, поскольку требуют очень дорогостоящего промышленного оборудования. Варфоломеев — Тоньше всего кора Земли под океаном, в районе 3—7 км.
Оказалось, что в верхних 80 сантиметрах в микробных сообществах доминировали бактерии Firmicutes, а ниже 200 сантиметров — актинобактерии. Авторы предполагают, что бактерии могли колонизировать почву 19 000 лет назад, прежде чем они были погребены под отложениями плайя дном высохшего озера.
Это сообщество продолжило опускаться вниз на неопределенное расстояние, сформировав ранее неизвестную глубокую биосферу под гипераридными пустынными почвами.
В среднем — это значит, что есть места на планете, где температура повышается на полградуса, а где-то — и на 15 градусов. И это — не зоны активного вулканизма. Температурный градиент, разумеется, увеличивается неравномерно. Финские специалисты рассчитывают достичь на глубине 7 км зоны, в которой температура пород составит 120 градусов Цельсия, притом что температурный градиент в Эспоо примерно 1,7 градуса на 100 метров, а это даже ниже среднего уровня. И, тем не менее, это уже достаточная температура для запуска геотермальной теплоцентрали. Суть системы, в принципе, проста. Бурятся две скважины на расстоянии в несколько сот метров друг от друга. Между ними в нижней части нагнетают под давлением воду, чтобы разорвать пласты и создать меж ними систему проницаемых трещин. Технология отработана: подобным способом сейчас добывают сланцевую нефть и газ.
Затем в одну из скважин закачивают воду с поверхности, а из второй — наоборот, откачивают. Вода идет по трещинам среди раскаленных пород, и затем поступает по второй скважине на поверхность, где передает тепло обычной городской теплоцентрали. Такие системы уже были запущены в США, в настоящее время идут разработки в Австралии и странах Европейского союза. Фото: www. Приоритет в разработке низкотемпературной геотермальной энергетики принадлежит советским ученым — именно они более полувека назад решили вопрос использования такой энергии на Камчатке. Ученые предложили использовать в качестве кипящего теплоносителя органическую жидкость — фреон12, у которой точка кипения при нормальном атмосферном давлении — минус 30 градусов. Вода из скважины температурой в 80 градусов Цельсия передавала свое тепло фреону, который вращал турбины. Первой в мире электростанцией, работающей с водой такой температуры, стала Паужетская геотермальная электростанция на Камчатке, построенная в 1967 году. Достоинства такой схемы очевидны — в любой точке Земли человечество сможет обеспечить себя теплом и электроэнергией, даже если погаснет Солнце. В толще земной коры запасена огромная энергия, более чем в 10 тысяч раз превышающая все топливопотребление современной цивилизации в год.
И эта энергия постоянно возобновляется за счет притока тепла из недр планеты. Современные технологии позволяют добывать этот вид энергии. Интересные места для строительства подобных геотермальных электростанций есть и в Ленинградской области. Выражение "Питер стоит на болоте" применимо лишь с позиции строительства малоэтажных объектов, а с точки зрения "большой геологии" — осадочный чехол в окрестностях Петербурга достаточно тонок, всего десятки метров, а затем берут свое начало, как и в Финляндии, коренные магматические породы.
За счет действия P-T параметров и барьерного эффекта в среде характерны деструкция и развитая трещиноватость. В литосфере и верхней мантии происходят эффекты аморфизации структуры, приводящей к увеличению пористости и диффузии комплексов типа C-H и O-H, допускается возможность горизонтальной миграции водорода и водородных комплексов на большие расстояния по зонам барьерного эффекта. Причем одной из таких зон может быть граница Мохо». Последняя граница Мохо в нашем понимании выступает не только как глобальная в масштабах планеты реологическая граница раздела квазихрупких земная кора и квазипластичных верхняя мантия сред, но и как граница распространения фронта барьерного эффекта аморфизации структуры среды, обеспечивающей реализацию механизма внутриочаговой мобилизации, то есть «первичной миграции» в терминах органического учения мантийных С-Н-N-О-S систем и других элементов включая металлы - компонентов глубинных УВ-систем в верхней мантии и формирование скоплений первичной протонефти.
Как заключает И. Гуфельда 2013 в своей статье, «необходимо понять реальную роль зон барьерного эффекта от границы слоя Мохо до более высоких горизонтов в формировании гигантских месторождений.
Тепловое состояние внутренних частей земного шара
Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод. Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис. Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е. Такая форма теплообменников распространена в США. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников а — теплообменник из последовательно соединенных труб; б — теплообменник из параллельно соединенных труб; в — горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г — теплообменник в форме петли; д — теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально так называемый «slinky» коллектор; е — теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей. Вертикальные грунтовые теплообменники в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» — «borehole heat exchanger» позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» 10—20 м от уровня земли.
Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопро- водностью, например, сухого песка или сухого гравия. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником Теплоноситель циркулирует по трубам чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым , уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников рис. В одной скважине располагаются одна или две реже три пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления. Двойные U-образные теплообменники — наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников. Коаксиальный концентрический теплообменник.
Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы. Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций. Сечение различных типов вертикальных грунтовых теплообменников Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками могут использоваться для тепло- и холодоснабжения зданий различных размеров. Для небольшого здания достаточно одного теплообменника; для больших зданий может потребоваться устройство целой группы скважин с вертикальными теплообменниками. Вертикальные грунтовые теплообменники этого колледжа располагают- ся в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин 154 скважины глубиной 70 м используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением «Deutsche Flug-sicherung». Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами. Сечение такой сваи с тремя контурами грунтового теплообменника приведено на рис.
Схема грунтовых теплообменников, замоноличенных в фундаментные сваи здания и поперечное сечение такой сваи Грунтовой массив в случае вертикальных грунтовых теплообменников и строительные конструкции с грунтовыми теплообменниками могут использоваться не только как источник, но и как естественный аккумулятор тепловой энергии или «холода», например тепла солнечной радиации. Существуют системы , которые нельзя однозначно отнести к открытым или замкнутым. Например, одна и та же глубокая глубиной от 100 до 450 м скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной. Диаметр скважины обычно составляет 15 см. В нижнюю часть скважины помещается насос, посредством которого вода из скважины подается к испарителям теплового насоса. Обратная вода возвращается в верхнюю часть водяного столба в ту же скважину. Происходит постоянная подпитка скважины грунтовыми водами, и открытая система работает подобно замкнутой. Системы такого типа в англоязычной литературе носят название «standing column well system» рис. Схема скважины типа «standing column well» Обычно скважины такого типа используются и для снабжения здания питьевой водой. Однако такая система может работать эффективно только в почвах, которые обеспечивают постоянную подпитку скважины водой, что предотвращает ее замерзание.
Если водоносный горизонт залегает слишком глубоко, для нормального функционирования системы потребуется мощный насос, требующий повышенных затрат энергии. Большая глубина скважины обуславливает достаточно высокую стоимость подобных систем, поэтому они не используются для тепло- и холодоснабжения небольших зданий. Одно из перспективных направлений — использование в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии воды из шахт и туннелей. Температура этой воды постоянна в течение всего года. Вода из шахт и туннелей легко доступна. Потребление энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает еще большее понижение температуры грунта, и его температурный потенциал еще больше снижается. Это заставляет при проектировании систем использования низкопотенциального тепла Земли рассматривать проблему «устойчивости» sustainability таких систем. Часто энергетические ресурсы для снижения периода окупаемости оборудования эксплуатируются очень интенсивно, что может привести к их быстрому истощению. Поэтому необходимо поддерживать такой уровень производства энергии, который бы позволил эксплуатировать источник энергетических ресурсов длительное время. Эта способность систем поддерживать требуемый уровень производства тепловой энергии длительное время называется «устойчивостью» sustainability.
Для систем использования низкопотенциального тепла Земли дано следующее определение устойчивости : «Для каждой системы использования низкопотенциального тепла Земли и для каждого режима работы этой системы существует некоторый максимальный уровень производства энергии; производство энергии ниже этого уровня можно поддерживать длительное время 100—300 лет ». Проведенные в ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» исследования показали, что потребление тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в почвенно-климатических условиях большей части территории России не успевает компенсироваться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает дальнейшее снижение температуры грунта, и к началу третьего отопительного сезона его температурный потенциал еще больше отличается от естественного. И так далее. Однако огибающие теплового влияния многолетней эксплуатации системы теплосбора на естественный температурный режим грунта имеют ярко выраженный экспоненциальный характер, и к пятому году эксплуатации грунт выходит на новый режим, близкий к периодическому, то есть, начиная с пятого года эксплуатации, многолетнее потребление тепловой энергии из грунтового массива системы теплосбора сопровождается периодическими изменениями его температуры. Таким образом, при проектировании теплонасосных систем теплоснабжения представляется необходимым учет падения температур грунтового массива, вызванного многолетней эксплуатацией системы теплосбора, и использование в качестве расчетных параметров температур грунтового массива, ожидаемых на 5-й год эксплуатации ТСТ. В комбинированных системах , используемых как для тепло-, так и для холодоснабжения, тепловой баланс устанавливается «автоматически»: в зимнее время требуется теплоснабжение происходит охлаждение грунтового массива, в летнее время требуется холодоснабжение — нагрев грунтового массива. В системах, использующих низкопотенциальное тепло грунтовых вод, происходит постоянное пополнение водных запасов за счет воды, просачивающейся с поверхности, и воды, поступающей из более глубоких слоев грунта. Таким образом, теплосодержание грунтовых вод увеличивается как «сверху» за счет тепла атмосферного воздуха , так и «снизу» за счет тепла Земли ; величина теплопоступлений «сверху» и «снизу» зависит от толщины и глубины залегания водоносного слоя. За счет этих теплопоступлений температура грунтовых вод остается постоянной в течение всего сезона и мало меняется в процессе эксплуатации.
В системах с вертикальными грунтовыми теплообменниками ситуация иная. При отводе тепла температура грунта вокруг грунтового теплообменника понижается. На понижение температуры влияет как особенности конструкции теплообменника, так и режим его эксплуатации. Например, в системах с высокими величинами отводимой тепловой энергии несколько десятков ватт на метр длины теплообменника или в системах с грунтовым теплообменником, расположенным в грунте с низкой теплопроводностью например, в сухом песке или сухом гравии понижение температуры будет особенно заметным и может привести к замораживанию грунтового массива вокруг грунтового теплообменника. Немецкие специалисты провели измерения температуры грунтового массива, в котором устроен вертикальный грунтовой теплообменник глубиной 50 м, расположенный недалеко от Франкфурта-на-Майне. Для этого вокруг основной скважины на расстоянии 2,5, 5 и 10 м от было пробурено 9 скважин той же глубины. Во всех десяти скважинах через каждые 2 м устанавливались датчики для измерения температуры — всего 240 датчиков. На рис. В конце отопительного сезона хорошо заметно уменьшение температуры грунтового массива вокруг теплообменника. Возникает тепловой поток, направленный к теплообменнику из окружающего грунтового массива, который частично компенсирует снижение температуры грунта, вызванное «отбором» тепла.
Схемы распределения температур в грунтовом массиве вокруг вертикального грунтового теплообменника в начале и в конце первого отопительного сезона Поскольку относительно широкое распространение вертикальные теполообменники стали получать примерно 15—20 лет назад, во всем мире ощущается недостаток экспериментальных данных, полученных при длительных несколько десятков лет сроках эксплуатации систем с теплообменниками такого типа. Возникает вопрос об устойчивости этих систем, об их надежности при длительных сроках эксплуатации. Является ли низкопотенциальное тепло Земли во- зобновляемым источником энергии? Каков период «возобновления» этого источника? С 1986 года в Швейцарии неподалеку от Цюриха проводились исследования системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками. В грунтовом массиве был устроен вертикальный грунтовой теплообменник коаксиального типа глубиной 105 м. Этот теплообменник использовался в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии для теплонасосной системы, установленной в одноквартирном жилом доме. Вертикальный грунтовой теплообменник обеспечивал пиковую мощность примерно 70 Вт на каждый метр длины, что создавало значительную тепловую нагрузку на окружающий грунтовой массив. Годовое производство тепловой энергии составляет около 13 МВт ч На расстоянии 0,5 и 1 м от основной скважины были пробурены две дополнительных, в которых на глубине в 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 и 105 м установлены датчики температуры, после чего скважины были заполнены глинисто-цементной смесью. Температура измерялась каждые тридцать минут.
Когда сейсмические волны достигают верхней части астеносферы, то значительно замедляются, и это говорит о том, что ее верхний слой расплавлен больше, чем соседние. Материал с большей текучестью обычно обеспечивает более легкое передвижение, но в данном случае это не обязательно так. Карта астеносферы, составленная учеными, не совпадает с движением тектонических плит наверху — связь непрямая.
Любопытно, что существует несколько полос расплавленных пород, пронизывающих всю астеносферу, а не только верхнюю ее часть. Там горячая магма имеет тенденцию скапливаться на глубине от 100 до 150 километров.
Твердое ядро Земли находится внутри внешнего жидкого ядра, сверху которого, в свою очередь, расположен твердый, но в то же время текучий слой мантии. Благодаря разнице температуры между слоем мантии и внутренним ядром, которая составляет порядка 2700 градусов Цельсия, а также за счет движения мантии и вращения планеты и создается магнитное поле. Для нового эксперимента использовалась новая рентгеновская техника, которая позволяет намного быстрее производить расчеты, чем раньше. В обычных лабораторных условиях временной интервал процесса сжатия железа, который смог бы показать является ли его структура по-прежнему твердой или же железо начинает плавиться, был возможен только в течение нескольких секунд. Новый же метод ученых основан на дифракции, которая образуется тогда, когда рентгеновские лучи или любая другая форма света сталкивается с препятствием и огибает его.
Владивостоке — в апреле. Таким образом, очевидно, что к моменту наступления минимальных температур в грунте нагрузка на теплонасосную систему теплоснабжения теплопотери здания снижается.
Этот момент открывает достаточно серьезные возможности для снижения установочной мощности ГТСТ экономии капитальных затрат и обязательно должен учитываться при проектировании. Для оценки эффективности применения геотермальных теплонасос-ных систем теплоснабжения в климатических условиях России было выполнено районирование территории РФ по эффективности использования геотермального тепла низкого потенциала для целей теплоснабжения. Районирование выполнялось на основе результатов численных экспериментов по моделированию эксплуатационных режимов ГТСТ в климатических условиях различных регионов территории РФ. Численные эксперименты проводилось на примере гипотетического двухэтажного коттеджа с отапливаемой площадью 200 м2, оборудованного геотермальной теплонасосной системой тепло-снабжения. При проведении численных экспериментов рассматривались: — система сбора тепла грунта с низкой плотностью потребления геотермальной энергии; — горизонтальная система теплосбора из полиэтиленовых труб диаметром 0,05 м и длиной 400 м; — система сбора тепла грунта с высокой плотностью потребления геотермальной энергии; — вертикальная система тепло-сбора из одной термоскважины диаметром 0,16 м и длиной 40 м. Проведенные исследования показали, что потребление тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в почвенно-климатических условиях большей части территории РФ не успевает компенсироваться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает дальнейшее снижение температуры грунта, и к началу третьего отопительного сезона его температурный потенциал еще больше отличается от естественного. И так далее... Однако, огибающие теплового влияния многолетней эксплуатации системы теплосбора на естественный температурный режим грунта имеют ярко выраженный экспоненциальный характер, и к пятому году эксплуатации грунт выходит на новый режим, близкий к периодическому, т.
Таким образом, при проведении районирования территории РФ необходимо было учитывать падение температур грунтового массива, вызванное многолетней экс-плуатацией системы теплосбора, и использовать в качестве расчетных параметров температур грунтового массива температуры грунта, ожидаемые на 5-й год эксплуатации ГТСТ. Коэффициент трансформации теплонасосной системы теплоснабжения Ктр представляет собой отношение полезного тепла, отводимого в систему теплоснабжения потребителя, к энергии, затрачиваемой на работу ГТСТ, и численно равен количеству полезного тепла, получаемого при температурах То и Ти на единицу энергии, затраченной на привод ГТСТ. Реальный коэффициент трансформации отличается от идеального, описанного формулой 1 , на величину коэффициента h, учитывающего степень термодинамического совершенства ГТСТ и необратимые потери энергии при реализации цикла. Численные эксперименты проводились с помощью созданной в ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» программы, обеспечивающей определение оптимальных параметров системы теплосбора в зависимости от климатических условий района строительства, теплозащитных качеств здания, эксплуатационных характеристик теплонасосного оборудования, циркуляционных насосов, нагревательных приборов системы отопления, а также режимов их эксплуатации.