Люди, получающие энергию от земли. Мощность земной коры

В нашей стране, богатой углеводородами, геотермальная энергия - некий экзотический ресурс, который при сегодняшнем положении дел вряд ли составит конкуренцию нефти и газу. Тем не менее этот альтернативный вид энергии может использоваться практически всюду и довольно эффективно.

Геотермальная энергия - это тепло земных недр. Вырабатывается оно в глубинах и поступает к поверхности Земли в разных формах и с различной интенсивностью.

Температура верхних слоёв грунта зависит в основном от внешних (экзогенных) факторов - солнечного освещения и температуры воздуха. Летом и днём грунт до определённых глубин прогревается, а зимой и ночью охлаждается вслед за изменением температуры воздуха и с некоторым запаздыванием, нарастающим с глубиной. Влияние суточных колебаний температуры воздуха заканчивается на глубинах от единиц до нескольких десятков сантиметров. Сезонные колебания захватывают более глубокие пласты грунта - до десятков метров.

На некоторой глубине - от десятков до сотен метров - температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. В этом легко убедиться, спустившись в достаточно глубокую пещеру.

Когда среднегодовая температура воздуха в данной местности ниже нуля, это проявляется как вечная (точнее, многолетняя) мерзлота. В Восточной Сибири мощность, то есть толщина, круглогодично мёрзлых грунтов достигает местами 200–300 м.

С некоторой глубины (своей для каждой точки на карте) действие Солнца и атмосферы ослабевает настолько, что на первое место выходят эндогенные (внутренние) факторы и происходит разогрев земных недр изнутри, так что температура с глубиной начинает расти.

Разогрев глубинных слоёв Земли связывают, главным образом, с распадом находящихся там радиоактивных элементов, хотя называют и другие источники тепла, например физико-химические, тектонические процессы в глубоких слоях земной коры и мантии. Но чем бы это ни было обусловлено, температура горных пород и связанных с ними жидких и газообразных субстанций с глубиной растёт. С этим явлением сталкиваются горняки - в глубоких шахтах всегда жарко. На глубине 1 км тридцатиградусная жара - нормальное явление, а глубже температура ещё выше.

Тепловой поток земных недр, достигающий поверхности Земли, невелик - в среднем его мощность составляет 0,03–0,05 Вт/м 2 , или примерно 350 Вт·ч/м 2 в год. На фоне теплового потока от Солнца и нагретого им воздуха это незаметная величина: Солнце даёт каждому квадратному метру земной поверхности около 4000 кВт·ч ежегодно, то есть в 10 000 раз больше (разумеется, это в среднем, при огромном разбросе между полярными и экваториальными широтами и в зависимости от других климатических и погодных факторов).

Незначительность теплового потока из недр к поверхности на большей части планеты связана с низкой теплопроводностью горных пород и особенностями геологического строения. Но есть исключения - места, где тепловой поток велик. Это, прежде всего, зоны тектонических разломов, повышенной сейсмической активности и вулканизма, где энергия земных недр находит выход. Для таких зон характерны термические аномалии литосферы, здесь тепловой поток, достигающий поверхности Земли, может быть в разы и даже на порядки мощнее «обычного». Огромное количество тепла на поверхность в этих зонах выносят извержения вулканов и горячие источники воды.

Именно такие районы наиболее благоприятны для развития геотермальной энергетики. На территории России это, прежде всего, Камчатка, Курильские острова и Кавказ.

В то же время развитие геотермальной энергетики возможно практически везде, поскольку рост температуры с глубиной - явление повсеместное, и задача заключается в «добыче» тепла из недр, подобно тому, как оттуда добывается минеральное сырьё.

В среднем температура с глубиной растёт на 2,5–3°C на каждые 100 м. Отношение разности температур между двумя точками, лежащими на разной глубине, к разности глубин между ними называют геотермическим градиентом.

Обратная величина - геотермическая ступень, или интервал глубин, на котором температура повышается на 1°C.

Чем выше градиент и соответственно ниже ступень, тем ближе тепло глубин Земли подходит к поверхности и тем более перспективен данный район для развития геотермальной энергетики.

В разных районах, в зависимости от геологического строения и других региональных и местных условий, скорость роста температуры с глубиной может резко различаться. В масштабах Земли колебания величин геотермических градиентов и ступеней достигают 25 крат. Например, в штате Орегон (США) градиент составляет 150°C на 1 км, а в Южной Африке - 6°C на 1 км.

Вопрос, какова температура на больших глубинах - 5, 10 км и более? При сохранении тенденции температура на глубине 10 км должна составлять в среднем примерно 250–300°C. Это более или менее подтверждается прямыми наблюдениями в сверхглубоких скважинах, хотя картина существенно сложнее линейного повышения температуры.

Например, в Кольской сверхглубокой скважине, пробурённой в Балтийском кристаллическом щите, температура до глубины 3 км меняется со скоростью 10°C/1 км, а далее геотермический градиент становится в 2–2,5 раза больше. На глубине 7 км зафиксирована уже температура 120°C, на 10 км - 180°C, а на 12 км - 220°C.

Другой пример - скважина, заложенная в Северном Прикаспии, где на глубине 500 м зарегистрирована температура 42°C, на 1,5 км - 70°C, на 2 км - 80°C, на 3 км - 108°C.

Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20–30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300–1500°C, на глубине 400 км - 1600°C, в ядре Земли (глубины более 6000 км) - 4000–5000°C.

На глубинах до 10–12 км температуру измеряют через пробурённые скважины; там же, где их нет, её определяют по косвенным признакам так же, как и на бóльших глубинах. Такими косвенными признаками могут быть характер прохождения сейсмических волн или температура изливающейся лавы.

Впрочем, для целей геотермальной энергетики данные о температурах на глубинах более 10 км пока не представляют практического интереса.

На глубинах в несколько километров много тепла, но как его поднять? Иногда эту задачу решает за нас сама природа с помощью естественного теплоносителя - нагретых термальных вод, выходящих на поверхность или же залегающих на доступной для нас глубине. В ряде случаев вода в глубинах разогрета до состояния пара.

Строгого определения понятия «термальные воды» нет. Как правило, под ними подразумевают горячие подземные воды в жидком состоянии или в виде пара, в том числе выходящие на поверхность Земли с температурой выше 20°C, то есть, как правило, более высокой, чем температура воздуха.

Тепло подземных вод, пара, пароводяных смесей - это гидротермальная энергия. Соответственно энергетика, основанная на её использовании, называется гидротермальной.

Сложнее обстоит дело с добычей тепла непосредственно сухих горных пород - петротермальной энергии, тем более что достаточно высокие температуры, как правило, начинаются с глубин в несколько километров.

На территории России потенциал петротермальной энергии в сто раз выше, чем у гидротермальной, - соответственно 3500 и 35 трлн тонн условного топлива. Это вполне естественно - тепло глубин Земли имеется везде, а термальные воды обнаруживаются локально. Однако из-за очевидных технических трудностей для получения тепла и электроэнергии в настоящее время используются большей частью термальные воды.

Воды температурой от 20–30 до 100°C пригодны для отопления, температурой от 150°C и выше - и для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях.

В целом же геотермальные ресурсы на территории России в пересчёте на тонны условного топлива или любую другую единицу измерения энергии примерно в 10 раз выше запасов органического топлива.

Теоретически только за счёт геотермальной энергии можно было бы полностью удовлетворить энергетические потребности страны. Практически же на данный момент на большей части её территории это неосуществимо по технико-экономическим соображениям.

В мире использование геотермальной энергии ассоциируется чаще всего с Исландией - страной, расположенной на северном окончании Срединно-Атлантического хребта, в исключительно активной тектонической и вулканической зоне. Наверное, все помнят мощное извержение вулкана Эйяфьятлайокудль (Eyjafjallajökull ) в 2010 году.

Именно благодаря такой геологической специфике Исландия обладает огромными запасами геотермальной энергии, в том числе горячих источников, выходящих на поверхность Земли и даже фонтанирующих в виде гейзеров.

В Исландии в настоящее время более 60% всей потребляемой энергии берут из Земли. В том числе за счёт геотермальных источников обеспечивается 90% отопления и 30% выработки электроэнергии. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, то есть также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия выглядит неким мировым экологическим эталоном.

«Приручение» геотермальной энергии в XX веке заметно помогло Исландии в экономическом отношении. До середины прошлого столетия она была очень бедной страной, сейчас занимает первое место в мире по установленной мощности и производству геотермальной энергии на душу населения и находится в первой десятке по абсолютной величине установленной мощности геотермальных электростанций. Однако её население составляет всего 300 тысяч человек, что упрощает задачу перехода на экологически чистые источники энергии: потребности в ней в целом невелики.

Помимо Исландии высокая доля геотермальной энергетики в общем балансе производства электроэнергии обеспечивается в Новой Зеландии и островных государствах Юго-Восточной Азии (Филиппины и Индонезия), странах Центральной Америки и Восточной Африки, территория которых также характеризуется высокой сейсмической и вулканической активностью. Для этих стран при их нынешнем уровне развития и потребностях геотермальная энергетика вносит весомый вклад в социально-экономическое развитие.

Использование геотермальной энергии имеет весьма давнюю историю. Один из первых известных примеров - Италия, местечко в провинции Тоскана, ныне называемое Лардерелло, где ещё в начале XIX века местные горячие термальные воды, изливавшиеся естественным путём или добываемые из неглубоких скважин, использовались в энергетических целях.

Вода из подземных источников, богатая бором, употреблялась здесь для получения борной кислоты. Первоначально эту кислоту получали методом выпаривания в железных бойлерах, а в качестве топлива брали обычные дрова из ближайших лесов, но в 1827 году Франческо Лардерел (Francesco Larderel) создал систему, работавшую на тепле самих вод. Одновременно энергию природного водяного пара начали использовать для работы буровых установок, а в начале XX века - и для отопления местных домов и теплиц. Там же, в Лардерелло, в 1904 году термальный водяной пар стал энергетическим источником для получения электричества.

Примеру Италии в конце XIX-начале XX века последовали некоторые другие страны. Например, в 1892 году термальные воды впервые были использованы для местного отопления в США (Бойсе, штат Айдахо), в 1919-м - в Японии, в 1928-м - в Исландии.

В США первая электростанция, работавшая на гидротермальной энергии, появилась в Калифорнии в начале 1930-х годов, в Новой Зеландии - в 1958 году, в Мексике - в 1959-м, в России (первая в мире бинарная ГеоЭС) - в 1965-м.

Старый принцип на новом источнике

Выработка электроэнергии требует более высокой температуры гидроисточника, чем для отопления, - более 150°C. Принцип работы геотермальной электростанции (ГеоЭС) сходен с принципом работы обычной тепловой электростанции (ТЭС). По сути, геотермальная электростанция - разновидность ТЭС.

На ТЭС в роли первичного источника энергии выступают, как правило, уголь, газ или мазут, а рабочим телом служит водяной пар. Топливо, сгорая, нагревает воду до состояния пара, который вращает паровую турбину, а она генерирует электричество.

Отличие ГеоЭС состоит в том, что первичный источник энергии здесь - тепло земных недр и рабочее тело в виде пара поступает на лопасти турбины электрогенератора в «готовом» виде прямо из добывающей скважины.

Существуют три основные схемы работы ГеоЭС: прямая, с использованием сухого (геотермального) пара; непрямая, на основе гидротермальной воды, и смешанная, или бинарная.

Применение той или иной схемы зависит от агрегатного состояния и температуры энергоносителя.

Самая простая и потому первая из освоенных схем - прямая, в которой пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину. На сухом пару работала и первая в мире ГеоЭС в Лардерелло в 1904 году.

ГеоЭС с непрямой схемой работы в наше время самые распространённые. Они используют горячую подземную воду, которая под высоким давлением нагнетается в испаритель, где часть её выпаривается, а полученный пар вращает турбину. В ряде случаев требуются дополнительные устройства и контуры для очистки геотермальной воды и пара от агрессивных соединений.

Отработанный пар поступает в скважину нагнетания либо используется для отопления помещений, - в этом случае принцип тот же, что при работе ТЭЦ.

На бинарных ГеоЭС горячая термальная вода взаимодействует с другой жидкостью, выполняющей функции рабочего тела с более низкой температурой кипения. Обе жидкости пропускаются через теплообменник, где термальная вода выпаривает рабочую жидкость, пары которой вращают турбину.

Эта система замкнута, что решает проблемы выбросов в атмосферу. Кроме того, рабочие жидкости со сравнительно низкой температурой кипения позволяют использовать в качестве первичного источника энергии и не очень горячие термальные воды.

Во всех трёх схемах эксплуатируется гидротермальный источник, но для получения электричества можно использовать и петротермальную энергию.

Принципиальная схема в этом случае также достаточно проста. Необходимо пробурить две соединяющиеся между собою скважины - нагнетательную и эксплуатационную. В нагнетательную скважину закачивается вода. На глубине она нагревается, затем нагретая вода или образовавшийся в результате сильного нагрева пар по эксплуатационной скважине подаётся на поверхность. Далее всё зависит от того, как используется петротермальная энергия - для отопления или для производства электроэнергии. Возможен замкнутый цикл с закачиванием отработанного пара и воды обратно в нагнетательную скважину либо другой способ утилизации.

Недостаток такой системы очевиден: для получения достаточно высокой температуры рабочей жидкости нужно бурить скважины на большую глубину. А это серьёзные затраты и риск существенных потерь тепла при движении флюида вверх. Поэтому петротермальные системы пока менее распространены по сравнению с гидротермальными, хотя потенциал петротермальной энергетики на порядки выше.

В настоящее время лидер в создании так называемых петротермальных циркуляционных систем (ПЦС) - Австралия. Кроме того, это направление геотермальной энергетики активно развивается в США, Швейцарии, Великобритании, Японии.

Подарок лорда Кельвина

Изобретение в 1852 году теплового насоса физиком Уильямом Томпсоном (он же - лорд Кельвин) предоставило человечеству реальную возможность использования низкопотенциального тепла верхних слоёв грунта. Теплонасосная система, или, как её называл Томпсон, умножитель тепла, основана на физическом процессе передачи тепла от окружающей среды к хладагенту. По сути, в ней используют тот же принцип, что и в петротермальных системах. Отличие - в источнике тепла, в связи с чем может возникнуть терминологический вопрос: насколько тепловой насос можно считать именно геотермальной системой? Дело в том, что в верхних слоях, до глубин в десятки-сотни метров, породы и содержащиеся в них флюиды нагреваются не глубинным теплом земли, а солнцем. Таким образом, именно солнце в данном случае - первичный источник тепла, хотя забирается оно, как и в геотермальных системах, из земли.

Работа теплового насоса основана на запаздывании прогрева и охлаждения грунта по сравнению с атмосферой, в результате чего образуется градиент температур между поверхностью и более глубокими слоями, которые сохраняют тепло даже зимой, подобно тому, как это происходит в водоёмах. Основное назначение тепловых насосов - обогрев помещений. По сути - это «холодильник наоборот». И тепловой насос, и холодильник взаимодействуют с тремя составляющими: внутренней средой (в первом случае - отапливаемое помещение, во втором - охлаждаемая камера холодильника), внешней средой - источником энергии и холодильным агентом (хладагентом), он же - теплоноситель, обеспечивающий передачу тепла или холода.

В роли хладагента выступает вещество с низкой температурой кипения, что позволяет ему отбирать тепло у источника, имеющего даже сравнительно низкую температуру.

В холодильнике жидкий хладагент через дроссель (регулятор давления) поступает в испаритель, где из-за резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости. Испарение - эндотермический процесс, требующий поглощения тепла извне. В результате тепло из внутренних стенок испарителя забирается, что и обеспечивает охлаждающий эффект в камере холодильника. Далее из испарителя хладагент засасывается в компрессор, где он возвращается в жидкое агрегатное состояние. Это обратный процесс, ведущий к выбросу отнятого тепла во внешнюю среду. Как правило, оно выбрасывается в помещение, и задняя стенка холодильника сравнительно тёплая.

Тепловой насос работает практически так же, с той разницей, что тепло забирается из внешней среды и через испаритель поступает во внутреннюю среду - систему отопления помещения.

В реальном тепловом насосе вода нагревается, проходя по внешнему контуру, уложенному в землю или водоём, далее поступает в испаритель.

В испарителе тепло передаётся во внутренний контур, заполненный хладагентом с низкой температурой кипения, который, проходя через испаритель, переходит из жидкого состояния в газообразное, забирая тепло.

Далее газообразный хладагент попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления и температуры, и поступает в конденсатор, где происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из системы отопления.

Для работы компрессора требуется электроэнергия, тем не менее коэффициент трансформации (соотношение потребляемой и вырабатываемой энергии) в современных системах достаточно высок, чтобы обеспечить их эффективность.

В настоящее время тепловые насосы довольно широко используются для отопления помещений, главным образом, в экономически развитых странах.

Экокорректная энергетика

Геотермальная энергетика считается экологически чистой, что в целом справедливо. Прежде всего, в ней используется возобновляемый и практически неисчерпаемый ресурс. Геотермальная энергетика не требует больших площадей, в отличие от крупных ГЭС или ветропарков, и не загрязняет атмосферу, в отличие от углеводородной энергетики. В среднем ГеоЭС занимает 400 м 2 в пересчёте на 1 ГВт вырабатываемой электроэнергии. Тот же показатель для угольной ТЭС, к примеру, составляет 3600 м 2 . К экологическим преимуществам ГеоЭС относят также низкое водопотребление - 20 литров пресной воды на 1 кВт, тогда как для ТЭС и АЭС требуется около 1000 литров. Отметим, что это экологические показатели «среднестатистической» ГеоЭС.

Но отрицательные побочные эффекты всё же имеются. Среди них чаще всего выделяют шум, тепловое загрязнение атмосферы и химическое - воды и почвы, а также образование твёрдых отходов.

Главный источник химического загрязнения среды - собственно термальная вода (с высокой температурой и минерализацией), нередко содержащая большие количества токсичных соединений, в связи с чем существует проблема утилизации отработанной воды и опасных веществ.

Отрицательные эффекты геотермальной энергетики могут прослеживаться на нескольких этапах, начиная с бурения скважин. Здесь возникают те же опасности, что и при бурении любой скважины: разрушение почвенно-растительного покрова, загрязнение грунта и грунтовых вод.

На стадии эксплуатации ГеоЭС проблемы загрязнения окружающей среды сохраняются. Термальные флюиды - вода и пар - обычно содержат углекислый газ (CO 2), сульфид серы (H 2 S), аммиак (NH 3), метан (CH 4), поваренную соль (NaCl), бор (B), мышьяк (As), ртуть (Hg). При выбросах во внешнюю среду они становятся источниками её загрязнения. Кроме того, агрессивная химическая среда может вызывать коррозионные разрушения конструкций ГеоТЭС.

В то же время выбросы загрязняющих веществ на ГеоЭС в среднем ниже, чем на ТЭС. Например, выбросы углекислого газа на каждый киловатт-час выработанной электроэнергии составляют до 380 г на ГеоЭС, 1042 г - на угольных ТЭС, 906 г - на мазутных и 453 г - на газовых ТЭС.

Возникает вопрос: что делать с отработанной водой? При невысокой минерализации она после охлаждения может быть сброшена в поверхностные воды. Другой путь - закачивание её обратно в водоносный пласт через нагнетательную скважину, что предпочтительно и преимущественно применяется в настоящее время.

Добыча термальной воды из водоносных пластов (как и выкачивание обычной воды) может вызывать просадку и подвижки грунта, другие деформации геологических слоёв, микроземлетрясения. Вероятность таких явлений, как правило, невелика, хотя отдельные случаи зафиксированы (например, на ГеоЭС в Штауфен-им-Брайсгау в Германии).

Следует подчеркнуть, что большая часть ГеоЭС расположена на сравнительно малонаселённых территориях и в странах третьего мира, где экологические требования бывают менее жёсткими, чем в развитых странах. Кроме того, на данный момент количество ГеоЭС и их мощности сравнительно невелики. При более масштабном развитии геотермальной энергетики экологические риски могут возрасти и умножиться.

Почём энергия Земли?

Инвестиционные затраты на строительство геотермальных систем варьируют в очень широком диапазоне - от 200 до 5000 долларов на 1 кВт установленной мощности, то есть самые дешёвые варианты сопоставимы со стоимостью строительства ТЭС. Зависят они, прежде всего, от условий залегания термальных вод, их состава, конструкции системы. Бурение на большую глубину, создание замкнутой системы с двумя скважинами, необходимость очистки воды могут многократно увеличивать стоимость.

Например, инвестиции в создание петротермальной циркуляционной системы (ПЦС) оцениваются в 1,6–4 тыс. долларов на 1 кВт установленной мощности, что превышает затраты на строительство атомной электростанции и сопоставимо с затратами на строительство ветряных и солнечных электростанций.

Очевидное экономическое преимущество ГеоТЭС - бесплатный энергоноситель. Для сравнения - в структуре затрат работающей ТЭС или АЭС на топливо приходится 50–80% или даже больше, в зависимости от текущих цен на энергоносители. Отсюда ещё одно преимущество геотермальной системы: расходы при эксплуатации более стабильны и предсказуемы, поскольку не зависят от внешней конъюнктуры цен на энергоносители. В целом эксплуатационные затраты ГеоТЭС оцениваются в 2–10 центов (60 коп.–3 руб.) на 1 кВт·ч произведённой мощности.

Вторая по величине после энергоносителя (и весьма существенная) статья расходов - это, как правило, заработная плата персонала станции, которая может кардинально различаться по странам и регионам.

В среднем себестоимость 1 кВт·ч геотермальной энергии сопоставима с таковой для ТЭС (в российских условиях - около 1 руб./1 кВт·ч) и в десять раз выше себестоимости выработки электроэнергии на ГЭС (5–10 коп./1 кВт·ч).

Отчасти причина высокой себестоимости заключается в том, что, в отличие от тепловых и гидравлических электростанций, ГеоТЭС имеет сравнительно небольшую мощность. Кроме того, необходимо сравнивать системы, находящиеся в одном регионе и в сходных условиях. Так, например, на Камчатке, по оценкам экспертов, 1 кВт·ч геотермальной электроэнергии обходится в 2–3 раза дешевле электроэнергии, произведённой на местных ТЭС.

Показатели экономической эффективности работы геотермальной системы зависят, например, и от того, нужно ли утилизировать отработанную воду и какими способами это делается, возможно ли комбинированное использование ресурса. Так, химические элементы и соединения, извлечённые из термальной воды, могут дать дополнительный доход. Вспомним пример Лардерелло: первичным там было именно химическое производство, а использование геотермальной энергии первоначально носило вспомогательный характер.

Форварды геотермальной энергетики

Геотермальная энергетика развивается несколько иначе, чем ветряная и солнечная. В настоящее время она в существенно большей степени зависит от характера самого ресурса, который резко различается по регионам, а наибольшие концентрации привязаны к узким зонам геотермических аномалий, связанных, как правило, с районами развития тектонических разломов и вулканизма.

Кроме того, геотермальная энергетика менее технологически ёмкая по сравнению с ветряной и тем более с солнечной энергетикой: системы геотермальных станций достаточно просты.

В общей структуре мирового производства электроэнергии на геотермальную составляющую приходится менее 1%, но в некоторых регионах и странах её доля достигает 25–30%. Из-за привязки к геологическим условиям значительная часть мощностей геотермальной энергетики сосредоточена в странах третьего мира, где выделяются три кластера наибольшего развития отрасли - острова Юго-Восточной Азии, Центральная Америка и Восточная Африка. Два первых региона входят в Тихоокеанский «огненный пояс Земли», третий привязан к Восточно-Африканскому рифту. С наибольшей вероятностью геотермальная энергетика и далее будет развиваться в этих поясах. Более отдалённая перспектива - развитие петротермальной энергетики, использующей тепло слоёв земли, лежащих на глубине нескольких километров. Это практически повсеместно распространённый ресурс, но его извлечение требует высоких затрат, поэтому петротермальная энергетика развивается прежде всего в наиболее экономически и технологически мощных странах.

В целом, учитывая повсеместное распространение геотермальных ресурсов и приемлемый уровень экологической безопасности, есть основания предполагать, что геотермальная энергетика имеет хорошие перспективы развития. Особенно при нарастании угрозы дефицита традиционных энергоносителей и росте цен на них.

От Камчатки до Кавказа

В России развитие геотермальной энергетики имеет достаточно давнюю историю, и по ряду позиций мы находимся в числе мировых лидеров, хотя в общем энергобалансе огромной страны доля геотермальной энергии пока ничтожно мала.

Пионерами и центрами развития геотермальной энергетики в России стали два региона - Камчатка и Северный Кавказ, причём если в первом случае речь идёт прежде всего об электроэнергетике, то во втором - об использовании тепловой энергии термальной воды.

На Северном Кавказе - в Краснодарском крае, Чечне, Дагестане - тепло термальных вод для энергетических целей использовалось ещё до Великой Отечественной войны. В 1980–1990-е годы развитие геотермальной энергетики в регионе по понятным причинам застопорилось и пока из состояния стагнации не вышло. Тем не менее геотермальное водоснабжение на Северном Кавказе обеспечивает теплом около 500 тыс. человек, а, например, город Лабинск в Краснодарском крае с населением 60 тыс. человек полностью отапливается за счёт геотермальных вод.

На Камчатке история геотермальной энергетики связана, прежде всего, со строительством ГеоЭС. Первые из них, до сих пор работающие Паужетская и Паратунская станции, были построены ещё в 1965–1967 годах, при этом Паратунская ГеоЭС мощностью 600 кВт стала первой станцией в мире с бинарным циклом. Это была разработка советских учёных С. С. Кутателадзе и А. М. Розенфельда из Института теплофизики СО РАН, получивших в 1965 году авторское свидетельство на извлечение электроэнергии из воды с температурой от 70°C. Эта технология впоследствии стала прототипом для более 400 бинарных ГеоЭС в мире.

Мощность Паужетской ГеоЭС, введённой в эксплуатацию в 1966 году, изначально составляла 5 МВт и впоследствии была наращена до 12 МВт. В настоящее время на станции идёт строительство бинарного блока, который увеличит её мощность ещё на 2,5 МВт.

Развитие геотермальной энергетики в СССР и России тормозилось доступностью традиционных энергоносителей - нефти, газа, угля, но никогда не прекращалось. Крупнейшие на данный момент объекты геотермальной энергетики - Верхне-Мутновская ГеоЭС с суммарной мощностью энергоблоков 12 МВт, введённая в эксплуатацию в 1999 году, и Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт (2002 год).

Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоЭС - уникальные объекты не только для России, но и в мировом масштабе. Станции расположены у подножия вулкана Мутновский, на высоте 800 метров над уровнем моря, и работают в экстремальных климатических условиях, где 9–10 месяцев в году зима. Оборудование Мутновских ГеоЭС, на данный момент одно из самых современных в мире, полностью создано на отечественных предприятиях энергетического машиностроения.

В настоящее время доля Мутновских станций в общей структуре энергопотребления Центрально-Камчатского энергетического узла составляет 40%. В ближайшие годы планируется увеличение мощности.

Отдельно следует сказать о российских петротермальных разработках. Крупных ПЦС у нас пока нет, однако есть передовые технологии бурения на большую глубину (порядка 10 км), которые также не имеют аналогов в мире. Их дальнейшее развитие позволит кардинально снизить затраты на создание петротермальных систем. Разработчики данных технологий и проектов - Н. А. Гнатусь, М. Д. Хуторской (Геологический институт РАН), А. С. Некрасов (Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН) и специалисты Калужского турбинного завода. Сейчас проект петротермальной циркуляционной системы в России находится на экспериментальной стадии.

Перспективы у геотермальной энергетики в России есть, хотя и сравнительно отдалённые: на данный момент достаточно велик потенциал и сильны позиции традиционной энергетики. В то же время в ряде отдалённых районов страны использование геотермальной энергии экономически выгодно и востребовано уже сейчас. Это территории с высоким геоэнергетическим потенциалом (Чукотка, Камчатка, Курилы - российская часть Тихоокеанского «огненного пояса Земли», горы Южной Сибири и Кавказ) и одновременно удалённые и отрезанные от централизованного энергоснабжения.

Вероятно, в ближайшие десятилетия геотермальная энергетика в нашей стране будет развиваться именно в таких регионах.

Которая отличается составом и физическими свойствами - она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. Разделяет кору и мантию граница Мохоровичича, или сокращённо Мохо, на которой происходит резкое увеличение скоростей сейсмических волн. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы.

Кора есть на большинстве планет земной группы, Луне и многих спутниках планет-гигантов. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической.

Масса земной коры оценивается в 2,8×1019 тонн (из них 21 % - океаническая кора и 79 % - континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли.

Общие сведения о внутреннем строении земли

Первые представления о существовании земной коры были высказаны английским физиком У.Гильбертом в 1600 г. Им было предложено делить недра Земли на две неравные части: кору или скорлупу и твёрдое ядро .

Развитие этих идей содержится в трудах Л.Декарта, Г.Лейбница, Ж.Бюффона, М.В.Ломоносова и многих других, зарубежных и отечественных учёных. В начале исследование земной коры было ориентировано на изучение земной коры континентов. Поэтому первые модели коры отражали особенности строения коры континентального типа.

В первой половине XX века изучение строения недр стало проводиться с использованием сейсмологии и сейсмики. Анализируя характер сейсмических волн от землетрясения в Хорватии в 1909 г., сейсмолог А. Мохоровичич, как уже указывалось, выделил чётко прослеживающуюся сейсмическую границу на глубине порядка 50 км, которую он определил как подошву земной коры (поверхность Мохоровичича, Мохо, или М).

В 1925 г. В.Конрад зафиксировал выше границы Мохоровичича ещё одну поверхность раздела внутри коры, которая также получила его имя - поверхность Конрада, или поверхность К. Учёным было предложено верхний слой коры мощностью порядка 12 км называть гранитным м слоем, а нижний мощностью 25 км - базальтовым. Появилась первая двухслойная модель строения земной коры. Дальнейшие исследования позволили измерить мощность коры в разных областях континентов. Было установлено, что в низменных районах она составляет 35 ÷ 45 км, а в горных возрастает до 50 ÷ 60 км (максимальная мощность коры - 75 км зафиксирована на Памире). Такое утолщение земной коры Б. Гутенбергом было названо «корнями гор ». Установлено было также, что гранитный слой имеет скорость 5 ÷ 6 км/с, свойственную для гранитов, а нижний - 6 ÷ 7 км/с, характерную для базальтов. Земную кору, состоящую из гранитного и базальтового слоёв, назвали консолидированной корой, на которой располагается ещё один, верхний, осадочный слой. Его мощность варьировала в пределах 0 ÷ 5-6 км (максимальная мощность осадочного слоя достигает 20 ÷ 25 км).

Таким образом, сведения о внутреннем строении Земли получены, главным образом, в результате геофизических исследований .

Согласно современным геофизическим (сейсмологическим) данным в объеме Земли выделяются три основные области: кора, мантия и ядро .

Кора отделяется от мантии резкой сейсмической границей, наблюдается увеличение скорости продольных сейсмических волн (до 8,2 км/с), а также возрастание плотности вещества - от 2.9 до 5.6 г/см 3 . Эта граница в честь ее первооткрывателя - югославского геофизика Мохоровичича - была названа границей Мохо (или просто граница М). Земной корой стали называть наружную толщу Земли, расположенную выше границы М.

По данным сейсмических исследований выделяются два типа глубинного строения земной коры, отличающихся по мощности и структуре:

• континентальный тип - мощность 30-50 км до 60-80 км.
• океанический тип - мощность 5-10 км.

Земная кора континентального типа

Континентальная земная кора в наиболее полном ее виде делится на 3 основных геофизических «слоя», которые отличаются по упругим свойствам и плотностным характеристикам пород :

1. «Осадочный слой» («осадочный чехол », «неконсолидированная толща») сложена горизонтально или полого залегающими неметаморфизованными толщами осадочных и вулканогенных пород фанерозойского, реже - верхнепротерозойского возраста. Почти на 40% территории России осадочный слой отсутствует - он выклинивается (смыт) на площадях, занимаемых древними щитами. В пределах складчатых поясов он развит спорадически, фрагментами.
2. Гранитный (гранулито-метаморфический) слой , представлен сильно дислоцированными и в разной степени метаморфизованными осадочными, эффузивными и интрузивными породами преимущественно кислого, т.е. гранитоидного состава. На щитах и значительных площадях складчатых поясов он выходит на земную поверхность. Скорости продольных сейсмических волн от 5,5 до 6,3 км/с. Мощность в областях развития типичной континентальной коры 10-20 км, изредка - до 25 км.
3. Базальтовый (правильнее гранулито-базальтовый слой) нигде не обнажается и состоит, по косвенным данным, из глубокометаморфизованных пород гранулитовой фации и магматических пород существенно основного и частично ультраосновного составов со скоростями продольных волн от 6,5 до 7,3 км/с (в среднем 6,8-7 км/сек). Мощность от 15 до 25-30км.

Переход от вышележащего гранито-метаморфического слоя к гранулито-базальтовому в ряде районов происходит резко, скачкообразно по т.н. поверхности Конрада (поверхности К), а в других - скорости продольных волн (и плотности пород) возрастают с глубиной плавно и четкое разделение этих слоев невозможно.

Ниже гранулито-базальтового слоя залегает верхняя мантия.

Кроме т.н. типичного, классического разреза континентальной земной коры, существуют районы с аномальным ее строением.

Например, в пределах некоторых островных дуг (зона Курильских и Командорских островов) распространена кора субконтинентального типа мощностью 15-25 км с нечетким разделением гранито-метаморфического и гранулито-базальтового слоев.

Глубоководным впадинам как внутренних морей (Черноморской, Южно-Каспийской), так и окраинных (Япономорская, Южно-Охотская), а также некоторым свехглубоким впадинам внутри субокеанического типа, в которых мощная толща осадочных пород (3-5 до 15-25 км) - по сейсмическим данным - непосредственно подстилается гранулито-базальтовым слоем мощностью от 5 до 15 км. Гранито-метаморфический слой отсутствует.

Переход материка во впадину сопровождается сменой типа коры, причем переход происходит как в пределах узкой зоны, так и на протяжении широкой полосы. Переход сопровождается чередованием участков с различными типами коры. Пример - сложно построенная переходная зона между Азиатским материком и ложем Тихого океана.

Земная кора океанического типа

Кора океанического типа образует ложе Тихого, Атлантического и Индийского океанов, где глубина превышает 3-4 км. По сейсмическим и геологическим данным она состоит из 3-х слоев.

Осадочный слой мощностью от нуля - первые десятки метров до 0,5-1 км (в среднем 0,2-0,5 км). Как показало бурение в океанах, наиболее древние горизонты осадков в океанах не древнее средне-позднеюрского возраста (около 170 млн лет), а на большой части ложа океанов имеют возраст от мела до кайнозоя или имеют только кайнозойский возраст. Скорость седиментации за этот период составляет 1-5 мм/тыс. лет.

Базальтовый слой мощностью 1,5-2,0 км, верхняя часть которого вскрыта бурением, сложен лавами и вулканическими стеклами, в нижней части слоя встречаются дайки основных пород. По возрасту породы верхней части второго слоя близки возрасту нижних горизонтов осадочного слоя (от кайнозоя до средней юры). В целом возраст верхней части второго слоя закономерно становится старше от внутриокеанических рифтовых хребтов к периферийным частям океанов. В этом же направлении увеличивается и мощность пород слоя.

Габбро-серпентинитовый слой - имеет мощность 3-4 км, породы этого слоя не вскрыты бурением, но в ряде мест из зон разломов в океанах драгами подняты обломки интрузивных пород основного и ультраосновного составов. Этот слой до недавнего времени сопоставлялся с гранулито-базальтовым слоем континентальной коры. Скорости продольных волн для этого слоя 6,5-7 км/сек. Третий слой подстилается породами верхней мантии и переходный слой между ними еще более маломощный, чем под континентами.

Cтраница 1

Мощность земной коры здесь не превышает 5 — 7 км, в ее составе отсутствует гранитный слой, а мощность осадочного слоя незначительна, что резко снижает перспективы нефтегазоносное этих территорий.  

Мощность земной коры в целом уменьшается, если геотерма смещается ближе к оси температур, что обеспечивается высокой теплопроводностью, связанной с циркуляцией масс воды от свободной поверхности вплоть до нижней коры, как, например, в случае Паннонского бассейна.

Мощность земной коры в разных частях земного шара не остается постоянной. Наибольшей мощности кора достигает на континентах, и особенно под горными сооружениями (здесь толщина гранитной оболочки достигает 30 — 40 км); предполагается, чтб под океанами мощность земной коры, лишенной гранитной оболочки, не превышает 6 — 8 км.  

Мощность земной коры здесь не превышает 5 — 7 км, в ее составе отсутствует гранитный слой, а мощность осадочного слоя незначительна, что резко снижает перспективы нефтегазоносное этих территорий.

Мощность земной коры в целом уменьшается, если геотерма смещается ближе к оси температур, что обеспечивается высокой теплопроводностью, связанной с циркуляцией масс воды от свободной поверхности вплоть до нижней коры, как, например, в случае Паннонского бассейна.  

В настоящее время мощность земной коры в среднем принимается равной / о диаметра Земли.

Особенностью континентальной коры является наличие корней гор — резкого увеличения мощности земной коры под крупными горными системами.

Под Гималаями, на-мощность коры, по-ви-достигает 70 — 80 км.  

Примерно такими же были условия и в последующий, катархейский, период развития Земли, продолжавшийся, вероятно, 0 5 млрд.

лет (4 0 — 3 5 млрд. лет назад), когда постепенно увеличивалась мощность земной коры и, вероятно, происходила ее дифференциация на более мощные и стабильные и менее мощные и подвижные участки.  

Страна горы и низменности Дальнего Востока имеет условную границу: на западе и севере она совпадает с долинами рек Олек-ма, Алдан, Юдома и Охота, на востоке включает шельф Охотского и Японского морей, на юге проходит по государственной границе.

Мощность земной коры достигает 30 — 45 км и зеркально отражает основные крупные орографические единицы.  

Южное крыло Большого Кавказа (на севере и северо-востоке региона) представляет собой веерообразную складчатую асимметричную структуру, сложенную преимущественно юрскими и меловыми отложениями, и характеризуется значительной сейсмичностью. Мощность земной коры составляет 45 — 80 км.

Здесь расположены оба выделенных нами аномальных района. По данным магнитотеллурического зондирования [ Шолпо, 1978 ], слой повышенной проводимости расположен под Большим Кавказом в узкой полосе вдоль главного хребта и южного склона, но на востоке она расширяется и захватывает районы Дагестана, где развиты известняковые отложения. Этот слой имеет толщину порядка 5 — 10 км и расположен на глубине 20 — 25 км под осевой зоной мегантиклинория.

По простиранию происходит постепенное погружение этого слоя до 60 — 75 км на периклиналях. Малый Кавказ (на юго-западе региона) с морфологически отчетливо выраженными вулканическими аппаратами делится на три крупных мегаблока.

Западное крыло Малого Кавказа характеризуется развитием мезозойских вулканогенно-оса-дочных формаций и интрузий. Оно отличается пологой складчатостью.  

Для выделяемых массивов характерен континентальный тип разрезов земной коры, в системах рифтов ее мощность значительно уменьшена.

Другие расчеты [ Коган, 1975 ] оценивают мощность земной коры до 25 — 20 км в центральных частях Тунгусской и Вилюйской впадин, до 25 — 30 км в Саяно-Енисейской впадине и до 30 — 35 км — в меридиональной системе рифтов, разделяющих Анабарский и Оленек-ский массивы.  

Южно-Каспийская депрессия имеет разрез земной коры океанического типа. Гранитный слой отсутствует в пределах глубоководных частей Южного Каспия, а мощность земной коры не превышает 50 км.

В пределах СГД выявлены следующие крупные геоструктурные элементы: на море — это Апшероно-Прибалханская зона поднятий. Бакинский архипелаг, Туркменская структурная терраса и глубоководная зона Южного Каспия, а на суше — Куринская впадина, которая зоной Талыш-Вандам — ского максимума делится на Нижнекуринскую и Среднекуринскую депрессии. Апшероно-Прибалханская зона поднятий пересекает Южный Каспий в субширотном направлении.

Возникновение в результате проявления эндогенных факторов крупных горных сооружений стимулирует деятельность поверхностных, экзогенных, агентов, направленную на разрушение гор. Вместе с тем, сглаживание, выравнивание рельефа действием экзогенных факторов приводит к сокращению мощности земной коры, уменьшению ее нагрузки на более глубокие оболочки Земли и часто сопровождается всплытием, возды-манием коры.

Так, таяние мощного ледника и разрушение гор на севере Европы, по мнению ученых, является причиной ного воздымания Скандинавии.  

Мощность земной коры в разных частях земного шара не остается постоянной. Наибольшей мощности кора достигает на континентах, и особенно под горными сооружениями (здесь толщина гранитной оболочки достигает 30 — 40 км); предполагается, чтб под океанами мощность земной коры, лишенной гранитной оболочки, не превышает 6 — 8 км.

Страницы:      1    2

Строение и состав земной коры. На материках на глубине более 35-70км скорость распространения сейсмических волн скачкообразно возрастает с 6,5-7 до 8км/с

На материках на глубине более 35-70км скорость распространения сейсмических волн скачкообразно возрастает с 6,5-7 до 8км/с. Причины роста скорости волн полностью не выяснены. Полагают, что на этой глубине происходит изменение как элементарного, так и минерального состава вещества.

Глубина, на которой происходит скачкообразное изменение скорости сейсмических волн, получила название границы Мохоровичича (по имени открывшего её сербского учёного). Иногда сокращенно её именуют «границей Мохо» или М. Принято считать, что граница Мохо является нижней границей земной коры (и верхней границей мантии). Наибольшую мощность земная кора имеет под горными хребтами (до 70км), наименьшую – на дне океанов (5-15км).

В пределах земной коры скорость распространения сейсмических волн также неодинакова.

Выделена граница Конрада , отделяющая верхнюю часть земной коры, по составу близкую гранитоидам (гранитный слой), от нижнего более тяжелого базальтового слоя.

Гранитный и базальтовый слои геофизиков нетождественны по составу гранитам и базальтам. Они только похожи на эти породы по скорости распространения сейсмических волн. Некоторые учёные считают, что земная кора имеет более сложное строение. Так, в земной коре Казахстана выделяют четыре основных слоя:

1. Седиментный, или вулканогенно-осадочный, мощностью от 0 до 12км (в Прикаспии).

Гранитный слой мощностью 8-18км.

3. Диоритовый слой мощностью 5-20км (выделяется не повсеместно).

4. Базальтовый слой мощностью 10-15км и более.

Граница Мохо залегает в Казахстане на глубине 36-60км.

В Южном Забайкалье также выделяются гранито-осадочный, диорито-метаморфический и базальтовый слои.

Распространенность химических элементов в земной коре. В 80-е годы 19-го века проблемой определения среднего состава земной коры стал систематически заниматься Ф.У.Кларк (1847-1931) – руководитель химической лаборатории американского геологического комитета в Вашингтоне.

Он в 1889г определил среднее содержание 10 химических элементов.

Он считал, что образцы горных пород дают представление о верхней оболочке Земли толщиной в 10 миль (16км). В земную кору Кларк включал также всю гидросферу (Мировой океан) и атмосферу. Однако масса гидросферы составляет лишь несколько процентов, а атмосферы – сотые доли процента от массы твёрдой земной коры, поэтому цифры Кларка в основном отражали состав последней.

Были получены следующие числа:

Кислород – 46,28

Кремний – 28,02

Алюминий – 8,14

Железо – 5,58

Кальций – 3,27

Магний – 2,77

Калий – 2,47

Натрий – 2,43

Титан – 0,33

Фосфор – 0,10…

Продолжая исследования, Кларк неуклонно увеличивал точность определений, число анализов, количество элементов. Если его первая сводка 1889г содержала лишь 10 элементов, то в последней, опубликованной в 1924г (совместно с Г.Вашингтоном), были уже данные о 50 элементах. Отдавая должное трудам Кларка, свыше 40 лет посвятившего определению среднего состава земной коры, А.Е.Ферсман в 1923г предложил термином «кларк» обозначать среднее содержание химического элемента в земной коре, какой-либо её части, Земле в целом, а также в планетах и других космических объектах.

Современные методы – радиометрия, нейтронно-активационный, атомно-абсорбционный и другие анализы позволяют с большой точностью и чувствительностью определять содержание химических элементов в горных породах и минералах.

По сравнению с началом XXв количество данных возросло во много раз.

Кларки самых распространенных изверженных кислых пород, слагающих гранитный слой земной коры, установлены достаточно точно, много данных и о кларках основных пород (базальтов и др.), осадочных пород (глин, сланцев, известняков и т.д.).

Сложнее вопрос о среднем составе земной коры, так как до сих пор точно неизвестно, каково соотношение между различными группами горных пород, особенно под океанами. А.П.Виноградов, предположив, что земная кора на ⅔ состоит из кислых пород и на ⅓ из основных, вычислил её средний состав. А.А.Беус, исходя из соотношения мощности гранитного и базальтового слоев (1:2), установил иные, кларки.

Представления о составе базальтового слоя весьма гипотетичны.

По А.А.Беусу, его средний состав (в %) близок к диоритам:

O – 46,0 Ca – 5,1

Si – 26,2 Na – 2,4

Al – 8,1 K – 1,5

Fe – 6,7 Ti – 0,7

Mg – 3,0 H – 0,1

Mn – 0,1 P – 0,1

Данные свидетельствуют о том, что почти, половина твёрдой земной коры состоит из одного элемента – кислорода.

Таким образом, земная кора – это «кислородная сфера», кислородное вещество. На втором месте стоит кремний (кларк 29,5), на третьем алюминий (8,05). В сумме эти элементы составляют 84,55%. Если к ним добавить железо (4,65), кальций (2,96), калий (2,50), натрий (2,50), магний (1,87), титан (0,45), то получится 99,48%, т.е.

практически почти вся земная кора. Остальные 80 элементов занимают менее 1%. Содержание большинства элементов в земной коре не превышает 0,01-0,0001%. Такие элементы в геохимии принято называть редкими . Если редкие элементы обладают слабой способностью к концентрации, то они именуются редкими рассеянными .

К ним относятся Br, In, Ra, I, Hf, Re, Sc и другие элементы. В геохимии употребляется также термин "микроэлементы ", под которыми понимаются элементы, содержащиеся в малых количествах (порядка 0,01% и менее) в данной системе. Так, алюминий – микроэлемент в организмах и макроэлемент в силикатных породах.

В земной коре преобладают легкие атомы, занимающие начальные клетки периодической системы, ядра которых содержат небольшое число нуклонов – протонов и нейтронов.

Действительно, после железа (№26) нет ни одного распространённого элемента. Эта закономерность была отмечена ещё Менделеевым, отмечавшим, что распространённейшие в природе простые тела имеют малую атомную массу.

Другая особенность в распространении элементов была установлена итальянцем Г.Оддо в 1914г и более детально охарактеризована американцем В.Гаркинсом в 1915-1928гг.

Они отметили, что в земной коре преобладают элементы с чётными порядковыми номерами и с чётными атомными массами. Среди соседних элементов у чётных кларки почти всегда выше, чем у нечётных. Для первых по распространённости 9 элементов массовые кларки чётных составляют в сумме 86,43%, а кларки нечётных – лишь 13,03%.

Особенно велики кларки элементов, атомная масса которых делится на 4. Это кислород, магний, кремний, кальций и т.д. Среди атомов одного и того же элемента преобладают изотопы с массовым числом, кратным 4.

Такое строение атомного ядра Ферсман обозначил символом 4q , где q – целое число.

По Ферсману, ядра типа 4q слагают 86,3% земной коры. Итак, распространённость элементов в земной коре (кларки) в основном связана со строением атомного ядра – в земной коре преобладают ядра с небольшим и чётным числом протонов и нейтронов.

Основные особенности распространения элементов в земной коре заложились ещё в звездную стадию существования земной материи и в первые этапы развития Земли как планеты, когда сформировалась земная кора, состоящая из легких элементов.

Однако из этого не следует, что кларки элементов геологически постоянны. Конечно, главные особенности состава земной коры и 3,5млрд. лет назад были те же, что и в наши дни, – в ней преобладали кислород и кремний, а золота и ртути было мало (п ·10-6 – п ·10-7%). Но кларки некоторых элементов все же изменились. Так, в результате радиоактивного распада стало меньше урана и тория и больше свинца – конечного продукта распада («радиогенный свинец» составляет часть атомов свинца земной коры).

За счёт радиоактивного распада ежегодно образуются миллионы тонн новых элементов. Хотя эти величины сами по себе очень велики, по сравнению с массой земной коры они ничтожны.

Итак, основные особенности элементарного состава земной коры не менялись за время геологической истории: самые древние архейские породы, как и самые молодые, состоят из кислорода, кремния, алюминия, железа и других распространённых элементов.

Однако процессы радиоактивного распада, космические лучи, метеориты, диссипация легких газов в мировое пространство изменили кларки ряда элементов.

Предыдущая45678910111213141516171819Следующая

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Земная кора под морями и океанами неодинакова по своему строению и мощности. Нижней границей земной коры считают поверхность Мохоровичича. Она выделяется по резкому возрастанию скорости продольных сейсмических волн до 8 км/с и более. В пределах земной коры скорости продольных волн ниже этой величины. Ниже поверхности Мохоровичича располагается верхняя мантия Земли.

Выделяют несколько типов земной коры.

Наиболее резкие различия отмечаются в строении земной коры материкового и океанического типов.

Земная кора материкового типа имеет среднюю мощность 35 км и состоит из 3-х слоев:

• Осадочный слой.

  Мощность этого слоя может составлять от нескольких метров до 1-2 км. Скорость распространения упругих волн 5 км/с;

• Гранитный слой является главным слоем этого типа земной коры. Плотность составляющего этот слой вещества равна 2,7 г/см?.

  Мощность – 15-17 км. Скорость распространения упругих волн около 6 км/с. Он состоит из гранитов, гнейсов, кварцитов и других плотных магматических и метаморфических пород кристаллического строения.

  Эти порода относятся по содержанию кремнекислоты (60%) к кислым породам;

• Базальтовый слой. Этот слой имеет плотность 3 г/см?. Мощность – 17-20 км. Скорость распространения упругих волн 6,5-7,2 км/с. Слой состоит из базальтов, габбро. По содержанию кремнекислоты эти породы относятся к основным породам. В них содержится большое количество окислов различных металлов.

Земная кора океанического типа имеет следующее строение:

• 1 слой – слой океанической воды.

  Средняя толщина этого слоя равна 4 км. Скорость распространения упругих волн 1,5 км/с. Плотность – 1,03 г/см?;

• 2 слой – слой неуплотненных осадков, мощностью 0,7 км, со скоростью распространения упругих волн 2,5 км/с, средней плотностью 2,3 г/см?;
• 3 слой – так называемый «второй слой».

  Средняя мощность данного слоя равна 1,7 км. Скорость распространения упругих волн 5,1 км/с. Плотность – 2,55 г/см?;

• 4 слой – базальтовый слой. Этот слой не отличается от базальтового слоя, образующего нижнюю часть континентальной коры. Его средняя мощность составляет 4,2 км.

Таким образом, общая средняя мощность океанической земной коры, без слоя воды, составляет всего 6,6 км. Это примерно в 5 раз меньше мощности земной коры материкового типа.

Материковый тип земной коры в морях и океанах имеет довольно широкое распространение.

Материковая кора слагает шельф, материковый склон и в значительной части материковое подножие. Ее нижняя граница проходит на глубинах порядка 2-3,5 км.

Дно на глубине более 3640 м уже сложено океанической земной корой. Ложу океана свойственен океанический тип земной коры. Большой сложностью отличается земная кора под переходными зонами.

В глубоководной части котловины окраинного моря кора по своему составу близка к океанической.

Отличается от нее значительно большей мощностью базальтового и осадочного слоев. Особенно резко возрастает толщина осадочного слоя. «Второй слой» здесь обычно резко не выделяется, а происходит как бы постепенное уплотнение осадочного слоя с глубиной. Этот вариант строения земной коры называется субокеаническим.

Под островными дугами в одних случаях обнаруживается материковая земная кора, в других – субокеаническая, в третьих – субматериковая.

Субматериковая земная кора отличается отсутствием резкой границы между гранитным и базальтовым слоями, а также общей сокращенной мощностью. Типичная материковая кора слагает Японские острова. Южная часть Курильской островной дуги сложена субматериковой земной корой. Малые Антильские и Мариинские острова сложены субокеанической земной корой.

Сложное строение имеет земная кора под глубоководными желобами.

Глубоководный желоб представлен бортами и дном. Тот борт желоба, который одновременно является склоном островной дуги, характеризуется типом земной коры, которым сложен склон островной дуги. Противоположный борт сложен океанической корой. Дно желоба – субокеанической земной корой.

Определенный интерес представляет так же рельеф поверхности Мохоровичича в переходной зоне океана. Глубоководной котловине окраинного моря в переходной зоне соответствует выступ поверхности Мохоровичича.

Затем в сторону океана следует депрессия поверхности, которая располагается и под островной дугой и под глубоководным желобом. Максимальный прогиб поверхности Мохоровичича приходится на океанический склон островной дуги. На островных дугах нередко встречается выход ультраосновных магматических пород. Это свидетельствует о том, что магматические процессы в переходных зонах генетически связаны с процессами, протекающими в мантии – с восходящими движениями глубинного вещества верхней мантии.

Таким образом, в пределах переходной зоны отмечается большая неоднородность, мозаичность земной коры.

Эта мозаичность хорошо согласуется с резкой дифференциацией рельефа переходной зоны (глубоководная котловина окраинного моря, островная дуга, глубоководный желоб). В общей сложности тип коры под переходными зонами носит название геосинклинальный.

Переходные зона – это современные геосинклинальные области.

Под срединно-океаническми хребтами земная кора очень специфична по своему строению.

В земной коре этого типа выделяют:

• довольно тонкий и непостоянный по простиранию слой рыхлых осадков, с мощностью от 0 и до нескольких километров;
• «второй слой» с мощностью от нескольких сотен метров и до 2-3 км;
• под «вторым» слоем залегают породы повышенной плотности. Скорость распространения упругих волн (7,2-7,8 км/с) в этих породах значительно больше, чем в базальтовом слое, но меньше, чем на границе Мохоровичича.

  Высказывается предположение, что под срединно-океаническими хребтами базальтовый слой частично замещают видоизмененные разуплотненные породы верхней мантии. Повышенная плотность данного слоя объясняется смешением материала базальтового слоя и верхней мантии. Мощное давление восходящих потоков вещества верхней мантии приводит к нарушению сплошной земной коры (разрывы).

  Вещество верхней мантии внедряется в вышележащие породы. Таким образом, происходит смешение материала верхней мантии и базальтового слоя.

Под срединно-океаническими хребтами земная кора не имеет четко выраженной границы. Такой тип коры носит название рифтогенального.

Таким образом, подводным окраинам материков свойственен материковый тип земной коры, переходным зонам – геосинклинальный, ложу океана – океанический, срединно-океаническим хребтам – рифтогенальный.

ЗЕМНАЯ КОРА (а. earth crust; н. Erdkruste; ф. croute terrestre; и.

соrteza terrestre) - верхняя твёрдая оболочка Земли, ограниченная снизу Мохоровичича поверхностью. Термин «земная кора» появился в 18 в. в работах М. В. Ломоносова и в 19 в. в трудах английский учёного Ч. Лайеля; с развитием контракционной гипотезы в 19 в.

получил определенный смысл, вытекающий из идеи охлаждения Земли до тех пор, пока не образовалась кора (американский геолог Дж. Дана). В основе современных представлений о структуре, составе и других характеристиках Земной коры лежат геофизические данные о скорости распространения упругих волн (в основном продольных, Vp), которые на границе Мохоровичича скачкообразно возрастают с 7,5-7,8 до 8,1-8,2 км/с. Природа нижней границы Земной коры, по-видимому, обусловлена изменением химического состава пород (габбро - перидотит) либо фазовыми переходами (в системе габбро - эклогит).

В целом для Земной коры характерна вертикальная и горизонтальная неоднородность (анизотропия), которая отражает различный характер её эволюции в разных частях планеты, а также её существенную переработку в процессе последнего этапа развития (40-30 млн. лет), когда были сформированы основные черты современного лика Земли. Значительная часть Земной коры находится в состоянии изостатического равновесия (см.

Изостазия), которое в случае нарушения достаточно быстро (104 лет) восстанавливается благодаря наличию Астеносферы. Выделяют два главных типа Земной коры: континентальную и океаническую, различающихся по составу, строению, мощности и другим характеристикам (рис.). Мощность континентальной коры в зависимости от тектонических условий меняется в среднем от 25-45 км (на платформах) до 45-75 км (в областях горообразования), однако и в пределах каждой геоструктурной области она не остаётся строго постоянной.

В континентальной коре различают осадочный (Vp до 4,5 км/с), «гранитный» (Vp 5,1-6,4 км/с) и «базальтовый» (Vp 6,1-7,4 км/с) слои.

Мощность осадочного слоя достигает 20 км, распространён он не повсеместно. Названия «гранитного» и «базальтового» слоев условны и исторически связаны с выделением разделяющей их границы Конрада (Vp 6,2 км/с), хотя последующие исследования (в том числе сверхглубокое бурение) показали некоторую сомнительность этой границы (а по некоторым данным её отсутствие). Оба эти слоя поэтому иногда объединяют в понятие консолидированной коры.

Изучение выходов «гранитного» слоя в пределах щитов показало, что в него входят породы не только собственно гранитного состава, но и разнообразные гнейсы и другие метаморфические образования. Поэтому данный слой часто называют также гранитно-метаморфическим или гранитно-гнейсовым; его средняя плотность 2,6-2,7 т/м3. Прямое изучение «базальтового» слоя на континентах невозможно, и значениям скоростей сейсмических волн, по которым он выделен, могут удовлетворять как магматические породы основного состава (базиты), так и породы, испытавшие высокую степень метаморфизма (гранулиты, отсюда название гранулит-базитовый слой).

Средняя плотность базальтового слоя колеблется от 2,7 до 3,0 т/м3.

Основные отличия океанической коры от континентальной - отсутствие «гранитного» слоя, существенно меньшая мощность (2-10 км), более молодой возраст (юра, мел, кайнозой), большая латеральная однородность.

Океаническая кора состоит из трёх слоев. Первый слой, или осадочный, характеризуется широким диапазоном скоростей (V от 1,6 до 5,4 км/с) и мощностью до 2 км. Второй слой, или акустический фундамент, имеет в среднем мощность 1,2-1,8 км и Vp 5,1-5,5 км/с.

Детальные исследования позволили разделить его на три горизонта (2А, 2В и 2С), причём наибольшей изменчивостью обладает горизонт 2А (Vp 3,33-4,12 км/с). Глубоководным бурением установлено, что горизонт 2А сложен сильнотрещиноватыми и брекчированными базальтами, которые с увеличением возраста океанической коры становятся более консолидированными.

Мощность горизонта 2В (Vp 4,9-5,2 км/с) и 2С (Vp 5,9-6,3 км/с) не постоянна в разных океанах. Третий слой океанической коры имеет достаточно близкие значения Vp и мощности, что указывает на его однородность. Однако в его строении также отмечаются вариации как по значениям скорости (6,5-7,7 км/с), так и мощности (от 2 до 5 км).

Большинство исследователей считают, что третий слой океанической коры сложен породами в основном габброидного состава, а вариации скоростей в нём обусловлены степенью метаморфизма.

Кроме двух главных типов Земной коры, выделяют подтипы на основе соотношения толщины отдельных слоев и суммарной мощности (например, кора переходного типа - субконтинентальная в островных дугах и субокеанская на континентальных окраинах и т.д.).

Земную кору нельзя отождествлять с литосферой, устанавливаемой на основе реологии, свойств вещества.

Возраст древнейших пород Земной коры достигает 4,0-4,1 млрд. лет. Вопрос о том, каков был состав первичной Земной коры и как она формировалась в течение первых сотен млн.

лет, не ясен. В течение первых 2 млрд. лет, по-видимому, сформировалось около 50% (по некоторым оценкам, 70-80%) всей современной континентальной коры, следующие 2 млрд. лет - 40%, и лишь около 10% приходится на последние 500 млн. лет, т.е. на фанерозой. По вопросам формирования Земной коры в архее и раннем протерозое и характере её движений среди исследователей нет единого мнения.

Одни учёные считают, что формирование Земной коры происходило при отсутствии крупномасштабных горизонтальных перемещений, когда развитие рифтогенных зеленокаменных поясов сочеталось с образованием гранитно-гнейсовых куполов, послуживших ядрами роста древнейшей континентальной коры. Другие учёные считают, что начиная с архея действовала эмбриональная форма тектоники плит, а гранитоиды формировались над зонами Субдукции, хотя ещё не было крупных горизонтальных перемещений континентальной коры.

Переломный момент в развитии Земной коры наступает в позднем докембрии, когда в условиях существования крупных плит уже зрелой континентальной коры стали возможны крупномасштабные горизонтальные перемещения, сопровождаемые субдукцией и обдукцией новообразованной литосферы. С этого времени образование и развитие Земной коры происходит в геодинамической обстановке, обусловленной механизмом тектоники плит.

"Мы не знаем когда точно возник земной магнетизм, однако это могло и произойти вскоре после формирования мантии и внешнего ядра. Для включения геодинамо требуется внешнее затравочное поле, причем необязательно мощное. Эту роль, к примеру, могло взять на себя магнитное поле Солнца, или поле токов, порожденных в ядре за счет термоэлектрического эффекта. В конечном счете, не слишком важно, источников магнетизма хватало. При наличии такого поля и кругового движения токов проводящей жидкости, запуск внутрипланетной динамомашины становится просто неизбежным"

Дэвид Стивенсон, профессор калифорнийского психологического института - крупнейший специалист по планетарному магнетизму

Земля – огромный генератор неисчерпаемой электрической энергии

Еще в 16 веке английский врач и физик Уильям Гильберт высказывал предположение о том, что земной шар является гигантским магнитом, а знаменитый французский ученый Андре Мари Ампер (1775-1836гг.), чьим именем названа физическая величина, определяющая силу электрического тока, доказывал, что наша Планета представляет из себя огромную динамо-машину, вырабатывающую электрический ток. При этом магнитное поле Земли есть производная от этого тока, который обтекает Землю с запада на восток и по этой причине магнитное поле Земли направлено с юга на север. Уже в начале 20-го века, после проведения значительного количества практических экспериментов, знаменитым ученым и экспериментатором Николой Тесла, предположения У. Гильберта и А. Ампера получили свое подтверждение. О некоторых экспериментах Н.Теслы и их практических результатах мы поговорим в дальнейшем, непосредственно в этой статье.

Интересные данные об огромных, по своей величине, электрических токах, протекающих в глубинах океанских вод, сообщил с своей работе "Обходите впадины стороной" (журнал "Изобретатель и рационализатор" №11. 1980г.), кандидат технических наук, автор научных трудов в областях машиностроения, акустики, физики металлов, технологии радиоаппаратуры, автор более 40 изобретений-Альфтан Эрминингельт Алексеевич. Возникает естественный вопрос: "Что из себя представляет эта природная динамомашина и есть ли возможность использования неисчерпаемой энергии этого генератора электрического тока в интересах человека?" Целью данной статьи и является поиск ответов и на этот, и на другие вопросы, связанные с этой тематикой.

Раздел 1 Что является первопричиной возникновения электрического тока внутри Земли? Каковы потенциалы электрического и магнитных полей над поверхностью Земли, обусловленные протеканием электрического тока внутри нашей Планеты?

Внутреннее строение Земли, ее недр и земной коры формировалось в течении миллиардов лет. Под действием собственного гравитационного поля происходил разогрев ее недр, а это привело к дифферентации внутреннего строения недр Земли и ее оболочки - земной коры по агрегатному состоянию, химическому составу и физическим свойствам, в результате чего недра Земли и ее околоземное пространство приобрели следующую структуру:

Ядро Земли, расположенное в центре внутренней земной сферы;
- Мантия;
- Земная кора;
- Гидросфера;
- Атмосфера;
- Магнитосфера

Земная кора, мантия, и внутренняя часть ядра Земли состоят из твердых веществ. Внешняя часть ядра Земли состоит, в основном, из расплавленной массы железа, с добавкой никеля, кремния и небольшого количества других элементов. Основной тип земной коры -материковый и океанический, в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного строения.

Ядро Земли - центральная, наиболее глубинная геосфера Планеты. Средний радиус ядра около 3.5 тысяч километров. Само ядро состоит из внешней и внутренней части(субъядро). Температура в центре ядра достигает примерно 5000 градусов Цельсия, плотность около 12.5 тонн/м2, давление до 361 Гпа. В последние годы появились новые, дополнительные сведения о ядре Земли. Как было установлено учеными- Полем Ричардсом (земная обсерватория Лимонте-Доэрти) и Сяодун Суном (университет Иллинойса), железное расплавленное ядро Планеты, при при его вращении вокруг земной оси, обгоняет вращение остальной части земного шара на 0.25-0.5 градусов в год. Определен диаметр твердой, внутренней части ядра(субъядро). Он составляет 2.414 тысяч километров(журнал "Открытия и гипотезы", ноябрь. 2005 год. Киев).

В настоящее время высказывается следующая основная гипотеза, объясняющая возникновение электрического тока внутри расплавленной внешней оболочки ядра Земли. Суть этой гипотезы состоит в следующем: Вращение Земли вокруг своей оси приводит к возникновению турбулентности во внешней, расплавленной оболочке ядра, что, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока, протекающего внутри расплавленного железа. Думаю, что в качестве гипотезы, можно высказать и следующее предположение. Так как внешняя, расплавленная часть оболочки ядра Земли находится в постоянном движении как относительно своего субъядра, так и относительно наружной части-Мантии Земли, и этот процесс протекает в течении очень длительного периода времени, произошла наэлектролизованность расплавленной, внешней части ядра Земли. В результате процесса наэлектролизованности возникло направленное движение свободных электронов, в огромнейшем количестве находящихся в расплавленной массе железа, в результате чего в замкнутом контуре внешнего ядра образовался огромный по своей величине электрический ток, по всей видимости его величину можно оценить не менее чем в сотни миллионов ампер и выше. В свою очередь, вокруг силовых линий электрического тока образовались силовые линии магнитного поля, сдвинутые относительно силовых линий электрического тока на 90 градусов. Пройдя через огромную толщу Земли, напряженность электрического и магнитных полей в значительной мере уменьшилась. И если говорить конкретно о напряженности силовых линий магнитного поля Земли, то на ее магнитных полюсах напряженность магнитного поля Земли составляет по величине 0.63 гаусса.

Кроме вышеприведенных гипотез, надеюсь, уместно будет привести и результаты исследований французских ученных, о чем поведал в статье "Ядро Земли" автор Леонид Попов. Полный текст статьи размещен в Интернете, а я приведу только небольшую часть указанного текста.

"Группа исследователей из университетов Жозефера, Фурье и Лиона утверждают, что внутреннее ядро Земли постоянно кристаллизируется на западе и плавится на востоке. Вся масса внутреннего ядра медленно смещается от западной стороны к восточной со скоростью 1.5 см в год. Возраст внутреннего твердого тела ядра оценивается в 2-4 млрд лет, в то время как земли- 4.5 млрд лет.

Столь мощные процессы затвердевания и плавления очевидно, не могут не сказаться на конвективных потоках в ядре внешнем. А значит они затрагивают и планетарную динамо-машину и земное магнитное поле и поведение мантии и движение материков.

Не тут ли кроется разгадка несовпадения скорости вращения ядра и остальной планеты и путь к объяснению ускоряющего сдвига магнитных полюсов?" (Интернет, тема статьи "Ядро Земли постоянно переваривает само себя". Автор Леонид Попов. 9 августа 2010 года)

Согласно уравнениям Джеймса Максвелла (1831-1879гг.), вокруг силовых линий магнитного поля образуются силовые линии электрического тока, совпадающие по своему направлению с направлением движения тока внутри наружного расплавленного ядра Планеты. Следовательно, как внутри "тела" Земли, так и вокруг околоземной поверхности должно иметь место наличие силовых линий электрического поля, причем, чем дальше электрическое(как и магнитное поле) поле находится от ядра Земли, тем ниже напряженность его силовых линий. Так фактически должно быть и этому предположению имеется реальное подтверждение.

Откроем "Справочник по физике" автора А.С. Еноковича (Москва. Изд "Просвещение", 1990 год) и обратимся к данным, приведенным в таблице 335 "Физические параметры Земли". Читаем:
- Напряженность электрического поля
непосредственно у поверхности Земли - 130 вольт/ м;
- На высоте 0.5 км на поверхностью Земли - 50 вольт/ м;
- На высоте 3 км над поверхностью Земли - 30 вольт/ м;
- На высоте 12 км над поверхностью Земли - 2.5 вольт/ м;

Здесь же дана величина электрического заряда Земли- 57-10 в четвертой степени кулон.

Напомним, что единица количества электричества в 1 кулон равна количеству электричества, проходящего через поперечное сечение при силе тока 1 ампер за время 1 сек.

Практически во всех источниках, несущих информацию о магнитном и электрическом полях Земли отмечается, что они носят пульсирующий характер.

Раздел 2. Причины возникновения пульсаций магнитного и электрического силовых полей Планеты.

Известно, что напряженность магнитного поля Земли не постоянна и возрастает с широтой. Максимальная напряженность силовых линий магнитного поля Земли наблюдается на ее полюсах, минимальная- на экваторе Планеты. Не остается она постоянной и в течении суток на всех широтах Земли. Суточные пульсации магнитного поля вызваны целым рядом причин: Циклическими изменениями солнечной активности; орбитальным движением Земли вокруг Солнца; суточным вращением Земли вокруг собственной оси; воздействием на расплавленную массу внешнего ядра Земли сил тяготений (гравитационных сил) других планет солнечной системы. Вполне понятно, что пульсации напряженности силовых линий магнитного поля, вызывают, в свою очередь, и пульсации напряженности электрического поля Планеты. Наша Земля, при орбитальном вращении вокруг Солнца, по почти круговой орбите, то приближается на минимальные расстояния к другим планетам солнечной системы, совершающим орбитальное движение вокруг Солнца по своим орбитам, то удаляется от них на максимальные расстояния. Рассмотрим конкретно, как изменяются минимальные и максимальные расстояния между Землей и другими планетами Солнечной системы, при их движении по своим орбитам вокруг Солнца:

Минимальное расстояние между Землей и Меркурием – 82х10 в 9-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 217х10 в 9-й степени м;
-Минимальное расстояние между Землей и Венерой – 38х10 в 9-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 261х10 в 9-й степени м;
-Минимальное расстояние между Землей и Марсом – 56х10 в 9-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 400х10 в 9-й степени м;
-Минимальное расстояние между Землей и Юпитером – 588х10 в 9-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 967х10 в 9-й степени м;
-Минимальное расстояние между Землей и Сатурном – 1199х10 в 9-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 1650х10 в 9-й степени м;
-Минимальное расстояние между Землей и Ураном – 2568х10 в 9-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 3153х10 в 9-й степени м;
-Минимальное расстояние между Землей и Нептуном – 4309х10 в 9-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 4682х10 в 9-й степени м;
-Минимальное расстояние между Землей и Луной – 3.56х10 в 8-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 4.07х10 в 8-й степени м;
-Минимальное расстояние между Землей и Солнцем – 1.47х10 в 11-й степени м;
-Максимальное расстояние между ними – 1.5х10 в 11-й степени м;

Используя известную формулу Ньютона и подставляя в нее данные о максимальных и минимальных расстояниях между планетами Солнечной системы и Землей, данные о минимальном и максимальном расстояниях между Землей и Луной, Землей и Солнцем, а также справочные данные о массах планет солнечной системы, Луны и Солнца и данные о величине гравитационной постоянной, определим минимальные и максимальные величины сил тяготений(гравитационных сил), воздействующих на нашу Планету, а следовательно, на ее расплавленное ядро, при орбитальном движении Земли вокруг Солнца и при орбитальном движении Луны вокруг Земли:

Величина силы тяготения между Меркурием и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними - 1.77х10 в 15-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними - 2.5х10 в 14-й степени кг;
-Величина силы тяготения между Венерой и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними - 1.35х10 в 17-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними -2.86х10 в 15-й степени кг;
-Величина силы тяготения между Марсом и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними – 8.5х10 в 15-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними – 1.66х10 в 14-й степени кг;
-Величина силы тяготения между Юпитером и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними – 2.23х10 в 17-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними – 8.25х10 в 16-й степени кг; -Величина силы тяготения между Сатурном и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними – 1.6х10 в 16-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними – 8.48х10 в 15-й степени кг;
-Величина силы тяготения между Ураном и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними – 5.31х10 в 14-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними – 3.56х10 в 16-й степени кг;
-Величина силы тяготения между Нептуном и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними – 2.27х10 в 14-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними – 1.92х10 в 14-й степени кг;
-Величина силы тяготения между Луной и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними – 2.31х10 в 19-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними – 1.77х10 в 19-й степени кг;
-Величина силы тяготения между Солнцем и Землей, соответствующая минимальному расстоянию между ними – 3.69х10 в 21-й степени кг;
-Соответствующая максимальному расстоянию между ними – 3.44х10 в 21-й степени кг;

Видно какие огромные величины сил тяготений воздействуют на внешнее, расплавленное ядро Земли. Можно только представить, как эти возмущающие силы, воздействуя одновременно, с разных сторон на эту расплавленную массу железа, заставляют ее то сжиматься, то увеличивать свое сечение и, как следствие, вызывают пульсации напряженностей как электрического, так и магнитного полей Планеты. Эти пульсации носят периодический характер, спектр их частот лежит в диапазонах инфразвуковых и очень низких частот.

Также на процесс образования пульсаций напряженностей электрического и магнитных полей влияет, правда в меньшей степени, суточное вращение Земли вокруг собственной оси. Действительно, силы тяготений планет, Луны, Солнца, находящиеся в данный конкретный период суток со стороны фронтальной поверхности Земли, оказывают на расплавленную массу ядра Планеты несколько более возмущающее воздействие, чем в этот же период суточного времени на обратную(тыльную) сторону массы ядра. При этом, часть ядра, направленная в сторону Солнца(Луны, планеты) вытягивается в сторону объекта возмущающего воздействия, а тыльная(обратная) сторона расплавленной массы железа, в это же время сжимается в сторону центрального твердого субъядра Земли, уменьшая свое сечение.

Раздел 3 Можно ли использовать электрическое поле Земли в практических целях?

Прежде чем получить ответ на этот вопрос, попытаемся провести некий мысленный виртуальный эксперимент, суть которого заключается в следующем. Разместим на высоте 0.5 км. от поверхности Земли(разумеется мысленно) металлический электрод, роль которого будет выполнять плоская металлическая пластина, площадью 1х1 м2. Сориентируем эту пластину относительно силовых линий напряженности электрического поля Земли таким образом, чтобы они пронизывали ее поверхность, то есть поверхность этой пластины должна быть установлена перпендикулярно силовым линиям электрического поля, направленным с запада на восток. Второй, точно такой же электрод, разместим таким же образом непосредственно у поверхности Земли. Произведем замер разности электрических потенциалов между этими электродами. Согласно данным, приведенным выше из "Справочника по физике", этот измеренный электрический потенциал должен быть 130в-50в=80 вольт.

Продолжим проведение мысленного эксперимента, несколько изменив начальные условия. Металлический электрод, который находился непосредственно у поверхности Земли, установим на ее поверхность и тщательно заземлим. Второй металлический электрод опустим а шахту на глубину 0.5км и, как в предыдущем случае, сориентируем его относительно силовых линий электрического поля Земли. Вновь произведем замеры величины электрического потенциала между этими электродами. Мы должны увидеть значительную разницу в величинах измеренных потенциалов электрического поля Земли. И чем глубже, внутрь Земли мы будем опускать второй электрод, тем выше будут величины измеренных разностей потенциалов электрического поля Планеты. И если мы бы смогли измерить разность электрических потенциалов между внешним жидким ядром Земли и ее поверхностью, то, по всей видимости, эти разности потенциалов как по напряжению, так и по мощности должно было бы хватить, чтобы обеспечить потребности в электроэнергии всего населения нашей Планеты.

Но все о чем мы рассуждали, к сожалению пока что рассматривается в области проведения виртуальных, мысленных экспериментов. А теперь обратимся к результатам практических экспериментов, которые были проведены в начале 20 века Николой Тесла и опубликованы в его работах.

В своей лаборатории в Колорадо - Спрингзе (США), построенной в районе Уорденклифа, Н.Тесла организовывал проведение экспериментов, позволяющих передавать информацию через толщу Земли на ее противоположную сторону. В качестве основы для успешного проведения задуманного эксперимента Н.Тесла предполагал использовать электрический потенциал Планеты, так как несколько раннее он убедился в том, что Земля электрически заряжена.

Для проведения намеченных экспериментов по его предложениям были построены башни-антенны, высотой до 60-ти метров, с медной полусферой на их верхушках. Эти медные полусферы играли роль того самого металлического электрода, о котором мы говорили выше. Основания построенных башен уходили под землю на глубину 40 метров, где заглубленная поверхность земли играла роль второго электрода. Результат экспериментов Н.Тесла описал в опубликованной им статье "Беспроводная передача электрической энергии" (5 марта 1904 года). Он писал: "Возможно не только отправлять без проводов телеграфные сообщения, но и доносить через весь земной шар слабые модуляции человеческого голоса и, более того, передавать энергию в неограниченных количествах на любые расстояния и без потерь"

И далее, в этой же статье: "В середине июня, когда шла подготовка к другой работе, я настроил один из моих понижающих трансформаторов с целью определения новаторским образом, экспериментально, электрический потенциал земного шара и изучения его периодических и случайных колебаний. Это сформировало часть плана, тщательно сформированного заранее. Высокочувствительный, автоматически приводящийся в действие прибор, контролирующий записывающее устройство, был включен во вторичную цепь, тогда как первичная была соединена с поверхностью Земли…Оказалось, что Земля, в буквальном смысле этого слова, живет электрическими колебаниями".

Убедительное доказательство того, что Земля действительно является огромным природным генератором неисчерпаемой электрической энергии и эта энергия носит пульсирующий гармоничный характер. В некоторых немногочисленных статьях, посвященных рассматриваемой теме, высказываются предположения о том, что землетрясения, взрывы в шахтах и на нефтедобывающих морских платформах, все это результаты проявления земного электричества.

На нашей планете значительное количество пустотелых природных образований, уходящих в глубь Земли, есть и значительное количество глубоких шахт, где можно провести практические исследования по определению возможностей использования электрической энергии, вырабатываемой природным генератором нашей Планеты. Остается только надеяться, что такие исследования когда-то будут проведены.

Раздел 4. Что происходит с электрическим полем Земли при разряде линейной молнии на ее поверхность?

Результаты опытов, проведенных Н.Тесла убедительно доказывают, что наша Планета есть природный генератор неисчерпаемой электрической энергии. Причем максимальный потенциал этой энергии заключен внутри расплавленной металлической оболочки внешнего ядра Планеты и убывает по мере приближения к ее поверхности и за пределами поверхности Земли. Результаты экспериментов, проведенных Н.Тесла также убедительно доказывают, что электрическое и магнитное поля Земли носят периодический пульсирующий характер, причем спектр частот пульсаций лежит в диапазоне инфразвуковых и очень низких частот. А это означает следующее - воздействуя на пульсирующее электрическое поле Земли с помощью внешнего источника гармоничных колебаний, близких или равных по частоте собственным пульсациям электрического поля Земли, можно добиться явления их резонанса. Н.Тесла писал: "При сокращении электрических волн до незначительного количества и достижения необходимых условий резонанса, схема(о которой говорилось выше) будет работать как огромный маятник, сохраняя неопределенный период времени энергию первоначальных возбуждающих импульсов, и последствия воздействия на Землю и ее проводящую атмосферу единых гармоничных колебаний излучения, которые, как показывают испытания в реальных условиях, могут развиться до такой степени, что превзойдут достигнутые природными проявлениями статистического электричества " (Статья "Беспроводная передача электрической энергии" 6 марта 1904 г).

А что из себя представляет резонанс колебаний? "Резонанс – это резкое возрастание амплитуды установившихся вынужденных колебаний при приближении частоты внешнего гармоничного воздействия к частоте одного из собственных колебаний системы " (Советский энциклопедический словарь, изд. "Советская энциклопедия". Москва. 1983г.)

Никола Тесла, в своих экспериментах, в качестве источника внешнего воздействия для достижений условий резонанса внутри Земли, использовал разряды как природных, так и искусственных линейных молний, которые он и его ассистенты, экспериментально создавали в своей лаборатории.
Что же из себя представляет линейная молния и каким образом она может быть использована в качестве внешнего источника гармоничных колебаний, способных создавать резонанс колебаний внутри Земли?

Откроем "Справочник по физике", таблица 240. Физические параметры молнии:
- длительность(средняя) вспышки разряда молнии, С – 0.2 сек.
(Примечание. Молния воспринимается глазом как одна вспышка, в действительности представляет собой прерывистый разряд, состоящий из отдельных разрядов-импульсов, число которых 2-3, но может доходить и до 50-ти).
- диаметр(средний) канала молнии, см – 16.
- сила тока молнии(типичное значение), А – 2х10 в 4-й степени.
- средняя длина молнии(между облаком и Землей), км – 2 – 3.
- разность потенциалов при возникновении молнии, В – до 4х10 в 9-й степени.
- число грозовых разрядов над Землей в 1 секунду – около 100.
Таким образом, молния представляет собой электрический импульс, огромной мощности и малой длительности действия. Специалисты, работающие в области импульсной техники могут подтвердить следующий факт- чем меньше длительность импульса(чем короче импульс), тем богаче спектр частот гармоничных электрических колебаний, формирующих этот импульс. Следовательно молния, представляющая собой кратковременный импульс электрической энергии, включает в себя ряд гармоничных электрических колебаний, лежащих в широком диапазоне частот, в том числе и в диапазоне инфронизких и очень низких частот. При этом максимальная мощность импульса распределяется как раз в области именно этих частот. А этот факт означает, что гармоничные колебания, возникающие при разряде линейной молнии на поверхность Земли, могут обеспечить возникновение резонанса при взаимодействии с собственными периодическими колебаниями(пульсациями) электрического поля Земли. В статье "Управляемая молния" от 8 марта 1904 года Н.Тесла писал: "Открытие земных стоячих волн показывает, что несмотря на ее огромные размеры(имеется в виду размеры Земли), целую планету можно подвергнуть в резонансные колебания как маленький камертон, что электрические колебания, приведенные в соответствии с ее физическими характеристиками и размерами, проходят через нее беспрепятственно". Известно, что в своих экспериментах, для достижения явления резонанса, Н.Тесла и его помощники создавали искусственные линейные молнии(искровые разряды) длиной чуть более 3-х метров с очень малой длительностью действия) и электрическим потенциалом - более пятидесяти миллионов вольт.

И тут возникает очень интересный вопрос: "А не является ли Тунгусский метеорит следствием резонансного воздействия природной линейной молнии на электрическое поле Земли?" Здесь не рассматривается вопрос влияния искусственных линейных молний, создаваемых в лаборатории Н.Тесла на появление Тунгусского метеорита, так как во время, связанное с событиями Тунгусского метеорита, лаборатория Н.Теслы уже не работала.

Вот как описывают события связанные с, так называемым, Тунгусским метеоритом свидетели этого явления. 17(30) июня 1908 года около 7 часов утра, над территорией бассейна реки Енисей пронесся громадных размеров огненный шар. Полет его завершился огромной силы взрывом, который произошел на высоте от 7 до 10 км от поверхности Земли. Мощность взрыва, как позже определили специалисты, примерно соответствовала мощности взрыва водородной бомбы от 10 до 40 мегатонн тротилового эквивалента.

Обратим особое внимание на то, что это событие произошло в летний период времени, то есть в период образований частых летних гроз, сопровождаемых разрядами молний. А нам известно, что именно разряды линейных молний на поверхность Земли могли вызвать резонансные явления внутри земного шара, что, в свою очередь, могло способствовать образованию шаровой молнии огромной электрической мощности. В качестве подтверждения высказанной, и не только мною, версии обратимся к "Энциклопедическому словарю" : "Шаровая молния – светящийся сфероид диаметром от 10см. и более, образуется обычно вслед за ударом линейной молнии и состоящий, по всей видимости, из неравновесной плазмы". Но это еще не все. Обратимся к статье Н.Теслы "Разговор с планетой " от 9 февраля 1901 года. Приведем отрывок из этой статьи: "Я уже продемонстрировал с помощью решающих испытаний практическую осуществляемость передачи сигнала с помощью моей системы от одной до другой точки земного шара, неважно насколько удаленных друг от друга, и вскорости я обращу неверующих в свою веру. У меня есть все причины поздравить себя с тем, что в ходе этих экспериментов, многие из которых были исключительно тонкими и рискованными, ни я сам, ни мои ассистенты не получили никаких повреждений. Во время работы с этими мощными электрическими колебаниями иногда происходили самые необычные явления. Из-за некоторой интерференции колебаний на огромные расстояния могли выскакивать настоящие огненные шары, и если бы кто-то находился на их пути или вблизи, он был бы моментально уничтожен".

Как видим, пока еще рано исключать возможность участия шаровой молнии в вышеописанных событиях, связанных с Тунгусским метеоритом. Частые летние грозы, приходящиеся на это время года, удары линейных молний могли быть причиной возникновения шаровой молнии, причем она могла возникнуть далеко за приделами бассейна реки Енисей и затем, "путешествуя" с огромной скоростью вдоль силовых линий электрического поля Земли, оказаться в том районе, где и произошли указанные выше события.

Заключение
Природные энергетические ресурсы Планеты неумолимо сокращаются. Идут активные поиски альтернативных источников энергии, позволяющих прийти на замену исчезающим. Думается, что настало время заняться глубокими исследованиями, как теоретически так и практически, в определении возможности использования электрического потенциала природного генератора электрической энергии в интересах Человека. И если подтвердиться, что такая возможность существует, и, при этом земному генератору, в результате использования его энергии, не будет нанесен вред, то вполне возможно, что электрическое поле Планет послужит людям в качестве одного из альтернативных источников энергии.

Клещевич В.А. Сентябрь-ноябрь 2011 года (г. Харьков)

Мощность слоя, кровля которого представлена современным рельефом, а подошва - границей «кора-мантия», чаще всего именуемой «поверхностью Мохоровичича», в пределах России и сопредельных акваторий изменяется в широких пределах - от 12 до 60 км Слой имеет сложное мозаичное строение, однако существуют четкие региональные закономерности. В глобальном плане выделяется центральная область, состоящая из четырех крупных суперблоков изометрической формы: Восточно-Европейского, Западно-Сибирского, Сибирского и Восточного. Этим суперблокам в тектоническом плане отвечают Восточно-Европейская и Сибирская древние платформы, разделяющая их Западно-Сибирская молодая плита и занимающая северо-восточную часть России Верхоянско-Чукотская складчатая область. По югу система суперблоков обрамляется широкой, ориентированной в широтном направлении гиперзоной, протягивающейся от до . С севера суперблоки континентальной части ограничены мощной полосой широтного простирания, охватывающей побережье арктических морей, моря . Она соответствует северной шельфовой зоне Евразийского континента. На востоке располагается Тихоокеанский пояс.

Суперблоки континентальной части России имеют следующие характеристики. Наименьшая средняя мощность земной коры соответствует Западно-Сибирскому суперблоку (36–38 км). В расположенном западнее его Восточно-Европейском суперблоке средняя мощность возрастает до 40–42 км, а Сибирский суперблок отличается наиболее мощной корой (в среднем 43–45 км). В восточном суперблоке, где положение границы Мохоровичича определено по очень скудным материалам и с использованием гравиметрической информации, мощность земной коры приблизительно оценивается в 40–42 км.

Суперблоки разделяются контрастными линейными структурами, либо широкими зонами резкого изменения мощности земной коры. Так, Восточно-Европейский суперблок отделен от Западно-Сибирского узкой протяженной меридиональной зоной с аномально высокой мощностью (45–55 км), соответствующей Уральской складчатой системе. Восточным ограничением Западно-Сибирского суперблока служит меридиональная система сближенных коротких линейных структур разного знака на фоне относительно широкой зоны резкого возрастания мощности. Она отвечает мощной системе прогибов и поднятий, которая разделяет Сибирскую и Западно-Сибирскую платфориы. Границей, отделяющей Сибирский суперблок от Восточного, служит протяженная, коленообразно изгибающаяся зона вдоль рек Лена и Алдан. Она трассируется цепочкой линейных и эллипсоидальных линз сокращенной мощности (до 36 км). В тектоническом отношении межблоковые зоны представляют собой складчатые системы и орогенные пояса фанерозоя.

Южная гиперзона представляет собой систему сближенных и кулисообразно расположенных линейных и эллипсоидальных структур широтного и близкого к нему направлений. Зона отличается дифференцированным строением и резкими контрастными перепадами мощности земной коры от 36 до 56 км

Северная шельфовая зона, сохраняя многие черты строения сопредельных суперблоков континентальной коры, отличается значительным сокращением мощности до 28–40 км. Строение шельфовой зоны западного арктического сектора отличается от восточного как по геометрическим параметрам, так и по мощности земной коры. Северной границей шельфовой области России с блоками маломощной океанической коры (10–20 км) служит «зона сочленения континент-океан» шириной 50–70 км, представляющая собой зону резкого перепада мощностей.

Земная кора в пределах Тихоокеанского пояса отличается сложной морфологией и большими перепадами мощности коры от 12 до 38 км Общей региональной закономерностью является резкое сокращение мощности земной коры при движении от континента к океану. Относительно мощной корой (26–32 км) характеризуются плиты в акваториях Охотского и . Сходными значениями данного параметра характеризуются геосинклинальные системы, при этом они имеют весьма неоднородное внутреннее строение. Значения мощности земной коры среднего уровня (24–26 км) присущи островной дуге (Курильской), самой тонкой корой характеризуются структуры океанической коры - глубоководные впадины (10–18 км).

В итоге можно констатировать, что мощность земной коры в целом коррелируется с возрастом структур: наиболее мощная кора (40–45км) наблюдается под холодными древними платформами - Восточно-Европейской и Сибирской; под Западно-Сибирской её мощность меньше (35–40км). Под складчатыми системами и орогенными поясами фанерозоя мощность коры колеблется в широких пределах (38–56км), являясь в среднем более мощной, чем кора платформ. Под молодыми горными сооружениями Алтае-Саянской области наблюдаются «корни» гор глубже 54 км

Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях: