Природа геотермальной энергии

Геотермальный градиент  выражает повышение температуры с глубиной в земной коре. Вплоть до глубин, доступных путем бурения с современными технологиями, то есть более 10 000 м. Средний геотермальный градиент составляет около 2,5-3 ° С / 100 м.

 Например, если температура в течение первых нескольких метров ниже уровня земли в среднем составляет около 15 ° C, то можно обоснованно предположить, что температура будет около 65 ° -75 ° С при глубине 2000 м, 90 ° -105 ° С при 3000 м, и так далее еще в течение нескольких тысяч метров.

 Есть, однако, обширные районы, в которых геотермальный градиент далек от среднего значения. В районах, в которых бассейн наполнен геологическими «очень молодыми» отложениями, геотермальный градиент может быть ниже, и составлять 1 ° C / 100 м. С другой стороны, в некоторых районах геотермальный градиент более чем в десять раз превышает среднее значение.

Разница в температуре между горячими и холодными зонами создает проводящий поток тепла между ними, с тенденцией создания однообразных условий. Однако в природе такая ситуация встречается довольно редко.

Повышение температуры с глубиной, а также вулканы, гейзеры, горячие источники являются видимым проявлением наличия тепла в недрах земли. Но это тепло также порождает другие явления, которые являются менее заметными для человека. В совокупности все эти явления позволяют говорить о нашей земле как о большом тепловом двигателе.

Наша планета состоит из  коры, которая достигает толщину около 20-65 км в континентальных районах и о 5-6 км в океанических районах,  мантии, толщиной около 2900 км, и  ядра, радиус которого около 3470 км.
Земля в разрезе

Физические и химические характеристики коры, мантии и ядра отличаются от поверхности Земли к ее центру. Самая внешняя оболочка Земли, известная как  литосфера, состоит из коры и верхнего слоя мантии. Толщина литосферы составляет около 80 км в океанических зонах  более чем 200 км в континентальных районах, эта часть земли ведет себя как твердое тело. Ниже литосферы располагается зона, известная как  астеносфера, 200-300 км в толщину. Если рассматривать эту часть земли в масштабах миллионов лет существования земли, то она ведет себя подобно жидкости.


 Из-за разницы в температуре между различными частями астеносферы происходит постоянное движение пород земли. Их крайне медленное движение (несколько сантиметров в год) поддерживается за счет тепла, производимого постоянно при распаде радиоактивных элементов и тепла, поступающего от глубоких частей Земли. Огромные объемы глубоких горячих пород, менее плотных и легких, чем окружающий материал, поднимаются по направлению к поверхности. В то время как более холодные, более плотные и более тяжелые породы подогреваются и поднимаются на поверхность еще раз. Этот процесс очень похож на кипячение воды в чайнике или кастрюле.

В зонах, где литосфера тоньше, и особенно в океанических районах, литосфера выталкивается вверх и создает хребты, которые простираются более чем на 60 000 км под океанами. Такие явления можно наблюдать, например, на Азорских островах.

Некоторые из них  простираются между континентами, как в Красном море. Относительно небольшая часть этих расплавленных пород из астеносферы выходит из гребней этих хребтов и, в контакте с морской водой, отвердевает и превращается в новую океаническую кору.


Существуют места на нашей планете (зоны субдукции), в которых происходит погружение пород обратно вглубь земли. Таким образом, процесс снова повторяется, без увеличения поверхности земли.

Хребты и зоны субдукции разделяют нашу планету на литосферные плиты, которые медленно дрейфуют относительно друг друга. Края тектанических плит характеризуются сейсмической и тепловой активностью.

Как показано на рисунке 3, наиболее важные геотермальные районы расположены вокруг тектаничесих плит.


Карта геотермальной энергии

Рисунок 3 - Схема тектонических плит, зон субдукции и хребтов