Енергія, що міститься в надрах землі. Геотермальна енергія землі

У міру розвитку і становлення суспільства людство стало шукати все більш сучасні і при цьому економічні способи отримання енергії. Для цього сьогодні зводяться різні станції, але в той же час широко використовується енергія, що міститься в надрах землі. Якою вона буває? Спробуємо розібратися.

Геотермальна енергія

Вже з назви зрозуміло, що вона являє собою тепло земних надр. Під земною корою розташовується шар магми, що є вогненно-рідким силікатним розплавом. Згідно з даними досліджень, енергетичний потенціал цього тепла набагато вище енергії світових запасів природного газу, а також нафти. На поверхню виходить магма - лава. Причому найбільша активність спостерігається в тих шарах землі, на яких знаходяться межі тектонічних плит, а також там, де земна кора характеризується тонкістю. Геотермальна енергія землі виходить таким чином: лава і водні ресурси планети стикаються, в результаті чого вода починає різко нагріватися. Це призводить до виверження гейзера, формуванню так званих гарячих озер і підводних течій. Тобто саме тим явищам природи, властивості яких активно використовуються як невичерпне джерело енергії.

Штучні геотермальні джерела

Енергія, що міститься в надрах землі, повинна використовуватися грамотно. Наприклад, є ідея створення підземних котлів. Для цього потрібно пробурити дві свердловини достатньої глибини, які будуть з`єднуватися внизу. Тобто виходить, що практично в будь-якому куточку суші можна отримувати геотермальну енергію промисловим способом: через одну свердловину закачуватиметься холодна вода в пласт, а через другу - вилучатись гаряча вода або пар. Штучні джерела тепла будуть вигідні і раціональні, якщо одержуване тепло буде давати більше енергії. Пар можна направляти в турбогенератори, в яких буде вироблятися електрику.

Звичайно, відібране тепло - це всього лише частка того, що мається на загальних запасах. Але слід пам`ятати, що глибинний жар буде постійно поповнюватися внаслідок процесів радіоактивного розпаду, стиснення гірських порід, розшарування надр. Як кажуть фахівці, земна кора акумулює тепло, загальна кількість якого в 5000 разів більше теплотворної здатності всіх копалин надр землі в цілому. Виходить, що час роботи подібних штучно створених геотермальних станцій може бути необмеженим.

Особливості джерел

Джерела, що дозволяють отримати геотермальну енергію, практично неможливо використовувати повністю. Існують вони в 60 з гаком країнах світу, при цьому найбільше наземних вулканів на території Тихоокеанського вулканічного вогненного кільця. Але на практиці виявляється, що геотермальні джерела в різних регіонах світу зовсім різні за своїми властивостями, а саме середній температурі, мінералізації, газовому складу, кислотності і так далі.

Гейзери - джерела енергії на Землі, особливості яких у тому, що вони з певними проміжками вивергають киплячу воду. Після того як відбулося виверження, басейн стає вільним від води, на його дні можна помітити канал, який йде глибоко в землю. Гейзери як джерела енергії використовуються в таких регіонах, як Камчатка, Ісландія, Нова Зеландія та Північна Америка, а поодинокі гейзери зустрічаються і в деяких інших областях.

Звідки береться енергія?

Зовсім близько до земної поверхні розташовується неостиглого магма. З неї виділяються гази і пари, які піднімають і проходять по тріщинах. Змішуючись з підземними водами, вони викликають їх нагрівання, самі перетворюються на гарячу воду, в якій розчинені багато речовин. Така вода виділяється на поверхню землі у вигляді різних геотермальних джерел: гарячих ключів, мінеральних джерел, гейзерів і так далі. На думку вчених, гарячі надра землі - це печери або камери, з`єднані проходами, тріщинами і каналами. Вони якраз заповнюються підземними водами, а зовсім недалеко від них розташовуються осередки магми. Таким природним чином і утворюється теплова енергія землі.

Електричне поле Землі

Є в природі ще одне альтернативне джерело енергії, який відрізняється поновлювані, екологічною чистотою, простотою у використанні. Правда, досі це джерело тільки вивчається і не застосовується на практиці. Так, потенційна енергія Землі криється в її електричному полі. Отримати енергію таким способом можна на підставі вивчення базових законів електростатики і особливостей електричного поля Землі. По суті, наша планета з точки зору електричної - це сферичний конденсатор, заряджений до 300 000 Вольт. Його внутрішня сфера має негативний заряд, а зовнішня - іоносфера - позитивний. Атмосфера Землі є ізолятором. Через неї відбувається постійне протягом іонних і конвективних струмів, які досягають сили в багато тисяч ампер. Проте різниця потенціалів між обкладинками при цьому не зменшується.

Це говорить про те, що в природі є генератор, роль якого полягає в постійному поповненні витоку зарядів з обкладок конденсатора. У ролі такого генератора і виступає магнітне поле Землі, що обертається разом з нашою планетою в потоці сонячного вітру. Енергія магнітного поля Землі може бути отримана як раз шляхом підключення до цього генератору споживача енергії. Щоб зробити це, потрібно виконати монтаж надійного заземлення.

Поновлювані джерела

Оскільки чисельність населення нашої планети неухильно зростає, нам потрібно все більше енергії, щоб забезпечити населення. Енергія, що міститься в надрах землі, може бути самою різною. Наприклад, існують поновлювані джерела: енергія вітру, сонця і води. Вони відрізняються екологічною чистотою, а тому використовувати їх можна, не боячись завдати шкоди довкіллю.

Енергія води

Цей спосіб використовується вже протягом багатьох століть. Сьогодні побудовано величезну кількість гребель, водосховищ, в яких вода використовується для того, щоб вироблялася електрична енергія. Суть дії цього механізму проста: під впливом течії річки обертаються колеса турбін, відповідно, енергія води перетворюється в електричну.

Сьогодні існує велика кількість гідроелектростанцій, які перетворюють енергію потоку води в електроенергію. Особливість цього способу в тому, що гідроенергетичні ресурси поновлюються, відповідно, такі конструкції мають низьку собівартість. Саме тому, незважаючи на те що будівництво ГЕС ведеться досить довго, та й сам процес вельми витратний, все ж ці споруди значно виграють у електроємних виробництв.

Енергія сонця: сучасно і перспективно

Сонячна енергія виходить за допомогою сонячних батарей, проте сучасні технології дозволяють використовувати для цього нові методи. Найбільшої в світі сонячною електростанцією є система, побудована в пустелі Каліфорнії. Вона повністю забезпечує енергією 2000 будинків. Конструкція працює таким чином: від дзеркал відображаються сонячні промені, які направляються в центральний бойлер з водою. Вона закипає і перетворюється на пару, що обертає турбіну. Вона, у свою чергу, пов`язана з електричним генератором. Вітер теж може використовуватися як енергія, яку дає нам Земля. Вітер надуває вітрила, обертає млини. А тепер з його допомогою можна створювати пристрої, які будуть виробляти електричну енергію. Обертаючи лопаті вітряка, він приводить у дію вал турбіни, який, у свою чергу, пов`язаний з електрогенератором.

Внутрішня енергія Землі

Вона з`явилася внаслідок декількох процесів, головні з яких - аккреция і радіоактивність. На думку вчених, становлення Землі і її маси відбулося за кілька мільйонів років, причому сталося це внаслідок утворення планетезималей. Вони злипалися, відповідно, маса Землі ставала все більше. Після того як наша планета стала мати сучасну масу, але ще була позбавлена атмосфери, на неї безперешкодно падали метеорні і астероїдні тіла. Цей процес якраз і називається аккрецией, і приводив він до того, що виділялася значна гравітаційна енергія. І чим більші за розміром тіла потрапляли на планету, тим в більшому обсязі виділялася енергія, що міститься в надрах Землі.

Ця гравітаційна диференціація призвела до того, що речовини стали розшаровуватися: важкі речовини просто тонули, а легкі і летючі спливали. Диференціація позначалася також і на додаткове виділення гравітаційної енергії.

Атомна енергія

Використання енергії землі може відбуватися по-різному. Наприклад, за допомогою зведення атомних електростанцій, коли теплова енергія виділяється за рахунок розпаду дрібних часток матерії атомів. В якості основного палива служить уран, який міститься в земній корі. Багато хто вважає, що саме цей спосіб отримання енергії найбільш перспективний, однак його застосування пов`язане з рядом проблем. По-перше, уран випромінює радіацію, яка вбиває всі живі організми. До того ж якщо ця речовина потрапить в грунт або атмосферу, то виникне справжня техногенна катастрофа. Сумні наслідки аварії на Чорнобильській АЕС ми відчуваємо на собі по сьогоднішній день. Небезпека криється в тому, що радіоактивні відходи можуть загрожувати всьому живому дуже і дуже довгий час, цілі тисячоліття.

Новий час - нові ідеї

Звичайно, люди не зупиняються на досягнутому, і з кожним роком робиться все більше спроб знайти нові способи отримання енергії. Якщо енергія тепла землі виходить досить просто, то деякі способи не так прості. Наприклад, в якості джерела енергії цілком можна використовувати біологічний газ, який виходить при гнитті відходів. Його можна застосувати для опалювання будинків і нагрівання води.

Все частіше зводяться приливні електростанції, коли поперек гирл водойм встановлюються греблі і турбіни, які приводяться в дію приливами і відливами, відповідно, виходить електроенергія.

Спалюючи сміття, отримуємо енергію

Ще один спосіб, який вже застосовується в Японії, - це створення сміттєспалювальних заводів. Вони сьогодні побудовані в Англії, Італії, Данії, Німеччини, Франції, Нідерландах і США, однак тільки в Японії ці підприємства стали використовуватися не тільки за призначенням, але й для отримання електрики. На місцевих заводах спалюється 2/3 всього сміття, при цьому заводи оснащені паровими турбінами. Відповідно, вони постачають теплом і електрикою прилеглі території. При цьому за витратами побудувати таке підприємство набагато вигідніше, ніж звести ТЕЦ.

Більш привабливою виглядає перспектива використання тепла Землі там, де зосереджені вулкани. У такому разі не знадобиться бурити Землю занадто глибоко, оскільки вже на глибині 300-500 метрів температура буде вище точки кипіння води мінімум в два рази.

Існує і такий спосіб отримання електроенергії, як воднева енергетика. Водень - найпростіший і легкий хімічний елемент - може вважатися ідеальним паливом, адже він є там, де є вода. Якщо спалювати водень, можна отримувати воду, яка розкладається на кисень і водень. Само водневе полум`я нешкідливе, тобто шкоди навколишньому середовищу наноситися не буде. Особливість цього елемента в тому, що у нього висока теплотворна здатність.

Що в майбутньому?

Звичайно, енергія магнітного поля Землі або та, яку отримують на атомних станціях, не може задовольнити повністю всі потреби людства, які ростуть з кожним роком. Однак фахівці говорять про те, що приводів для переживань немає, оскільки паливних ресурсів планети поки вистачає. Тим більше що використовується все більше нових джерел, екологічно чистих і поновлюваних.

Залишається проблема забруднення навколишнього середовища, причому росте вона катастрофічно швидко. Кількість шкідливих викидів зашкалює, відповідно, повітря, яким ми дихаємо, шкідливий, вода має небезпечні домішки, а ґрунт поступово виснажується. Саме тому так важливо своєчасно зайнятися вивченням такого явища, як енергія в надрах Землі, щоб шукати способи скорочення потреб в органічному паливі і активніше використовувати нетрадиційні джерела енергії.