Жер қыртысының жылулық табиғаты

Геотермика (“гео” – жер және “термо” – жылу грек сөзінен) ғылымы, жер қыртысының және барлық жердің жылулық жағдайын, оның геологиялық құрылысына тәуелділігін, таулы жыныс құрамына, магматикалық үрдістерді және басқа бірқатар факторларды зерттейді.

Жер шарының жылулық жағдайының белгісі, ол жердің жылу бар терең қабатындығы температуралық градиен болып табылады.

Градиетті үлкен тереңдіктегі геотермалды аймақтағы ыстық сулардың температурасының мәндерін экстрополяциялап, жер қыртысының температуралық жағдайын бағалауға болады [6,11,44,30].

Жердің төменгі қабатында түзілетін қатты, сұйық және газ тәрізділердегі барлық табиғи түрдегі геотермальды қорды екі түрде қарастыруымызға болады:

Жер ядросының температурасы 5000°С(жуық) .

Жердің орташа температурасыәр бір 100 метр тереңдікте 3°С жоғарылайды. Осылай 20 км тереңдікте температура 700...800 °С мөлшеріне көтеріледі. Геотермалды энергияның негізгі көзі жер бетіне бағытталған жер ядросының балқыған жылу ағынынан пайда болады.

5.2-сурет. Геотермалды электр стансалар

Жер қыртысы астындағы таулы нәсілдерді балқытуға, магмаға айналдыруға бұл жылу жеткіліеті. Магманың көп бөлігі жер астында қалып қояды және пеш тәрізде қоршаған ортаны қыздырады. Егер жер асты сулары осы жылумен кездессе, оларда қатты қыздырады кейде 371 °С қа дейін, кейбір жерлерде, әсіресе материктердің тектоникалық плитасының жан- жағында, сондай-ақ “ыстық нүкте” деп аталатын нүктеде жер бетіне өте жақын келеді, тіпті оны геотермалды бұрғылау ұңғымаларының көмегімен табуға болады. Егер адамзат тек геотермалды энергияны қолданатын болса, жер жүзінің температурасы жарты градусқа төмендегенше 41 млн. жылдай кетеді [26,48,30].

Жер қыртысының бірінші 10 км жалпы жылу құрамы шамамен 3×10²³ ккалл құрады. Ол барлық әлем қорларының отын түрлерінің жылутүрленгіштік қабылетін 1000 есе жоғарылатады. Жердегі барлық жылу мөлшері отын эквивалентінде шамамен 4,5×10⁸ трлн т.ш.о. құрайды, ол шамамен 1℅ жер қыртысының жоғары 10 км-дегі жалпы жылуқұрамын құрайды.

Геотермалды энергия табысының физикалық негіздерін түсіну үшін жердің ішкі құрылысын және оның _{температуралық} өрісін қарастырайық. Жер бірнеше сақиналы тәріздес бөлік-бұлтшалардан тұрады – геосфералар өз бетімен бөліктерге бөлінеды: литосфера, мантия және ядро [6,11,26,44].

Ұзындық бірлігін тереңдетумен жердің температурасының жоғарылауы геотермиялық градиент деп аталады. Температурасы 1°С жоғарылайтын, метр тереңдеуіне сәйкес өлшемді геотермиялық саты деп аталады.

Күн сәулесінің қарқындылығының өзгеруіне байланысты жер қыртысының бірінші 1,5-40 м жылу режімі тәуліктік және жылдық тербелістермен сйпатталады. Ары қарай температура тербелісінің көп жылдық және ғасырлық орындары бар, тереңдігінен ақырын өшетін кез келген тереңдікте таулы нәслдерде температура Т келесі формуламен анықталады:

, (15.1)

мұнда – берілген жергілікті ауасының орташа температуасы; H – тереңдік, анықталатын температура үшін; h – тұрақты жылдық температура қабатының тереңдігі; –геотермиялық саты.

Геотермиялық сатының орташа өлшемі 33м-ге тең, және тұрақты температура аймағынан әрбір 33м тереңдейтін температурасы 1°С жоғарылайды.

Геотермиялық шарттар әртүрлі. Бұл сол немесе басқа Жер аймағының геологиялық құрылысымен байланысты. Температураның 1°С жоғарылауы

2 -3 м тереңдікте жүрген жағдайлары белгілі.

Бұл жалпы заңнан ауытқығандар көп жағдайда негізінен вулканды жанартау аудандарында орналасқан 400-600 м тереңдікте кездеседі мысалға: Камчаткада температура 150-200 °С дейін жетеді.

Геотермиялық градиент мәндері және жер шарының әртүрлі аймақтары үшін сатысы әртүрлі. Аса үлкен геотермиялық градиент 150°С/км-ге тең баланыста (АҚШ) тіркелген. Оған геотермиялық сатысы 6,6 м/°С сәйкес бұл жас жанартау аймағында кездеседі аса төменгі геотермиялық градиент 6 °С/км тең, бүл Витватерсранда (оңтүстік Африкада) тіркелген. Ол жерде геотермиялық саты 173 м/°С. Бұл аймақ кристалдық жер қыртысынан тұрады геотермиялық сатысы 33 м/°С тең [6,11,26,48].