от десятков до сотен метров - температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. Какова температура Земной коры, на глубине 1-30 км от поверхности? Температура земли на глубине 20 м примерно 10°C, и растет каждые 30м на 1°C. На нее не оказывают влияние климатические условия, и поэтому можно рассчитывать на качественный отбор энергии и зимой и летом. Средняя температура на Земле в этот день превысила 17 градусов. Новости космос Луна оказалась горячее, чем считалось ра.
Тема 2: температура в недрах земли.
Так, суточные колебания на глубине 1 м обычно уже почти не ощущаются. Что же касается годовых колебаний, то они проникают на разную глубину: в теплых странах на 10—15 м, а в странах с холодной зимой и жарким летом до 25—30 и даже 40 м. Глубже 30—40 м уже всюду на Земле температура держится неизменной. Слой с постоянной температурой наблюдается на всем земном шаре и носит название пояса постоянной или нейтральной температуры. Глубина залегания этого пояса в зависимости от климатических условий различна, а температура равна приблизительно средней годовой температуре данного места. При углублении в Землю ниже слоя постоянной температуры обыкновенно замечается постепенное повышение температуры. Впервые это было замечено рабочими глубоких рудников. Замечалось это и при прокладке тоннелей. Еще более высокие температуры наблюдаются в глубоких буровых скважинах. Геотермическая ступень в различных случаях неодинакова и чаще всего она колеблется от 30 до 35 м. В некоторых случаях эти колебания могут быть и выше.
Например, в штате Мичиган США , в одной из буровых скважин, расположенных близ оз. Мичиган, геотермическая ступень оказалась не 33, а 70 м.
С посадкой модуля на южном полюсе Луны Индия стала четвертой в мире страной, добившейся мягкой посадки на спутнике Земли, — после СССР, США и Китая, и первой, которая добилась посадки модуля на южном полюсе. Российская станция «Луна-25», запущенная ранее в этом месяце, потерпела крушение 19 августа — предварительно из-за того, что ее двигательная установка при попытке перейти на предпосадочную орбиту проработала 127 секунд вместо 84.
Чтобы найти ответы, команда Мотохико Мураками Motohiko Murakami из Швейцарской высшей технической школы Цюриха ETH Zurich исследовала свойства минералов, поднятых с большой глубины, из области границы между мантией и внешним ядром планеты. Результаты работы представлены в статье , опубликованной в журнале Earth and Planetary Science Letters. Между нижней мантией и внешним жидким ядром существует большой перепад температуры, и там должен происходить активный перенос тепла.
Швейцария лидирует по величине использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли на душу населения. В Москве в микрорайоне Никулино-2 фактически впервые была построена теплонасосная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома.
В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев Земли , а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы: парокомпрессионные теплонасосные установки ТНУ ; системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха; циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания. Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома. Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами. Данные, оценивающие мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов, приведены в таблице. Таблица 1. Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством тепловых насосов Грунт как источник низкопотенциальной тепловой энергии В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться подземные воды с относительно низкой температурой либо грунт поверхностных глубиной до 400 м слоев Земли. Теплосодержание грунтового массива в общем случае выше. Тепловой режим грунта поверхностных слоев Земли формируется под действием двух основных факторов — падающей на поверхность солнечной радиации и потоком радиогенного тепла из земных недр.
Сезонные и суточные изменения интенсивности солнечной радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта. Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15—20 м. Температурный режим слоев грунта, расположенных ниже этой глубины «нейтральной зоны» , формируется под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр Земли и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата рис. График изменения температуры грунта в зависимости от глубины С увеличением глубины температура грунта возрастает в соответствии с геотермическим градиентом примерно 3 градуса С на каждые 100 м. Величина потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр, для разных местностей различается. В эксплуатационный период массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника системы сбора низкопотенциального тепла грунта системы теплосбора , вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. Иначе говоря, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится в мерзлом или талом , представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему, скелет которой образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно ли связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе. Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом или тем и другим одновременно.
Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других. Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии. В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла. Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве. При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков, а также грунтовые воды. Основные факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис. Факторы, под воздействием которых формируются температурный режим грунта Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла или холода в грунтовом массиве.
В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли : открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам; замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение. Основная часть открытых систем — скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы: достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды; хороший химический состав грунтовых вод например, низкое железосодержание , позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отло- жение на стенках труб и коррозией. Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды.
Эта система расположена в США в г. Луисвилль Louisville , штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостиничноофисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт. Иногда к системам, использующим тепло Земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод. Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop» устраивает- ся, как правило, рядом с домом на небольшой глубине но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время. Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки. В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно рис.
Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально рис 4д, 4е. Такая форма теплообменников распространена в США. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников а — теплообменник из последовательно соединенных труб; б — теплообменник из параллельно соединенных труб; в — горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г — теплообменник в форме петли; д — теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально так называемый «slinky» коллектор; е — теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей. Вертикальные грунтовые теплообменники в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» — «borehole heat exchanger» позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» 10—20 м от уровня земли. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопро- водностью, например, сухого песка или сухого гравия. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис. Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонасосной установки с вертикальным грунтовым теплообменником Теплоноситель циркулирует по трубам чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым , уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м.
Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников рис. В одной скважине располагаются одна или две реже три пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления. Двойные U-образные теплообменники — наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников. Коаксиальный концентрический теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы. Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций. Сечение различных типов вертикальных грунтовых теплообменников Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками могут использоваться для тепло- и холодоснабжения зданий различных размеров.
Для небольшого здания достаточно одного теплообменника; для больших зданий может потребоваться устройство целой группы скважин с вертикальными теплообменниками. Вертикальные грунтовые теплообменники этого колледжа располагают- ся в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин 154 скважины глубиной 70 м используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением «Deutsche Flug-sicherung». Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами. Сечение такой сваи с тремя контурами грунтового теплообменника приведено на рис. Схема грунтовых теплообменников, замоноличенных в фундаментные сваи здания и поперечное сечение такой сваи Грунтовой массив в случае вертикальных грунтовых теплообменников и строительные конструкции с грунтовыми теплообменниками могут использоваться не только как источник, но и как естественный аккумулятор тепловой энергии или «холода», например тепла солнечной радиации. Существуют системы , которые нельзя однозначно отнести к открытым или замкнутым. Например, одна и та же глубокая глубиной от 100 до 450 м скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной. Диаметр скважины обычно составляет 15 см.
Категории статей
Луноход оснащен датчиком температуры с механизмом, способным измерять температуру почвы Луны на глубине до 10 см. Это позволит понять температурный режим на лунной поверхности. Температура почвы на глубине узла кущения озимых культур измеряется в срок наблюдения, а также между сроками наблюдений измеряется минимальная и максимальная температура в слое почвы на глубине 2,5-3,5 см от поверхности земли (°С) специальными. Температура Земли на глубине 3 тыс. километров намного более неоднородна, чем считалось ранее. Главная» Новости» Глобальное замерзание земли 2024.
Температурные показатели планеты Земля
Даже трубы из самых лучших теплоизолирующих материалов всё равно какую-то часть тепла пропускают, не говоря уже о периодических прорывах, протечках и прочее. Соответственно, все эти теплопотери тоже греют землю, которой это совершенно не нужно. Добавляем в этот список высоковольтные кабели и, наконец, здания, которые нагреваются жарким летом и опять же передают весь этот жар в почву. Всё вместе создаёт картину, которую обозначили как "подземное изменение климата". По усреднённым примерным оценкам, земля под разными городами по всему миру каждые 10 лет нагревается на 0,1—2,5 градуса Цельсия на глубине до ста метров. Но больше всего климатологам в этом не нравится то, что из-за нагрева почва деформируется, она размягчается. А меж тем, как пишут учёные, ни одна городская инфраструктура в мире не проектировалась с учётом этого фактора. Поэтому исследователи попытались оценить риски для зданий, мостов и всего прочего, стоящего на понемногу подогреваемой земле.
В новой работе ученые исследовали растворимость CaTiO3 в бриджманите, содержащем железо и алюминий. Температуру образцов резко поднимали до 1800-3000 кельвинов при давлении в 33-110 гигапаскалей. Для этой цели были использованы ячейки с алмазными наковальнями и лазерным нагревом, а за трансформациями минералов следили методом рентгеновской дифракции на источнике синхротронного излучения Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории. Было показано, что растворимость кальция в бриджманите резко возрастает при температуре около 2300 кельвинов и выше 40 гигапаскалей до уровня, достаточного для полного растворения всего CaSiO3.
Рекордно высокую температуру зафиксировали на Земле Метеорологи заявили о феномене Эль-Ниньо 16 комментариев Самую высокую за всю историю наблюдений температуру на Земле зарегистрировали в понедельник, 3 июля. Средняя температура на Земле в этот день превысила 17 градусов. Такого значения не было с 1979 года - именно тогда начались соответствующие наблюдения.
Получившаяся эталонная кривая климата дает детальную информацию об этом за последние 66 миллионов лет. И, кстати, ее начало совпадает с массовым вымиранием видов в конце мелового периода, жертвами которого, среди прочего, стали динозавры. Именно тогда началась кайнозойская эра, которая продолжается по сей день. Две дюжины исследователей из шести стран утверждают, что теперь они "знают, когда на планете было теплее или холоднее, и лучше понимают динамику климатических изменений". Ученые разделили климатические состояния Земли на 4 вида, которые они назвали жаркое Hothouse , теплое Warmhouse , прохладное Coolhouse и холодное Icehouse. Эти климатические состояния сохранялись в течение миллионов или даже десятков миллионов лет. Так, "теплое" преобладало в первые десять миллионов лет исследуемого периода, когда средняя температура была более чем на пять градусов по Цельсию выше сегодняшней.
Как Земля держит: Учёные пришли в ужас от последствий подземного изменения климата
Индийский луноход «Прагьян» передал на Землю первые научные данные, которые во многом меняют представления о Южном полюсе Луны. Таблица температуры на разных глубинах Земли. «Прагьян» с помощью датчика измерил температуру почвы на глубине примерно 10 сантиметров.
Нижегородский ученый объяснил изменения температуры на Луне
Благодаря разнице температуры между слоем мантии и внутренним ядром, которая составляет порядка 2700 градусов Цельсия, а также за счет движения мантии и вращения планеты и создается магнитное поле. Для нового эксперимента использовалась новая рентгеновская техника, которая позволяет намного быстрее производить расчеты, чем раньше. В обычных лабораторных условиях временной интервал процесса сжатия железа, который смог бы показать является ли его структура по-прежнему твердой или же железо начинает плавиться, был возможен только в течение нескольких секунд. Новый же метод ученых основан на дифракции, которая образуется тогда, когда рентгеновские лучи или любая другая форма света сталкивается с препятствием и огибает его. Эксперименты показали, что при давлении в 2,2 миллиона раз выше, чем обычное давление на уровне моря точка плавления железа составляет 4800 градусов Цельсия.
Вероятное присутствие примесей в жидком железном ядре приводит к оценке температуры на границе ядра и мантии в 4000—5000 К. В жидком ядре по причине конвективного перемешивания температура не может сильно отличаться от адиабатической , тогда в центре Земли температура может достигать 5000—6000 К. Более детальное распределение температуры получают из решения уравнений тепловой конвекции с использованием реперных точек — температур фазовых переходов в мантии. Для переходов на глубинах 410, 660 и 2650 км эти температуры составляют соответственно 1810, 1940 и 2500 К. Опубликовано 23 января 2023 г. Последнее обновление 23 января 2023 г.
Связаться с редакцией.
Исследователи полагают, что состав третьего ядра не железно-никелевый, а какой-то другой. А его кристаллы повернуты не с севера на юг, вдоль магнитного поля Земли, а с запада на восток. Что касается внешнего ядра, оно располагается на глубине 2,3 тыс. Внешнее ядро состоит из железа и никеля, как и внутреннее, но в жидком состоянии — давления гравитации недостаточно для затвердевания раскаленного металла. Жидкость находится в постоянном движении и образует магнитное поле, которое защищает планету от космического излучения. Магнитное поле Земли Течение жидкого металла во внешнем ядре порождает хаотические электрические токи, образующие магнитное поле. Оно появилось одновременно с зарождением нашей планеты и наравне с атмосферой помогло защитить первобытных одноклеточных существ от губительного космического излучения, заряженных частиц открытого космоса и солнечного ветра. Удивительно, но всего за несколько десятков миллионов лет напряженность магнитного поля восстановилась, как раз незадолго до зарождения жизни на планете. Поэтому можно сказать, что нашим существованием мы обязаны в том числе внешнему ядру Земли.
Исходя из этого ученые сделали вывод, что внутри земли находится жидкий слой ядра. Проведя дополнительные исследования ученые выяснили, что жидкий слой ядра начинается на глубине около 3000 км. В 1930 году был открыт новый тип волн P-волны, которые в два раза быстрее S-волн и способны проходить через любые материалы. Проходя через ядро P-волны во внутренней части немного замедлялись, поэтому и появилась теория, что ядро имеет два слоя: жидкий и твердый. Твердое ядро находится на глубине около 6000 км.
Данная теория подтвердилась через целых 40 лет после открытия P-волн, когда у ученых появилось более продвинутое оборудование. Известно, что ядро Земли имеет чрезвычайно высокую температуру, для этого есть свои причины. В ядре до сих пор хранится тепло еще со времён образования планеты, это было приблизительно 4,5 миллиарда лет назад. Известно, что ядро вращается, поэтому в процессе трения создается дополнительное тепло. Высокая температура ядра обусловлена постоянным подогревом от распада радиоактивных элементов в центральных областях.
Тепловое состояние внутренних частей земного шара
За последние десятилетия температура Земли выросла на один градус Цельсия. На глубинах более 5000 метров температура в недрах Земли уже превышает 150 градусов Цельсия. 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. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15–20 м. Средняя температура на Земле в этот день превысила 17 градусов. Если при погружении на 2 сантиметра внутрь Земли колебания температуры составляют 2–3 градуса по Цельсию, то на Луне этот показатель достигает около 50 градусов.
Проверим температуру под землей на глубине 50 сантиметров?
Температура подземных вод на глубине 100 м. Температура земли в зависимости от глубины. Если он положительный, то есть недра Земли излучают тепло, то температура должна повышаться с глубиной. Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности.