Глубинные слои Земли, по современным представлениям, сильно разогреты (ядро Земли, по-видимому, имеет температуру до 5000° С), и поэтому их «твердость» относительна. «Твердая» сфера Земли, или, как ее часто называют, «твердая» Земля, состоит из трех сфер: земной коры, имеющей толщину от 7 под океанами) до 130 км; мантии, простирающейся до глубины около 2900 км; земного ядра (см. рис.). Радиус «твердой» сферы Земли — около 6371 км.
Глубинные слои Земли, по современным представлениям, сильно разогреты (ядро Земли, по-видимому, имеет температуру до 5000° С), и поэтому их «твердость» относительна. «Твердая» сфера Земли, или, как ее часто называют, «твердая» Земля, состоит из трех сфер: земной коры, имеющей толщину от 7 (под океанами) до 130 км; мантии, простирающейся до глубины около 2900 км; земного ядра (см. рис.). Радиус «твердой» сферы Земли — около 6371 км.
Глубинные слои Земли, по современным представлениям, сильно разогреты (ядро Земли, по-видимому, имеет температуру до 5000° С), и поэтому их «твердость» относительна. «Твердая» сфера Земли, или, как ее часто называют, «твердая» Земля, состоит из трех сфер: земной коры, имеющей толщину от 7 (под океанами) до 130 км; мантии, простирающейся до глубины около 2900 км; земного ядра (см. рис.). Радиус «твердой» сферы Земли — около 6371 км.
Установлено, что с увеличением глубины земных слоев температура повышается. Так, на глубине 50 км она составляет около 700 — 800°С, на глубине 500 км — около 1500 — 2000°С, на глубине 1000 км — примерно 1700—2500°С, на глубине 2900 км (граница между мантией и ядром) — порядка 2000—4700°С и, наконец, в центре Земли, т. е. на глубине 6371 км,— 2200—5000°С.
Повышение температуры с ростом глубины объясняется существованием теплового потока, направленного от земного ядра к периферии «твердой» Земли, главная причина существования которого —
продолжающееся выделение тепла в результате распада содержащихся в Земле радиоактивных элементов.
Современная наука объясняет историю Земли так. Образовалась Земля из роя метеоритных тел, причем температура ее недр сразу же после образования составляла 7 00—2000°С. Скорее всего, Земля никогда не была расплавленной. Впрочем, в отношении ядра Земли точки зрения ученых различны. В дальнейшем главным образом за счет распада радиоактивных элементов глубинные слои Земли начали нагреваться. Образовался поток тепла из недр «твердой» Земли к ее поверхности. Предполагается, что глубинные слои Земли продолжают медленно нагреваться, на несколько градусов за 10 млн. лет, в то время как близкие к поверхности слои Земли еще более медленно охлаждаются.
Мощность теплового потока от центра Земли к ее периферии примерно в 4000 раз меньше мощности солнечной радиации, поступающей на Землю, но почти в 30 раз больше мощности всех электростанций мира. Тепло, поступающее из недр на поверхность Земли, является рассеянным (в среднем 0,05 Вт на квадратный метр) и на климат Земли никак не влияет. Тепло, накопленное в ядре и мантии Земли, огромно, и, естественно, возникает мысль о его использовании. Каковы ресурсы геотермальной энергии? Определяя запас геотермальной энергии, обычно имеют в виду количество тепла, которое может быть получено при охлаждении до температуры поверхности Земли на глубине не более 5—10 км. Конечно, вычисленный таким образом запас геотермальной энергии является условным.
«Твердая» сфера Земли.
Если ограничить предельную глубину 5 км, то запас геотермальной энергии составит около 4 • 1018 кДж, или 1,4 • 1014 тут. Вычисленный нами запас геотермальной энергии имеет тот же порядок величины, что и ресурс всех видов органического топлива на Земле, вместе взятых. Не будем при этом забывать, что определенный нами ресурс геотермальной энергии к тому же является практически возобновляемым. Как же в настоящее время используется геотермальная энергия?
Геотермальное тепло — это тепло, содержащееся в подземной горячей воде и водяном паре, и тепло нагретых сухих пород. Температура воды в большинстве случаев невелика — меньше 100°С, а температура горячего источника тепла, как помнит читатель, — важнейший показатель, по которому судят о целесообразности и эффективности его использования. Запасы горячей воды и тем более пара относительно невелики — большая часть геотермальной энергии сосредоточена в сухих породах. Кроме того, нагретая вода и пар сравнительно редко выходят на поверхность Земли, образуя гейзеры и горячие источники. В большинстве случаев для вывода их наружу необходимо бурить скважины.
Тем не менее до сего времени геотермальная энергия используется почти исключительно в виде нагретой воды и пара, самопроизвольно выходящих на поверхность, в основном для нагревания.
Что касается тепла нагретых сухих пород, то до настоящего времени для их использования не проводилось каких-либо практических работ. Объясняется это большими трудностями. По-видимому, единственным реально осуществимым способом (по крайней мере, так представляется в настоящее время) является бурение не менее двух достаточно глубоких и удаленных друг от друга скважин, в одну из которых должна закачиваться холодная вода, а из другой эта же, но уже нагревшаяся вода должна забираться. При этом имеется в виду, что вода фильтруется через нагретую породу от первой скважины ко второй.
Но как обеспечить такую структуру нагретой породы, протекая через которую по многочисленным каналам малого диаметра (иначе поверхность теплообмена будет недостаточной и вода нагреется очень слабо) вода нагрелась бы до минимально необходимой температуры? Сколько может стоить, хотя бы ориентировочно, проведение таких работ? На эти и другие сложные вопросы достаточно определенных ответов пока еще нет.
Итак, проблема геотермальной энергии, особенно в части использования ее для удовлетворения потребителей тепла, является актуальной.
Достигнутый уже сегодня научно-технический уровень в этой области дает все основания для широкого использования тепла горячей воды и пара, самопроизвольно выходящих на поверхность Земли, для отопления теплиц, жилых и других зданий.
Другие важные вопросы использования геотермальной энергии (бурение скважин для вывода наружу горячей воды и пара, использование тепла нагретых глубинных сухих пород, электрической энергии) требуют для их решения проведения научно- исследовательских и
