पृथ्वी की तापीय ऊर्जा के मुख्य स्रोत हैं [,]:

• गुरुत्वाकर्षण भेदभाव की गर्मी;
• रेडियोजेनिक गर्मी;
• ज्वारीय घर्षण की गर्मी;
• अभिवृद्धि गर्मी;
• बाहरी कोर के सापेक्ष आंतरिक कोर के अंतर रोटेशन के कारण जारी घर्षण गर्मी, बाहरी कोर के अंदर मेंटल और अलग-अलग परतों के सापेक्ष बाहरी कोर।

आज तक, केवल पहले चार स्रोतों का मात्रात्मक मूल्यांकन किया गया है। हमारे देश में, इसमें मुख्य योग्यता है ओ.जी. सोरोख्तिनतथा एस.ए. उशाकोव... नीचे दिया गया डेटा मुख्य रूप से इन वैज्ञानिकों की गणना पर आधारित है।

पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊष्मा

पृथ्वी के विकास के सबसे महत्वपूर्ण नियमों में से एक है भेदभावउसका सार, जो आज भी जारी है। इस भेदभाव के कारण, का गठन कोर और क्रस्ट, प्राथमिक की संरचना में परिवर्तन आच्छादन, जबकि प्रारंभिक रूप से सजातीय पदार्थ को विभिन्न घनत्वों के अंशों में अलग करने के साथ-साथ की रिहाई होती है तापीय ऊर्जा, और अधिकतम ऊष्मा विमोचन तब होता है जब पृथ्वी के पदार्थ को में विभाजित किया जाता है घना और भारी कोरऔर अवशिष्ट लाइटरसिलिकेट खोल - पृथ्वी मेंटल... वर्तमान में, इस गर्मी का बड़ा हिस्सा सीमा पर छोड़ा जाता है मेंटल - कोर.

पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊर्जाअपने अस्तित्व के सभी समय के लिए बाहर खड़ा था - 1.46 * 10 38 अर्ग (1.46 * 10 31 जे). यह ऊर्जाअधिकांश भाग के लिए, यह सबसे पहले जाता है गतिज ऊर्जामेंटल मैटर का संवहनी प्रवाह, और फिर अंदर दिल से; दूसरा हिस्सा अतिरिक्त खर्च किया जाता है पृथ्वी के आंतरिक भाग का संपीड़नपृथ्वी के मध्य भाग में सघन कलाओं की सघनता के कारण उत्पन्न होती है। से १.४६ * १० ३८ एर्गइसके अतिरिक्त संपीडन के लिए पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊर्जा गई 0.23 * 10 38 एर्ग (०.२३ * १० ३१ जे), और गर्मी के रूप में जारी किया गया था १.२३ * १० ३८ एर्ग (१.२३ * १० ३१ जे) इस थर्मल घटक का मूल्य पृथ्वी में अन्य सभी प्रकार की ऊर्जा की कुल रिलीज से काफी अधिक है। गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा के ऊष्मीय घटक की रिहाई के कुल मूल्य और दर के समय में वितरण अंजीर में दिखाया गया है। 3.6 .

चावल। 3.6.

पृथ्वी के गुरुत्वीय विभेदन के दौरान ऊष्मा उत्पादन का वर्तमान स्तर है ३ * १० २० अर्ग / s (3 * 10 13W), जो ग्रह की सतह से गुजरने वाले आधुनिक ताप प्रवाह के परिमाण पर निर्भर करता है ( ४.२-४.३) * १० २० अर्ग / s ((४.२-४.३) * १० १३डब्ल्यू), है ~ 70% .

रेडियोजेनिक गर्मी

अस्थिर के रेडियोधर्मी क्षय के कारण आइसोटोप... सबसे अधिक ऊर्जा-गहन और लंबे समय तक रहने वाला ( हाफ लाइफपृथ्वी की आयु के अनुरूप) हैं आइसोटोप 238 यू, 235 यू, 232 थतथा ४० के... उनकी मुख्य मात्रा में केंद्रित है महाद्वीपीय परत... अत्याधुनिक पीढ़ी रेडियोजेनिक गर्मी:

• अमेरिकी भूभौतिकी में वी. वाकिये - १.१४ * १० २० अर्ग / s (1.14 * 10 13W) ,
• रूसी भूभौतिकीविदों के लिए ओ.जी. सोरोख्तिनतथा एस.ए. उशाकोव - १.२६ * १० २० अर्ग / s(1.26 * 10 13W) .

यह आधुनिक ताप प्रवाह के मूल्य का ~ 27-30% है।

रेडियोधर्मी क्षय की ऊष्मा के कुल मान से १.२६ * १० २० अर्ग / s (1.26 * 10 13W) पृथ्वी की पपड़ी में बाहर खड़ा है - ०.९१ * १० २० अर्ग / s, और मेंटल में - ०.३५ * १० २० अर्ग / s... इसलिए, यह इस प्रकार है कि मेंटल रेडियोजेनिक गर्मी का हिस्सा पृथ्वी के कुल आधुनिक गर्मी के नुकसान के 10% से अधिक नहीं है, और यह सक्रिय टेक्टोनिक-मैग्मैटिक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत नहीं हो सकता है, जिसकी उत्पत्ति की गहराई तक पहुंच सकती है 2900 किमी; और क्रस्ट में छोड़ी गई रेडियोजेनिक गर्मी अपेक्षाकृत जल्दी खो जाती है पृथ्वी की सतहऔर व्यावहारिक रूप से ग्रह के गहरे आंतों के ताप में भाग नहीं लेता है।

पिछले भूवैज्ञानिक युगों में, मेंटल में निकलने वाली रेडियोजेनिक ऊष्मा की मात्रा अधिक होनी चाहिए थी। पृथ्वी के निर्माण के समय उसका अनुमान ( 4.6 अरब साल पहले) देना - 6.95 * 10 20 अर्ग / s... उस समय से, रेडियोजेनिक ऊर्जा की रिहाई की दर में लगातार कमी आई है (चित्र। 3.7 ).

पृथ्वी में सभी समय के लिए, ~ 4.27 * 10 37 एर्ग(४.२७ * १० ३० जे) रेडियोधर्मी क्षय की तापीय ऊर्जा, जो गुरुत्वाकर्षण विभेदन की कुल ऊष्मा से लगभग तीन गुना कम है।

ज्वारीय घर्षण की गर्मी

यह पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण संपर्क के दौरान, सबसे पहले, चंद्रमा के साथ, निकटतम बड़े ब्रह्मांडीय पिंड के रूप में सामने आता है। परस्पर गुरुत्वीय आकर्षण के कारण इनके शरीर में ज्वारीय विकृतियाँ उत्पन्न होती हैं - सूजनया कूबड़... ग्रहों के ज्वारीय कूबड़ अपने अतिरिक्त आकर्षण से उनकी गति को प्रभावित करते हैं। इस प्रकार, पृथ्वी के दोनों ज्वारीय कूबड़ का आकर्षण पृथ्वी और चंद्रमा दोनों पर कार्य करने वाले बलों की एक जोड़ी बनाता है। हालांकि, चंद्रमा का सामना करने वाले निकट का प्रभाव, सूजन दूर की तुलना में कुछ अधिक मजबूत है। इस तथ्य के कारण कि आधुनिक पृथ्वी के घूर्णन का कोणीय वेग ( 7.27 * 10 -5 एस -1) चंद्रमा के कक्षीय वेग से अधिक है ( 2.66 * 10 -6 एस -1), और ग्रहों का मामला आदर्श रूप से लोचदार नहीं है, तो पृथ्वी के ज्वारीय कूबड़, जैसे कि, इसके आगे के घूमने से दूर हो जाते हैं और चंद्रमा की गति को स्पष्ट रूप से आगे बढ़ाते हैं। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि पृथ्वी की अधिकतम ज्वार हमेशा इसकी सतह पर पल से कुछ देर बाद होती है उत्कर्षचंद्रमा, और बलों का एक अतिरिक्त क्षण पृथ्वी और चंद्रमा पर कार्य करता है (चित्र। 3.8 ) .

पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली में ज्वारीय अंतःक्रिया की ताकतों के निरपेक्ष मूल्य अब अपेक्षाकृत छोटे हैं और उनके कारण होने वाले स्थलमंडल के ज्वारीय विकृति केवल कुछ दसियों सेंटीमीटर तक पहुंच सकते हैं, लेकिन वे पृथ्वी के क्रमिक मंदी की ओर ले जाते हैं। घूर्णन और, इसके विपरीत, चंद्रमा की कक्षीय गति के त्वरण और पृथ्वी से इसकी दूरी तक। पृथ्वी के ज्वारीय कूबड़ की गति की गतिज ऊर्जा में जाती है तापीय ऊर्जाज्वारीय कूबड़ में पदार्थ के आंतरिक घर्षण के कारण।

वर्तमान में ज्वारीय ऊर्जा के निकलने की दर है जी मैकडोनाल्डहै ~ 0.25 * 10 20 एर्ग / एस (0.25 * 10 13W), जबकि इसका मुख्य भाग (लगभग 2/3) संभवतः dissipates(विघटित) जलमंडल में। नतीजतन, चंद्रमा के साथ पृथ्वी की बातचीत और ठोस पृथ्वी (मुख्य रूप से एस्थेनोस्फीयर में) में विलुप्त होने के कारण ज्वारीय ऊर्जा का अंश अधिक नहीं होता है 2 % इसकी आंतों में उत्पन्न कुल तापीय ऊर्जा; और सौर ज्वार का अनुपात अधिक नहीं है 20 % चंद्र ज्वार के प्रभाव से। इसलिए, ठोस ज्वार अब टेक्टोनिक प्रक्रियाओं की ऊर्जा आपूर्ति में व्यावहारिक रूप से कोई भूमिका नहीं निभाते हैं, लेकिन कुछ मामलों में वे "ट्रिगर" के रूप में कार्य कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, भूकंप।

ज्वारीय ऊर्जा की मात्रा का सीधा संबंध अंतरिक्ष पिंडों के बीच की दूरी से है। और यदि पृथ्वी और सूर्य के बीच की दूरी के लिए भूवैज्ञानिक समय के पैमाने में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं माना जाता है, तो पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली में यह पैरामीटर एक चर मात्रा है। के बारे में विचारों के बावजूद, लगभग सभी शोधकर्ता मानते हैं कि प्रारंभिक चरणपृथ्वी का विकास, चंद्रमा की दूरी वर्तमान की तुलना में काफी कम थी, ग्रहों के विकास की प्रक्रिया में, अधिकांश वैज्ञानिकों के अनुसार, यह धीरे-धीरे बढ़ता है, और तदनुसार यू.एन. अव्स्युकीयह दूरी चक्रों के रूप में दीर्घकालिक परिवर्तनों से गुजरती है चाँद का "आना-जाना"... इसलिए, यह माना जाता है कि पिछले भूवैज्ञानिक युगों में पृथ्वी के कुल ताप संतुलन में ज्वारीय गर्मी की भूमिका अधिक महत्वपूर्ण थी। सामान्य तौर पर, पृथ्वी के विकास के पूरे समय के लिए, ~ ३.३ * १० ३७ एर्ग (३.३ * १० ३० जे) ज्वारीय ऊष्मा की ऊर्जा (यह पृथ्वी से चंद्रमा के क्रमिक निष्कासन के अधीन है)। इस ऊष्मा के निकलने की दर का समय परिवर्तन अंजीर में दिखाया गया है। 3.10 .

ज्वारीय ऊर्जा की कुल मात्रा के आधे से अधिक को में जारी किया गया था कटारची (मल)) - ४.६-४.० अरब साल पहले, और इस समय, केवल इस ऊर्जा के कारण, पृथ्वी अतिरिक्त रूप से ~ ५०० ० तक गर्म हो सकती थी। स्वर्गीय आर्कियन के बाद से, चंद्र ज्वार ने विकास पर केवल एक नगण्य प्रभाव डाला। ऊर्जा-खपत अंतर्जात प्रक्रियाएं .

अभिवृद्धि गर्मी

यह पृथ्वी द्वारा अपने गठन के बाद से संग्रहीत गर्मी है। दौरान एक साथ वृद्धि, जो कई दसियों लाख वर्षों तक चला, टक्कर के कारण ग्रहीय जंतुपृथ्वी ने महत्वपूर्ण गर्माहट का अनुभव किया है। इसी समय, इस ताप के परिमाण के बारे में कोई सहमति नहीं है। वर्तमान में, शोधकर्ता यह मानने के इच्छुक हैं कि, अभिवृद्धि की प्रक्रिया में, पृथ्वी ने अनुभव किया, यदि पूर्ण नहीं, तो महत्वपूर्ण आंशिक गलन, जिसके कारण प्रोटो-अर्थ का प्रारंभिक विभेदन एक भारी लोहे के कोर और एक हल्के सिलिकेट मेंटल में हुआ, और गठन के लिए "मैग्मा महासागर"इसकी सतह पर या उथली गहराई पर। यद्यपि 1990 के दशक से पहले भी, अपेक्षाकृत ठंडी प्राथमिक पृथ्वी के मॉडल को व्यावहारिक रूप से आम तौर पर स्वीकृत माना जाता था, जो कि उपरोक्त प्रक्रियाओं के कारण धीरे-धीरे गर्म हो जाता है, साथ ही साथ एक महत्वपूर्ण मात्रा में तापीय ऊर्जा भी निकलती है।

प्राथमिक अभिवृद्धि ऊष्मा का सटीक अनुमान और आज तक संरक्षित उसका अंश महत्वपूर्ण कठिनाइयों से जुड़ा है। द्वारा ओ.जी. सोरोख्तिनतथा एस.ए. उशाकोवजो अपेक्षाकृत ठंडी प्राथमिक पृथ्वी के समर्थक हैं, ऊष्मा में परिवर्तित होने वाली अभिवृद्धि ऊर्जा का मान है - 20.13 * 10 38 एर्ग (20.13 * 10 31 जे)... गर्मी के नुकसान की अनुपस्थिति में यह ऊर्जा पर्याप्त होगी पूर्ण वाष्पीकरणस्थलीय पदार्थ, टी. तापमान बढ़ सकता है 30 000 0... लेकिन अभिवृद्धि प्रक्रिया अपेक्षाकृत लंबी थी, और ग्रहीय प्रभावों की ऊर्जा केवल बढ़ती हुई पृथ्वी की निकट-सतह परतों में जारी की गई थी और थर्मल विकिरण के साथ जल्दी से खो गई थी, इसलिए ग्रह का प्राथमिक ताप महान नहीं था। इस ऊष्मीय विकिरण का परिमाण, जो पृथ्वी के निर्माण (अभिवृद्धि) के समानांतर चलता है, का अनुमान इन लेखकों द्वारा लगाया जाता है 19.4 * 10 38 एर्ग (19.4 * 10 31 जू) .

पृथ्वी के आधुनिक ऊर्जा संतुलन में सबसे अधिक संभावना है कि अभिवृद्धि ऊष्मा एक महत्वहीन भूमिका निभाती है।

2. पृथ्वी की ऊष्मीय व्यवस्था

पृथ्वी एक ठंडा अंतरिक्ष पिंड है। सतह का तापमान मुख्य रूप से बाहरी गर्मी पर निर्भर करता है। पृथ्वी की ऊपरी परत की ऊष्मा का ९५% है बाहरी (सौर) गर्म, और केवल 5% गर्म अंदर का , जो पृथ्वी के आंत्र से आता है और इसमें ऊर्जा के कई स्रोत शामिल हैं। पृथ्वी के भीतरी भाग में गहराई के साथ तापमान 1300 o C (ऊपरी मेंटल में) से बढ़कर 3700 o C (कोर के केंद्र में) हो जाता है।

बाहरी गर्मी... पृथ्वी की सतह पर ऊष्मा मुख्य रूप से सूर्य से आती है। सतह का प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर एक मिनट में लगभग 2 कैलोरी ऊष्मा प्राप्त करता है। इस मात्रा को कहा जाता है सौर स्थिरांक और सूर्य से पृथ्वी को आपूर्ति की जाने वाली गर्मी की कुल मात्रा निर्धारित करता है। एक वर्ष के लिए, यह 2.26 · 10 21 कैलोरी की मात्रा में होता है। पृथ्वी के आँतों में सौर ताप के प्रवेश की गहराई मुख्य रूप से प्रति इकाई सतह क्षेत्र में गिरने वाली ऊष्मा की मात्रा और तापीय चालकता पर निर्भर करती है। चट्टानों... अधिकतम गहराई जिसमें बाहरी गर्मी प्रवेश करती है, महासागरों में 200 मीटर और भूमि पर लगभग 40 मीटर है।

आंतरिक गर्मी... गहराई के साथ तापमान में वृद्धि होती है, जो विभिन्न प्रदेशों में बहुत असमान रूप से होती है। तापमान में वृद्धि रुद्धोष्म नियम का पालन करती है और दबाव में पदार्थ के संपीड़न पर निर्भर करती है जब पर्यावरण के साथ गर्मी का आदान-प्रदान असंभव है।

पृथ्वी के अंदर ऊष्मा के मुख्य स्रोत:

तत्वों के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मा।

पृथ्वी के निर्माण से अवशिष्ट ऊष्मा।

पृथ्वी के संपीड़न और घनत्व द्वारा पदार्थ के वितरण के दौरान जारी गुरुत्वाकर्षण गर्मी।

पृथ्वी की पपड़ी की गहराई में रासायनिक प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न ऊष्मा।

पृथ्वी के ज्वारीय घर्षण से मुक्त हुई ऊष्मा।

3 तापमान क्षेत्र हैं:

मैं - चर तापमान क्षेत्र ... तापमान में परिवर्तन स्थानीय जलवायु से निर्धारित होता है। दैनिक उतार-चढ़ाव व्यावहारिक रूप से लगभग 1.5 मीटर की गहराई पर, और वार्षिक उतार-चढ़ाव 20 ... 30 मीटर की गहराई पर होता है। Iа - हिमीकरण क्षेत्र।

द्वितीय - निरंतर तापमान क्षेत्र क्षेत्र के आधार पर 15 ... 40 मीटर की गहराई पर स्थित है।

तृतीय - तापमान वृद्धि क्षेत्र .

पृथ्वी की पपड़ी की गहराई में चट्टानों का तापमान शासन आमतौर पर एक भू-तापीय ढाल और एक भू-तापीय चरण द्वारा व्यक्त किया जाता है।

प्रत्येक १०० मीटर गहराई के लिए तापमान वृद्धि की मात्रा को कहा जाता है भूतापीय ढाल... अफ्रीका में, विटवाटरसैंड क्षेत्र में, यह 1.5 ° है, जापान में (इचिगो) - 2.9 ° , दक्षिण ऑस्ट्रेलिया में - 10.9 ° , कजाकिस्तान (समारिंडा) में - 6.3 ° , कोला प्रायद्वीप पर - 0.65 ° C .

चावल। 3. पृथ्वी की पपड़ी में तापमान के क्षेत्र: I - चर तापमान का क्षेत्र, Iа - हिमांक क्षेत्र; II - निरंतर तापमान का क्षेत्र; III - तापमान वृद्धि का क्षेत्र।

वह गहराई जिस पर तापमान 1 डिग्री बढ़ जाता है, कहलाता है भूतापीय चरण।भूतापीय चरण के संख्यात्मक मान न केवल विभिन्न अक्षांशों पर, बल्कि क्षेत्र में एक ही बिंदु की विभिन्न गहराई पर भी स्थिर होते हैं। भूतापीय चरण का परिमाण 1.5 से 250 मीटर तक भिन्न होता है। आर्कान्जेस्क में यह 10 मीटर, मास्को में - 38.4 मीटर और प्यतिगोर्स्क में - 1.5 मीटर है। इस चरण का सैद्धांतिक रूप से औसत मूल्य 33 मीटर है।

मॉस्को में 1630 मीटर की गहराई तक ड्रिल किए गए एक कुएं में, बॉटमहोल का तापमान 41 डिग्री सेल्सियस था, और डोनबास में 1545 मीटर की गहराई तक ड्रिल की गई खदान में तापमान 56.3 डिग्री सेल्सियस था। सबसे अधिक तापमान संयुक्त राज्य अमेरिका में एक बोरहोल में 7136 मीटर की गहराई के साथ दर्ज किया गया था, जहां यह 224 डिग्री सेल्सियस के बराबर है। गहरी संरचनाओं को डिजाइन करते समय गहराई के साथ तापमान में वृद्धि को ध्यान में रखा जाना चाहिए। गणना के अनुसार, 400 किमी की गहराई पर तापमान 1400 ... 1700 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचना चाहिए। पृथ्वी की कोर के लिए उच्चतम तापमान (लगभग 5000 डिग्री सेल्सियस) प्राप्त किया गया था।

पृथ्वी की गर्मी। आंतरिक ऊष्मा के संभावित स्रोत

जियोथर्मी- एक विज्ञान जो पृथ्वी के तापीय क्षेत्र का अध्ययन करता है। पृथ्वी की सतह के औसत तापमान में कमी की सामान्य प्रवृत्ति होती है। तीन अरब साल पहले पृथ्वी की सतह पर औसत तापमान 71° था, जो अब 17° हो गया है। थर्मल के स्रोत (थर्मल .) ) पृथ्वी के क्षेत्र आंतरिक हैं और बाहरी प्रक्रियाएं... पृथ्वी की गर्मी सौर विकिरण के कारण होती है और ग्रह की आंतों में उत्पन्न होती है। दोनों स्रोतों से ऊष्मा के अंतर्वाह का परिमाण मात्रात्मक रूप से अत्यंत असमान है और ग्रह के जीवन में उनकी भूमिकाएँ भिन्न हैं। पृथ्वी का सौर ताप इसकी सतह द्वारा प्राप्त कुल ऊष्मा का 99.5% है, और आंतरिक ताप का हिस्सा 0.5% है। इसके अलावा, आंतरिक गर्मी का प्रवाह पृथ्वी पर बहुत असमान रूप से वितरित किया जाता है और मुख्य रूप से ज्वालामुखी के प्रकट होने के स्थानों में केंद्रित होता है।

वाह्य स्रोतसौर विकिरण है . सूर्य की आधी ऊर्जा पृथ्वी की पपड़ी की सतह, वनस्पति और निकट-सतह की परत द्वारा अवशोषित की जाती है। अन्य आधा विश्व अंतरिक्ष में परिलक्षित होता है। सौर विकिरण पृथ्वी की सतह के तापमान को लगभग 0 0 C के औसत पर बनाए रखता है। सूर्य पृथ्वी की निकट-सतह परत को औसतन 25 मीटर की औसत गहराई के साथ 8-30 मीटर की गहराई तक गर्म करता है। सौर ताप का प्रभाव रुक जाता है और तापमान स्थिर (तटस्थ परत) हो जाता है। यह गहराई समुद्री जलवायु वाले क्षेत्रों में न्यूनतम और उपध्रुवीय क्षेत्र में अधिकतम है। इस सीमा के नीचे किसी दिए गए क्षेत्र के औसत वार्षिक तापमान के अनुरूप स्थिर तापमान की एक पेटी होती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, मास्को में कृषि के क्षेत्र में। अकादमी के नाम पर तिमिरयाज़ेव, २० मीटर की गहराई पर, १८८२ से तापमान हमेशा ४.२ डिग्री सेल्सियस के बराबर बना हुआ है। पेरिस में, २८ मीटर की गहराई पर, थर्मामीटर ने १०० से अधिक वर्षों के लिए लगातार ११.८३ डिग्री सेल्सियस दिखाया है। ए के साथ परत निरंतर तापमान सबसे गहरा है जहां बारहमासी ( पर्माफ्रॉस्ट। निरंतर तापमान के बेल्ट के नीचे, एक भू-तापीय क्षेत्र होता है, जो कि पृथ्वी द्वारा ही उत्पन्न गर्मी की विशेषता है।

आंतरिक स्रोत पृथ्वी की आंतें हैं। पृथ्वी सूर्य से प्राप्त होने वाली ऊष्मा से अधिक ऊष्मा विश्व अंतरिक्ष में विकीर्ण करती है। आंतरिक स्रोतों में उस समय से अवशिष्ट गर्मी शामिल है जब ग्रह पिघल गया था, पृथ्वी के आंतरिक भाग में होने वाली थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की गर्मी, गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण संपीड़न की गर्मी, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गर्मी और क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाएं, आदि (उदाहरण के लिए, ज्वारीय घर्षण)। आंतों से गर्मी मुख्य रूप से मोबाइल जोन से आती है। गहराई के साथ तापमान में वृद्धि अस्तित्व के साथ जुड़ी हुई है आंतरिक स्रोतऊष्मा - रेडियोधर्मी समस्थानिकों का क्षय - U, Th, K, पदार्थ का गुरुत्वीय विभेदन, ज्वारीय घर्षण, ऊष्माक्षेपी रेडॉक्स रसायनिक प्रतिक्रिया, कायापलट और चरण संक्रमण। गहराई के साथ तापमान में वृद्धि की दर कई कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है - तापीय चालकता, चट्टान की पारगम्यता, ज्वालामुखी के फोकस की निकटता आदि।

स्थिर तापमान के बेल्ट के नीचे, तापमान में औसतन 1 o प्रति 33 मीटर की वृद्धि होती है ( भूतापीय चरण) या हर १०० मीटर के बारे में ३ ( भूतापीय ढाल) ये मान पृथ्वी के तापीय क्षेत्र के संकेतक हैं। यह स्पष्ट है कि ये मान पृथ्वी के विभिन्न क्षेत्रों या क्षेत्रों में औसत और परिमाण में भिन्न हैं। भूतापीय चरण विभिन्न बिंदुपृथ्वी अलग है। उदाहरण के लिए, मॉस्को में - 38.4 मीटर, लेनिनग्राद में - 19.6, आर्कान्जेस्क में - 10. इसलिए, जब कोला प्रायद्वीप पर 12 किमी की गहराई पर एक गहरे कुएं की ड्रिलिंग की गई, तो 150 ° का तापमान मान लिया गया, लेकिन वास्तव में यह बदल गया लगभग 220 डिग्री। उत्तरी कैस्पियन क्षेत्र में ३००० मीटर की गहराई पर कुओं की ड्रिलिंग करते समय, १५० o डिग्री का तापमान मान लिया गया था, लेकिन यह १०८ o निकला।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि क्षेत्र की जलवायु विशेषताएं और औसत वार्षिक तापमान भू-तापीय चरण के परिमाण में परिवर्तन को प्रभावित नहीं करते हैं, इसके कारण इस प्रकार हैं:

1) चट्टानों की विभिन्न तापीय चालकता में जो एक विशेष क्षेत्र बनाते हैं। तापीय चालकता के माप को 1 सेकंड में संचरित कैलोरी में ऊष्मा की मात्रा के रूप में समझा जाता है। सी के बारे में 1 के तापमान ढाल के साथ 1 सेमी 2 के एक खंड के माध्यम से;

2) चट्टानों की रेडियोधर्मिता में, तापीय चालकता और रेडियोधर्मिता जितनी अधिक होगी, भूतापीय अवस्था उतनी ही कम होगी;

3) में अलग-अलग स्थितियांचट्टानों का बिस्तर और उनके बिस्तर की गड़बड़ी की उम्र; टिप्पणियों से पता चला है कि सिलवटों में एकत्रित परतों में तापमान तेजी से बढ़ता है, उनमें अधिक बार गड़बड़ी (दरारें) होती हैं, जिसके साथ गहराई से गर्मी तक पहुंच की सुविधा होती है;

4) भूमिगत जल की प्रकृति: गर्म भूमिगत जल की धाराएँ गर्म चट्टानें, ठंडी ठंडी;

5) समुद्र से दूरी: समुद्र के पास चट्टानों के पानी के द्रव्यमान के साथ ठंडा होने के कारण, भू-तापीय अवस्था अधिक होती है, और संपर्क में कम होती है।

भूतापीय अवस्था के विशिष्ट परिमाण का ज्ञान बहुत व्यावहारिक महत्व का है।

1. खानों को डिजाइन करते समय यह महत्वपूर्ण है। कुछ मामलों में, गहरी खानों में तापमान को कृत्रिम रूप से कम करने के उपाय करना आवश्यक होगा (तापमान - शुष्क हवा में एक व्यक्ति के लिए अधिकतम 50 डिग्री सेल्सियस और आर्द्र हवा में 40 डिग्री सेल्सियस); दूसरों में, बड़ी गहराई पर काम करना संभव होगा।

2. पर्वतीय क्षेत्रों में टनलिंग के दौरान तापमान की स्थिति का आकलन बहुत महत्वपूर्ण है।

3. पृथ्वी के आंतरिक भाग की भूतापीय स्थितियों का अध्ययन करने से पृथ्वी की सतह पर आने वाली भाप और गर्म पानी के झरनों का उपयोग करना संभव हो जाता है। भूमिगत गर्मी का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, इटली, आइसलैंड में; रूस में, कामचटका में प्राकृतिक ताप पर एक प्रायोगिक औद्योगिक बिजली संयंत्र बनाया गया था।

भूतापीय चरण के परिमाण पर डेटा का उपयोग करके, पृथ्वी के गहरे क्षेत्रों की तापमान स्थितियों के बारे में कुछ अनुमान लगाना संभव है। यदि हम भूतापीय चरण का औसत मान ३३ मीटर लें और मान लें कि गहराई के साथ तापमान में वृद्धि समान रूप से होती है, तो १०० किमी की गहराई पर तापमान ३००० डिग्री सेल्सियस होगा। यह तापमान सभी के गलनांक से अधिक है। पृथ्वी पर ज्ञात पदार्थ, इसलिए इस गहराई पर पिघला हुआ द्रव्यमान होना चाहिए ... लेकिन 31,000 एटीएम के भारी दबाव के कारण। अधिक गरम द्रव्यमान में तरल पदार्थ की विशेषताएं नहीं होती हैं, लेकिन एक ठोस की विशेषताओं से संपन्न होती हैं।

गहराई के साथ, भूतापीय कदम स्पष्ट रूप से काफी बढ़ जाना चाहिए। यदि हम मान लें कि गहराई के साथ कदम नहीं बदलता है, तो पृथ्वी के केंद्र में तापमान लगभग 200,000 डिग्री सेल्सियस होना चाहिए, और गणना के अनुसार यह 5000 - 10,000 डिग्री से अधिक नहीं हो सकता है।

लंबे समय से, लोग गहराई में छिपी विशाल ऊर्जा की सहज अभिव्यक्तियों के बारे में जानते हैं विश्व... मानव जाति की स्मृति में विनाशकारी ज्वालामुखी विस्फोटों के बारे में किंवदंतियां हैं जिन्होंने लाखों मानव जीवन का दावा किया, अनजाने में पृथ्वी पर कई स्थानों की उपस्थिति को बदल दिया। अपेक्षाकृत छोटे ज्वालामुखी के फटने की शक्ति भी विशाल होती है, यह सबसे बड़े की शक्ति से कई गुना अधिक होती है बिजली संयंत्रोंमानव हाथों द्वारा बनाया गया। सच है, ज्वालामुखी विस्फोटों की ऊर्जा के प्रत्यक्ष उपयोग के बारे में बात करने की कोई आवश्यकता नहीं है: अभी तक लोगों के पास इस विद्रोही तत्व पर अंकुश लगाने का अवसर नहीं है, और, सौभाग्य से, विस्फोट काफी दुर्लभ घटनाएं हैं। लेकिन ये पृथ्वी की आंतों में छिपी ऊर्जा की अभिव्यक्तियाँ हैं, जब इस अटूट ऊर्जा का केवल एक छोटा सा अंश ज्वालामुखियों के अग्नि-श्वास छिद्रों के माध्यम से एक आउटलेट पाता है।

छोटा यूरोपीय देश आइसलैंड ("बर्फ की भूमि" in .) शाब्दिक अनुवाद) टमाटर, सेब और यहाँ तक कि केले में भी पूरी तरह से आत्मनिर्भर है! कई आइसलैंडिक ग्रीनहाउस अपनी ऊर्जा प्राप्त करते हैं पृथ्वी की गर्मीआइसलैंड में व्यावहारिक रूप से कोई अन्य स्थानीय ऊर्जा स्रोत नहीं हैं। लेकिन यह देश बहुत अमीर है हॉट स्प्रिंग्स और प्रसिद्ध गीजर - फव्वारे गर्म पानी, जमीन से बाहर निकलने वाले क्रोनोमीटर की सटीकता के साथ। और यद्यपि गैर-आइसलैंडवासियों को भूमिगत स्रोतों की गर्मी का उपयोग करने में प्राथमिकता है (यहां तक ​​​​कि प्राचीन रोमन भी भूमिगत से पानी लाते थे प्रसिद्ध स्नान - काराकाल्ला के थर्मल स्नान), इस छोटे से उत्तरी देश के निवासी एक भूमिगत बॉयलर हाउस को बहुत गहनता से संचालित करें... रेक्जाविक की राजधानी, जो देश की आधी आबादी का घर है, केवल भूमिगत स्रोतों से गर्म होती है। रिक्जेविक आइसलैंड की खोज के लिए एक आदर्श प्रारंभिक बिंदु है: यहां से आप इस अनोखे देश के किसी भी कोने में सबसे दिलचस्प और विविध भ्रमण पर जा सकते हैं: गीजर, ज्वालामुखी, झरने, रयोलाइट पहाड़, fjords ... रेक्जाविक में हर जगह आप स्वच्छ अनुभव करेंगे ऊर्जा - जमीन से निकलने वाले गीजर की तापीय ऊर्जा, एक आदर्श हरे शहर की स्वच्छता और अंतरिक्ष की ऊर्जा, रेकजाविक की मस्ती और पूरे साल रोमांचक नाइटलाइफ़ की ऊर्जा।

लेकिन न केवल गर्म करने के लिए लोग पृथ्वी की गहराई से ऊर्जा खींचते हैं। गर्म भूमिगत झरनों का उपयोग करने वाले बिजली संयंत्र लंबे समय से काम कर रहे हैं।पहला ऐसा बिजली संयंत्र, जो अभी भी बहुत छोटा है, 1904 में छोटे इतालवी शहर लार्डेरेलो में बनाया गया था, जिसका नाम फ्रांसीसी इंजीनियर लार्डरेली के नाम पर रखा गया था, जिसने 1827 में इस क्षेत्र में कई हॉट स्प्रिंग्स का उपयोग करने के लिए एक परियोजना तैयार की थी। धीरे-धीरे, बिजली संयंत्र की क्षमता बढ़ी, अधिक से अधिक इकाइयों को चालू किया गया, गर्म पानी के नए स्रोतों का उपयोग किया गया, और आज स्टेशन की शक्ति पहले से ही प्रभावशाली मूल्य तक पहुंच गई है - 360 हजार किलोवाट। न्यूजीलैंड में, वैराकेई क्षेत्र में एक ऐसा बिजली संयंत्र है, जिसकी क्षमता 160 हजार किलोवाट है। संयुक्त राज्य अमेरिका में सैन फ्रांसिस्को से 120 किमी दूर, 500 हजार किलोवाट की क्षमता वाला एक भू-तापीय स्टेशन बिजली पैदा करता है।

भूतापीय ऊर्जा

लंबे समय से, लोगों ने विश्व के आंतों में छिपी विशाल ऊर्जा की सहज अभिव्यक्तियों के बारे में जाना है। मानव जाति की स्मृति में विनाशकारी ज्वालामुखी विस्फोटों के बारे में किंवदंतियां हैं जिन्होंने लाखों मानव जीवन का दावा किया, अनजाने में पृथ्वी पर कई स्थानों की उपस्थिति को बदल दिया। अपेक्षाकृत छोटे ज्वालामुखी के फटने की शक्ति भी विशाल होती है, यह मानव हाथों द्वारा बनाए गए सबसे बड़े बिजली संयंत्रों की शक्ति से कई गुना अधिक होती है। सच है, ज्वालामुखी विस्फोटों की ऊर्जा के प्रत्यक्ष उपयोग के बारे में बात करने की कोई आवश्यकता नहीं है - अभी तक लोगों के पास इस विद्रोही तत्व पर अंकुश लगाने का अवसर नहीं है, और, सौभाग्य से, विस्फोट काफी दुर्लभ घटनाएँ हैं। लेकिन ये पृथ्वी की आंतों में छिपी ऊर्जा की अभिव्यक्तियाँ हैं, जब इस अटूट ऊर्जा का केवल एक छोटा सा अंश ज्वालामुखियों के अग्नि-श्वास छिद्रों के माध्यम से एक आउटलेट पाता है।

एक गीजर एक गर्म पानी का झरना है जो एक फव्वारे की तरह नियमित या अनियमित ऊंचाई पर अपना पानी उगलता है। यह नाम आइसलैंडिक शब्द "पोर्स" से आया है। गीजर की उपस्थिति के लिए एक निश्चित अनुकूल वातावरण की आवश्यकता होती है, जो केवल पृथ्वी पर कुछ ही स्थानों पर बनता है, जो उनकी दुर्लभ उपस्थिति को निर्धारित करता है। लगभग 50% गीजर येलोस्टोन नेशनल पार्क (यूएसए) में स्थित हैं। आंतों में बदलाव, भूकंप और अन्य कारकों के कारण गीजर की गतिविधि रुक ​​सकती है। गीजर की क्रिया मैग्मा के साथ पानी के संपर्क के कारण होती है, जिसके बाद पानी जल्दी गर्म हो जाता है और भूतापीय ऊर्जा के प्रभाव में हिंसक रूप से ऊपर की ओर फेंका जाता है। विस्फोट के बाद, गीजर में पानी धीरे-धीरे ठंडा हो जाता है, फिर से मैग्मा में रिस जाता है, और फिर से बह जाता है। विभिन्न गीजर के फटने की आवृत्ति कई मिनटों से लेकर कई घंटों तक भिन्न होती है। गीजर के संचालन के लिए बड़ी ऊर्जा की आवश्यकता - मुख्य कारणउनकी दुर्लभता। ज्वालामुखीय क्षेत्रों में गर्म झरने, मिट्टी के ज्वालामुखी, फ्यूमरोल हो सकते हैं, लेकिन गीजर वाले बहुत कम स्थान हैं। तथ्य यह है कि यदि ज्वालामुखी की गतिविधि के स्थान पर एक गीजर का गठन किया गया था, तो बाद के विस्फोटों से पृथ्वी की सतह नष्ट हो जाएगी और इसकी स्थिति बदल जाएगी, जिससे गीजर गायब हो जाएगा।

पृथ्वी की ऊर्जा ( भूतापीय ऊर्जा) पृथ्वी की प्राकृतिक ऊष्मा के उपयोग पर आधारित है। पृथ्वी की आंतें ऊर्जा के एक विशाल, व्यावहारिक रूप से अटूट स्रोत से भरी हुई हैं। हमारे ग्रह पर आंतरिक ऊष्मा का वार्षिक विकिरण 2.8 * 1014 बिलियन kWh है। पृथ्वी की पपड़ी में कुछ समस्थानिकों के रेडियोधर्मी क्षय द्वारा इसकी लगातार भरपाई की जाती है।

भूतापीय ऊर्जा के स्रोत दो प्रकार के हो सकते हैं। पहला प्रकार प्राकृतिक ताप वाहकों के भूमिगत पूल हैं - गर्म पानी (हाइड्रोथर्मल स्प्रिंग्स), या भाप (भाप थर्मल स्प्रिंग्स), या भाप-पानी का मिश्रण। संक्षेप में, ये "भूमिगत बॉयलर" सीधे उपयोग के लिए तैयार हैं, जहां से पारंपरिक बोरहोल का उपयोग करके पानी या भाप का उत्पादन किया जा सकता है। दूसरा प्रकार गर्म चट्टानों की गर्मी है। ऐसे क्षितिज में पानी पंप करके, आप ऊर्जा उद्देश्यों के लिए आगे उपयोग के लिए भाप या अत्यधिक गरम पानी भी प्राप्त कर सकते हैं।

लेकिन दोनों उपयोग के मामलों में मुख्य दोषशायद, भूतापीय ऊर्जा की एक बहुत ही कमजोर एकाग्रता है। हालांकि, अजीबोगरीब भू-तापीय विसंगतियों के गठन के स्थानों में, जहां गर्म झरने या चट्टानें सतह के अपेक्षाकृत करीब आते हैं और जहां गहराई में डूबे होने पर तापमान हर 100 मीटर के लिए 30-40 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाता है, भूतापीय ऊर्जा की एकाग्रता हो सकती है इसके आर्थिक उपयोग के लिए परिस्थितियाँ बनाएँ। पानी, भाप या भाप-पानी के मिश्रण के तापमान के आधार पर, भू-तापीय स्रोतों को निम्न और मध्यम तापमान (130 - 150 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान के साथ) और उच्च तापमान (150 डिग्री से अधिक) में विभाजित किया जाता है। उनके उपयोग की प्रकृति काफी हद तक तापमान पर निर्भर करती है।

यह तर्क दिया जा सकता है कि भूतापीय ऊर्जा में चार लाभप्रद विशिष्ट विशेषताएं हैं।

सबसे पहले, इसके भंडार व्यावहारिक रूप से अटूट हैं। 70 के दशक के उत्तरार्ध के अनुमानों के अनुसार, 10 किमी की गहराई तक, वे पारंपरिक प्रकार के खनिज ईंधन के भंडार से 3.5 हजार गुना अधिक हैं।

दूसरे, भूतापीय ऊर्जा काफी व्यापक है। इसकी एकाग्रता मुख्य रूप से सक्रिय भूकंपीय और ज्वालामुखी गतिविधि के बेल्ट से जुड़ी हुई है, जो पृथ्वी के 1/10 क्षेत्र पर कब्जा करती है। इन बेल्टों के भीतर, कुछ सबसे आशाजनक "भू-तापीय क्षेत्रों" की पहचान की जा सकती है, जिनमें से उदाहरण संयुक्त राज्य अमेरिका, न्यूजीलैंड, जापान, आइसलैंड, कामचटका में कैलिफोर्निया हैं। उत्तरी काकेशसरसिया में। में केवल पूर्व सोवियत संघ 90 के दशक की शुरुआत तक, लगभग 50 भूमिगत गर्म पानी और भाप बेसिन खोले जा चुके थे।

तीसरा, भूतापीय ऊर्जा के उपयोग के लिए उच्च लागत की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि इस मामले में वह आता हैप्रकृति द्वारा निर्मित "रेडी-टू-यूज़" ऊर्जा स्रोतों के बारे में।

अंत में, चौथा, भूतापीय ऊर्जा पारिस्थितिक दृष्टिकोण से पूरी तरह से हानिरहित है और पर्यावरण को प्रदूषित नहीं करती है।

मनुष्य लंबे समय से पृथ्वी की आंतरिक गर्मी की ऊर्जा का उपयोग कर रहा है (याद रखें, कम से कम प्रसिद्ध रोमन स्नान), लेकिन इसका व्यावसायिक उपयोग केवल 1920 के दशक में इटली में पहले भू-शक्ति संयंत्रों के निर्माण के साथ शुरू हुआ, और फिर में दूसरे देश। 1980 के दशक की शुरुआत तक, दुनिया में 1.5 मिलियन kW की कुल क्षमता वाले लगभग 20 ऐसे स्टेशन काम कर रहे थे। उनमें से सबसे बड़ा यूएसए (500 हजार किलोवाट) में गीजर स्टेशन है।

भूतापीय ऊर्जा का उपयोग बिजली, ताप गृह, ग्रीनहाउस आदि उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। सूखी भाप, अत्यधिक गरम पानी, या कम क्वथनांक (अमोनिया, फ़्रीऑन, आदि) वाले किसी शीतलक का उपयोग ऊष्मा वाहक के रूप में किया जाता है।