Нетрадиционные источники энергии. 6

 

Реферат на тему:

«Нетрадиционные источники энергии»

Преподаватель: Крупенина Раиса Ефимовна

Студентка: Черкашенко Ксения Владимировна

Группа М-11

г. Юбилейный

2006год 
Содержание

Введение......................................................................................................... 3

Энергия ветра................................................................................................ 4

Энергия солнца.............................................................................. 11

Энергия океана.............................................................................................. 14

Геотермальная энергия................................................................................. 18

Экология и нетрадиционные источники энергии......................................... 25

Заключение.................................................................................................... 32

Список литературы....................................................................................... 33 
Введение

Целью данной работы является выяснения причин малого использования нетрадиционных источников энергии.

Развитие нашей цивилизации сопровождается увеличением потребностей человечества в энергии. При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органических топлив (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии на основе тепловых нейтронов. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 г. может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии – нетрадиционных и возобновляемых.

В настоящее время известны следующие виды возобновляемых источников энергии:

Солнечная энергетика.  Ветроэнергетика.  Биомассовая энергетика.  Волновая энергетика.  Градиент-температурная энергетика.  Энергия градиент-солёности.  Энергия эффекта запоминания формы.  Приливная энергетика.  Геотермальная энергетика.  Микро-ГЭС (микрогидроэнергетика).

Рассмотрим наиболее перспективные в настоящее время альтернативные источники энергии.

Энергия ветра

Основной причиной возникновения ветра является неравномерное нагревание солнцем земной поверхности. Земная поверхность неоднородна: суша, океаны, горы, леса обусловливают различное нагревание поверхности под одной и той же широтой. Вращение Земли также вызывает отклонения воздушных течений. Все эти причины осложняют общую циркуляцию атмосферы. Возникает ряд отдельных циркуляции, в той или иной степени связанных друг с другом. На экваторе у земной поверхности лежит зона затишья со слабыми переменными ветрами. На север и на юг от зоны затишья расположены зоны пассатов, которые вследствие вращения Земли с запада на восток имеют отклонение к западу. Таким образом, в северном полушарии постоянные ветры приходят с северо-востока, в южном с юго-востока, как показано на схеме рис.1. Пассаты простираются примерно до 30° северной и южной широт и отличаются равномерностью воздушных течений по направлению и скорости. Средняя скорость юго-восточных пассатов северного полушария у поверхности земли достигает 6-8 м/сек. Эти ветры вблизи больших континентов нарушаются сильными годовыми колебаниями температуры и давления над материками. Высота слоя пассатов простирается от 1 до 4 км. Выше над пассатами находится слой переменных ветров, а над этим слоем находится зона антипассатов, дующих в направлении, противоположном направлению пассатов. Высота слоя антипассатов меняется от 4 до 8 км в зависимости от времени года и от места. В субтропических широтах в поясах высокого давления зоны пассатов сменяются штилевыми областями. К северу и югу от этих областей приблизительно до 70°на всех высотах дуют ветры между западным и юго-западным румбами в северном полушарии и между западным и северо-западным — в южном полушарии. В этих широтах, кроме того, в атмосфере непрерывно возникают и затухают вихревые движения, усложняющие простую схему общей циркуляции атмосферы, показанную на рис. 6.1.1. Местные ветры. Особые местные условия рельефа земной поверхности (моря, горы и т. п.) вызывают местные ветры. Бризы. Вследствие изменения температур днём и ночью возникают береговые морские ветры, которые называются бризами.

Рис.1. Схема общей циркуляции земной атмосферы.

Днём при солнечной погоде суша нагревается сильнее, чем поверхность моря, поэтому нагретый воздух становится менее плотным и поднимается вверх. Вместе с этим более холодный морской воздух устремляется на сушу, образуя морской береговой ветер. Поднимающийся над сушей воздух течёт в верхнем слое в сторону моря и на некотором расстоянии от берега опускается вниз. Таким образом возникает циркуляция воздуха с направлением внизу –

на берег моря, вверху – от суши к морю. Ночью над сушей воздух охлаждается сильнее, чем над морем, поэтому направление циркуляции изменяется: внизу воздух течёт на море, а вверху с моря на сушу. Зона распространения бриза около 40 км в сторону моря и 40 км в сторону суши. Высота распространения бризов в наших широтах достигает от 200 до 300 м. В тропических странах бризы наблюдаются почти в течение всего года, а в умеренном поясе только летом, при жаркой погоде. У нас бризы можно наблюдать летом у берегов Чёрного и Каспийского морей.

Муссоны. Годовые изменения температуры в береговых районах больших морей и океанов также вызывают циркуляцию, аналогичную бризам, но с годовым периодом. Эта циркуляция, более крупного размера, чем бризы, называется муссонами. Возникают муссоны по следующим причинам. Летом

континент нагревается сильнее, чем окружающие его моря и океаны; благодаря этому над континентом образуется пониженное давление, в воздух внизу устремляется к континенту от океанов, а вверху наоборот, течёт от континентов к окружающим океанам. Эти ветры носят название морских муссонов. Зимой континенты значительно холоднее, чем поверхность моря; над ними образуется область повышенного давления; вследствие этого нижние слои воздуха направляются от континента к океанам, а в верхних слоях – наоборот, от океанов к континентам. Эти ветры называются материковыми муссонами. Сильные муссоны можно наблюдать на южном побережье Азии – в Индийском океане и Аравийском море, где летом они имеют юго-западное направление, а зимой – северо-восточное. У восточных берегов Азии также наблюдаются муссоны. Зимою дуют суровые северозападные материковые ветры; летом юго-восточные и южные морские влажные ветры. Эти ветры значительно влияют на климат Дальневосточного края.

Различные зоны страны имеют ветровые режимы, сильно отличающиеся один от другого. Значение среднегодовой скорости ветра в данном районе дает возможность приближенно судить о целесообразности использования ветродвигателя и об эффективности агрегата. Энергия ветра огромна, по оценке Всемирной метеорологической организации, составляет 170 трлн. кВт*ч в год. Энергия ветра в течение длительного времени рассматривается в качестве экологически чистого неисчерпаемого источника энергии. Однако до того как энергия ветра сможет принести значительную пользу, должны быть решены многие проблемы, главные из которых: высокая стоимость ветроэнергетических установок, их способность надежно работать в автоматическом режиме в течение многих лет и обеспечивать бесперебойное электроснабжение.

История создания ветрогенераторов

Первый ветрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 году. В России в начале 20 века Н. Е. Жуковским была разработана теория ветряного двигателя, которую его ученики расширили и довели до практического использования. В первой половине столетия ветроэнергетика стремительно развивается во всем мире. С 1929 по 1936 года в СССР разрабатываются установки мощностью 1000 кВт и 10000 кВт. Эти установки планировались для работы на сеть. В 1933 году в Крыму устанавливается ВЭС мощностью 100 кВт с диаметром колеса 30 м. Развитие этого направления достигло своего пика, когда в 1957 году была изготовлена ветряная турбина мощностью 200 квт. Но вскоре их вытеснили мегаватные станции, работающие на традиционном топливе. В течение Второй Мировой войны датская машиностоительная компания F. L.Smidt построила двух - и трехлопастные ветряные турбины. Эти машины генерировали постоянный ток. Трехлопастной аппарат с острова Водо, построенный в 1942 году, был частью ветро-дизельной системы, которая обеспечивала электроснабжение островаБолее тысячи ветротурбин было поставлено в Palm Springs (Калифорния) в начале восьмидесятых. 
Дания в настоящее время имеет приблизительно 2000 мегаватт ветряной энергии и около 6000 действующих ветряных турбин. 80% этих турбин принадлежат частным лицам или местным кооперативам. Самая большая в мире «ветряная ферма» находится в Дании, город Middelgrunden (на фото вверху). Она состоит из 20 турбин Bonus 2 МВт, общая мощность которых составляет 40 мегаватт.

 

Пионеры ветроэнергетики Современная ветроэнергетическая установка 
1940 – 1950 г.

Элементы ветроэнергетической установки

Автономная ветроэнергетическая установка конструктивно состоит из ветроголовки, установленной на мачте, зарядного устройства, аккумуляторной станции, инвертора (преобразователя тока). Ветроэлектростанции могут использоваться как самостоятельно, так и в составе смешанных систем: ветро-солнечных (на рисунке) или ветро-дизельных.

 
 
В Дании – самой передовой стране в ветроэнергетике – использование энергии ветров покрывает лишь 6 процентов от общего потребления электроэнергии. Планируется повысить этот показатель до 10 процентов к 2010 году, а потом довести до теоретически возможных 20 процентов. Но это предел на сегодняшнем уровне развития ветроэнергетики, хотя никто не знает, что станет возможным завтра. Кроме того, на Западе практикуется подключение к сети ветрогенераторов индивидуальныхвладельцев.

Экономические аспекты использования энергии ветра

Возможности быстрого развития ветроэнергетики в условиях недостатка бюджетных средств демонстрирует в последние годы Индия. В 2000 году она вышла на пятое место в мире, обогнав Нидерланды, Италию, Великобританию. Себестоимость вырабатываемой электроэнергии от ВЭС в ряде индийских штатов снизилась до 5-6 цент/кВт•ч. Правительство Индии планирует увеличить долю вырабатываемой энергии от ВЭС в 2010 году до 5 %, а в 2020 году — до 10 %. В России тоже есть опыт установки сетевых ветрогенераторов, в Калмыкии, за Уралом, на Дальнем Востоке, но не очень удачный. При установке промышленного ветряка проводятся исследования – мониторинг ветров, для правильного определения места размещения и модели ветроустановки.. Это подчас в расчет не берется. Сейчас РАО ЕС проводит эксперимент в Калининградской области. На средства гранта правительства Дании там установлено 20 ветряков общей мощностью 5,1 мВт. Планируется увеличить их количество, расположив ВЭС на шельфе Балтийского моря.

Недостатки ветровых энергоустановок

Основным недостатком ветроэлектростанций, на сегодняшний день, является их высокая стоимость, которая определяет высокую цену1 кВт\ч электроэнергии, полученной от ветрогенератора. Другим немаловажным минусом является то, что ни одна системаальтернативной энергетики не может гарантировать постоянного электроснабжения. Даже если присоединить к ветряку аккумуляторную станцию, она не застрахует нас от штиля задержавшегося на несколько дней. С экологической точки зрения, чистая энергия ветра не такая уж и чистая. Ветрогенератор это все-таки машина, имеющая свои плюсы и минусы. Ветряки, особенно промышленные, большой мощности, шумят, создают низкочастотные колебания, мешают полетам птиц, а также отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.

Объёмы использования энергии ветра

Объемы используемой энергии ветра (мегаватты)
Европа На начало 2003 г.
Германия	8753  12001
Испания	3335  4830
Дания	2556  2889
Италия	697  785
Голландия	483  686
Великобритания	485  552
Шведция	280  328
Греция	272  302
Португалия	127  194
Франция	85  147
Австрия	95  139
Ирландия	125  137
Норвегия	17  97
Польша	28  58
Бельгия	31  46
Украина	40  44
Финляндия	39  41
Латвия	1  23
Турция	19  19
Люксембург	15  16
Россия	5  7
Швейцария	5  5
Эстония	0  5
Чехословакия	5  3
Венгрия	1  2
Румыния	1  1
Всего	17,50023,357
Северная Америка
США	4245  4645
Канада	207  236
Всего	44524881
Азия
Индия	1507  1702
Китай	399  468
Южная Корея	8  8
Шри Ланка	3  3
Тайвань	3  3
Всего	19202184
Латинская Америка
Коста-Рика	51  71
Бразилия	20  22
Аргентина	24  26
Мексика	5  5
Чили	2  2
Всего	102 126
Тихоокеанский регион
Япония	300  384
Австралия	73  103
Новая Зеландия	37  37
Всего	410 524
Средний Восток и Африка
Египет	69  69
Марокко	54  54
Иран	11  11
Израиль	8  8
Иордан	2  2
Всего	144 144

 

Энергия солнца

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.

Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Заметим, что использование всего лишь 0.0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % - полностью покрыть потребности на перспективу.

К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории км! Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило,алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км, требует примерно 10 тонн алюминия. Доказанные на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1тонн

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки.

Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Итоги 2005 года

В 2005 (по данным компании Solarbazz) установленные мощности солнечной энергетики выросли на 1460 МВт, что на 34 % больше, чем в 2004. Установленные мощности Германии выросли на 837 МВТ. В Японии установленные мощности выросли на 292 МВт.,что на 14 % больше 2004 года.

Ввод в строй новых мощностей в 2005 году:

Германия — 57 % Япония — 20 % Остальной мир — 10 % США — 7 % Остальная Европа — 6 %

Всего за 2005 год установлено 1460 МВт.

Доля стран в суммарных установленных мощностях (2004 год):

Германия — 39 % Япония — 30 % Остальной мир — 14 % США — 9 % Остальная Европа — 8 %

Производство фотоэлектрических элементов в мире выросло с 1146 МВт. в 2004 г. до 1656 МВт. в 2005 г. Япония продолжает удерживать мировое лидерство в производстве — 46 % мирового рынка. Япония увеличила производство на 38 %. В Европе производится 28 %. Три крупнейшие компании в Европе — германские: Q-Cells, Schott Solar и Sunway. В США было произведено 156 МВт. фотоэлектрических элементов, что составляет 10,6 % мирового производства.

В 2005 году установленные мощности выросли на 39 %, и достигли 5 ГигаВт. Инвестиции в 2005 году в строительство новых заводов по производству фотоэлектрических элементов составили $1 млрд.

Несмотря на 12 % рост мощностей по производству кремния, стоимость кремния выросла на 25 %. Из-за дефицита кремния производство фотоэлектрических элементов в 2006 году вырастет всего на 10 %.

К 2010 году установки фотоэлектрических элементов достигнут 3,2-3,9 ГигаВт. в год. Выручка производителей составит $18,6 -$23,1 млрд. в год.

В 1985 году все установленные мощности мира составляли 21 МВт.

Японские фирмы в 2004 г. произвели 48 % оборудования, США 11 %. В 2000 году американские фирмы занимали 26 % мирового рынка. 4 компании занимают около 50 % мирового рынка солнечных элементов и батарей: Sharp, Kyocera, BP Solar, и Shell Solar. В 2005 году Sharp увеличил производство на 32 %, Kyocera на 35 %. Sanyo произвела за 2005 год 105 МВт. фотоэлектрических элементов, и переместилась с 7-го места в мире на 4-е.

Когда установленные мощности фотоэлектрических элементов во всём мире удваиваются, цена электричества, производимого солнечной энергетикой падает на 20 %-30 %.

Энергия океана

Основная доля энергии, поступающей в Мировой океан – результат поглощения им солнечного излучения. Энергия поступает в океан также в результате гравитационного взаимодействия космических тел и водных масс

планеты, создающего приливы, и поступления тепла из глубины планеты. Поверхность Мирового океана занимает около 70 % поверхности всей планеты и составляет примерно 360 млн. км2. Большая часть этой поверхности постоянно свободна ото льда и хорошо поглощает солнечное излучение. В океанской воде примерно 65 % солнечного излучения поглощается первым метром водной толщи и до 90 % – десятиметровым слоем. В дневное время в низких широтах вода прогревается примерно на 10 м и более за счет процессов теплопроводности и турбулентного перемешивания (твердая поверхность суши прогревается не более чем на 0,5 м). Запасенное океаном тепло частично в виде длинноволнового излучения

(λ >10 мкм) переизлучается, а частично  передается в атмосферу теплопроводным  пограничным слоем и вследствие  испарения. Относительная роль этих  процессов различна для разных  районов планеты, но на широтах  от 70° с. ш. до 70° ю. ш. характеризуется  примерно одинаковыми значениями [2.9]: длинноволновое излучение в  атмосферу и космическое пространство 41 %;

передача тепла атмосфере за счет теплопроводности 5 %; потери на испаре-

ние 54 %.

За счет движения воздушных и водных масс запасенная океаном энер-

гия переносится по всей планете, причем в области между экватором и 70° с.

ш. в среднем 40 % тепла переносится океанскими течениями, а на 20° с. ш.

вклад океана в перенос энергии составляет до 74%. Ежегодно с поверхности

океана испаряется слой воды толщиной примерно 1 м (около 340·1012 т) и

около 36·1012 т воды возвращается со стоком рек, ледников и т. п.

Примерно 2/3 суммарного солнечного излучения испытывают в океане

и на поверхности суши различные изменения: преобразуются в тепло 43 %;

расходуются на испарение, образование осадков 22 %; сообщение энергии

рекам, ветру, волнам, различным видам течений в океане 0,2 %. Примерно

0,02 % всей энергии воспринятого  солнечного излучения идет на  образова-

ние продукции фотосинтеза и частично на образование ископаемого топлива.

Соизмерим с этой величиной суммарный поток энергии, поступающей

из недр Земли и в виде приливной энергии. Выделить из указанных потоков

те, что непосредственно имеют отношение только к океану, достаточно

трудно. Для энергетики важны не абсолютные величины мощностей различ-

ных источников, а лишь та их часть, которую можно преобразовать в тре-

буемые для хозяйственной деятельности виды энергии.

Сотрудниками океанографического института Скриппса (США) вы-

полнены оценки суммарных и допустимых для переработки мощностей раз-

личных океанических источников энергии за пять лет – с 1977 по 1982 г. Со-

ответствующие данные приведены на диаграммах рис. 2, на которых от-

мечены два уровня – суммарный и допускающий преобразование (заштрихо-

ван). Более поздние оценки сделаны с учетом целого ряда технологических и

экологических факторов. Они, как правило, в части допустимой к использо-

ванию энергии оказались ниже.

Рис.2. Распределение океанских источников энергии по мощности (пра-

вые столбцы – по оценкам 1977 г. [1.89], левые – по оценкам 1982 г. [1.81]).

Огромные количества энергии можно получить от морских волн.

Мощность, переносимая волнами на глубокой воде, пропорциональна квад-

рату их амплитуды и периоду. Поэтому наибольший интерес представляют

длиннопериодные (T ≈10 с) волны большой амплитуды (a ≈2м), позволяю-

щие снимать с единицы длины гребня в среднем от 50 до 70 кВт/м.

Наибольшее число волновых энергетических устройств разрабатывает-

ся для извлечения энергии из волн на глубокой воде. Это наиболее общий

тип волн, существующий при условии, что средняя глубина моря D превы-

шает величину половины длины волны λ /2.

Преобразование энергии волн.

В этом классе преобразователей остановимся в первую очередь на раз-

работке профессора Эдинбургского университета Стефана Солтера, назван-

ной в честь создателя «утка Солтера». Техническое название такого преобра-

зователя – колеблющееся крыло. Форма преобразователя обеспечивает мак-

симальное извлечение мощности (рис.3).

Рис.3. «Утка Солтера»: а – схема преобразования энергии волны; б –

вариант конструкции преобразователя; 1 – плавучая платформа; 2 – цилинд-

рическая опора с размещенными в ней приводами и электрогенераторами; 3 –

асимметричный поплавок.

Волны, поступающие слева, заставляют утку колебаться. Цилиндриче-

ская форма противоположной поверхности обеспечивает отсутствие распро-

странения волны направо при колебаниях утки вокруг оси. Мощность может

быть снята с оси колебательной системы с таким расчетом, чтобы обеспечить

минимум отражения энергии. Отражая и пропуская лишь незначительную

часть энергии волн (примерно 5%), это устройство обладает весьма высокой

эффективностью преобразования в широком диапазоне частот возбуждаю-

щих колебаний (рис.4).

Рис.4. Эффективность «утки Солтера» (диаметр 15 м, ось зафиксиро-

вана).

Геотермальная энергия

- в дословном переводе значит : земли тепловая энергия.

Объём Земли составляет примерно 1085 млрд. куб. км и весь он, за исключением тонкого слоя земной коры, имеет очень высокую температуру. 
Если учесть ещё и теплоёмкость пород Земли, то станет ясно, что геотермальная теплота представляет собой несомненно самый крупный источник энергии, которым в настоящее время располагает человек. Причём это энергия в чистом виде, так как она уже существует как теплота, и поэтому для её получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы. 
В некоторых районах природа доставляет геотермальную энергию к поверхности в виде пара или перегретой воды, вскипающей и переходящей в пар при выходе на поверхность. Природный пар можно непосредственно использовать для производства электроэнергии. Имеются также районы, где геотермальными водами из источников и скважин можно обогревать жилища и теплицы ( островное государство на севере Атлантического океана - Исландия; и наши Камчатка и Курилы) 
Однако в целом, особенно с учётом величины глубинного тепла Земли, использование геотермальной энергии в мире крайне ограничено. 
Для производства электроэнергии с помощью геотермального пара от этого пара отделяют твёрдые частицы, пропуская его через сепаратор и затем направляют его в турбину. 
"Стоимость топлива" такой электростанции определяется капитальными затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и является относительно невысокой. Стоимость самой электростанции при этом также невелика, так как последняя не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы. В таком удобном естественном виде геотермальная энергия является экономически выгодным источником электрической энергии. К сожалению, на Земле редко встречаются поверхностные выходы природного пара или перегретых ( то есть, с температурой гораздо выше 100oС ) вод, вскипающих с образованием достаточного кол-ва пара. 
Геотермические условия чрезвычайно разнообразны. Это связано с

геологическим строением того или иного района Земли. Известны случаи,

когда увеличение температуры на 1° С происходит при углублении на 2-3 м.

Эти аномалии обычно находятся в областях современного вулканизма. На

глубине 400-600 м в некоторых районах, например Камчатки, температура

доходит до 150-200 °С и более.

В настоящее время получены данные о довольно глубоком промерза-

нии верхней зоны земной коры. Геотермические наблюдения в зоне вечной

мерзлоты позволили установить, что мощность мерзлых горных пород дос-

тигает 1,5 тыс. м. Так, в районе реки Мархи (приток Вилюя) на глубине 1,8

тыс. м температура составляет всего лишь 3,6 °С. Здесь геотермическая сту-

пень составляет 500 м на 1 °С. На отдельных платформенных частях терри-

тории (на Русской платформе) температура с глубиной примерно следующая:

500 м – не выше 20° С, 1 тыс. м  – 25-35° С; 2 тыс. м – 40-60° С; 3-4 тыс. м –

до 100° С и более.

Подземные термальные воды (гидротермы)

В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкий

энергоноситель – вода, играющая важную роль в тепловом балансе верхних

геосфер. Вода насыщает все породы осадочного чехла. Она содержится в по-

родах гранитной и осадочной оболочек, а вероятно, и в верхних частях ман-

тии. Жидкая вода существует только до глубин 10-15 км, ниже при темпера-

туре около 700 °С вода находится исключительно в газообразном состоянии.

На глубине 50-60 км при давлениях около 3·104 атм исчезает граница фазово-

сти, т. е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода.

В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, завися-

щей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород,

содержащие термальные воды (гидротермы). В связи с этим в земной коре

следует выделять еще одну зону, условно называемую «гидротермальной

оболочкой». Она прослеживается повсеместно по всему земному шару толь-

ко на разной глубине. В районах современного вулканизма гидротермальная

оболочка иногда выходит на поверхность. Здесь можно обнаружить не толь-

ко горячие источники, кипящие грифоны и гейзеры, но и парогазовые струи с

температурой 180-200° С и выше.

Температура подземных вод колеблется в широких пределах, обуслов-

ливая их состояние, влияя на состав и свойства. В соответствии с температу-

рой теплоносителя все геотермальные источники подразделяют на эпитер-

мальные, мезотермальные и гипотермальные.

К эпитермальным источникам обычно относят источники горячей во-

ды с температурой 50-90 °С, расположенные в верхних слоях осадочных по-

род, куда проникают почвенные воды.

К мезотермальным источникам относят источники с температурой

воды 100-200 °С.

В гипотермальных источниках температура в верхних слоях превы-

шает 200 °С и практически не зависит от почвенных вод.

Происхождение термальных вод может быть связано с деятельностью

тепловых очагов, но чаще всего вода, тем или иным способом попадая в

пласт породы, совершает долгий путь, пока не приходит в контакт с тепло-

вым потоком или постепенно разогревается, отбирая тепло у пород.

Жидкая фаза воды и тепло могут происходить из одного источника

лишь в том случае, если таковым является остывающий магматический рас-

плав. Перегретая вода в виде паровых струй выделяется из расплава вместе с

газами и легколетучими компонентами, устремляясь в верхние, более холод-

ные горизонты. Уже при температурах 425-375 °С пар может конденсиро-

ваться в жидкую воду; в ней растворяется большинство летучих компонентов

– так появляется гидротермальный раствор «ювенильного» (первозданного)

типа. Под термином «ювенильные» геологи подразумевают воды, которые

никогда прежде не участвовали в водообороте; такие гидротермы в прямом

смысле слова являются первичными, новообразованными_______. Полагают, что подобным образом сформировалась вся поверхностная гидросфера морей и

океанов в эпоху молодой магматической активности планеты, когда только-

только зарождались твердые консолидированные «острова» материковых

платформ.

Прямой противоположностью «ювенильных» вод являются воды ин-

фильтрационного происхождения. Если «ювенильные» воды, отделяясь от

магматического расплава, поднимаются к поверхности, то преобладающее

движение инфильтрационных вод – от поверхности вглубь. Источник вод

этого типа представляет собой атмосферные осадки или вообще поверхност-

ные водотоки. По поровому пространству пород или трещинным зонам эти

воды проникают (инфильтруются) в более глубокие горизонты. По пути

движения они насыщаются различными солями, растворяют подземные газы,

нагреваются, отбирая тепло у водопроводящих пород.

В зависимости от глубины проникновения инфильтрационных вод они

становятся более или менее нагретыми. При средних геотермических усло-

виях для того, чтобы инфильтрационные воды стали термальными (т. е. с тем-

пературой более 37 °С), необходимо их погружение на глубину м.

Инфильтрационные гидротермы способны изливаться на поверхность в

виде горячих источников, если существует возможность разгрузки воды на

поверхность по разломам, выклиниваниям слоев, что происходит в более

низких относительно области питания участках. Причем, чтобы вода остава-

лась термальной, подъем ее к поверхности должен происходить очень быст-

ро, например, по широким трещинам разломов. При медленном подъеме гид-