Reja: Geotermik gradient

Geotermik gradient chuqurlikning oshishiga qarab haroratning ko'tarilish tezligi Yerichki makon. Tektonik plastinka chegaralaridan uzoqroqda, dunyoning aksariyat qismida sirt yaqinida 25-30 ° C / km (72-87 ° F / mi) chuqurlik mavjud.^[1] To'liq aytganda, geo- termal, albatta, Yerga taalluqlidir, ammo kontseptsiya boshqa sayyoralarda qo'llanilishi mumkin.
Yerning ichki issiqligi qoldiq issiqlik birikmasidan kelib chiqadi sayyoraviy ko'payish, orqali ishlab chiqarilgan issiqlik radioaktiv parchalanish, yadro kristallanishidan yashirin issiqlik va ehtimol boshqa manbalardan olinadigan issiqlik. Yerdagi issiqlik ishlab chiqaruvchi asosiy izotoplar kaliy-40, uran-238, uran-235va torium-232.^[2] Sayyoramizning markazida harorat 7000 K gacha (6,730 ° C; 12,140 ° F) bo'lishi mumkin va bosim 360 ga etishi mumkinGPa (3,6 million atm).^[3] Issiqlikning katta qismi radioaktiv parchalanish bilan ta'minlanganligi sababli, olimlar Yer tarixining boshida, izotoplardan oldin yarim umr tugaganida edi, Yerning issiqlik hosil bo'lishi ancha yuqori bo'lar edi. Taxminan 3 milliard yil oldin issiqlik ishlab chiqarish hozirgi kundan ikki baravar ko'p edi,^[4] natijada Yer ichidagi kattaroq harorat gradiyentlari, katta stavkalar mantiya konvektsiyasi va plitalar tektonikasikabi magmatik jinslarni ishlab chiqarishga imkon beradi komatiitlar endi shakllanmagan.^[5]
Geotermik gradientning yuqori qismiga ta'sir ko'rsatiladi atmosfera harorati. Qattiq sayyoramizning eng yuqori qatlamlari mahalliy ob-havo tomonidan ishlab chiqarilgan haroratda bo'lib, taxminan yiliga pasayib boradi o'rtacha-o'rtacha harorat (MATT) chuqurlikda^[6][7][8] (ko'pchilik uchun ishlatiladigan bu chuqurlik erdan ishlaydigan issiqlik nasoslari, ko'pincha oddiy odamlar tomonidan "geotermik issiqlik nasoslari" deb nomlanadi^[9]). Ichki issiqlik manbalari ustunlik qila boshlagach, iliqlik barqaror ravishda oshib boradi.

Yer yadrodan ekzosferaga qadar kesilgan

AQShning Viskonsin shtatidagi geotermik burg'ulash mashinasi

Yer ichidagi harorat chuqurlik bilan ortadi. 650 dan 1200 ° C gacha (1200 dan 2200 ° F) gacha bo'lgan haroratlarda juda yopishqoq yoki qisman erigan jinslar tektonik plitalarning chekkalarida joylashgan bo'lib, ular atrofdagi geotermik gradientni ko'paytiradi, ammo faqat tashqi yadro eritilgan holatda bo'ladi yoki suyuqlik holati va Yerning ichki yadrosi / tashqi yadro chegarasidagi harorat 3500 kilometr (2200 milya) atrofida, 5650 ± 600 Kelvin.^[10][11] Yerning issiqlik miqdori 10³¹ jyul.^[1]

• 
  Issiqlikning katta qismi yaratiladi yemirilish tabiiy ravishda radioaktiv elementlarning Erdan chiqadigan issiqlikning taxminan 45-90 foizi asosan mantiyada joylashgan elementlarning radioaktiv parchalanishidan kelib chiqadi.^[4][12][13]
  
• 
  Keyinchalik tortishish mumkin bo'lgan tortishish potentsiali energiyasi:
  
  • 
    Davomida ozod qilish ko'payish Yerning
    
  • 
    Davomida chiqarilgan issiqlik farqlash, mo'l-ko'l og'ir metallar (temir, nikel, mis) Yerning yadrosiga tushdi.
    
• 
  Suyuq bo'lib chiqadigan yashirin issiqlik tashqi yadro kristallanadi da ichki yadro chegara.
  
• 
  Issiqlik ishlab chiqarilishi mumkin gelgit kuchlari u aylanayotganda Yerda (burchak momentumini saqlash). Natijada yer fasllari Yerning ichki qismidagi energiyani issiqlik sifatida tarqatadi.
  
• 
  Tomonidan biron bir muhim issiqlik paydo bo'lishi mumkin degan biron bir ishonchli fan mavjud emas Yerning magnit maydoni, ba'zi zamonaviy xalq nazariyalari tomonidan tavsiya etilgan.
  

The radiogen issiqlik parchalanishidan ²³⁸U va ²³²Hozir Th ning asosiy hissasi bor erning ichki issiqlik byudjeti.
Yerning kontinental qobig'ida tabiiy radioaktiv izotoplarning parchalanishi geotermik issiqlik hosil bo'lishiga katta hissa qo'shadi. Kontinental qobiq quyi zichlikdagi minerallarga boy, ammo tarkibida og'irroq kontsentratsiyalar ham mavjud litofil uran kabi minerallar. Shu sababli, u Yerda joylashgan radioaktiv elementlarning eng kontsentrlangan global suv omboriga ega.^[14] Tabiiy ravishda uchraydigan izotoplar granit va bazalt toshlarida, ayniqsa Yer yuziga yaqin qatlamlarda boyitiladi.^[15] Ushbu yuqori darajadagi radioaktiv elementlar mantiya minerallarini o'rnini bosa olmasligi va natijada mantiya eritish jarayonida eritmalarda boyitilishi sababli Yer mantiyasidan ancha chetlashtiriladi. Mantiya asosan magniy (Mg), titanium (Ti) va kaltsiy (Ca) kabi nisbatan kichik atom radiuslariga ega bo'lgan yuqori zichlikdagi elementlarga ega yuqori zichlikdagi minerallardan iborat.^[14]

Hozirgi kunda asosiy issiqlik ishlab chiqaruvchi izotoplar^[16]
Izotop	Issiqlik [Vt / kg izotop]	Yarim hayot [yil]	Mantiyaning o'rtacha kontsentratsiyasi [kg izotop / kg mantiya]	Issiqlik [Vt / kg mantiya]
^238U	9.46 × 10^−5	4.47 × 10^9	30.8 × 10^−9	2.91 × 10^−12
^235U	5.69 × 10^−4	7.04 × 10^8	0.22 × 10^−9	1.25 × 10^−13
^232Th	2.64 × 10^−5	1.40 × 10^10	124 × 10^−9	3.27 × 10^−12
^40K	2.92 × 10^−5	1.25 × 10^9	36.9 × 10^−9	1.08 × 10^−12

Litosferada geotermik gradient mantiyaga qaraganda tikroq, chunki mantiya issiqlikni asosan konveksiya bilan tashiydi va litosferada ustun bo'lgan o'tkazuvchi issiqlik uzatish jarayonlari bilan emas, balki adiabat mantiya bilan belgilanadigan geotermik gradiyentga olib keladi. kabi termal chegara qatlami konvektsiyali mantiyaning^{[iqtibos kerak]}
Issiqlik oqimi

Asosiy maqola: Yerning ichki issiqlik byudjeti

Issiqlik Yerdagi manbalardan doimiy ravishda er yuziga oqadi. Erdan umumiy issiqlik yo'qotilishi 44,2 TVt (4.42 × 10¹³ Vatt).^[17] O'rtacha issiqlik oqimi 65 mVt / m ni tashkil qiladi² ustida kontinental qobiq va 101 mVt / m² ustida okean qobig'i.^[17] Bu o'rtacha 0,087 vatt / kvadrat metrni tashkil etadi (Yer tomonidan so'rilgan quyosh energiyasining 0,03 foizi)^[18]), lekin litosfera ingichka bo'lgan joylarda, masalan, bo'ylab ko'proq konsentratsiyalangan o'rta okean tizmalari (yangi okeanik litosfera yaratilgan joyda) va yaqin mantiya tuklari.^[19]Yer qobig'i samarali issiqlik izolatsiyasi ostida (magma, suv yoki boshqa) suyuqlik o'tkazgichlari orqali teshilishi kerak bo'lgan qalin izolyatsion adyol vazifasini bajaradi. Yerdagi issiqlikning ko'p qismi plastinka tektonikasi orqali, o'rta okean tizmalari bilan bog'liq mantiya ko'tarilishi natijasida yo'qoladi. Issiqlikni yo'qotishning yana bir asosiy usuli - bu o'tkazuvchanlik orqali litosfera, ularning aksariyati okeanlarda paydo bo'ladi, chunki er qobig'i materiklarnikiga qaraganda ancha ingichka va yoshroq.^[17][20]
Yerning issiqligi 30 TVt tezlikda radioaktiv parchalanish bilan to'ldiriladi.^[21] Jahonda geotermik oqim tezligi barcha asosiy manbalardan energiya iste'mol qilish ko'rsatkichidan ikki baravar ko'pdir. Issiqlik oqimi zichligi to'g'risidagi global ma'lumotlar yig'iladi va Xalqaro issiqlik oqimi komissiyasi (IHFC) tomonidan yig'iladi IASPEI/IUGG. ^[22]
To'g'ridan-to'g'ri dastur
Yerning ichki qismidagi issiqlik energiya manbai sifatida ishlatilishi mumkin geotermik energiya. Geotermik gradient qadimgi Rim davridan beri kosmik isitish va hammom uchun ishlatilgan, yaqinda esa elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatilgan. Odamlar soni ko'payib borishi bilan, energiyadan foydalanish va global birlamchi energiya manbalariga mos keladigan atrof-muhit ta'sirlari kuchaymoqda. Bu qayta tiklanadigan va issiqxona gazlari chiqindilarini kamaytiradigan energiya manbalarini izlashga bo'lgan qiziqishni kuchaytirdi. Geotermik energiya zichligi yuqori bo'lgan joylarda, amaldagi texnologiya tegishli yuqori harorat tufayli elektr energiyasini ishlab chiqarishga imkon beradi. Geotermik manbalardan elektr energiyasini ishlab chiqarish doimiy ravishda 90% dan oshadigan ishonchlilik darajasi bo'yicha haqiqiy asosiy energiya bilan ta'minlash uchun yoqilg'ini talab qilmaydi.^[14] Geotermik energiyani qazib olish uchun issiqlikni geotermik suv omboridan elektr stantsiyasiga samarali o'tkazish kerak, bu erda elektr energiyasi bug 'orqali issiqdan aylanadi. turbin generatorga ulangan.^[14] Butun dunyo miqyosida Yerning ichki qismida to'plangan issiqlik hanuzgacha ekzotik manba sifatida qaraladigan energiya beradi. Taxminan 10 GVt geotermik elektr quvvati 2007 yilga kelib butun dunyoda o'rnatilib, global elektr energiyasiga bo'lgan talabning 0,3 foizini ishlab chiqaradi. Qo'shimcha 28 GVt to'g'ridan-to'g'ri geotermik isitish quvvati markazlashtirilgan isitish, kosmik isitish, kurortlar, sanoat jarayonlari, sho'rsizlantirish va qishloq xo'jaligi dasturlari uchun o'rnatilgan.^[1]
O'zgarishlar

Geotermik gradyan joylashuvga qarab o'zgaradi va odatda pastki teshikni aniqlash orqali o'lchanadi harorat quduq burg'ulashdan keyin. Burg'ulashdan so'ng darhol olingan harorat jurnallari, burg'ulash suyuqligining aylanishi tufayli ta'sirlanadi. To'g'ri teshik haroratini taxmin qilish uchun quduqning barqaror haroratga etib borishi zarur. Bunga amaliy sabablarga ko'ra har doim ham erishish mumkin emas.

Barqaror tektonik mintaqalar tropiklar harorat -chuqurlik uchastka yillik o'rtacha haroratga yaqinlashadi. Biroq, chuqur bo'lgan joylarda doimiy muzlik davomida ishlab chiqilgan Pleystotsen bir necha yuz metrgacha davom etadigan past harorat anomaliyasini kuzatish mumkin.^[23] The Suvalki sovuq anomaliya Polsha shunga o'xshash termal buzilishlar pleystotsen bilan bog'liqligini tan olishga olib keldi.Golotsen iqlim o'zgarishlar Polsha bo'ylab, shuningdek ichida quduqlarda qayd etiladi Alyaska, shimoliy Kanadava Sibir