入り口土の温もり。 地球深部の温度。 地表下の温度
キリル・デグチャレフ、研究者、モスクワ 州立大学彼ら。 M.V.ロモノーソフ。
炭化水素が豊富な我が国において、地熱エネルギーは一種の外来資源であり、現状を考慮すると石油やガスと競合する可能性は低い。 しかし、この代替エネルギーは、ほぼどこでも非常に効果的に使用できます。
写真：イーゴリ・コンスタンティノフ。
深さによる地温の変化。
温泉水とそれを含む乾燥した岩石の温度が深さとともに上昇すること。
深さによる温度変化 さまざまな地域.
アイスランドの火山エイヤフィヤトラヨークトルの噴火は、地球の腸からの強力な熱流によって活動的な地殻変動帯や火山帯で起こる激しい火山活動を示しています。
国別の地熱発電所の設置容量、MW。
ロシア全土の地熱資源の分布。 専門家によれば、地熱エネルギーの埋蔵量は有機化石燃料のエネルギー埋蔵量の数倍です。 地熱エネルギー協会によると。
地熱エネルギーは地球内部の熱です。 深層で生成され、地表に到達するまでに さまざまな形そして異なる強度で。
土壌の上層の温度は、主に外部（外生）要因、つまり太陽照度と気温に依存します。 夏と日中、土壌は一定の深さまで温まり、冬と夜間には気温の変化に伴い、深さとともに温度が少しずつ低下して冷えます。 気温の日内変動の影響は深さ数センチメートルから数十センチメートルで終わります。 季節変動は土壌のより深い層（最大数十メートル）に影響を与えます。
ある深さ（数十メートルから数百メートル）では、地表の温度は一定に保たれ、地表の年間平均気温と等しくなります。 これは、かなり深い洞窟に行くことで簡単に確認できます。
いつ 年間平均気温特定の地域の空気がゼロ以下になると、永久凍土（より正確には永久凍土）として現れます。 で 東シベリア年間を通じて凍った土の厚さ、つまり厚さは、場所によっては200〜300メートルに達します。
ある深さ（地図上の各点で異なります）からは、太陽と大気の作用が非常に弱まり、内因性（内部）要因が優先され、地球の内部は内側から加熱され、気温が上昇し始めます。深みのある。
地球の深層の加熱は、主にそこに存在する放射性元素の崩壊に関連していますが、他の熱源も、たとえば、深層の物理化学的、地殻構造プロセスとも呼ばれます。 地球の地殻そしてローブ。 しかし、理由が何であれ、岩石およびそれに付随する液体および気体物質の温度は深さが増すにつれて上昇します。 鉱山労働者はこの現象に直面しています。鉱山の深部は常に高温です。 深さ1kmでは30度の暑さが普通ですが、深くなるとさらに温度が高くなります。
地球内部から地表に到達する熱流は小さく、その出力は平均して 0.03 ～ 0.05 W/m2 です。
または年間約 350 Wh/m2。 太陽からの熱の流れと太陽によって加熱された空気を背景にすると、これは目に見えない価値です。太陽はすべての人に与えます。 平方メートル 地球の表面年間約 4000 kWh、つまり 10,000 倍です (もちろん、これは平均値であり、極地と赤道の緯度には大きなばらつきがあり、他の気候や気象要因によって異なります)。
地球の大部分で内部から表面への熱の流れが無視できることは、岩石の熱伝導率の低さとその特性に関連しています。 地質構造。 ただし例外もあります。熱流が高い場所です。 これらは、まず第一に、地殻構造の断層、地震活動の増加、火山活動のゾーンであり、地球内部のエネルギーが出口を見つける場所です。 このようなゾーンはリソスフェアの熱異常によって特徴づけられ、地表に到達する熱流は「通常」よりも数倍、さらには桁違いに強力になる可能性があります。 火山の噴火と温泉は、これらのゾーンの地表に膨大な量の熱をもたらします。
これらは地熱エネルギーの開発に最も適した地域です。 ロシアの領土では、まず第一に、これはカムチャツカです、 千島列島そしてコーカサス。
同時に、深さとともに温度が上昇するのは普遍的な現象であり、鉱物原料が深層から抽出されるのと同じように、深層から熱を「抽出」することが課題であるため、地熱エネルギーの開発はほぼどこでも可能です。
平均して、温度は深さとともに 100 m ごとに 2.5 ～ 3 ℃上昇し、異なる深さにある 2 点間の温度差と、それらの間の深さの差の比を地熱勾配と呼びます。
その逆数値は地熱ステップ、つまり温度が 1℃上昇する深さの間隔です。
勾配が高ければ高いほど、そしてそれに応じてステージが低いほど、地球深部の熱が地表に近くなり、この地域は地熱エネルギーの開発にとってより有望です。
地質構造やその他の地域的条件に応じて、さまざまな地域で 現地の状況、深さによる温度上昇率は急激に変化する可能性があります。 地球規模では、地熱勾配と地熱ステップの大きさの変動は 25 倍に達します。 たとえば、オレゴン州 (米国) では、勾配は 1 km あたり 150 ℃ です。 南アフリカ 1kmあたり-6℃。
問題は、気温は何度かということです 深いところ- 5、10 km、それともそれ以上ですか? この傾向が続く場合、深さ 10 km の温度は平均約 250 ～ 300 ℃になるはずです。これは、超深井戸での直接観察によって多かれ少なかれ確認されていますが、状況は温度の直線的な増加よりもはるかに複雑です。 。
たとえば、バルト海で掘削されたコラ超深井戸では、 クリスタルシールド深さ3kmまでの温度は1kmあたり10℃の割合で変化し、地熱勾配は2～2.5倍になります。 深さ7kmではすでに120℃、10kmでは180℃、12kmでは220℃の気温が記録されています。
もう1つの例は、北カスピ海地域で掘削された井戸で、深さ500メートルで42℃、1.5kmで70℃、2kmで80℃、3kmで108℃の温度が記録されました。 。
地熱勾配は深さ20～30kmから減少し始めると考えられています。地球の中心部の推定温度は、深さ100kmでは約1300～1500℃、深さ400km～1600℃です。 (深さ6000 km以上) - 4000-5000 o 付き。
深さ 10 ～ 12 km までの温度は、掘削された井戸を通じて測定されます。 それらが存在しない場合は、より深いところと同じように間接的な兆候によって決定されます。 このような間接的な兆候は、地震波の通過の性質や噴出する溶岩の温度である可能性があります。
しかし、地熱エネルギーの目的では、深さ 10 km を超える温度のデータはまだ実用的ではありません。
数キロメートルの深さでは熱がたくさんありますが、どうやって上げるのでしょうか？ 場合によっては、自然そのものが、天然の冷却剤、つまり地表に出てくるか、私たちの手の届く深さにある加熱された温泉水の助けを借りて、この問題を解決してくれることがあります。 場合によっては、深層の水が加熱されて蒸気の状態になることもあります。
「温泉」の概念には厳密な定義はありません。 一般に、それらは液体状態または蒸気の形の熱い地下水を意味します。これには、20℃を超える温度、つまり一般に気温よりも高い温度で地表に来るものも含まれます。 。
暖かい 地下水、蒸気、蒸気と水の混合物 - これは熱水エネルギーです。 したがって、その利用に基づくエネルギーは熱水と呼ばれます。
乾燥した岩石から直接熱を取り出す石油熱エネルギーでは、特に十分な量があるため、状況はさらに複雑になります。 高温、原則として、数キロメートルの深さから始まります。
ロシア領土では、石油熱エネルギーの可能性は水熱エネルギーの100倍、それぞれ3,500トンと35兆トンです。 標準燃料。 これはごく自然なことです。地球の深部の暖かさはどこにでもあり、温泉は局地的に見つかります。 しかし、明らかな技術的問題により、現在、温泉水は主に熱と電気の生成に使用されています。
20～30℃から100℃の温度の水は、150℃以上の温度で暖房に適しており、地熱発電所での発電にも適しています。
一般に、ロシアの地熱資源は、同等の燃料トンまたはその他のエネルギー測定単位で表すと、化石燃料埋蔵量の約 10 倍です。
理論的には、この国のエネルギー需要を完全に満たせるのは地熱エネルギーだけです。 ほぼオン この瞬間その領土のほとんどでは、これは技術的および経済的な理由から実現不可能です。
世界で地熱エネルギーの利用といえば、大西洋中央海嶺の北端に位置し、非常に活動的な地殻変動帯と火山地帯にあるアイスランドを思い浮かべる方が多いでしょう。 2010 年にエイヤフィヤトラヨークトル火山が大噴火したことは誰もが覚えているでしょう。
この地質学的特殊性のおかげで、アイスランドには、地表に湧き出たり、間欠泉の形で湧き出たりする温泉を含む、膨大な地熱エネルギーが埋蔵されています。
アイスランドでは現在、消費されるエネルギーの 60% 以上が地球から来ています。 地熱源は暖房の 90%、発電の 30% を供給します。 国の残りの電力は水力発電所で生産されており、これも再生可能エネルギー源を使用していることを付け加えておきます。そのため、アイスランドは一種の世界的な環境基準のように見えます。
20 世紀における地熱エネルギーの栽培化は、アイスランドの発展に大きく貢献しました。 経済的に。 前世紀半ばまでは非常に貧しい国でしたが、現在では一人当たりの地熱エネルギーの設備容量と生産量で世界第1位にランクされ、地熱発電所の絶対設備容量ではトップ10に入っています。 。 しかし、その人口はわずか 30 万人であり、そのため環境に優しいエネルギー源への切り替えが容易になります。その必要性は一般に小さいのです。
アイスランドに加えて、ニュージーランドと東南アジアの島嶼国（フィリピンとインドネシア）でも、発電量全体に占める地熱エネルギーの高い割合が供給されています。 中米東アフリカもまた、その領土は高い地震と地震によって特徴付けられます。 火山活動。 これらの国々にとって、現在の開発レベルとニーズでは、地熱エネルギーは社会経済の発展に大きく貢献しています。
（エンディングはこの後に続きます。）
地球の地殻は、私たちの生活や地球の研究にとって非常に重要です。
この概念は、地球の内部および表面で発生するプロセスを特徴付ける他の概念と密接に関連しています。
地球の地殻は何で、どこにあるのでしょうか?
地球には、地殻、対流圏、成層圏を含む完全かつ連続した殻があります。 底大気圏、水圏、生物圏、人類圏。
それらは密接に相互作用し、互いに浸透し、エネルギーと物質を絶えず交換します。 地球の地殻は通常、リソスフェアの外側部分、つまり惑星の固体の殻と呼ばれます。 その外側の大部分は水圏で覆われています。 残りの小さな部分は大気の影響を受けます。
地球の地殻の下には、より高密度で耐火性の高いマントルがあります。 両者はクロアチアの科学者モホロビッチにちなんで名付けられた従来の国境によって隔てられている。 その特徴は、地震振動の速度が急激に増加することです。
地球の地殻を知るために、さまざまな 科学的方法。 ただし、特定の情報を取得するには、深く掘削する必要があります。
このような研究の目的の 1 つは、大陸地殻の上部と下部の間の境界の性質を確立することでした。 高融点金属で作られた自己発熱カプセルを使用して上部マントルを貫通する可能性が議論されました。
地殻の構造
大陸の下には堆積物、花崗岩、玄武岩の層があり、その厚さの合計は最大80 kmです。 岩石は堆積岩と呼ばれ、陸地や水中の物質が堆積して形成されます。 それらは主にレイヤーに配置されています。
堆積層は、についてより深く学ぶのに役立ちます。 自然条件太古の昔に地球上に存在したもの。 この層は異なる厚さを持つことができます。 場所によってはまったく存在しないこともありますが、他の主に大きな窪地では20〜25 kmになる場合があります。
地殻の温度
地球の住民にとって重要なエネルギー源は地殻の熱です。 奥に進むと温度が上がります。 地表に最も近い 30 メートルの層は太陽層と呼ばれ、太陽の熱に関係しており、季節によって変動します。
次の薄い層では、増加します。 大陸性気候、温度は一定であり、特定の測定場所の指標に対応します。 地殻の地熱層では、温度は地球の内部熱に関係しており、深くなるほど上昇します。 それは場所によって異なり、要素の構成、深さ、その場所の条件によって異なります。
100メートル深くなるごとに気温は平均して3度上昇すると考えられています。 大陸部分とは異なり、海洋下の温度はより速く上昇しています。 リソスフェアの後にはプラスチック製の高温シェルがあり、その温度は1200度です。 それはアセノスフェアと呼ばれます。 溶けたマグマが溜まっている場所もあります。
アセノスフェアは地殻に浸透し、溶けたマグマを注ぎ出し、火山現象を引き起こす可能性があります。
地殻の特徴
地球の地殻の質量は、地球の総質量の 0.5 パーセント未満です。 物質の移動が起こる硯石層の外殻です。 この層は地球の半分の密度を持っています。 その厚さは50〜200kmの間で変化します。
地球の地殻の独特な点は、大陸型と海洋型の両方があることです。 大陸地殻は 3 層からなり、その最上部は堆積岩で形成されています。 海洋地殻比較的若く、厚さはわずかに異なります。 海嶺のマントル物質によって形成されます。
地殻の特徴写真
海洋下の地殻層の厚さは5〜10kmです。 その特徴は、一定の水平方向の振動と振動です。 地殻の大部分は玄武岩です。
地球の地殻の外側の部分は、惑星の固体の殻です。 その構造は、可動領域と比較的安定したプラットフォームの存在によって区別されます。 リソスフェアプレートは互いに相対的に移動します。 これらのプレートの移動は、地震やその他の災害を引き起こす可能性があります。 このような動きのパターンは地殻科学によって研究されています。
地殻の機能
地殻の主な機能は次のとおりです。
- リソース;
- 地球物理学;
- 地球化学的。
それらの最初のものは存在を示します 資源の可能性地球。 それは主にリソスフェアにある鉱物埋蔵量のコレクションです。 その上、 リソース関数人間や他の生物の生命を支える多くの環境要因が含まれています。 それらの 1 つは、硬い表面の欠陥が形成される傾向があることです。
そんなことはできません。 地球の写真を保存しましょう
熱、騒音、放射線の影響により、地球物理学的機能が実現されます。 たとえば、自然バックグラウンド放射線の問題が生じますが、これは地表では一般に安全です。 ただし、ブラジルやインドなどの国では、許容値の数百倍になる可能性があります。 その発生源はラドンとその崩壊生成物、そしてある種の人間の活動であると考えられています。
地球化学的機能は、人間や動物界の他の代表者にとって有害な化学汚染の問題と関連しています。 有毒、発がん性、突然変異誘発性の特性を持つさまざまな物質がリソスフェアに入ります。
彼らは地球の腸内にいるときは安全です。 そこから抽出される亜鉛、鉛、水銀、カドミウム、その他の重金属は、大きな危険をもたらす可能性があります。 それらは加工された固体、液体、気体の形で環境に入ります。
地球の地殻は何でできていますか?
マントルや核と比較すると、地球の地殻はもろく、硬く、薄い層です。 約90種類の天然元素を含む比較的軽い物質で構成されています。 それらは岩石圏のさまざまな場所で、さまざまな濃度で発見されています。
主なものは、酸素、ケイ素、アルミニウム、鉄、カリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウムです。 地球の地殻の98パーセントはそれらで構成されています。 このうち約半分は酸素、4分の1以上はケイ素です。 それらの組み合わせにより、ダイヤモンド、石膏、石英などの鉱物が形成され、複数の鉱物が集まって岩石を形成することもあります。
- コラ半島の超深井戸により、深さ 12 キロメートルの鉱物サンプルを入手することができ、花崗岩や頁岩に近い岩石が発見されました。
- 地殻の最大の厚さ（約70km）が明らかになったのは、 山岳系。 平地では30〜40kmですが、海面ではわずか5〜10kmです。
- 地殻の多くは、主に花崗岩と頁岩からなる古代の低密度の上層を形成しています。
- 地球の地殻の構造は、月やその衛星を含む多くの惑星の地殻に似ています。
上部の固体地球圏は地殻と呼ばれます。 この概念は、ユーゴスラビアの地球物理学者 A. モホロヴィチッチの名前に関連付けられており、彼は地球の上層では地震波がより深いところよりもゆっくりと伝播することを確立しました。 その後、この上部低速層は地殻と呼ばれ、地殻とマントルを隔てる境界はモホロヴィチッチ境界、または略してモクと呼ばれるようになりました。 地殻の厚さは変化します。 海洋の水面下では10〜12 kmを超えず、大陸では40〜60 km（地球の半径の1％以下）であり、山岳地帯では75 kmに増加することはめったにありません。 地殻の平均厚さは33km、平均質量は3×10×25gと考えられます。
深さ 16 km までの地質学的および地球化学的データに基づくと、平均 化学組成地球の地殻の岩石。 個々の元素の平均含有量の値は、1889 年に最初に計算したアメリカの科学者 F. クラークの名前にちなんでクラークスと呼ばれます。 これらのデータは常に更新されており、現在は次のようになります。酸素 - 47%、ケイ素 - 27.5、アルミニウム - 8.6、鉄 - 5、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム - 10.5、チタンを含む他のすべての元素は約 1.5% を占めます。 0.6%、炭素 - 0.1、銅 - 0.01、鉛 - 0.0016、金 - 0.0000005%。 最初の 8 つの元素が地殻のほぼ 99% を構成し、D.I. テーブルの残り (100 以上!) の元素に該当するのはわずか 1% であることは明らかです。 メンデレーエフ。
地球のより深いゾーンの構成は依然として議論の余地がある。 地殻を構成する岩石の密度は深さが増すにつれて増加します。 地殻の上部地平線の岩石の平均密度は2.6〜2.7 g/cm 3 で、その表面の重力加速度は982 cm/s 2 です。 重力による密度と加速度の分布がわかれば、地球の半径上の任意の点の圧力を計算することができます。 深さ50km、つまり 地殻のほぼ基底部では、圧力は 13,000 気圧です。
地殻内の温度体制は非常に特殊です。 太陽の熱エネルギーは、深さのある深さまで浸透します。 日ごとの温度変動は深さ数cmから1～2mまで観察されます。 温帯緯度深さは 20 ～ 30 m に達します。これらの深さには、一定の温度を持つ岩石の層、つまり等温地平線があります。極地および赤道の緯度では、変動の振幅が大きくなります。 年間気温が小さい場合、等温地平線は地表近くにあります。 一年の季節によって温度が変化する地殻の上層は、活動層と呼ばれます。 たとえばモスクワでは、活性層の深さは20メートルに達します。
等温地平線の下では、温度が上昇します。 等温地平線よりも深くなるにつれて温度が上昇するのは、地球の内部熱によるものです。 地殻に33m埋めると平均して1℃の温度上昇が起こり、この値を地熱ステップといいます。 地熱ステップの逆数は地熱勾配と呼ばれます。 勾配は、深さ 100 m ごとに温度が上昇する度数です。 地熱の段階は地球のさまざまな地域で異なります。火山活動地帯では約5メートル、穏やかな台地地域では100メートルまで増加する可能性があると考えられています。
マントルの上部固体層とともに、地球の地殻はリソスフェアの概念によって統一されていますが、地殻と上部マントルの全体は通常地殻圏と呼ばれます。
地球内部の温度は、ほとんどの場合、かなり主観的な指標です。正確な温度は、アクセス可能な場所、たとえば屋外でのみ得られるためです。 コラ井戸（深さ12km）。 しかし、この場所は地殻の外側部分に属します。
地球のさまざまな深さの温度
科学者たちが発見したように、地球の深さ100メートルごとに気温は3度上昇します。 この数値はすべての大陸と地域で一定です グローブ。 この温度上昇は地殻の上部、最初の約 20 キロメートルで発生し、その後温度上昇は鈍化します。
最大の上昇は米国で記録され、地中深部1,000メートルで気温が150度上昇した。 最も遅い成長が記録されたのは南アフリカで、気温計は摂氏6度しか上昇しなかった。
深さ約35〜40キロメートルでは、温度は約1400度で変動します。 深さ25～3000kmのマントルと外核の境界は2000～3000度まで高温になります。 内核は4000度まで加熱されます。 複雑な実験の結果得られた最新の情報によると、地球の中心部の温度は約6000度です。 太陽はその表面で同じ温度を誇ることができます。
地球深部の最低温度と最高温度
地球内部の最低温度と最高温度を計算するとき、恒温帯からのデータは考慮されません。 このゾーンでは、気温は年間を通じて一定です。 このベルトは深さ 5 メートル (熱帯)、最大 30 メートル (高緯度) にあります。
最高温度深さ約 6000 メートルで測定および記録され、その温度は摂氏 274 度に達しました。 地球内部の最低気温は主に地球の北部地域で記録されており、そこでは深さ100メートル以上でも温度計は氷点下を示します。
熱はどこから来て、地球の内部にどのように分布するのでしょうか?
地球内部の熱はいくつかの発生源から来ます。
1) 放射性元素の崩壊;
2) 地球の核で加熱された物質の重力微分;
3) 潮汐摩擦（月の地球への影響、月の減速を伴う）.
これらは地球の腸内での熱の発生に関するいくつかの選択肢ですが、問題は 完全なリストそして、すでに存在するものの正しさはまだ明らかではありません。
地球の内部から発せられる熱流は、構造ゾーンによって異なります。 したがって、海がある場所、山がある場所、平野がある場所では、熱の分布はまったく異なる指標を示します。
マントルや核と比較すると、地球の地殻は非常に薄く、硬くて脆い層です。 それはより軽い物質で構成されており、約90の天然成分が含まれています。 化学元素。 これらの元素は地殻に均等に存在しているわけではありません。 酸素、アルミニウム、鉄、カルシウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウムの 7 つの元素が地殻の質量の 98% を占めます (図 5 を参照)。
化学元素の特殊な組み合わせにより、さまざまな物質が形成されます。 岩そしてミネラル。 その中で最古のものは少なくとも45億年前のものです。
米。 4. 地殻の構造
米。 5. 地殻の構成
ミネラルリソスフェアの深部と表面の両方で形成される、その組成と特性において比較的均質な自然物体です。 鉱物の例としては、ダイヤモンド、石英、石膏、タルクなどが挙げられます。 物理的特性さまざまな鉱物については付録 2 を参照してください。) 地球の鉱物の組成を図に示します。 6.
米。 6. 地球の一般的な鉱物組成
岩ミネラルから構成されています。 それらは 1 つまたは複数の鉱物で構成されます。
堆積岩 -粘土、石灰岩、チョーク、砂岩など - 物質の沈降によって形成されます。 水環境そして陸上でも。 それらは層になって横たわっています。 地質学者はそれらを地球の歴史のページと呼んでいます。太古の地球上に存在した自然条件について学ぶことができるからです。
堆積岩の中では、有機岩と無機岩（砕屑岩と化学岩石）が区別されます。
有機質岩石は動物や植物の死骸が堆積して形成されます。
砕屑岩風化、以前に形成された岩石の破壊生成物の水、氷、または風による破壊の結果として形成されます（表1）。
表 1. 破片のサイズに応じた砕屑岩