Die Wärmequelle liegt im Inneren der Erde. Saubere und erneuerbare Geothermie. Geothermie voran
Die Menschen wissen seit langem um die spontanen Manifestationen gigantischer Energie, die in den Tiefen der Erde verborgen sind. Das Gedächtnis der Menschheit enthält Legenden über katastrophale Vulkanausbrüche, die Millionen Menschenleben forderten und das Erscheinungsbild vieler Orte auf der Erde bis zur Unkenntlichkeit veränderten. Die Kraft des Ausbruchs selbst eines relativ kleinen Vulkans ist enorm; sie ist um ein Vielfaches größer als die Kraft der größten von Menschenhand geschaffenen Kraftwerke. Über die direkte Nutzung der Energie von Vulkanausbrüchen muss zwar nicht gesprochen werden: Die Menschen haben noch nicht die Fähigkeit, dieses rebellische Element einzudämmen, und glücklicherweise sind diese Ausbrüche recht selten. Aber das sind Manifestationen von Energie, die im Erdinneren verborgen ist, wenn nur ein winziger Bruchteil dieser unerschöpflichen Energie durch die feuerspeienden Schlote von Vulkanen freigesetzt wird.
Das kleine europäische Land Island („das Land des Eises“, wörtlich übersetzt) ist ein völliger Selbstversorger mit Tomaten, Äpfeln und sogar Bananen! Zahlreiche isländische Gewächshäuser beziehen Energie aus der Wärme der Erde; andere lokale Energiequellen gibt es in Island praktisch nicht. Aber dieses Land ist sehr reich heiße Quellen und berühmte Geysire – Fontänen mit heißem Wasser, mit der Präzision eines Chronometers, der aus dem Boden bricht. Und obwohl die Isländer keine Priorität darin haben, die Wärme unterirdischer Quellen zu nutzen (schon die alten Römer brachten Wasser aus der Erde zu den berühmten Bädern – den Caracalla-Bädern), sind die Bewohner dieses kleinen nördlichen Landes Der unterirdische Heizraum wird sehr intensiv betrieben. Die Hauptstadt Reykjavik, in der die Hälfte der Landesbevölkerung lebt, wird ausschließlich aus unterirdischen Quellen beheizt. Reykjavik ist der ideale Ausgangspunkt, um Island zu erkunden: Von hier aus können Sie die interessantesten und abwechslungsreichsten Ausflüge in jede Ecke dieses einzigartigen Landes unternehmen: Geysire, Vulkane, Wasserfälle, Rhyolithberge, Fjorde ... Überall in Reykjavik werden Sie sich REIN fühlen ENERGIE – die thermische Energie von Geysiren, die aus dem Untergrund sprudeln, die Energie der Reinheit und des Raums einer vollkommen grünen Stadt, die Energie von Reykjaviks unterhaltsamem und pulsierendem Nachtleben das ganze Jahr über.
Doch nicht nur zum Heizen schöpfen Menschen Energie aus den Tiefen der Erde. Kraftwerke, die heiße unterirdische Quellen nutzen, sind schon seit langem in Betrieb. Das erste Kraftwerk dieser Art, noch mit sehr geringer Leistung, wurde 1904 in der kleinen italienischen Stadt Larderello gebaut, benannt nach dem französischen Ingenieur Larderelli, der bereits 1827 ein Projekt zur Nutzung der zahlreichen heißen Quellen in der Gegend entwarf. Allmählich wuchs die Leistung des Kraftwerks, immer mehr neue Blöcke wurden in Betrieb genommen, neue Warmwasserquellen genutzt und heute hat die Leistung des Kraftwerks bereits einen beeindruckenden Wert erreicht – 360.000 Kilowatt. In Neuseeland gibt es im Raum Wairakei ein solches Kraftwerk mit einer Leistung von 160.000 Kilowatt. 120 km von San Francisco in den USA entfernt produziert ein Geothermiekraftwerk mit einer Leistung von 500.000 Kilowatt Strom.
Geothermische Energie
Die Menschen wissen seit langem um die spontanen Manifestationen gigantischer Energie, die in den Tiefen der Erde verborgen sind. Das Gedächtnis der Menschheit enthält Legenden über katastrophale Vulkanausbrüche, die Millionen Menschenleben forderten und das Erscheinungsbild vieler Orte auf der Erde bis zur Unkenntlichkeit veränderten. Die Kraft des Ausbruchs selbst eines relativ kleinen Vulkans ist enorm; sie ist um ein Vielfaches größer als die Kraft der größten von Menschenhand geschaffenen Kraftwerke. Über die direkte Nutzung der Energie von Vulkanausbrüchen muss zwar nicht gesprochen werden – die Menschen haben noch nicht die Fähigkeit, dieses rebellische Element einzudämmen, und glücklicherweise sind diese Ausbrüche recht selten. Aber das sind Manifestationen von Energie, die im Erdinneren verborgen ist, wenn nur ein winziger Bruchteil dieser unerschöpflichen Energie durch die feuerspeienden Schlote von Vulkanen freigesetzt wird.
Ein Geysir ist eine heiße Quelle, die ihr Wasser in regelmäßiger oder unregelmäßiger Höhe wie eine Fontäne ausspuckt. Der Name kommt vom isländischen Wort für „gießen“. Das Auftreten von Geysiren erfordert eine bestimmte günstige Umgebung, die nur an wenigen Orten auf der Erde geschaffen wird, was sie recht selten macht. Fast 50 % der Geysire befinden sich im Yellowstone-Nationalpark (USA). Die Aktivität eines Geysirs kann aufgrund von Veränderungen im Untergrund, Erdbeben und anderen Faktoren zum Erliegen kommen. Die Wirkung eines Geysirs entsteht durch den Kontakt von Wasser mit Magma, woraufhin sich das Wasser schnell erwärmt und unter dem Einfluss geothermischer Energie mit Gewalt nach oben geschleudert wird. Nach der Eruption kühlt das Wasser im Geysir allmählich ab, sickert wieder in das Magma ein und strömt wieder heraus. Die Häufigkeit der Ausbrüche verschiedener Geysire variiert zwischen mehreren Minuten und mehreren Stunden. Der Hauptgrund für ihre Seltenheit ist der hohe Energiebedarf für den Betrieb von Geysiren. In vulkanischen Gebieten kann es heiße Quellen, Schlammvulkane und Fumarolen geben, aber es gibt nur sehr wenige Orte, an denen Geysire zu finden sind. Tatsache ist, dass selbst wenn sich ein Geysir an einem Ort vulkanischer Aktivität gebildet hat, nachfolgende Ausbrüche die Erdoberfläche zerstören und ihren Zustand verändern, was zum Verschwinden des Geysirs führen wird.
Erdenergie (Geothermie) basiert auf der Nutzung der natürlichen Wärme der Erde. Die Eingeweide der Erde enthalten eine kolossale, nahezu unerschöpfliche Energiequelle. Die jährliche Strahlung der inneren Wärme auf unserem Planeten beträgt 2,8 * 1014 Milliarden kW * Stunde. Er wird ständig durch den radioaktiven Zerfall bestimmter Isotope in der Erdkruste kompensiert.
Es gibt zwei Arten geothermischer Energiequellen. Die erste Art sind unterirdische Becken mit natürlichen Kühlmitteln – heißes Wasser (hydrothermale Quellen) oder Dampf (Dampfthermalquellen) oder ein Dampf-Wasser-Gemisch. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um betriebsfertige „Untergrundkessel“, aus denen über herkömmliche Bohrlöcher Wasser oder Dampf gefördert werden kann. Die zweite Art ist die Hitze heißer Gesteine. Durch das Pumpen von Wasser in solche Horizonte ist es auch möglich, Dampf oder überhitztes Wasser zur weiteren energetischen Nutzung zu gewinnen.
Bei beiden Nutzungen liegt der größte Nachteil jedoch möglicherweise in der sehr geringen Konzentration der Erdwärme. An Orten, an denen sich jedoch besondere geothermische Anomalien bilden, an denen heiße Quellen oder Felsen relativ nahe an die Oberfläche kommen und an denen die Temperatur alle 100 m tiefer taucht und die Temperatur um 30 bis 40 ° C ansteigt, können Konzentrationen geothermischer Energie Bedingungen dafür schaffen seine wirtschaftliche Nutzung. Abhängig von der Temperatur von Wasser, Dampf oder Dampf-Wasser-Gemisch werden geothermische Quellen in Nieder- und Mitteltemperaturquellen (mit Temperaturen bis 130 - 150 °C) und Hochtemperaturquellen (über 150 °C) unterteilt. Die Art ihrer Verwendung hängt weitgehend von der Temperatur ab.
Man kann argumentieren, dass Geothermie vier vorteilhafte Unterscheidungsmerkmale aufweist.
Erstens sind seine Reserven praktisch unerschöpflich. Nach Schätzungen aus den späten 1970er Jahren betragen sie bis zu einer Tiefe von 10 km einen Wert, der 3,5 Tausend Mal höher ist als die Reserven herkömmlicher mineralischer Brennstoffe.
Zweitens ist Geothermie weit verbreitet. Seine Konzentration wird hauptsächlich mit Gürteln aktiver seismischer und vulkanischer Aktivität in Verbindung gebracht, die 1/10 der Erdfläche einnehmen. Innerhalb dieser Gürtel können wir einige der vielversprechendsten „geothermischen Gebiete“ identifizieren, darunter Kalifornien in den USA, Neuseeland, Japan, Island, Kamtschatka und der Nordkaukasus in Russland. Allein in der ehemaligen UdSSR wurden Anfang der 90er Jahre etwa 50 unterirdische Heißwasser- und Dampfbecken eröffnet.
Drittens erfordert die Nutzung der Geothermie keine großen Kosten, weil In diesem Fall handelt es sich um „gebrauchsfertige“, von der Natur selbst geschaffene Energiequellen.
Viertens schließlich ist Geothermie aus ökologischer Sicht völlig unbedenklich und belastet die Umwelt nicht.
Der Mensch nutzt seit langem die Energie der inneren Wärme der Erde (erinnern Sie sich zum Beispiel an die berühmten römischen Bäder), ihre kommerzielle Nutzung begann jedoch erst in den 20er Jahren unseres Jahrhunderts mit dem Bau der ersten geoelektrischen Kraftwerke in Italien. und dann in anderen Ländern. Zu Beginn der 80er Jahre gab es weltweit etwa 20 solcher Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von 1,5 Millionen kW. Die größte davon ist die Geysir-Station in den USA (500.000 kW).
Geothermie wird zur Stromerzeugung, zum Heizen von Häusern, Gewächshäusern usw. genutzt. Als Kühlmittel werden trockener Dampf, überhitztes Wasser oder andere Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt (Ammoniak, Freon usw.) verwendet.
Mit der Entwicklung und Etablierung der Gesellschaft begann die Menschheit, nach immer moderneren und zugleich wirtschaftlicheren Möglichkeiten der Energiegewinnung zu suchen. Zu diesem Zweck werden heute verschiedene Stationen gebaut, gleichzeitig wird aber auch die im Erdinneren enthaltene Energie umfassend genutzt. Wie ist es? Versuchen wir es herauszufinden.
Geothermische Energie
Schon aus dem Namen geht hervor, dass es sich um die Wärme des Erdinneren handelt. Unter der Erdkruste befindet sich eine Magmaschicht, eine feurig flüssige Silikatschmelze. Forschungsdaten zufolge ist das Energiepotenzial dieser Wärme viel höher als die Energie der weltweiten Erdgasreserven sowie Öl. Magma – Lava – kommt an die Oberfläche. Darüber hinaus wird die größte Aktivität in den Erdschichten beobachtet, auf denen sich die Grenzen tektonischer Platten befinden und in denen die Erdkruste dünn ist. Die geothermische Energie der Erde wird wie folgt gewonnen: Lava und die Wasserressourcen des Planeten kommen in Kontakt, wodurch sich das Wasser stark zu erhitzen beginnt. Dies führt zum Ausbruch des Geysirs, zur Bildung sogenannter heißer Seen und Unterwasserströmungen. Das sind genau jene Naturphänomene, deren Eigenschaften aktiv als Energie genutzt werden.
Künstliche geothermische Quellen
Die in den Eingeweiden der Erde enthaltene Energie muss mit Bedacht genutzt werden. Es gibt beispielsweise die Idee, unterirdische Kessel zu bauen. Dazu müssen Sie zwei ausreichend tiefe Brunnen bohren, die unten verbunden werden. Das heißt, es stellt sich heraus, dass es in fast jedem Winkel des Landes möglich ist, geothermische Energie auf industrielle Weise zu gewinnen: Durch einen Brunnen wird kaltes Wasser in die Formation gepumpt und durch den zweiten wird heißes Wasser oder Dampf gefördert. Künstliche Wärmequellen werden rentabel und sinnvoll sein, wenn die entstehende Wärme mehr Energie produziert. Der Dampf kann zu Turbinengeneratoren geleitet werden, die Strom erzeugen.
Natürlich beträgt die abgeführte Wärme nur einen Bruchteil dessen, was in den Gesamtreserven zur Verfügung steht. Es ist jedoch zu bedenken, dass die Tiefenwärme aufgrund der Kompression von Gesteinen und der Schichtung des Untergrunds ständig nachgefüllt wird. Wie Experten sagen, speichert die Erdkruste Wärme, deren Gesamtmenge 5000-mal größer ist als der Heizwert des gesamten fossilen Untergrunds der Erde insgesamt. Es zeigt sich, dass die Betriebszeit solcher künstlich geschaffenen Geothermiestationen unbegrenzt sein kann.
Merkmale von Quellen
Die Quellen, die die Gewinnung geothermischer Energie ermöglichen, können kaum vollständig genutzt werden. Sie existieren in mehr als 60 Ländern auf der ganzen Welt, wobei die größte Anzahl terrestrischer Vulkane auf dem Territorium des pazifischen vulkanischen Feuerrings liegt. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass geothermische Quellen in verschiedenen Regionen der Welt völlig unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, nämlich Durchschnittstemperatur, Salzgehalt, Gaszusammensetzung, Säuregehalt usw.
Geysire sind Energiequellen auf der Erde, deren Besonderheit darin besteht, dass sie in bestimmten Abständen kochendes Wasser ausstoßen. Nachdem der Ausbruch stattgefunden hat, wird das Becken wasserfrei; an seinem Boden sieht man einen Kanal, der tief in den Boden reicht. In Regionen wie Kamtschatka, Island, Neuseeland und Nordamerika werden Geysire als Energiequellen genutzt, und in einigen anderen Gebieten gibt es einzelne Geysire.
Woher kommt die Energie?
Ungekühltes Magma befindet sich sehr nahe an der Erdoberfläche. Daraus werden Gase und Dämpfe freigesetzt, die aufsteigen und durch die Risse dringen. Durch die Vermischung mit dem Grundwasser erhitzen sie dieses und verwandeln sich selbst in heißes Wasser, in dem viele Stoffe gelöst sind. Dieses Wasser wird in Form verschiedener geothermischer Quellen an die Erdoberfläche abgegeben: heiße Quellen, Mineralquellen, Geysire usw. Laut Wissenschaftlern handelt es sich bei den heißen Eingeweiden der Erde um Höhlen oder Kammern, die durch Gänge, Risse und Kanäle verbunden sind. Sie füllen sich gerade mit Grundwasser und ganz in ihrer Nähe befinden sich Magmataschen. Auf diese Weise entsteht die Wärmeenergie der Erde auf natürliche Weise.
Elektrisches Feld der Erde
In der Natur gibt es eine weitere alternative Energiequelle, die erneuerbar, umweltfreundlich und einfach zu nutzen ist. Allerdings wird diese Quelle noch immer nur untersucht und nicht in der Praxis genutzt. Somit liegt die potentielle Energie der Erde in ihrem elektrischen Feld. Durch das Studium der Grundgesetze der Elektrostatik und der Eigenschaften des elektrischen Feldes der Erde kann auf diese Weise Energie gewonnen werden. Im Wesentlichen ist unser Planet aus elektrischer Sicht ein kugelförmiger Kondensator, der auf bis zu 300.000 Volt geladen ist. Seine innere Sphäre ist negativ geladen und seine äußere Sphäre – die Ionosphäre – ist positiv geladen. ist ein Isolator. Durch ihn fließen ständig ionische und konvektive Ströme, die eine Kraft von vielen tausend Ampere erreichen. Der Potentialunterschied zwischen den Platten nimmt jedoch nicht ab.
Dies deutet darauf hin, dass es in der Natur einen Generator gibt, dessen Aufgabe darin besteht, den Ladungsverlust von den Kondensatorplatten ständig wieder aufzufüllen. Die Rolle eines solchen Generators ist das Erdmagnetfeld, das sich zusammen mit unserem Planeten im Strom des Sonnenwinds dreht. Durch den Anschluss eines Energieverbrauchers an diesen Generator kann die Energie des Erdmagnetfeldes gezielt gewonnen werden. Dazu müssen Sie eine zuverlässige Erdung installieren.
Erneuerbare Ressourcen
Da die Bevölkerung unseres Planeten stetig wächst, benötigen wir immer mehr Energie, um unsere Bevölkerung zu versorgen. Die im Erdinneren enthaltene Energie kann sehr unterschiedlich sein. Es gibt beispielsweise erneuerbare Energiequellen: Wind-, Sonnen- und Wasserenergie. Sie sind umweltfreundlich und können daher verwendet werden, ohne dass eine Schädigung der Umwelt befürchtet werden muss.
Wasserenergie
Diese Methode wird seit vielen Jahrhunderten angewendet. Heutzutage wurden zahlreiche Dämme und Stauseen gebaut, in denen Wasser zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt wird. Die Funktionsweise dieses Mechanismus ist im Wesentlichen einfach: Unter dem Einfluss der Flussströmung drehen sich die Räder der Turbinen und dementsprechend wird die Wasserenergie in Elektrizität umgewandelt.
Heutzutage gibt es eine Vielzahl von Wasserkraftwerken, die die Energie des Wasserflusses in Strom umwandeln. Die Besonderheit dieser Methode besteht darin, dass sie erneuert werden kann und solche Strukturen dementsprechend kostengünstig sind. Deshalb haben diese Bauwerke trotz der Tatsache, dass der Bau von Wasserkraftwerken recht lange dauert und der Prozess selbst sehr teuer ist, dennoch einen erheblichen Vorteil gegenüber stromintensiven Industrien.
Solarenergie: modern und vielversprechend
Solarenergie wird mit Sonnenkollektoren gewonnen, moderne Technologien ermöglichen jedoch den Einsatz neuer Methoden. Das größte System der Welt wird in der kalifornischen Wüste gebaut. Es versorgt 2.000 Haushalte vollständig mit Energie. Die Konstruktion funktioniert wie folgt: Die Sonnenstrahlen werden von den Spiegeln reflektiert und in den zentralen Wasserboiler gelenkt. Es kocht und verwandelt sich in Dampf, der die Turbine dreht. Dieser wiederum ist an einen elektrischen Generator angeschlossen. Wind kann auch als Energie genutzt werden, die uns die Erde gibt. Der Wind bläst die Segel und dreht die Mühlen. Und jetzt können Sie mit seiner Hilfe Geräte erstellen, die elektrische Energie erzeugen. Durch die Drehung der Windmühlenblätter treibt es die Turbinenwelle an, die wiederum mit einem elektrischen Generator verbunden ist.
Innere Energie der Erde
Es entstand als Ergebnis mehrerer Prozesse, wobei Akkretion und Radioaktivität die wichtigsten sind. Wissenschaftlern zufolge erfolgte die Entstehung der Erde und ihrer Masse über mehrere Millionen Jahre, und dies geschah aufgrund der Bildung von Planetesimalen. Sie hielten zusammen und dementsprechend nahm die Masse der Erde immer mehr zu. Nachdem unser Planet seine heutige Masse erreicht hatte, aber noch keine Atmosphäre besaß, fielen ungehindert Meteoroiden- und Asteroidenkörper auf ihn. Dieser Vorgang wird Akkretion genannt und führte zur Freisetzung erheblicher Gravitationsenergie. Und je größer die Körper sind, die auf den Planeten treffen, desto größer ist das Energievolumen, das im Erdinneren enthalten ist.
Diese gravitative Differenzierung führte dazu, dass sich Stoffe zu schichten begannen: Schwere Stoffe sanken einfach ab, während leichte und flüchtige Stoffe auftrieben. Die Differenzierung wirkte sich auch auf die zusätzliche Freisetzung von Gravitationsenergie aus.
Atomenergie
Die Nutzung der Energie der Erde kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise durch den Bau von Kernkraftwerken, wenn durch den Zerfall kleinster Teilchen atomarer Materie Wärmeenergie freigesetzt wird. Der Hauptbrennstoff ist Uran, das in der Erdkruste vorkommt. Viele glauben, dass diese Art der Energiegewinnung die vielversprechendste ist, ihre Nutzung ist jedoch mit einer Reihe von Problemen verbunden. Erstens emittiert Uran Strahlung, die alle lebenden Organismen tötet. Wenn dieser Stoff außerdem in den Boden oder die Atmosphäre gelangt, kommt es zu einer echten, vom Menschen verursachten Katastrophe. Bis heute erleben wir die traurigen Folgen des Unfalls im Kernkraftwerk Tschernobyl. Die Gefahr liegt darin, dass radioaktive Abfälle für sehr, sehr lange Zeit, über Jahrtausende hinweg, alle Lebewesen bedrohen können.
Neue Zeit – neue Ideen
Natürlich gibt es damit noch nicht genug und jedes Jahr werden immer mehr Versuche unternommen, neue Wege zur Energiegewinnung zu finden. Wenn die Wärmeenergie der Erde ganz einfach gewonnen wird, sind manche Methoden nicht so einfach. Beispielsweise ist es durchaus möglich, Biogas, das durch die Verrottung von Abfällen gewonnen wird, als Energiequelle zu nutzen. Es kann zum Heizen von Häusern und zum Erhitzen von Wasser verwendet werden.
Sie werden zunehmend gebaut, wenn Dämme und Turbinen an den Mündungen von Stauseen installiert werden, die durch Ebbe und Flut angetrieben werden und Strom erzeugen.
Durch das Verbrennen von Müll gewinnen wir Energie
Eine weitere Methode, die in Japan bereits praktiziert wird, ist die Errichtung von Müllverbrennungsanlagen. Heute werden sie in England, Italien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, den Niederlanden und den USA gebaut, aber erst in Japan begann man, diese Unternehmen nicht nur bestimmungsgemäß, sondern auch zur Stromerzeugung zu nutzen. Lokale Fabriken verbrennen 2/3 aller Abfälle und sind mit Dampfturbinen ausgestattet. Dementsprechend versorgen sie die umliegenden Gebiete mit Wärme und Strom. Darüber hinaus ist der Bau eines solchen Unternehmens kostenmäßig deutlich rentabler als der Bau eines Wärmekraftwerks.
Die Aussicht, die Erdwärme dort zu nutzen, wo Vulkane konzentriert sind, erscheint verlockender. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Erde zu tief zu bohren, da die Temperatur bereits in einer Tiefe von 300 bis 500 Metern mindestens doppelt so hoch ist wie der Siedepunkt von Wasser.
Es gibt auch eine Möglichkeit, Strom zu erzeugen, da Wasserstoff – das einfachste und leichteste chemische Element – als idealer Brennstoff angesehen werden kann, da er dort vorkommt, wo Wasser ist. Wenn man Wasserstoff verbrennt, entsteht Wasser, das in Sauerstoff und Wasserstoff zerfällt. Die Wasserstoffflamme selbst ist harmlos, das heißt, sie schadet der Umwelt nicht. Die Besonderheit dieses Elements besteht darin, dass es einen hohen Heizwert hat.
Was kommt als nächstes?
Natürlich kann die Energie des Erdmagnetfeldes oder die in Kernkraftwerken gewonnene Energie nicht alle von Jahr zu Jahr wachsenden Bedürfnisse der Menschheit vollständig befriedigen. Experten sagen jedoch, dass kein Grund zur Sorge besteht, da die Treibstoffressourcen des Planeten immer noch ausreichend sind. Darüber hinaus werden immer mehr neue, umweltfreundliche und erneuerbare Quellen genutzt.
Das Problem der Umweltverschmutzung bleibt bestehen und nimmt katastrophal schnell zu. Die Menge an schädlichen Emissionen ist unvorstellbar; die Luft, die wir atmen, ist schädlich, das Wasser weist gefährliche Verunreinigungen auf und der Boden wird allmählich ausgelaugt. Deshalb ist es so wichtig, ein Phänomen wie die Energie im Erdinneren zeitnah zu untersuchen, um nach Möglichkeiten zu suchen, den Bedarf an fossilen Brennstoffen zu reduzieren und nichttraditionelle Energiequellen aktiver zu nutzen.
Für Russland kann die Wärmeenergie der Erde durch neue hochwertige, umweltfreundliche Technologien für ihre Gewinnung und Lieferung an den Verbraucher zu einer konstanten, zuverlässigen Quelle für billigen und erschwinglichen Strom und Wärme werden. Dies gilt insbesondere heutzutage
Begrenzte Ressourcen an fossilen Energierohstoffen
Die Nachfrage nach organischen Energierohstoffen ist in Industrie- und Entwicklungsländern (USA, Japan, Länder des vereinten Europas, China, Indien usw.) groß. Gleichzeitig sind die eigenen Kohlenwasserstoffressourcen dieser Länder entweder unzureichend oder reserviert, und ein Land, beispielsweise die Vereinigten Staaten, kauft Energierohstoffe im Ausland oder erschließt Vorkommen in anderen Ländern.
In Russland, einem der energiereichsten Länder, wird der wirtschaftliche Energiebedarf bisher durch die Möglichkeiten der Nutzung natürlicher Ressourcen gedeckt. Allerdings erfolgt die Gewinnung fossiler Kohlenwasserstoffe aus dem Untergrund sehr schnell. Wenn in den 1940–1960er Jahren. Die wichtigsten Ölfördergebiete waren „Zweites Baku“ in der Wolgaregion und im Ural, von den 1970er Jahren bis heute war ein solches Gebiet Westsibirien. Aber auch hier ist ein deutlicher Rückgang der Produktion fossiler Kohlenwasserstoffe zu verzeichnen. Die Ära des „trockenen“ Cenoman-Gases gehört der Vergangenheit an. Die bisherige Phase des umfangreichen Ausbaus der Erdgasförderung ist abgeschlossen. Seine Ausbeute aus riesigen Lagerstätten wie Medvezhye, Urengoyskoye und Yamburgskoye betrug 84, 65 bzw. 50 %. Auch der Anteil der für die Entwicklung günstigen Ölreserven nimmt im Laufe der Zeit ab.
Aufgrund des aktiven Verbrauchs von Kohlenwasserstoffbrennstoffen sind die Erdöl- und Erdgasreserven an Land erheblich zurückgegangen. Jetzt konzentrieren sich ihre Hauptreserven auf dem Festlandsockel. Und obwohl die Rohstoffbasis der Öl- und Gasindustrie immer noch ausreicht, um in Russland Öl und Gas in den erforderlichen Mengen zu fördern, wird sie in naher Zukunft zunehmend durch die Erschließung von Feldern mit schwierigen bergbaulichen und geologischen Bedingungen bereitgestellt. Die Kosten der Kohlenwasserstoffproduktion werden steigen.
Der Großteil der aus dem Untergrund gewonnenen nicht erneuerbaren Ressourcen wird als Brennstoff für Kraftwerke verwendet. Dies ist zunächst einmal der Fall, dessen Anteil an der Kraftstoffstruktur 64 % beträgt.
In Russland werden 70 % des Stroms in Wärmekraftwerken erzeugt. Die Energieunternehmen des Landes verbrennen jährlich etwa 500 Millionen Tonnen Kohle. t. um Strom und Wärme zu erzeugen, während die Wärmeerzeugung drei- bis viermal mehr Kohlenwasserstoff-Brennstoff verbraucht als die Stromerzeugung.
Die bei der Verbrennung dieser Mengen an Kohlenwasserstoff-Rohstoffen gewonnene Wärmemenge entspricht dem Einsatz von Hunderten Tonnen Kernbrennstoff – der Unterschied ist riesig. Allerdings erfordert die Kernenergie die Gewährleistung der Umweltsicherheit (um eine Wiederholung von Tschernobyl zu verhindern) und den Schutz vor möglichen Terroranschlägen sowie die sichere und kostspielige Stilllegung veralteter und abgelaufener Kernkraftwerksblöcke. Die nachgewiesenen förderbaren Uranreserven auf der Welt belaufen sich auf etwa 3 Millionen 400.000 Tonnen. Im gesamten Vorzeitraum (bis 2007) wurden etwa 2 Millionen Tonnen gefördert.
RES als die Zukunft der globalen Energie
Das weltweit wachsende Interesse an alternativen erneuerbaren Energiequellen (RES) in den letzten Jahrzehnten ist nicht nur auf die Erschöpfung der Kohlenwasserstoffreserven zurückzuführen, sondern auch auf die Notwendigkeit, Umweltprobleme zu lösen. Objektive Faktoren (Fossile Brennstoff- und Uranreserven sowie Umweltveränderungen im Zusammenhang mit der Nutzung traditioneller Feuer- und Kernenergie) und Energieentwicklungstrends legen nahe, dass der Übergang zu neuen Methoden und Formen der Energieerzeugung unvermeidlich ist. Bereits in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts. Es wird eine vollständige oder fast vollständige Umstellung auf nicht-traditionelle Energiequellen geben.
Je früher ein Durchbruch in dieser Richtung gelingt, desto weniger schmerzhaft wird es für die gesamte Gesellschaft sein und desto vorteilhafter wird es für das Land sein, in dem entscheidende Schritte in diese Richtung unternommen werden.
Die Weltwirtschaft hat bereits jetzt die Weichen für den Übergang zu einer sinnvollen Kombination traditioneller und neuer Energiequellen gestellt. Der weltweite Energieverbrauch belief sich im Jahr 2000 auf mehr als 18 Milliarden Tonnen SKE. Der Energieverbrauch könnte bis 2025 auf 30 bis 38 Milliarden Tonnen SKE ansteigen. Prognosen zufolge könnte der Verbrauch bis 2050 60 Milliarden Tonnen SKE erreichen. t. Charakteristische Trends in der Entwicklung der Weltwirtschaft im Berichtszeitraum sind ein systematischer Rückgang des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und ein entsprechender Anstieg des Einsatzes nichttraditioneller Energieressourcen. Einen der ersten Plätze unter ihnen nimmt die Wärmeenergie der Erde ein.
Derzeit hat das Energieministerium der Russischen Föderation ein Programm zur Entwicklung nicht-traditioneller Energieträger verabschiedet, das 30 große Projekte zur Nutzung von Wärmepumpeneinheiten (HPU) umfasst, deren Funktionsprinzip auf dem Verbrauch von Niedrigenergie basiert -potenzielle Wärmeenergie der Erde.
Minderwertige Wärmeenergie der Erde und Wärmepumpen
Die Quellen niederpotentialiger Wärmeenergie der Erde sind Sonnenstrahlung und Wärmestrahlung aus dem erhitzten Inneren unseres Planeten. Derzeit ist die Nutzung dieser Energie einer der sich am dynamischsten entwickelnden Energiebereiche auf Basis erneuerbarer Energiequellen.
Die Wärme der Erde kann in verschiedenen Arten von Gebäuden und Bauwerken zur Heizung, Warmwasserversorgung, Klimatisierung (Kühlung) sowie zur Beheizung von Wegen im Winter, zur Verhinderung von Vereisung, zur Beheizung von Feldern in offenen Stadien usw. genutzt werden In der englischen Fachliteratur werden Systeme, die die Erdwärme in Heizungs- und Klimaanlagen nutzen, als GHP – „Geothermal Heat Pumps“ (Geothermie-Wärmepumpen) bezeichnet. Die klimatischen Eigenschaften der Länder Mittel- und Nordeuropas, die neben den USA und Kanada die Hauptgebiete für die Nutzung minderwertiger Erdwärme sind, bestimmen dies hauptsächlich zu Heizzwecken; Auch im Sommer ist eine Luftkühlung relativ selten erforderlich. Daher arbeiten Wärmepumpen in europäischen Ländern im Gegensatz zu den USA hauptsächlich im Heizbetrieb. In den USA werden sie häufiger in Luftheizungssystemen in Kombination mit Lüftung eingesetzt, die sowohl eine Erwärmung als auch eine Kühlung der Außenluft ermöglichen. In europäischen Ländern werden Wärmepumpen üblicherweise in Warmwasserbereitungssystemen eingesetzt. Da ihre Effizienz mit abnehmender Temperaturdifferenz zwischen Verdampfer und Kondensator zunimmt, werden Fußbodenheizungen häufig zur Beheizung von Gebäuden eingesetzt, in denen ein Kühlmittel mit relativ niedriger Temperatur (35–40 °C) zirkuliert.
Arten von Systemen zur Nutzung von Wärmeenergie mit niedrigem Potenzial aus der Erde
Generell lassen sich zwei Arten von Systemen zur Nutzung niederpotentialiger Wärmeenergie aus der Erde unterscheiden:
– offene Systeme: Das den Wärmepumpen direkt zugeführte Grundwasser wird als Quelle minderwertiger Wärmeenergie genutzt.
– geschlossene Systeme: Wärmetauscher befinden sich in der Bodenmasse; Wenn ein Kühlmittel mit einer im Vergleich zum Erdreich niedrigeren Temperatur durch sie zirkuliert, wird Wärmeenergie aus dem Erdreich „ausgewählt“ und an den Verdampfer der Wärmepumpe übertragen (bzw. bei Verwendung eines Kühlmittels mit einer im Verhältnis zum Erdreich höheren Temperatur). abgekühlt).
Der Nachteil offener Systeme besteht darin, dass Brunnen gewartet werden müssen. Zudem ist der Einsatz solcher Systeme nicht in allen Bereichen möglich. Die wesentlichen Anforderungen an Boden und Grundwasser sind:
– ausreichende Durchlässigkeit des Bodens, um die Wasserreserven wieder aufzufüllen;
– gute chemische Zusammensetzung des Grundwassers (z. B. niedriger Eisengehalt), wodurch Probleme im Zusammenhang mit der Bildung von Ablagerungen an den Rohrwänden und Korrosion vermieden werden.
Geschlossene Systeme zur Nutzung niederpotentialiger Wärmeenergie aus der Erde
Geschlossene Systeme können horizontal oder vertikal sein (Abbildung 1).
Reis. 1. Schema einer Erdwärmepumpenanlage mit: a – horizontal
und b – vertikale Erdwärmetauscher.
Horizontaler Erdwärmetauscher
In West- und Mitteleuropa handelt es sich bei horizontalen Erdwärmetauschern meist um relativ dicht verlegte Einzelrohre, die in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind (Abb. 2).
Reis. 2. Horizontale Erdwärmetauscher mit: a – seriell und
b – Parallelschaltung.
Um den Bereich der Wärmeabfuhr einzusparen, wurden verbesserte Arten von Wärmetauschern entwickelt, beispielsweise Wärmetauscher in Form einer Spirale (Abb. 3), die horizontal oder vertikal angeordnet sind. Diese Form von Wärmetauschern ist in den USA üblich.
Wärme der Erde. Mögliche interne Wärmequellen
Geothermie- eine Wissenschaft, die das Wärmefeld der Erde untersucht. Die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche nimmt allgemein ab. Vor drei Milliarden Jahren betrug die durchschnittliche Temperatur auf der Erdoberfläche 71 °C, heute sind es 17 °C. Wärmequellen (thermisch ) Die Felder der Erde sind innere und äußere Prozesse. Die Wärme der Erde wird durch Sonneneinstrahlung verursacht und entsteht im Inneren des Planeten. Die Größen des Wärmeeintrags aus beiden Quellen sind quantitativ äußerst ungleich und ihre Rolle im Leben des Planeten ist unterschiedlich. Die solare Erwärmung der Erde macht 99,5 % der Gesamtwärmemenge aus, die ihre Oberfläche aufnimmt, und die innere Erwärmung macht 0,5 % aus. Darüber hinaus ist der Zustrom innerer Wärme auf der Erde sehr ungleichmäßig verteilt und konzentriert sich hauptsächlich auf Orte, an denen Vulkanismus auftritt.
Externe Quelle ist Sonnenstrahlung . Die Hälfte der Sonnenenergie wird von der Oberfläche, der Vegetation und der unterirdischen Schicht der Erdkruste absorbiert. Die andere Hälfte wird in den Weltraum reflektiert. Die Sonneneinstrahlung hält die Temperatur der Erdoberfläche im Durchschnitt bei etwa 0 0 C. Die Sonne erwärmt die oberflächennahe Schicht der Erde bis zu einer Tiefe von durchschnittlich 8 - 30 m, wobei eine durchschnittliche Tiefe von 25 m den Einfluss ausmacht der Sonnenwärme hört auf und die Temperatur wird konstant (neutrale Schicht). Diese Tiefe ist in Gebieten mit Meeresklima minimal und in der Subpolarregion maximal. Unterhalb dieser Grenze gibt es eine Zone konstanter Temperatur, die der durchschnittlichen Jahrestemperatur des Gebiets entspricht. Zum Beispiel in Moskau, auf landwirtschaftlichem Gebiet. Akademie benannt nach Timiryazev, in einer Tiefe von 20 m blieb die Temperatur seit 1882 konstant bei 4,2 o C. In Paris zeigte das Thermometer in einer Tiefe von 28 m seit mehr als 100 Jahren konstant 11,83 o C an Die konstante Temperatur ist dort am tiefsten, wo mehrjähriger Frost herrscht (Permafrost). Unterhalb der Zone konstanter Temperatur liegt die geothermische Zone, die durch die von der Erde selbst erzeugte Wärme gekennzeichnet ist.
Innere Quellen sind die Eingeweide der Erde. Die Erde strahlt mehr Wärme in den Weltraum ab, als sie von der Sonne erhält. Zu den internen Quellen gehören Restwärme aus der Zeit, als der Planet geschmolzen war, die Wärme thermonuklearer Reaktionen im Erdinneren, die Wärme der Gravitationskompression der Erde unter dem Einfluss der Schwerkraft, die Wärme chemischer Reaktionen und Kristallisationsprozesse usw. (zum Beispiel Gezeitenreibung). Die Wärme aus dem Innenraum kommt hauptsächlich aus Bewegungszonen. Der Temperaturanstieg mit der Tiefe ist mit der Existenz interner Wärmequellen verbunden – dem Zerfall radioaktiver Isotope – U, Th, K, gravitativer Differenzierung von Materie, Gezeitenreibung, exothermen chemischen Redoxreaktionen, Metamorphose und Phasenübergängen. Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs mit der Tiefe wird durch eine Reihe von Faktoren bestimmt – Wärmeleitfähigkeit, Durchlässigkeit von Gesteinen, Nähe vulkanischer Quellen usw.
Unterhalb des Gürtels konstanter Temperaturen kommt es zu einem Temperaturanstieg, durchschnittlich 1 °C pro 33 m ( geothermische Bühne) oder 3 o alle 100 m ( geothermischer Gradient). Diese Werte sind Indikatoren für das Wärmefeld der Erde. Es ist klar, dass diese Werte durchschnittlich sind und in verschiedenen Regionen oder Zonen der Erde unterschiedlich groß sind. Die geothermische Phase ist an verschiedenen Punkten der Erde unterschiedlich. Zum Beispiel in Moskau - 38,4 m, in Leningrad 19,6, in Archangelsk - 10. Beim Bohren eines Tiefbrunnens auf der Kola-Halbinsel in einer Tiefe von 12 km wurde also angenommen, dass die Temperatur 150 °C beträgt, was in Wirklichkeit der Fall war etwa 220 Grad betragen. Bei Bohrungen in der nördlichen Kaspischen Region in 3000 m Tiefe wurde eine Temperatur von 150 °C angenommen, es stellte sich jedoch heraus, dass sie 108 °C betrug.
Es ist zu beachten, dass die klimatischen Eigenschaften des Gebiets und die durchschnittliche Jahrestemperatur keinen Einfluss auf die Änderung des Werts der Geothermiestufe haben. Die Gründe dafür sind folgende:
1) in der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit der Gesteine, aus denen ein bestimmtes Gebiet besteht. Das Maß für die Wärmeleitfähigkeit ist die in einer Sekunde übertragene Wärmemenge in Kalorien. Durch einen Querschnitt von 1 cm 2 mit einem Temperaturgradienten von 1 o C;
2) Bei der Radioaktivität von Gesteinen ist die geothermische Stufe umso niedriger, je höher die Wärmeleitfähigkeit und Radioaktivität ist.
3) bei unterschiedlichen Vorkommensbedingungen von Gesteinen und dem Alter der Störung ihres Vorkommens; Beobachtungen haben gezeigt, dass die Temperatur in in Falten gesammelten Schichten schneller ansteigt; sie weisen häufig Unregelmäßigkeiten (Risse) auf, durch die der Wärmezutritt aus der Tiefe erleichtert wird;
4) die Beschaffenheit des Grundwassers: Heiße Grundwasserströme erwärmen Gesteine, kalte Ströme kühlen sie ab;
5) Entfernung vom Ozean: In der Nähe des Ozeans ist der geothermische Schritt aufgrund der Abkühlung von Gesteinen durch die Wassermasse größer und am Kontakt geringer.
Die Kenntnis des spezifischen Wertes der geothermischen Stufe ist von großer praktischer Bedeutung.
1. Dies ist wichtig bei der Planung von Minen. In manchen Fällen wird es notwendig sein, Maßnahmen zu ergreifen, um die Temperatur in Tiefbauwerken künstlich zu senken (Temperatur - 50 °C ist der Grenzwert für Menschen in trockener Luft und 40 °C in feuchter Luft); in anderen wird es möglich sein, Arbeiten in großen Tiefen durchzuführen.
2. Die Beurteilung der Temperaturverhältnisse beim Tunnelbau in Berggebieten ist von großer Bedeutung.
3. Die Untersuchung der geothermischen Bedingungen im Erdinneren ermöglicht die Nutzung von Dampf und heißen Quellen, die an der Erdoberfläche entstehen. Erdwärme wird beispielsweise in Italien, Island genutzt; In Russland wurde in Kamtschatka ein experimentelles Industriekraftwerk mit Naturwärme gebaut.
Anhand von Daten über die Größe des geothermischen Schritts können wir einige Annahmen über die Temperaturbedingungen in den tiefen Zonen der Erde treffen. Wenn wir den Durchschnittswert der geothermischen Stufe mit 33 m annehmen und davon ausgehen, dass die Temperatur gleichmäßig mit der Tiefe zunimmt, dann herrscht in 100 km Tiefe eine Temperatur von 3000 °C. Diese Temperatur übersteigt die Schmelzpunkte aller bekannten Stoffe Auf der Erde müsste es daher in dieser Tiefe geschmolzene Massen geben. Aber aufgrund des enormen Drucks von 31.000 atm. Überhitzte Massen haben nicht die Eigenschaften von Flüssigkeiten, sind aber mit den Eigenschaften eines Feststoffs ausgestattet.
Mit zunehmender Tiefe dürfte die geothermische Stufe offenbar deutlich zunehmen. Wenn wir davon ausgehen, dass sich der Pegel mit der Tiefe nicht ändert, sollte die Temperatur im Erdmittelpunkt etwa 200.000 °C betragen und Berechnungen zufolge 5.000 - 10.000 °C nicht überschreiten.
Die wichtigsten Wärmeenergiequellen der Erde sind [, ]:
Bisher wurden nur die ersten vier Quellen quantifiziert. In unserem Land ist der Hauptverdienst dafür O.G. Sorokhtin Und S.A. Uschakow. Die folgenden Daten basieren hauptsächlich auf den Berechnungen dieser Wissenschaftler.
Wärme der Gravitationsdifferenzierung der Erde
Eines der wichtigsten Muster in der Entwicklung der Erde ist Differenzierung seine Substanz, die bis heute anhält. Aufgrund dieser Differenzierung kam es zur Bildung Kern und Kruste, Änderung der Zusammensetzung des Primärteils Mantel, während die Aufteilung eines zunächst homogenen Stoffes in Fraktionen unterschiedlicher Dichte mit der Freisetzung einhergeht Wärmeenergie, und die maximale Wärmefreisetzung erfolgt bei der Aufteilung der Erdmaterie dichter und schwerer Kern und Rest Feuerzeug Silikatschale - Erdmantel. Derzeit wird der Großteil dieser Wärme an der Grenze freigesetzt Mantel - Kern.
Energie der Gravitationsdifferenzierung der Erde Während der gesamten Zeit seines Bestehens zeichnete es sich aus - 1,46*10 38 erg (1,46*10 31 J). Diese Energie Zum größten Teil wird zunächst darauf eingegangen kinetische Energie Konvektionsströme der Mantelmaterie und dann hinein warm; der andere Teil davon wird für zusätzliche Ausgaben ausgegeben Kompression des Erdinneren, entsteht durch die Konzentration dichter Phasen im zentralen Teil der Erde. Aus 1,46*10 38 erg Die Energie der Gravitationsdifferenzierung der Erde floss in ihre zusätzliche Kompression 0,23*10 38 erg (0,23*10 31 J) und wurde in Form von Wärme freigesetzt 1,23*10 38 erg (1,23*10 31 J). Das Ausmaß dieser thermischen Komponente übersteigt die Gesamtfreisetzung aller anderen Energiearten auf der Erde deutlich. Die zeitliche Verteilung des Gesamtwerts und der Freisetzungsrate der thermischen Komponente der Gravitationsenergie ist in Abb. dargestellt. 3.6 .
Reis. 3.6.
Das aktuelle Ausmaß der Wärmeerzeugung während der Gravitationsdifferenzierung der Erde beträgt 3*10 20 erg/s (3*10 13 W), die von der Größe des modernen Wärmeflusses abhängt, der durch die Oberfläche des Planeten in ( 4.2-4.3)*10 20 erg/s ((4,2-4,3)*10 13 W), Ist ~ 70%
.
Radiogene Hitze
Verursacht durch den radioaktiven Zerfall instabiler Stoffe Isotope. Das energieintensivste und langlebigste ( mit Halbwertszeit, entsprechend dem Alter der Erde) sind Isotope 238U, 235 U, 232 Th Und 40K. Ihr Hauptvolumen konzentriert sich auf kontinentale Kruste. Aktueller Generationsstand radiogene Wärme:
- von einem amerikanischen Geophysiker V. Vaquier - 1,14*10 20 erg/s (1,14*10 13 W) ,
- von russischen Geophysikern O.G. Sorokhtin Und S.A. Uschakow - 1,26*10 20 erg/s(1,26*10 13 W) .
Das sind ~ 27-30 % des aktuellen Wärmestroms.
Aus der gesamten Hitze des radioaktiven Zerfalls in 1,26*10 20 erg/s (1,26*10 13 W) in der Erdkruste fällt auf - 0,91*10 20 erg/s, und im Mantel - 0,35*10 20 erg/s. Daraus folgt, dass der Anteil der radiogenen Mantelwärme 10 % der gesamten modernen Wärmeverluste der Erde nicht überschreitet und sie nicht die Hauptenergiequelle für aktive tektono-magmatische Prozesse sein kann, deren Tiefe 2900 km erreichen kann; und die in der Kruste freigesetzte radiogene Wärme geht relativ schnell über die Erdoberfläche verloren und trägt praktisch nicht zur Erwärmung des tiefen Planeteninneren bei.
In früheren geologischen Epochen muss die Menge der im Erdmantel freigesetzten radiogenen Wärme höher gewesen sein. Seine Schätzungen zum Zeitpunkt der Entstehung der Erde ( Vor 4,6 Milliarden Jahren) geben - 6,95*10 20 erg/s. Seitdem ist die Freisetzungsrate radiogener Energie stetig zurückgegangen (Abb. 3.7 ).
Für alle Zeit auf der Erde wurde es freigegeben ~4,27*10 37 erg(4,27*10 30 J) thermische Energie des radioaktiven Zerfalls, die fast dreimal niedriger ist als die Gesamtwärme der Gravitationsdifferenzierung.
Gezeitenreibungswärme
Es zeichnet sich während der Gravitationswechselwirkung der Erde vor allem mit dem Mond als dem nächsten großen kosmischen Körper ab. Aufgrund der gegenseitigen Anziehungskraft kommt es in ihren Körpern zu Gezeitendeformationen - Schwellung oder Buckel. Die Gezeitenbuckel der Planeten beeinflussen mit ihrer zusätzlichen Anziehungskraft ihre Bewegung. Somit erzeugt die Anziehungskraft beider Gezeitenbuckel der Erde ein Kräftepaar, das sowohl auf die Erde selbst als auch auf den Mond wirkt. Allerdings ist der Einfluss der nahen, dem Mond zugewandten Schwellung etwas stärker als der der fernen. Aufgrund der Tatsache, dass die Winkelgeschwindigkeit der Rotation der modernen Erde ( 7,27*10 -5 s -1) übersteigt die Umlaufgeschwindigkeit des Mondes ( 2,66*10 -6 s -1) und die Substanz der Planeten nicht ideal elastisch ist, dann scheinen die Gezeitenbuckel der Erde durch ihre Vorwärtsrotation mitgerissen zu werden und die Bewegung des Mondes spürbar voranzutreiben. Dies führt dazu, dass die maximalen Gezeiten der Erde auf ihrer Oberfläche immer etwas später als im Moment auftreten Höhepunkt Mond, und auf Erde und Mond wirkt ein zusätzliches Kraftmoment (Abb. 3.8 ) .
Die Absolutwerte der Gezeitenwechselwirkungskräfte im Erde-Mond-System sind mittlerweile relativ gering und die durch sie verursachten Gezeitenverformungen der Lithosphäre können nur wenige zehn Zentimeter erreichen, führen aber zu einer allmählichen Verlangsamung der Erdrotation und umgekehrt zu einer Beschleunigung der Umlaufbewegung des Mondes und seiner Entfernung von der Erde. Die kinetische Energie der Bewegung der Gezeitenbuckel der Erde wird durch die innere Reibung der Substanz in den Gezeitenbuckeln in Wärmeenergie umgewandelt.
Derzeit beträgt die Geschwindigkeit der Freisetzung von Gezeitenenergie G. Macdonald beläuft sich auf ~0,25*10 20 erg/s (0,25*10 13 W), während sein Hauptteil (ca. 2/3) vermutlich ist löst sich auf(verschwindet) in der Hydrosphäre. Folglich ist der Anteil der Gezeitenenergie, der durch die Wechselwirkung der Erde mit dem Mond verursacht und in der festen Erde (hauptsächlich in der Asthenosphäre) dissipiert wird, nicht größer 2 %
gesamte in seinen Tiefen erzeugte Wärmeenergie; und der Anteil der Sonnengezeiten übersteigt nicht 20 %
von den Auswirkungen der Mondfluten. Deshalb spielen feste Gezeiten bei der Energieversorgung tektonischer Prozesse heute kaum noch eine Rolle, können aber in manchen Fällen als „Auslöser“ wirken, beispielsweise bei Erdbeben.
Die Menge der Gezeitenenergie steht in direktem Zusammenhang mit der Entfernung zwischen Weltraumobjekten. Und wenn der Abstand zwischen Erde und Sonne auf der geologischen Zeitskala keine wesentlichen Änderungen annimmt, dann ist dieser Parameter im Erde-Mond-System ein variabler Wert. Unabhängig von den Vorstellungen darüber geben fast alle Forscher zu, dass in den frühen Stadien der Erdentwicklung die Entfernung zum Mond deutlich geringer war als heute, im Laufe der Planetenentwicklung jedoch nach Ansicht der meisten Wissenschaftler allmählich zunimmt, und Yu.N. Avsyuku Diese Distanz erfährt langfristige Veränderungen in Form von Zyklen „Kommen und Gehen“ des Mondes. Daraus folgt, dass in vergangenen geologischen Epochen die Rolle der Gezeitenwärme im gesamten Wärmehaushalt der Erde eine größere Bedeutung hatte. Im Allgemeinen hat sich die Erde im Laufe der gesamten Entwicklungszeit weiterentwickelt ~3,3*10 37 erg (3,3*10 30 J) Gezeitenwärmeenergie (dies hängt von der sukzessiven Entfernung des Mondes von der Erde ab). Die Änderung der Freisetzungsrate dieser Wärme im Laufe der Zeit ist in Abb. dargestellt. 3.10 .
Mehr als die Hälfte der gesamten Gezeitenenergie wurde in freigesetzt Catarchaea (Scheisse)) - vor 4,6-4,0 Milliarden Jahren, und damals konnte sich die Erde nur durch diese Energie zusätzlich um ~500 0 C erwärmen. Ab dem späten Archaikum hatten Mondfluten nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Entwicklung energieintensive endogene Prozesse .
Akkretionswärme
Dabei handelt es sich um die Wärme, die die Erde seit ihrer Entstehung gespeichert hat. Im Gange Akkretion, die dank der Kollision mehrere zehn Millionen Jahre andauerte Planetesimale Die Erde erfuhr eine erhebliche Erwärmung. Es besteht jedoch kein Konsens über das Ausmaß dieser Erwärmung. Derzeit neigen Forscher zu der Annahme, dass die Erde während des Akkretionsprozesses ein, wenn nicht sogar vollständiges, erhebliches teilweises Schmelzen erlebte, was zur anfänglichen Differenzierung der Proto-Erde in einen schweren Eisenkern und einen leichten Silikatmantel führte Die Formation „Magma-Ozean“ auf seiner Oberfläche oder in geringer Tiefe. Obwohl bereits vor den 1990er Jahren das Modell einer relativ kalten Primärerde, die sich aufgrund der oben genannten Prozesse allmählich erwärmte und dabei eine erhebliche Menge an Wärmeenergie freisetzte, als nahezu allgemein akzeptiert galt.
Eine genaue Bewertung der primären Akkretionswärme und ihres bis heute erhaltenen Anteils ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Von O.G. Sorokhtin Und S.A. Uschakow, die Anhänger der relativ kalten Primärerde sind, beträgt die Menge der in Wärme umgewandelten Akkretionsenergie - 20,13*10 38 erg (20,13*10 31 J). Diese Energie würde ohne Wärmeverlust ausreichen vollständige Verdunstung irdische Materie, weil die Temperatur könnte auf ansteigen 30 000 0 С. Der Akkretionsprozess war jedoch relativ langwierig und die Energie der planetesimalen Einschläge wurde nur in den oberflächennahen Schichten der wachsenden Erde freigesetzt und ging schnell durch Wärmestrahlung verloren, sodass die anfängliche Erwärmung des Planeten nicht groß war. Die Größe dieser Wärmestrahlung, die parallel zur Bildung (Akkretion) der Erde auftritt, wird von diesen Autoren auf geschätzt 19,4*10 38 erg (19,4*10 31 J)
.
In der modernen Energiebilanz der Erde spielt Akkretionswärme höchstwahrscheinlich eine untergeordnete Rolle.
