Вътрешната структура на земята. земната кора
Континентите по едно време са се образували от масиви от земната кора, която в една или друга степен се издава над нивото на водата под формата на земя. Тези блокове от земната кора са се разделяли, движели и смачквали части от тях повече от един милион години, за да се появят във формата, която познаваме сега.
Днес ще разгледаме най-голямата и най-малката дебелина на земната кора и характеристиките на нейната структура.
Малко за нашата планета
В началото на формирането на нашата планета тук бяха активни множество вулкани, имаше постоянни сблъсъци с комети. Едва след като бомбардировката спря, горещата повърхност на планетата замръзна.
Тоест учените са сигурни, че първоначално нашата планета е била безплодна пустиня без вода и растителност. Откъде идва толкова вода все още е загадка. Но не толкова отдавна бяха открити големи запаси от вода под земята, може би именно те станаха основата на нашите океани.
Уви, всички хипотези за произхода на нашата планета и нейния състав са повече предположения, отколкото факти. Според твърденията на А. Вегенер първоначално Земята е била покрита с тънък слой гранит, който в палеозойската ера се е превърнал в континенталната част на Пангея. В мезозойската ера Пангея започва да се разделя на части, формираните континенти постепенно се отдалечават един от друг. Тихият океан, твърди Вегенер, е остатъкът от първичния океан, докато Атлантическият и Индийският се считат за вторични.
земната кора
Съставът на земната кора е почти същият като този на нашите планети. слънчева система- Венера, Марс и т.н. В края на краищата едни и същи вещества са послужили като основа за всички планети на Слънчевата система. И наскоро учените са сигурни, че сблъсъкът на Земята с друга планета, наречена Тея, е причинил сливането на две небесни тела и Луната се е образувала от счупения фрагмент. Това обяснява какво минерален съставЛуната е подобна на състава на нашата планета. По-долу ще разгледаме структурата на земната кора - карта на нейните слоеве на сушата и в океана.
Кората съставлява само 1% от масата на Земята. Състои се основно от силиций, желязо, алуминий, кислород, водород, магнезий, калций и натрий и 78 други елемента. Предполага се, че в сравнение с мантията и ядрото, земната кора е тънка и крехка обвивка, състояща се предимно от леки вещества. Тежките вещества, според геолозите, се спускат към центъра на планетата, а най-тежките са концентрирани в ядрото.
Структурата на земната кора и картата на нейните слоеве са показани на фигурата по-долу.
континентална кора
Земната кора има 3 слоя, всеки от които покрива предишния с неравномерни слоеве. По-голямата част от повърхността му е континентална и океанска равнина. Континентите също са заобиколени от шелф, който след стръмен завой преминава в континенталния склон (областта на подводния ръб на континента).
Континенталната земна кора е разделена на слоеве:
1. Седиментен.
2. Гранит.
3. Базалт.
Седиментният слой е покрит със седиментни, метаморфни и магмени скали. Дебелината на континенталната кора е най-малък процент.
Видове континентална кора
Седиментните скали са натрупвания, които включват глина, карбонат, вулканогенни скали и други твърди вещества. Това е вид утайка, която се е образувала в резултат на определени природни условиякоито преди са съществували на земята. Тя позволява на изследователите да направят изводи за историята на нашата планета.
Гранитният слой се състои от магмени и метаморфни скали, подобни на гранита по своите свойства. Тоест не само гранитът съставлява втория слой на земната кора, но тези вещества са много сходни по състав с него и имат приблизително еднаква здравина. Скоростта на нейните надлъжни вълни достига 5,5-6,5 km/s. Състои се от гранити, шисти, гнайси и др.
Базалтовият слой е изграден от вещества, подобни по състав на базалтите. Той е по-плътен в сравнение с гранитния слой. Вискозна мантия от твърди частици тече под базалтовия слой. Условно мантията е отделена от кората чрез така наречената граница на Мохоровичич, която всъщност разделя слоеве с различен химичен състав. Характеризира се с рязко увеличаване на скоростта на сеизмичните вълни.
Тоест относително тънък слой от земната кора е крехка бариера, която ни отделя от нажежената мантия. Дебелината на самата мантия е средно 3000 km. Заедно с мантията се движат и тектонските плочи, които като част от литосферата са участък от земната кора.
По-долу разглеждаме дебелината на континенталната кора. До 35 км е.
Дебелината на континенталната кора
Дебелината на земната кора варира от 30 до 70 km. И ако под равнините неговият слой е само 30-40 км, то под планинските системи той достига 70 км. Под Хималаите дебелината на слоя достига 75 км.
Дебелината на континенталната кора е от 5 до 80 км и пряко зависи от нейната възраст. Така студените древни платформи (източноевропейска, сибирска, западносибирска) имат доста голяма дебелина - 40-45 km.
Освен това всеки от слоевете има своя собствена дебелина и дебелина, които могат да варират в различните части на континента.
Дебелината на континенталната кора е:
1. Седиментен слой - 10-15 км.
2. Гранитен пласт - 5-15 км.
3. Базалтов слой - 10-35 км.
Температура на земната кора
Температурата се повишава, докато навлизате по-дълбоко в него. Смята се, че температурата на ядрото е до 5000 C, но тези цифри остават условни, тъй като неговият вид и състав все още не са ясни на учените. Докато навлизате по-дълбоко в земната кора, нейната температура се повишава на всеки 100 m, но цифрите й варират в зависимост от състава на елементите и дълбочината. Океанската кора има по-висока температура.
океанска кора
Първоначално, според учените, Земята е била покрита именно с океански слой кора, който е малко по-различен по дебелина и състав от континенталния слой. вероятно е възникнал от горния диференциран слой на мантията, тоест е много близък до него по състав. Дебелината на земната кора от океански тип е 5 пъти по-малка от дебелината на континенталния тип. В същото време неговият състав в дълбоки и плитки зони на моретата и океаните се различава незначително един от друг.
Слоеве на континенталната кора
Дебелината на океанската кора е:
1. Слой океанска вода, чиято дебелина е 4 км.
2. Слой от рохкави седименти. Дебелината е 0,7 km.
3. Слой, съставен от базалти с карбонатни и силикатни скали. Средната мощност е 1,7 км. Не се откроява рязко и се характеризира с уплътняване на седиментния слой. Тази версия на неговата структура се нарича субокеанска.
4. Базалтов слой, не се различава от континенталната кора. Дебелината на океанската кора в този слой е 4,2 km.
Базалтовият слой на океанската кора в зоните на субдукция (зона, в която един слой на кората поглъща друг) се превръща в еклогити. Тяхната плътност е толкова висока, че те потъват дълбоко в земната кора на дълбочина над 600 km, а след това потъват в долната мантия.
Като се има предвид, че най-малката дебелина на земната кора се наблюдава под океаните и е само 5-10 км, учените отдавна подхранват идеята да започнат пробиване на кората на дълбочината на океаните, което би позволило да се изследват в повече детайл вътрешна структураЗемята. Слоят на океанската кора обаче е много силен и изследванията на дълбочината на океана правят тази задача още по-трудна.
Заключение
Земната кора е може би единственият слой, който е подробно проучен от човечеството. Но какво има под него все още тревожи геолозите. Човек може само да се надява, че един ден неизследваните дълбини на нашата Земя ще бъдат изследвани.
В нашата страна, богата на въглеводороди, геотермалната енергия е вид екзотичен ресурс, който при сегашното състояние на нещата едва ли може да се конкурира с нефта и газа. Въпреки това, тази алтернативна форма на енергия може да се използва почти навсякъде и доста ефективно.
Геотермалната енергия е топлината на земните недра. Произвежда се в дълбините и излиза на повърхността на Земята през различни формии с различен интензитет.
Температурата на горните слоеве на почвата зависи главно от външни (екзогенни) фактори - слънчева светлина и температура на въздуха. През лятото и през деня почвата се затопля до определени дълбочини, а през зимата и през нощта се охлажда след промяната на температурата на въздуха и с известно закъснение, увеличавайки се с дълбочината. Влиянието на дневните колебания на температурата на въздуха завършва на дълбочини от няколко до няколко десетки сантиметра. Сезонните колебания улавят по-дълбоки слоеве на почвата - до десетки метри.
На определена дълбочина - от десетки до стотици метри - температурата на почвата се поддържа постоянна, равна на средната годишна температура на въздуха в близост до земната повърхност. Това е лесно да се провери, като слезете в доста дълбока пещера.
Когато средната годишна температура на въздуха в даден район е под нулата, това се проявява като вечна замръзналост (по-точно пермафрост). В Източен Сибир дебелината, т.е. дебелината на целогодишно замръзналите почви достига на места 200–300 m.
От определена дълбочина (своя за всяка точка на картата) влиянието на Слънцето и атмосферата отслабва толкова много, че ендогенните (вътрешни) фактори излизат на първо място и вътрешността на земята се нагрява отвътре, така че температурата започва да издигам се с дълбочина.
Нагряването на дълбоките слоеве на Земята се свързва главно с разпадането на разположените там радиоактивни елементи, въпреки че се споменават и други източници на топлина, например физикохимични, тектонични процеси в дълбоките слоеве на земната кора и мантията. Но каквато и да е причината, температурата на скалите и свързаните с тях течни и газообразни вещества се повишава с дълбочината. Миньорите се сблъскват с този феномен - в дълбоките мини винаги е горещо. На дълбочина 1 км, тридесет градусова топлина - нормално явление, а температурата е още по-висока по-дълбоко.
Топлинният поток на земните недра, достигащ повърхността на Земята, е малък - средно неговата мощност е 0,03–0,05 W / m 2, или приблизително 350 W h / m 2 годишно. На фона на топлинния поток от Слънцето и нагрятия от него въздух това е незабележима стойност: Слънцето дава на всеки квадратен метър земната повърхностоколо 4000 kWh годишно, тоест 10 000 пъти повече (разбира се, това е средна стойност, с огромен размах между полярните и екваториалните ширини и в зависимост от други климатични и метеорологични фактори).
Незначителността на топлинния поток от дълбините към повърхността в по-голямата част от планетата се свързва с ниската топлопроводимост на скалите и особеностите геоложки строеж. Но има изключения - места, където топлинният поток е висок. Това са преди всичко зони на тектонични разломи, повишена сеизмична активност и вулканизъм, където енергията на земните недра намира изход. Такива зони се характеризират с термични аномалии на литосферата, тук топлинният поток, достигащ земната повърхност, може да бъде много пъти и дори порядъци по-мощен от "обикновения". Огромно количество топлина се извежда на повърхността в тези зони от вулканични изригвания и горещи водни извори.
Именно тези райони са най-благоприятни за развитие на геотермална енергия. На територията на Русия това са преди всичко Камчатка, Курилските острови и Кавказ.
В същото време развитието на геотермална енергия е възможно почти навсякъде, тъй като повишаването на температурата с дълбочина е повсеместно явление и задачата е да се „извлече“ топлина от недрата, точно както минералните суровини се извличат оттам.
Средно температурата се повишава с дълбочина с 2,5–3°C на всеки 100 м. Съотношението на температурната разлика между две точки, разположени на различни дълбочини, към разликата в дълбочината между тях се нарича геотермален градиент.
Реципрочната е геотермалната стъпка или интервалът на дълбочина, при който температурата се повишава с 1°C.
Колкото по-висок е градиентът и съответно колкото по-ниска е стъпката, толкова по-близо до повърхността се приближава топлината на земните дълбини и толкова по-обещаваща е тази област за развитие на геотермална енергия.
В различните области, в зависимост от геоложката структура и други регионални и местни условия, скоростта на повишаване на температурата с дълбочина може да варира драстично. В мащаба на Земята колебанията в стойностите на геотермалните градиенти и стъпки достигат 25 пъти. Например в щата Орегон (САЩ) градиентът е 150°C на 1 km, а в Южна Африка е 6°C на 1 km.
Въпросът е каква е температурата на голяма дълбочина - 5, 10 км или повече? Ако тенденцията се запази, температурите на дълбочина от 10 km трябва да бъдат средно около 250–300°C. Това повече или по-малко се потвърждава от директни наблюдения в свръхдълбоки кладенци, въпреки че картината е много по-сложна от линейното повишаване на температурата.
Например в Кола свръхдълбок кладенец, пробити в Балтийския кристален щит, температурата се променя със скорост 10°C/1 km до дълбочина 3 km, а след това геотермалния градиент става 2–2,5 пъти по-голям. На дълбочина 7 км вече е регистрирана температура от 120°C, на 10 km - 180°C, а на 12 km - 220°C.
Друг пример е кладенец, заложен в Северен Каспий, където на дълбочина 500 m е регистрирана температура от 42°C, на 1,5 km - 70°C, на 2 km - 80°C, на 3 km - 108°C.
Предполага се, че геотермалния градиент намалява, започвайки от дълбочина 20–30 km: на дълбочина 100 km очакваните температури са около 1300–1500°C, на дълбочина 400 km - 1600°C, в земната ядро (дълбочини над 6000 km) - 4000–5000 ° C.
На дълбочини до 10–12 km температурата се измерва чрез сондажи; там, където ги няма, се определя по косвени признаци по същия начин, както при по-големи дълбочини. Такива косвени признациможе да бъде естеството на преминаването на сеизмичните вълни или температурата на изригващата лава.
За целите на геотермалната енергия обаче данните за температурите на дълбочини над 10 km все още не представляват практически интерес.
На дълбочини от няколко километра има много топлина, но как да я вдигнем? Понякога самата природа решава този проблем за нас с помощта на естествен охладител - загрята термална вода, която излиза на повърхността или лежи на достъпна за нас дълбочина. В някои случаи водата в дълбините се нагрява до състояние на пара.
Няма строга дефиниция на понятието "термални води". Като правило те означават горещи подземни води в течно състояние или под формата на пара, включително тези, които излизат на повърхността на Земята с температура над 20 ° C, т.е. като правило по-висока от температурата на въздуха.
Топлината на подпочвените води, парата, пароводните смеси е хидротермална енергия. Съответно енергията, базирана на нейното използване, се нарича хидротермална.
Ситуацията е по-сложна с производството на топлина директно от сухи скали - петротермална енергия, особено след като достатъчно високите температури, като правило, започват от дълбочини от няколко километра.
На територията на Русия потенциалът на нефтотермалната енергия е сто пъти по-висок от този на хидротермалната енергия - съответно 3500 и 35 трилиона тона условно гориво. Това е съвсем естествено - топлината на земните дълбини е навсякъде, а термалните води се намират на местно ниво. Въпреки това, поради очевидни технически трудности, повечето от термалните води в момента се използват за производство на топлина и електричество.
Температури на водата от 20-30 до 100°C са подходящи за отопление, температури от 150°C и повече – и за производство на електроенергия в геотермални електроцентрали.
Като цяло геотермалните ресурси на територията на Русия, изразени в тонове стандартно гориво или всяка друга единица за измерване на енергия, са около 10 пъти по-високи от запасите от изкопаеми горива.
Теоретично само геотермалната енергия би могла напълно да задоволи енергийните нужди на страната. На практика в момента на по-голямата част от нейната територия това не е осъществимо по технически и икономически причини.
В света използването на геотермална енергия най-често се свързва с Исландия – страна, разположена в северния край на Средноатлантическия хребет, в изключително активна тектонична и вулканична зона. Вероятно всеки си спомня мощното изригване на вулкана Eyyafyatlayokudl ( Ейяфятлайокутл) през 2010 г.
Именно благодарение на тази геоложка специфика Исландия има огромни запаси от геотермална енергия, включително горещи извори, които излизат на повърхността на Земята и дори бликат под формата на гейзери.
В Исландия повече от 60% от цялата консумирана енергия в момента се взема от Земята. Включително благодарение на геотермалните източници се осигуряват 90% от отоплението и 30% от производството на електроенергия. Добавяме, че останалата част от електроенергията в страната се произвежда от водноелектрически централи, тоест също използвайки възобновяем източник на енергия, благодарение на което Исландия изглежда като един вид световен екологичен стандарт.
„Укротяването“ на геотермалната енергия през 20 век помогна на Исландия значително икономически. До средата на миналия век тя беше много бедна страна, сега е на първо място в света по инсталиран капацитет и производство на геотермална енергия на глава от населението и е в челната десетка по абсолютна стойностинсталирана мощност на геотермални електроцентрали. Въпреки това населението му е само 300 хиляди души, което опростява задачата за преминаване към екологични източници на енергия: необходимостта от това обикновено е малка.
В допълнение към Исландия, висок дял на геотермална енергия в общия баланс на производството на електроенергия се осигурява в Нова Зеландия и островните държави от Югоизточна Азия (Филипините и Индонезия), страните от Централна Америка и Източна Африка, чиято територия също се характеризира поради висока сеизмична и вулканична активност. За тези страни, при сегашното им ниво на развитие и нужди, геотермалната енергия има значителен принос за социално-икономическото развитие.
Използването на геотермална енергия има много дълга история. Един от първите известни примери- Италия, място в провинция Тоскана, сега наречено Лардерело, къде другаде началото на XIXвекове местните топли термални води, течащи естествено или извлечени от плитки кладенци, са били използвани за енергийни цели.
Тук е използвана вода от подземни източници, богата на бор борна киселина. Първоначално тази киселина се е получавала чрез изпаряване в железни котли, а обикновените дърва за огрев са били взети като гориво от близките гори, но през 1827 г. Франческо Лардерел създава система, която работи върху топлината на самите води. В същото време енергията на естествената водна пара започва да се използва за работата на сондажни платформи, а в началото на 20 век за отопление на местни къщи и оранжерии. На същото място, в Лардерело, през 1904 г. термалната водна пара се превръща в източник на енергия за производство на електричество.
Примерът на Италия в края на 19 и началото на 20 век е последван от някои други страни. Например през 1892 г. термалните води за първи път са използвани за локално отопление в САЩ (Бойсе, Айдахо), през 1919 г. - в Япония, през 1928 г. - в Исландия.
В Съединените щати първата хидротермална централа се появява в Калифорния в началото на 30-те години на миналия век, в Нова Зеландия - през 1958 г., в Мексико - през 1959 г., в Русия (първата в света бинарна GeoPP) - през 1965 г.
Стар принцип на нов източник
Производството на електроенергия изисква по-висока температура на източника на вода в сравнение с отоплението, над 150°C. Принципът на работа на геотермалната електроцентрала (ГеоЕС) е подобен на принципа на работа на конвенционалната топлоелектрическа централа (ТЕЦ). Всъщност геотермалната електроцентрала е вид топлоелектрическа централа.
В топлоелектрическите централи, като правило, въглища, газ или мазут действат като основен източник на енергия, а водната пара служи като работна течност. Горивото, изгаряйки, загрява водата до състояние на пара, която върти парната турбина и генерира електричество.
Разликата между GeoPP е, че основният източник на енергия тук е топлината на земните недра, а работният флуид под формата на пара влиза в турбинните лопатки на електрическия генератор в "готов" вид директно от производствения кладенец.
Има три основни схеми на работа на GeoPP: директна, използваща суха (геотермална) пара; косвени, базирани на хидротермална вода, и смесени, или бинарни.
Използването на една или друга схема зависи от състоянието на агрегация и температурата на енергийния носител.
Най-простата и следователно първата от усвоените схеми е директната, при която парата, идваща от кладенеца, се пропуска директно през турбината. Първият в света GeoPP в Лардерело през 1904 г. също работи на суха пара.
GeoPPs с индиректна схема на работа са най-често срещаните в наше време. Те използват гореща подземна вода, която се изпомпва под високо налягане в изпарител, където част от нея се изпарява, а получената пара върти турбина. В някои случаи са необходими допълнителни устройства и вериги за пречистване на геотермална вода и пара от агресивни съединения.
Отработената пара влиза в инжекционния кладенец или се използва за отопление на помещения - в този случай принципът е същият като при работа на когенерация.
При бинарните GeoPP горещата термална вода взаимодейства с друга течност, която действа като работен флуид с по-ниска точка на кипене. И двете течности преминават през топлообменник, където термалната вода изпарява работната течност, чиито пари въртят турбината.
Тази система е затворена, което решава проблема с емисиите в атмосферата. В допълнение, работните течности с относително ниска точка на кипене позволяват използването на не много горещи термални води като основен източник на енергия.
И трите схеми използват хидротермален източник, но нефтотермалната енергия може да се използва и за генериране на електричество.
Схемата на веригата в този случай също е доста проста. Необходимо е да се пробият два взаимосвързани сондажа - нагнетателен и добивен. Водата се изпомпва в инжекционния кладенец. На дълбочина се нагрява, след което нагрята вода или пара, образувани в резултат на силно нагряване, се доставят на повърхността през производствен кладенец. Освен това всичко зависи от това как се използва нефтотермалната енергия - за отопление или за производство на електроенергия. Възможен е затворен цикъл с изпомпване на отработена пара и вода обратно в инжекционния кладенец или друг метод за изхвърляне.
Недостатъкът на такава система е очевиден: за да се получи достатъчно висока температура на работния флуид, е необходимо да се пробият кладенци на голяма дълбочина. А това е сериозен разход и риск от значителни загуби на топлина при движение на течността нагоре. Следователно петротермалните системи все още са по-рядко срещани от хидротермалните, въпреки че потенциалът на петротермалната енергия е с порядъци по-висок.
В момента лидер в създаването на така наречените петротермални циркулационни системи (PCS) е Австралия. В допълнение, тази посока на геотермална енергия се развива активно в САЩ, Швейцария, Великобритания и Япония.
Подарък от лорд Келвин
Изобретяването на термопомпата през 1852 г. от физика Уилям Томпсън (известен още като лорд Келвин) осигурява на човечеството реална възможностизползване на нискокачествена топлина на горните слоеве на почвата. Термопомпената система или топлинният умножител, както я нарича Томпсън, се основава на физическия процес на пренос на топлина от околната среда към хладилния агент. Всъщност той използва същия принцип като в петротермалните системи. Разликата е в източника на топлина, във връзка с което може да възникне терминологичен въпрос: до каква степен термопомпата може да се счита за геотермална система? Факт е, че в горните слоеве, до дълбочина от десетки или стотици метри, скалите и съдържащите се в тях течности се нагряват не от дълбоката топлина на земята, а от слънцето. По този начин слънцето в този случай е основният източник на топлина, въпреки че тя се взема, както в геотермалните системи, от земята.
Работата на термопомпата се основава на забавянето на нагряването и охлаждането на почвата спрямо атмосферата, в резултат на което се образува температурен градиент между повърхностните и по-дълбоките слоеве, които запазват топлината дори през зимата, подобно на как се случва в резервоари. Основната цел на термопомпите е отоплението на помещенията. Всъщност това е „хладилник наобратно“. Както термопомпата, така и хладилникът взаимодействат с три компонента: вътрешна среда (в първия случай - отопляема стая, във втория - охладена хладилна камера), външна среда - източник на енергия и хладилен агент (хладилен агент), който също е охлаждаща течност, която осигурява пренос на топлина или студ.
Вещество с ниска точка на кипене действа като хладилен агент, което му позволява да отнема топлина от източник, който има дори относително ниска температура.
В хладилника течният хладилен агент навлиза в изпарителя през дросел (регулатор на налягането), където поради рязко намаляване на налягането течността се изпарява. Изпарението е ендотермичен процес, изискващ топлината да бъде абсорбирана отвън. В резултат на това се отнема топлина от вътрешните стени на изпарителя, което осигурява охлаждащ ефект в камерата на хладилника. От изпарителя хладилният агент се засмуква в компресора, където се връща в течността агрегатно състояние. Това е обратният процес, водещ до отделяне на отнетата топлина във външната среда. Като правило се хвърля в стаята и задна стенахладилникът е сравнително топъл.
Термопомпата работи почти по същия начин, с тази разлика, че топлината се отнема от външната среда и през изпарителя влиза в вътрешна среда- система за отопление на помещенията.
В истинската термопомпа водата се нагрява, преминавайки през външен кръг, положен в земята или резервоар, след което влиза в изпарителя.
В изпарителя топлината се прехвърля към вътрешна верига, пълна с хладилен агент с ниска точка на кипене, който, преминавайки през изпарителя, преминава от течно състояние в газообразно състояние, отнемайки топлина.
След това газообразният хладилен агент влиза в компресора, където се компресира високо наляганеи температура, и влиза в кондензатора, където се извършва топлообмен между горещия газ и охлаждащата течност от отоплителната система.
Компресорът изисква електрическа енергия, за да работи, но коефициентът на трансформация (съотношението на консумираната и произведената енергия) в съвременните системи е достатъчно висок, за да гарантира тяхната ефективност.
В момента термопомпите се използват широко за отопление на помещения, главно в икономически развитите страни.
Еко-правилна енергия
Геотермалната енергия се счита за екологична, което като цяло е вярно. На първо място, той използва възобновяем и практически неизчерпаем ресурс. Геотермалната енергия не изисква големи площи, за разлика от големите водноелектрически централи или вятърни паркове, и не замърсява атмосферата, за разлика от въглеводородната енергия. Средно GeoPP заема 400 m 2 по отношение на 1 GW произведена електроенергия. Същата цифра за топлоелектрическа централа, работеща с въглища, например е 3600 m 2. Екологичните предимства на GeoPP включват и ниска консумация на вода - 20 литра прясна водана 1 kW, докато топлоелектрическите централи и атомните електроцентрали изискват около 1000 литра. Имайте предвид, че това са екологичните показатели на „средния“ GeoPP.
Но отрицателна странични ефективсе пак ги има. Сред тях най-често се разграничават шумът, топлинното замърсяване на атмосферата и химическото замърсяване на водата и почвата, както и образуването на твърди отпадъци.
Основният източник на химическо замърсяване на околната среда е самата термална вода (с висока температураи минерализация), често съдържащи големи количестватоксични съединения, във връзка с които възниква проблем с обезвреждането на отпадъчни води и опасни вещества.
Отрицателните ефекти от геотермалната енергия могат да бъдат проследени на няколко етапа, като се започне със сондажни кладенци. Тук възникват същите опасности, както при пробиването на всеки кладенец: унищожаване на почвата и растителната покривка, замърсяване на почвата и подземните води.
На етапа на експлоатация на GeoPP продължават проблемите със замърсяването на околната среда. Термичните флуиди - вода и пара - обикновено съдържат въглероден диоксид (CO 2), серен сулфид (H 2 S), амоняк (NH 3), метан (CH 4), готварска сол (NaCl), бор (B), арсен (As ), живак (Hg). Изпуснати в околната среда, те стават източници на замърсяване. В допълнение, агресивната химическа среда може да причини корозионно увреждане на структурите на GeoTPP.
В същото време емисиите на замърсители в GeoPP са средно по-ниски, отколкото в ТЕЦ. Например, емисиите на въглероден двуокис за киловатчас произведена електроенергия са до 380 g в GeoPP, 1042 g в топлоелектрическите централи, работещи с въглища, 906 g в топлоелектрическите централи и 453 g в топлоелектрическите централи, работещи с газ.
Възниква въпросът: какво да правим с отпадъчните води? С ниска соленост, след охлаждане може да се изхвърли в повърхностни води. Другият начин е да се изпомпва обратно във водоносния хоризонт чрез инжекционен кладенец, което е предпочитаната и преобладаваща практика в момента.
Добивът на термална вода от водоносни хоризонти (както и изпомпването на обикновена вода) може да причини слягане и земни движения, други деформации на геоложки слоеве и микроземетресения. Вероятността от подобни явления обикновено е ниска, въпреки че са регистрирани отделни случаи (например в GeoPP в Staufen im Breisgau в Германия).
Трябва да се подчертае, че повечето от GeoPP са разположени в сравнително слабо населени райони и в страни от третия свят, където екологичните изисквания са по-малко строги, отколкото в развитите страни. Освен това в момента броят на GeoPPs и техният капацитет са относително малки. С по-голямото развитие на геотермалната енергия рисковете за околната среда могат да се увеличат и умножат.
Колко е енергията на Земята?
Инвестиционните разходи за изграждане на геотермални системи варират в много широк диапазон - от 200 до 5000 долара за 1 kW инсталирана мощност, тоест най-евтините варианти са сравними с разходите за изграждане на топлоелектрическа централа. Те зависят преди всичко от условията на възникване на термалните води, техния състав и дизайна на системата. Сондиране на голяма дълбочина, създаване на затворена система с два кладенеца, необходимостта от пречистване на водата може да увеличи многократно разходите.
Например, инвестициите в създаването на петротермална циркулационна система (PTS) се оценяват на 1,6–4 хиляди долара за 1 kW инсталирана мощност, което надвишава разходите за изграждане на атомна електроцентрала и е сравнимо с разходите за изграждане на вятърни и слънчеви електроцентрали.
Очевидното икономическо предимство на GeoTPP е безплатен енергиен носител. За сравнение, в структурата на разходите на действаща топлоелектрическа централа или атомна електроцентрала горивото представлява 50–80% или дори повече, в зависимост от текущите цени на енергията. Оттук следва още едно предимство на геотермалната система: експлоатационните разходи са по-стабилни и предвидими, тъй като не зависят от външната конюнктура на цените на енергията. Като цяло експлоатационните разходи на GeoTPP се оценяват на 2–10 цента (60 копейки–3 рубли) за 1 kWh генерирана мощност.
Втората по големина (и много значима) позиция на разходите след енергоносителя, като правило, заплатаперсонал на завода, който може да варира драстично в различните държави и региони.
Средно цената на 1 kWh геотермална енергия е сравнима с тази за топлоелектрически централи (в руски условия - около 1 рубла / 1 kWh) и десет пъти по-висока от цената на производството на електроенергия във водноелектрически централи (5–10 копейки / 1 kWh ).
Част от причината за високата цена е, че за разлика от топло- и хидроелектрическите централи, ГеоТЕЦ има сравнително малък капацитет. Освен това е необходимо да се сравняват системи, разположени в един и същ регион и при подобни условия. Така например в Камчатка, според експерти, 1 kWh геотермална електроенергия струва 2-3 пъти по-евтино от електроенергията, произведена в местните топлоелектрически централи.
Индикатори икономическа ефективностРаботата на една геотермална система зависи например от това дали е необходимо да се изхвърлят отпадъчните води и по какви начини става това, дали е възможно комбинираното използване на ресурса. Така, химически елементии съединенията, извлечени от термалната вода, могат да осигурят допълнителен доход. Спомнете си примера с Лардерело: основното там беше химическото производство, а използването на геотермална енергия първоначално имаше спомагателен характер.
Геотермална енергия напред
Геотермалната енергия се развива малко по-различно от вятъра и слънчевата енергия. Понастоящем това до голяма степен зависи от естеството на самия ресурс, който се различава рязко в зависимост от региона, а най-високите концентрации са свързани с тесни зони на геотермални аномалии, обикновено свързани с области на тектонични разломи и вулканизъм.
Освен това геотермалната енергия е по-малко технологично вместима в сравнение с вятърната и още повече със слънчевата енергия: системите на геотермалните станции са доста прости.
В общата структура на световното производство на електроенергия геотермалната компонента заема по-малко от 1%, но в някои региони и страни нейният дял достига 25–30%. Поради връзката с геоложките условия, значителна част от геотермалния енергиен капацитет е концентриран в страните от третия свят, където има три клъстера с най-голямо развитие на индустрията - островите на Югоизточна Азия, Централна Америка и Източна Африка. Първите два региона са част от тихоокеанския "Огнен пояс на Земята", третият е свързан с източноафриканския рифт. С най-голяма вероятност геотермалната енергия ще продължи да се развива в тези пояси. По-далечна перспектива е развитието на нефтотермалната енергия, използваща топлината на земните слоеве, разположени на дълбочина от няколко километра. Това е почти повсеместен ресурс, но добивът му изисква високи разходи, така че нефтотермалната енергия се развива предимно в най-икономически и технологично мощните страни.
Като цяло, предвид повсеместното разпространение на геотермалните ресурси и приемливо ниво на екологична безопасност, има основание да се смята, че геотермалната енергия има добри перспективи за развитие. Особено при нарастващата заплаха от недостиг на традиционните енергоносители и растящите цени за тях.
От Камчатка до Кавказ
В Русия развитието на геотермалната енергия има доста дълга история и в редица позиции сме сред световните лидери, въпреки че делът на геотермалната енергия в общия енергиен баланс на огромна страна все още е незначителен.
Два региона, Камчатка и Северен Кавказ, и ако в първия случай говорим предимно за електроенергетиката, то във втория - за използването на топлинната енергия на термалната вода.
В Северен Кавказ - в Краснодарския край, Чечня, Дагестан - топлината на термалните води за енергийни цели е била използвана още преди Великата Отечествена война. През 1980-1990 г. развитието на геотермалната енергия в региона по очевидни причини е в застой и все още не се е възстановило от състоянието на стагнация. Въпреки това геотермалното водоснабдяване в Северен Кавказ осигурява топлина за около 500 хиляди души, а например град Лабинск в Краснодарския край с население от 60 хиляди души се отоплява изцяло от геотермални води.
В Камчатка историята на геотермалната енергия е свързана предимно с изграждането на GeoPP. Първите от тях, все още работещи станции Pauzetskaya и Paratunskaya, са построени през 1965-1967 г., докато Paratunskaya GeoPP с мощност 600 kW стана първата станция в света с бинарен цикъл. Това беше разработката на съветските учени С. С. Кутателадзе и А. М. Розенфелд от Института по топлинна физика на Сибирския клон на Руската академия на науките, които през 1965 г. получиха сертификат за авторски права за извличане на електричество от вода с температура 70 ° C. Впоследствие тази технология се превърна в прототип за повече от 400 двоични GeoPP в света.
Капацитетът на Pauzetskaya GeoPP, пусната в експлоатация през 1966 г., първоначално е 5 MW и впоследствие се увеличава до 12 MW. В момента станцията е в процес на изграждане на бинарен блок, който ще увеличи мощността й с още 2,5 MW.
Развитието на геотермалната енергия в СССР и Русия беше възпрепятствано от наличието на традиционни енергийни източници - нефт, газ, въглища, но никога не спираше. Най-големите геотермални енергийни съоръжения в момента са Verkhne-Mutnovskaya GeoPP с обща мощност от 12 MW енергийни блокове, пуснати в експлоатация през 1999 г., и Mutnovskaya GeoPP с мощност 50 MW (2002 г.).
Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоПП са уникални обекти не само за Русия, но и в световен мащаб. Станциите са разположени в подножието на вулкана Мутновски, на надморска височина от 800 метра и работят в екстремни условия. климатични условия, където зимата е 9–10 месеца в годината. Оборудването на Mutnovsky GeoPPs, което в момента е едно от най-модерните в света, е изцяло създадено в местни енергийни предприятия.
В момента делът на станциите Мутновски в общата структура на енергийното потребление на енергийния център на Централна Камчатка е 40%. През следващите години се планира увеличаване на капацитета.
Отделно трябва да се каже за руските петротермални разработки. Все още нямаме големи PDS, но има напреднали технологии за пробиване на големи дълбочини (около 10 км), които също нямат аналози в света. Тяхното по-нататъшно развитие ще направи възможно драстично намаляване на разходите за създаване на петротермални системи. Разработчици на тези технологии и проекти са Н. А. Гнатус, М. Д. Хуторской (Геологически институт на Руската академия на науките), А. С. Некрасов (Институт за икономическо прогнозиране на Руската академия на науките) и специалисти от Калужския турбинен завод. В момента проектът за нефтотермалната циркулационна система в Русия е на пилотен етап.
В Русия има перспективи за геотермална енергия, макар и сравнително далечни: в момента потенциалът е доста голям и позицията на традиционната енергия е силна. В същото време в редица отдалечени региони на страната използването на геотермална енергия е икономически изгодно и се търси дори и сега. Това са територии с висок геоенергиен потенциал (Чукотка, Камчатка, Курилските острови – руската част на Тихоокеанския „Огнен пояс на Земята“, планините на Южен Сибир и Кавказ) и в същото време отдалечени и откъснати от централизирана енергия доставка.
Вероятно през следващите десетилетия геотермалната енергия у нас ще се развива именно в такива райони.
Дебелината на слоя, чийто покрив е представен от съвременния релеф, а дъното - от границата "кора-мантия", най-често наричана "повърхността на Мохоровичич", в рамките на Русия и прилежащите акватории варира в широки граници - от 12 до 60 km Слоят има сложна мозаечна структура, но има ясни регионални модели. В световен мащаб се отличава централен регион, състоящ се от четири големи изометрични суперблока: източноевропейски, западносибирски, сибирски и източен. В тектонски план тези суперблокове съответстват на Източноевропейската и Сибирската древни платформи, Западносибирската млада плоча, която ги разделя, и Верхоянско-Чукотската нагъната област, заемаща североизточната част на Русия. На юг системата от суперблокове е оградена от широка хиперзона, ориентирана в ширина, простираща се от до . От север суперблоковете на континенталната част са ограничени от мощна ширинна ивица, покриваща брега на арктическите морета, морето. Съответства на северната шелфова зона на евразийския континент. На изток е тихоокеанският пояс.
Суперблоковете на континенталната част на Русия имат следните характеристики. Най-малката средна дебелина на земната кора съответства на Западносибирския суперблок (36–38 km). В източноевропейския суперблок, разположен на запад от него, средната дебелина нараства до 40–42 km, докато сибирският суперблок се характеризира с най-дебелата кора (средно 43–45 km). В източния суперблок, където позицията на границата на Мохоровичик е определена от много оскъдни материали и с помощта на гравиметрична информация, дебелината на кората се оценява приблизително на 40–42 km.
Суперблоковете са разделени от контрастни линейни структури или широки зони на резки промени в дебелината на земната кора. По този начин източноевропейският суперблок е отделен от западносибирския с тясна разширена меридионална зона с аномално висока дебелина (45–55 км), съответстваща на Уралската гънкова система. Източната граница на Западносибирския суперблок е меридионална система от близко разположени къси линейни структури. различен знакна фона на относително широка зона на рязко увеличение на мощността. Съответства на мощна система от падини и издигания, която разделя Сибирската и Западносибирската платформи. Границата, разделяща Сибирския суперблок от Восточния, е разширена колянообразна зона по поречието на реките Лена и Алдан. Проследява се от верига от линейни и елипсовидни лещи с намалена мощност (до 36 km). В тектонско отношение междублоковите зони са фанерозойски нагънати системи и орогенни пояси.
Южната хиперзона е система от линейни и елипсовидни структури от широчинна и близка посока, разположени близо една до друга и под формата на ешелон. Зоната се отличава с диференцирана структура и резки контрастни промени в дебелината на земната кора от 36 до 56 km.
Северната шелфова зона, запазвайки много характеристики на структурата на съседни суперблокове на континенталната кора, се характеризира със значително намаляване на дебелината до 28–40 km. Структурата на шелфовата зона на западния арктически сектор се различава от източния както по отношение на геометричните параметри, така и по дебелината на земната кора. Северната граница на шелфовия регион на Русия с блокове от тънка океанска кора (10–20 km) е „зоната на свързване на континента с океана“ с ширина 50–70 km, която е зона рязък спадкапацитети.
Земната кора в рамките на тихоокеанския пояс се характеризира със сложна морфология и големи разлики в дебелината на кората от 12 до 38 km.Общ регионален модел е рязкото намаляване на дебелината на земната кора при движение от континента към океана. Сравнително дебела кора (26–32 km) характеризира плочите във водите на Охотск и. Геосинклиналните системи се характеризират с подобни стойности на този параметър, докато имат много разнородна вътрешна структура. Стойностите на дебелината на земната кора на средното ниво (24–26 km) са присъщи на островната дъга (Курилската дъга), най-тънката кора се характеризира със структурите на океанската кора - дълбоководни депресии (10– 18 км).
В резултат на това може да се каже, че дебелината на земната кора като цяло корелира с възрастта на структурите: най-дебелата кора (40–45 km) се наблюдава под студените древни платформи - Източноевропейска и Сибирска; под Западен Сибир дебелината му е по-малка (35–40 km). Под нагънатите системи и орогенните пояси на фанерозоя дебелината на кората варира в широки граници (38–56 km), като е средно по-дебела от кората на платформите. Под младите планински структури на Алтай-Саянската област има "корени" на планини, по-дълбоки от 54 km
Ще бъда благодарен, ако споделите тази статия в социалните мрежи:
ЛЕКЦИЯ 5. СЪСТАВ НА ГЕОГРАФСКАТА ОБВИВКА
Образуването на собственото земно вещество започва с вулканогенни образувания, представени от лави, изхвърляния на гореща пепел и газови облаци, както и съпътстващи прояви на дегазация на червата. Вулканогенният материал е навлязъл в перидотитната повърхност на Земята и в остатъчната атмосфера - реликва от първоначалния облак или мъглявина. По това време не е имало водни басейни и Земята не е била планетата на океаните, каквато е днес. Образуването на географската обвивка започва, очевидно, с нейната литогенна основа, върху която въздушните и водните маси започват да се "облягат". Разделението според времето на формиране на отделните сфери на планетата е условно, тъй като почти всичко се е случило почти едновременно, но с различни скорости на фиксиране на нов материал.
Вътрешното устройство на Земятавключва три черупки: земна кора, мантия и ядро. Структурата на черупката на Земята е установена с дистанционни методи, базирани на измерване на скоростта на разпространение на сеизмичните вълни, които имат две компоненти - надлъжни и напречни вълни. Надлъжни (P) вълнисвързани с напрежения на опън (или натиск), ориентирани по посока на тяхното разпространение. Напречно (С) вълнипредизвикват трептения на средата, ориентирани под прав ъгъл спрямо посоката на тяхното разпространение. Тези вълни не се разпространяват в течна среда.
земната кора - каменна обвивка, съставена от твърдо вещество с излишък от силициев диоксид, алкали, вода и недостатъчно количество магнезий и желязо. Отделя се от горната мантия граница Мохорович(Moho слой), върху който има скок в скоростите на надлъжните сеизмични вълни до около 8 km / s. Смята се, че тази граница, установена през 1909 г. от югославския учен А. Мохоровичич, съвпада с външната перидотитна обвивка на горната мантия. Дебелината на земната кора (1% от общата маса на Земята) е средно 35 km: под младите нагънати планини на континентите се увеличава до 80 km, а под средноокеанските хребети намалява до 6–7 km (отчитайки от повърхността на океанското дъно).
Мантия е най-голямата обвивка на Земята по отношение на обем и тегло, простираща се от подметката на земната кора до граничи с Гутенберг,съответстваща на дълбочина от приблизително 2900 km и взета за долната граница на мантията. Мантията се подразделя на нисък(50% от масата на Земята) и Горна част(18%) Съгласно съвременните представи съставът на мантията е доста хомогенен поради интензивно конвективно смесване от вътрешномантийни течения. Преки данни за материалния състав на мантията почти няма. Предполага се, че е съставен от разтопена силикатна маса, наситена с газове. Скоростите на разпространение на надлъжните и напречните вълни в долната мантия нарастват съответно до 13 и 7 km/s. Горната мантия от дълбочина 50-80 km (под океаните) и 200-300 km (под континентите) до 660-670 km се нарича астеносфера.Това е слой с повишена пластичност на вещество, близко до точката на топене.
Ядро е сфероид със среден радиус около 3500 km. Няма и пряка информация за състава на ядрото. Известно е, че това е най-плътната обвивка на Земята. Ядрото също се подразделя на две сфери: външен,до дълбочина 5150 км, който е в течно състояние, и вътрешен -твърдо , Във външното ядро скоростта на разпространение на надлъжните вълни пада до 8 km / s, а напречните вълни изобщо не се разпространяват, което се приема като доказателство за течното му състояние. По-дълбоко от 5150 km скоростта на разпространение на надлъжните вълни се увеличава и напречните вълни преминават отново. Вътрешното ядро представлява 2% от масата на Земята, външното - 29%.
Външната "твърда" обвивка на Земята, включително земната кора и Горна частмантия, форми литосфера. Капацитетът му е 50-200 км.
Литосферата и подлежащите подвижни слоеве на астеносферата, където обикновено се генерират и реализират вътрешноземни движения от тектоничен характер и където често се намират земетресения и разтопена магма, се наричат тектоносфера.
Съставът на земната кора.Химическите елементи в земната кора образуват естествени съединения - минерали,обикновено твърди вещества, които имат определени физични свойства. Земната кора съдържа повече от 3000 минерала, сред които около 50 са скалообразуващи.
Образуват се закономерни естествени комбинации от минерали скали.Земната кора е изградена от скали с различен състав и произход. По произход скалите се разделят на магматични, седиментни и метаморфни.
Магматични скалиобразувани от втвърдяването на магмата. Ако това се случи в дебелината на земната кора, тогава натрапчивкристализирани скали и когато магмата изригне на повърхността, ефузивенобразование. Според съдържанието на силициев диоксид (SiO 2) се разграничават следните групи магмени скали: кисело(> 65% - гранити, липарити и др.), среден(65-53% - сиенити, андезити и др.), основен(52-45% - габро, базалти и др.) и ултраосновен(<45% - перидотиты, дуниты и др.).
Седиментни скаливъзникват на земната повърхност поради отлагането на материал по различни начини. Някои от тях се образуват в резултат на разрушаването на скалите. Това кластичен,или пластмаса, скали.Размерът на фрагментите варира от камъни и камъчета до тинести частици, което позволява да се разграничат сред тях скали с различен гранулометричен състав - камъни, камъчета, конгломерати, пясъци, пясъчници и др. Органогенни скалисе създават с участието на организми (варовик, въглища, креда и др.). Значително място заема хемогененскали, свързани с утаяването на вещество от разтвор при определени условия.
метаморфни скалисе образуват в резултат на промени в магмените и седиментни скали под въздействието на високи температури и налягания в недрата на Земята. Те включват гнайси, шисти, мрамор и др.
Около 90% от обема на земната кора са кристални скали от магматичен и метаморфен произход. За географската обвивка важна роля играе сравнително тънък и прекъснат слой от седиментни скали (стратисфера), които са в пряк контакт с различни компоненти на географската обвивка. Средната дебелина на седиментните скали е около 2,2 km, реалната дебелина варира от 10-14 km в падините до 0,5-1 km на океанското дъно. Според проучванията на A.B. Ronov, най-често срещаните седиментни скали са глини и шисти (50%), пясъци и пясъчници (23,6%), карбонатни образувания (23,5%). Важна роля в състава на земната повърхност играят льос и льосовидни глинести неледникови региони, несортирани слоеве от морени на ледникови региони и интразонални натрупвания на каменисто-пясъчни образувания с воден произход.
Структурата на земната кора.Според структурата и дебелината (фиг. 5.1) се разграничават два основни типа земна кора - континентална (континентална) и океанска.Разликите в химичния им състав са видни от табл. 5.1.
континентална корасе състои от седиментни, гранитни и базалтови слоеве. Последната се отделя произволно, тъй като скоростите на сеизмичните вълни са равни на скоростите в базалтите. Гранитният слой се състои от скали, обогатени на силиций и алуминий (SIAL), скалите на базалтовия слой са обогатени на силиций и магнезий (SIAM). Контактът между гранитен слой със средна плътност на скала около 2,7 g/cm 3 и базалтов слой със средна плътност около 3 g/cm 3 е известен като границата на Конрад (на името на немския изследовател В. Конрад, който открива го през 1923 г.). океанска корадвуслоен. Основната му маса е съставена от базалти, върху които лежи тънък седиментен слой. Дебелината на базалтите надвишава 10 km, в горните части надеждно са идентифицирани слоеве от седиментни късномезозойски скали. Дебелината на седиментната покривка, като правило, не надвишава 1-1,5 km.
Ориз. 5.1. Структурата на земната кора: 1 - базалтов слой; 2 - гранитен слой; 3 - стратисфера и кора на изветряне; 4 - базалти на океанското дъно; 5 - райони с ниска биомаса; 6 - райони с висока биомаса; 7 - океански води; 8 - морски лед; 9 - дълбоки разломи на континенталните склонове
Базалтовият слой на континентите и океанското дъно е коренно различен. На континентите това са контактни образувания между мантията и най-древните земни скали, сякаш първичната кора на планетата, възникнала преди или в началото на нейното независимо развитие (вероятно доказателство за "лунния" етап на Земята еволюция). В океаните това са истински базалтови образувания, главно от мезозойската епоха, възникнали поради подводни изливания по време на разширяването на литосферните плочи. Възрастта на първия трябва да бъде няколко милиарда години, вторият - не повече от 200 милиона години.
Таблица 5.1. Химичен състав на континенталната и океанската кора
континентална кора |
океанска кора |
|
На някои места има преходен типземната кора, която се характеризира със значителна пространствена разнородност. Известен е в маргиналните морета на Източна Азия (от Берингово море до Южнокитайско море), Зондския архипелаг и някои други региони на земното кълбо.
Наличието на различни видове земна кора се дължи на различията в развитието на отделните части на планетата и тяхната възраст. Този проблем е изключително интересен и важен от гледна точка на реконструкцията на географската обвивка. Преди това се приемаше, че океанската кора е първична, а континенталната е вторична, въпреки че е много милиарди години по-стара от нея. Според съвременните концепции океанската кора е възникнала поради навлизането на магма по разломите между континентите.
Структурни елементи на земната кора.Земната кора се е формирала най-малко 4 милиарда години, през които е станала по-сложна. влиянието на ендогенни (главно под влияние на тектонични движения) и екзогенни (изветряне и др.) процеси. Проявяващи се с различна интензивност и по различно време, тектонските движения са формирали структурите на земната кора, които образуват облекчениепланети.
Големите земни форми се наричат морфоструктури(напр. планински вериги, плата). Формират се сравнително малки релефни форми морфоскулптури(например карст).
Основните планетарни структури на Земята - континентиИ океани. INв рамките на континентите се разграничават големи структури от втори ред - сгънати коланиИ платформи,които са ясно изразени в съвременния релеф.
Платформи -това са тектонично стабилни участъци от земната кора, обикновено с двустепенна структура: долната, образувана от най-древните скали, се нарича основа,горна, съставена главно от седиментни скали от по-късна възраст - седиментна покривка.Възрастта на платформите се оценява от времето на формиране на основата. Наричат се платформени участъци, където основата е потопена под седиментния слой плочи(например руска плоча). Наричат се местата, където скалите от основата на платформата излизат на дневната повърхност щитове(например Балтийския щит).
На дъното на океаните се разграничават тектонично стабилни зони - таласократонии подвижни тектонично активни ивици - георифтогенали.Последните пространствено съответстват на средноокеански хребети с редуващи се издигания (под формата на подводни планини) и спускания (под формата на дълбоководни падини и ровове). Заедно с вулканичните прояви и местните повдигания на океанското дъно, океанските геосинклинали създават специфични структури от островни дъги и архипелази, изразени по северните и западните граници на Тихия океан.
Контактните зони между континентите и океаните са разделени на два вида: активенИ пасивен.Първите са центрове на най-силните земетресения, активен вулканизъм и значителен обхват на тектонични движения. Последните са пример за постепенна смяна на континентите през шелфовете и континенталните склонове до океанското дъно.
Динамика на литосферата.Идеи за механизма на формиране на земните структури се разработват от учени от различни направления, които могат да бъдат обединени в две групи. Представители fxismизхождайте от твърдението за фиксираното положение на континентите на повърхността на Земята и преобладаването на вертикалните движения в тектонските деформации на слоевете на земната кора. Поддръжници мобилизъмосновната роля се дава на хоризонталните движения. Основните идеи на мобилизма са формулирани от А. Вегенер (1880-1930) като хипотеза за континентален дрейф.Новите данни, получени през втората половина на 20-ти век, позволиха да се развие тази посока до съвременната теория неомобилизъм,обяснявайки динамиката на процесите в земната кора чрез дрейфа на големи литосферни плочи.
Според съвременния строеж на земната кора в централните части на океаните границите на литосферните плочи са средноокеански хребетис рифтови (разломни) зони по техните оси. По периферията на океаните, в преходните зони между континентите и дъното на океанския басейн, геосинклинални подвижни поясис нагънати вулканични островни дъги и дълбоководни ровове по външните им граници. Има три варианта за взаимодействие на литосферните плочи: несъответствие,или разпространение; сблъсък,придружени, в зависимост от вида на контактните плочи, от субдукция, едукция или сблъсък; хоризонтална приплъзванеедна плоча спрямо друга. Що се отнася до проблема за произхода на океаните и континентите, трябва да се отбележи, че понастоящем той най-често се решава чрез признаване на фрагментацията на земната кора на редица плочи, чието разделяне е причинило образуването на огромни депресии, заети от океана води.
Формиране на съвременния облик на Земята. INПрез цялата история на Земята местоположението и конфигурацията на континентите и океаните непрекъснато се променят. Според геоложки данни континентите на Земята са се обединявали четири пъти. Реконструкцията на етапите на тяхното формиране през последните 570 милиона години (във фанерозоя) показва съществуването на последния суперконтинент - Пангеяс доста дебела, до 30-35 km континентална кора, образувана преди 250 милиона години, която се разпада на Гондвана,заемащи южната част на земното кълбо, и Лавразия,обединява северните континенти. Срутването на Пангея доведе до отварянето на водното тяло, първоначално във формата палео-тихоокеанскиокеан и океан Тетис,и по-късно (преди 65 милиона години) - съвременните океани. Сега наблюдаваме как континентите се раздалечават. Трудно е да си представим какво ще бъде разположението на съвременните континенти и океани в бъдеще. Според С. В. Аплонов е възможно те да бъдат обединени в пети суперконтинент, чийто център ще бъде Евразия. В. П. Трубицин смята, че след милиард години континентите могат отново да се съберат на Южния полюс.
атмосфера -Това е външната газова обвивка на Земята. Долната граница на атмосферата е земната повърхност. Горната граница минава на височина 3000 km, където плътността на въздуха става равна на плътността на материята в космоса.
Атмосферният въздух се задържа близо до земната повърхност от гравитацията. Общото тегло на атмосферата е 5,13610 15 тона (според други източници - 5,910 15 тона), което съответства на теглото на 10 m слой вода, равномерно разпределен върху Земята, или на слой от живак с дебелина 76 cm. , Теглото на горния въздушен стълб определя величината на атмосферното налягане, което на земната повърхност е средно 760 mm Hg. Art., или 1 atm (1013 hPa, или 1013 mbar).
Плътността на въздуха на морското равнище при температура 15 ° C е средно 1,2255 kg / m 3, или 0,0012 g / cm 3, на надморска височина 5 km - 0,735 kg / cm 3, 10 km - 0,411 kg / cm 3, 20 km - 0,087 kg / cm 3. На надморска височина от 300 км плътността на въздуха вече е 100 милиарда пъти по-малка, отколкото на повърхността на Земята.
Съставът на атмосферата.Атмосферата се състои от постоянни и променливи компоненти (Таблица 5.2). ДА СЕ постояненвключват азот (78% от обема), кислород(21%) и инертни газове(0,93%).Постоянството на количеството на активните компоненти на азота и кислорода се определя от баланса между процесите на освобождаване на свободен кислород и азот (главно от живи организми) и тяхното усвояване по време на химични реакции. Инертните газове не участват в реакциите, протичащи в атмосферата. променливисъставките са въглероден диоксид, водна пара, озон, аерозоли.
Таблица 5.2. Състав на атмосферата
Постоянни компоненти |
||
Кислород | ||
Променливи компоненти |
||
водна пара | ||
Въглероден двуокис | ||
Азотен оксид | ||
Озон (тропосферен) | ||
Озон (стратосферен) | ||
Аерозоли (частици) |
водна паразабавя до 60% от топлинното излъчване на планетата. Водната пара изпълнява и друга важна функция, за която се нарича "основно гориво" на атмосферните процеси. Когато влагата се изпарява (а именно по този начин атмосферата се допълва с водна пара), значителна част от енергията (около 2500 J) преминава в отворена форма и след това се освобождава по време на кондензация. Това обикновено се случва на височината на облачността. В резултат на такива фазови преходи голямо количество енергия се движи в рамките на географската обвивка, "подхранвайки" различни атмосферни процеси, по-специално тропически циклони.
Водната пара и въглеродният диоксид служат като естествени атмосферни филтри, които блокират дълговълновото топлинно излъчване от земната повърхност. Благодарение на това, там Парников ефект,което определя общото повишаване на температурата на земната повърхност с 38°C (средната й стойност е +15°C вместо -23°C).
Аерозолни частици- това са суспендиран минерален и вулканичен прах, продукти от горенето (дим), кристали от морски соли, спори и цветен прашец на растения, микроорганизми. Съдържанието на аерозоли определя степента на прозрачност на атмосферата. Във връзка с активната антропогенна дейност съдържанието на прах в атмосферата се е увеличило. Както показват експериментите, с голямо съдържание на прах количеството слънчева радиация, идваща към Земята, може да намалее, което води до промени във времето и климата на планетата. Най-големите аерозоли кондензационни ядра- допринасят за превръщането на водните пари във водни капчици (облаци).
Вертикална структура на атмосферата. Атмосферата е разделена на пет слоя.
Долната част на атмосферата, непосредствено съседна на земната повърхност, се нарича тропосфера.Простира се над полюсите до височина 8 km, в умерените ширини - до 10-11 km, над екватора - до 16-17 km. Тук е концентрирана около 80% от общата маса на атмосферата. Наблюдаваното понижаване на температурата в този слой (средно 0,6°C на 100 m) е свързано с разширяването на въздуха под влияние на намаляването на външното налягане с височината, както и с преноса на топлина от земната повърхност. При средна годишна температура на въздуха +15°C за цялата Земя на морското равнище, на горната граница на тропосферата тя пада до -56°C. Намаляването на температурата на въздуха, както и други метеорологични стойности, не винаги се поддържа и в някои случаи се отклонява от нормалното, образувайки инверсии.Последните са обусловени от местни географски причини.
Физическите свойства на въздуха на тропосферата до голяма степен се определят от естеството на взаимодействието с подлежащата повърхност. Поради непрекъснатото смесване на въздуха, съставът му в цялата дебелина на тропосферата е постоянен. Тропосферата съдържа по-голямата част от цялата атмосферна влага.
Близо до горната граница на тропосферата има преходен слой - тропопаузас дебелина около 1 км. Над тропопаузата вертикалните въздушни течения не се издигат поради разликите в неговото нагряване и овлажняване от земната повърхност (атмосферна конвекция).
Над тропосферата, до около 50 km, се намира стратосфера.Преди това се приемаше като изотермичен слой със средна температура от -56°C. Нови данни обаче показват, че изотерма се наблюдава само в долната му част, до около 20 km, а на горната граница температурата се повишава до 0 ° C. Стратосферата е обхваната от мощна хоризонтална циркулация с елементи на вертикални движения, което допринася за активно смесване на въздуха. Антропогенното замърсяване е практически изключено, но тук проникват продукти от интензивни вулканични емисии, които се задържат доста дълго време и влияят на космическата радиация, включително слънчевата.
Характеристика на стратосферата е озонов слой,в образуването на които участва следният физикохимичен механизъм. Тъй като атмосферата избирателно предава електромагнитното излъчване на Слънцето през себе си, слънчевата радиация се разпределя неравномерно върху земната повърхност. Кислородът във въздуха взаимодейства с късовълнова ултравиолетова (UV) радиация и когато кислородната молекула O 2 абсорбира UV светлина с достатъчна енергия, тя се разпада:
O 2 + UV светлина → O + O
Атомарният кислород е много активен и свързва кислородна молекула, за да образува озонова молекула:
атомарен кислород (O) + молекулярен кислород (O 2) → озон (O 3)
Обикновено това се случва на височина около 25-28 км от земната повърхност, където се образува озоновият слой. Озонът силно адсорбира ултравиолетовите лъчи, които са вредни за живите организми.
Над стратосферата се намира на височина 80-90 km мезосфера.Температурата в този слой отново се понижава и достига -107°C. На височина 75-90 км се наблюдават "сребърни облаци", състоящи се от ледени кристали.
До надморска височина около 800-1000 км се намира термосфера.Тук температурата на въздуха отново се повишава до 220 ° C на височина 150 km и 1500 ° C на височина 600 km, тук преобладава атомният кислород. Над 325 km азотът също се дисоциира. Съотношението между азот и кислород, което е характерно за ниските слоеве на атмосферата (78 и 21%), се променя на височина 200 km и възлиза съответно на 45 и 55%. Под въздействието на ултравиолетовите и космическите лъчи частиците на въздуха в термосферата се зареждат електрически, което е причината за възникването на полярните сияния. Термосферата абсорбира рентгеновото лъчение от слънчевата корона и подпомага разпространението на радиовълните.
Над 1000 км се намира екзосфера.Скоростта на движение на атомите и молекулите на газовете тук достига третата космическа скорост (11,2 km / s), което им позволява да преодолеят гравитацията и да се разсеят в открития космос.
Основните характеристики на циркулацията на въздуха в тропосферата.Циркулацията на въздуха се дължи на неравномерното разпределение на атмосферното налягане близо до земната повърхност, което води до системи ветрове - насочено движение на въздуха от зона с високо налягане към зона с ниско налягане.барично поле компонент на различни въздушни маси, се състои от отделни барични системи, сред които имациклони (зона с ниско налягане в центъра и движение на въздуха обратно на часовниковата стрелка) иантициклони (зона с високо налягане в центъра и движение на въздуха по посока на часовниковата стрелка), баричновдлъбнатини и гребени Иседла. Разграничетепостоянен центрове на действие на атмосферата - зони с високо или ниско налягане, които съществуват през цялата година или в определен сезон (исландски и алеутски ниски нива, азорски, хавайски, сибирски високи). Преобладаващите преноси на въздушни маси и тяхната динамика се проявяват в пасати, мусон, бриз циркулации, при образуването и миграцията на квазистационарнивъздушни фронтове на повърхността на земята (катоинтратропична зона на конвергенция) Особен интерес представляваттропически циклони, наречен в Атлантическия океанурагани в Тихия океантайфуни които значително пречат на ежедневния живот на жителите на много крайбрежни страни в Централна Америка, Югоизточна Азия и други региони. Основните параметри на баричните системи са траекторията, скоростта на движение, радиусът на действие и атмосферното налягане в центъра на образуванието. Движещите се циклони засягат подстилащата повърхност, нарушавайки нормалното разпределение на хидрометеорологичните стойности, причинявайки бури на сушата и морето.