كيريل ديجاريف ، باحث ، موسكو جامعة الدولةهم. إم في لومونوسوف.

في بلدنا ، الغني بالهيدروكربونات ، تعد الطاقة الحرارية الأرضية نوعًا من الموارد الغريبة التي ، في ظل الوضع الحالي ، من غير المرجح أن تنافس النفط والغاز. ومع ذلك، هذا رأي بديليمكن استخدام الطاقة في كل مكان تقريبًا وبكفاءة تامة.

تصوير إيغور كونستانتينوف.

تغير في درجة حرارة التربة مع العمق.

زيادة درجة حرارة المياه الحرارية والصخور الجافة التي تحتوي عليها بعمق.

تغير في درجة الحرارة مع العمق في مناطق مختلفة.

إن اندلاع البركان الأيسلندي Eyjafjallajökull هو مثال على العمليات البركانية العنيفة التي تحدث في المناطق التكتونية والبركانية النشطة مع تدفق حراري قوي من باطن الأرض.

القدرات المركبة لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية من قبل دول العالم ، ميغاواط.

توزيع موارد الطاقة الحرارية الأرضية على أراضي روسيا. ووفقًا للخبراء ، فإن احتياطيات الطاقة الحرارية الأرضية أعلى بعدة مرات من احتياطيات الطاقة للوقود الأحفوري العضوي. وفقًا لجمعية الطاقة الحرارية الأرضية.

الطاقة الحرارية الأرضية هي حرارة باطن الأرض. يتم إنتاجه في الأعماق ويصل إلى سطح الأرض في أشكال مختلفةوبكثافة مختلفة.

تعتمد درجة حرارة الطبقات العليا من التربة بشكل أساسي على عوامل خارجية (خارجية) - ضوء الشمس ودرجة حرارة الهواء. في الصيف وأثناء النهار ، ترتفع درجة حرارة التربة إلى أعماق معينة ، وفي الشتاء والليل تنخفض درجة حرارتها بعد تغير درجة حرارة الهواء ، ومع بعض التأخير ، تزداد مع العمق. ينتهي تأثير التقلبات اليومية في درجة حرارة الهواء على أعماق تتراوح بين بضع عشرات إلى عدة عشرات من السنتيمترات. تلتقط التقلبات الموسمية طبقات أعمق من التربة - تصل إلى عشرات الأمتار.

على عمق معين - من عشرات إلى مئات الأمتار - تظل درجة حرارة التربة ثابتة ، مساوية لمتوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوية بالقرب من سطح الأرض. من السهل التحقق من ذلك من خلال النزول إلى كهف عميق إلى حد ما.

عندما يكون متوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوية في منطقة معينة أقل من الصفر ، فإن هذا يتجلى على أنه التربة الصقيعية (بتعبير أدق ، التربة الصقيعية). في شرق سيبيرياتصل سماكة التربة المجمدة على مدار العام إلى 200-300 م في بعض الأماكن.

من عمق معين (خاص به لكل نقطة على الخريطة) ، يضعف تأثير الشمس والغلاف الجوي لدرجة أن العوامل الداخلية (الداخلية) تأتي أولاً ويتم تسخين باطن الأرض من الداخل ، بحيث تبدأ درجة الحرارة في ترتفع مع العمق.

يرتبط تسخين الطبقات العميقة للأرض بشكل أساسي بتفكك العناصر المشعة الموجودة هناك ، على الرغم من أن مصادر الحرارة الأخرى تسمى أيضًا ، على سبيل المثال ، العمليات الفيزيائية والكيميائية والتكتونية في طبقات عميقةقشرة الأرض وعباءة. ولكن مهما كان السبب ، فإن درجة حرارة الصخور والمواد السائلة والغازية المرتبطة بها تزداد مع العمق. يواجه عمال المناجم هذه الظاهرة - دائمًا ما يكون الجو حارًا في المناجم العميقة. على عمق كيلومتر واحد ، تكون حرارة ثلاثين درجة طبيعية ، وتكون درجة الحرارة أعمق أعلى.

تدفق الحرارة من باطن الأرض ، الذي يصل إلى سطح الأرض ، صغير - في المتوسط ​​، قوتها هي 0.03-0.05 واط / م 2 ،
أو حوالي 350 واط / م 2 في السنة. على خلفية تدفق الحرارة من الشمس والهواء المسخن بواسطتها ، هذه قيمة غير محسوسة: الشمس تمنح الجميع متر مربع سطح الأرضحوالي 4000 كيلو واط في الساعة سنويًا ، أي أكثر من 10000 مرة (بالطبع ، هذا متوسط ​​، مع انتشار كبير بين خطوط العرض القطبية والاستوائية واعتمادًا على العوامل المناخية والطقس الأخرى).

يرتبط عدم أهمية تدفق الحرارة من الأعماق إلى السطح في معظم أنحاء الكوكب بالتوصيل الحراري المنخفض للصخور والميزات التركيب الجيولوجي. ولكن هناك استثناءات - الأماكن التي يكون فيها تدفق الحرارة مرتفعًا. هذه هي ، أولاً وقبل كل شيء ، مناطق الصدوع التكتونية المتزايدة نشاط زلزالىوالبراكين ، حيث تجد طاقة باطن الأرض مخرجًا. تتميز هذه المناطق بالشذوذ الحراري للغلاف الصخري ، وهنا يمكن أن يكون تدفق الحرارة الذي يصل إلى سطح الأرض مرات عديدة وحتى بأحجام أكبر من المستوى "المعتاد". يتم جلب كمية هائلة من الحرارة إلى السطح في هذه المناطق عن طريق الانفجارات البركانية وينابيع المياه الساخنة.

هذه هي المناطق الأكثر ملاءمة لتطوير الطاقة الحرارية الأرضية. على أراضي روسيا ، هذا ، أولاً وقبل كل شيء ، كامتشاتكا ، جزر كوريلوالقوقاز.

في الوقت نفسه ، يمكن تطوير الطاقة الحرارية الأرضية في كل مكان تقريبًا ، نظرًا لأن الزيادة في درجة الحرارة مع العمق ظاهرة منتشرة في كل مكان ، والمهمة هي "استخراج" الحرارة من الأمعاء ، تمامًا كما يتم استخراج المواد الخام المعدنية من هناك.

في المتوسط ​​تزداد درجة الحرارة مع العمق بمقدار 2.5 - 3 درجة مئوية لكل 100 م ، وتسمى نسبة فرق درجة الحرارة بين نقطتين تقعان على أعماق مختلفة إلى اختلاف العمق بينهما بالتدرج الحراري الأرضي.

المقلوب هو الخطوة الحرارية الأرضية ، أو الفاصل الزمني للعمق الذي ترتفع فيه درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية.

كلما ارتفع التدرج ، وبالتالي ، كلما كانت الخطوة أقل ، كلما اقتربت حرارة أعماق الأرض من السطح وكلما كانت هذه المنطقة واعدة لتطوير الطاقة الحرارية الأرضية.

في مناطق مختلفة ، اعتمادًا على التركيب الجيولوجي والظروف الإقليمية والمحلية الأخرى ، يمكن أن يختلف معدل زيادة درجة الحرارة مع العمق بشكل كبير. على مقياس الأرض ، تصل التقلبات في قيم التدرجات والخطوات الحرارية الأرضية إلى 25 مرة. على سبيل المثال ، في ولاية أوريغون (الولايات المتحدة الأمريكية) ، يكون التدرج 150 درجة مئوية لكل كيلومتر واحد ، وفي جنوب أفريقيا- 6 درجات مئوية لكل كيلومتر واحد.

السؤال هو ، ما هي درجة الحرارة على أعماق كبيرة - 5 ، 10 كم أو أكثر؟ إذا استمر الاتجاه ، يجب أن تكون درجة الحرارة على عمق 10 كم في المتوسط ​​حوالي 250-300 درجة مئوية وهذا ما تؤكده الملاحظات المباشرة في الآبار شديدة العمق ، على الرغم من أن الصورة أكثر تعقيدًا بكثير من الزيادة الخطية في درجة الحرارة .

على سبيل المثال ، في بئر Kola superdeep المحفورة في الدرع البلوري البلطيقي ، تتغير درجة الحرارة بمعدل 10 درجة مئوية / 1 كم إلى عمق 3 كم ، ثم يصبح التدرج الحراري الأرضي أكبر بمقدار 2-2.5 مرة. على عمق 7 كم ، تم بالفعل تسجيل درجة حرارة 120 درجة مئوية ، عند 10 كم - 180 درجة مئوية ، وعلى 12 كم - 220 درجة مئوية.

مثال آخر هو وضع جيد في شمال بحر قزوين ، حيث تم تسجيل درجة حرارة 42 درجة مئوية على عمق 500 متر ، عند 1.5 كم - 70 درجة مئوية ، عند 2 كم - 80 درجة مئوية ، عند 3 كم - 108 درجة مئوية.

يُفترض أن التدرج الجوفي الحراري يتناقص بدءًا من عمق 20-30 كم: على عمق 100 كم ، تتراوح درجات الحرارة المقدرة بحوالي 1300-1500 درجة مئوية ، على عمق 400 كم - 1600 درجة مئوية ، في باطن الأرض. لب (أعماق أكثر من 6000 كم) - 4000-5000 o FROM.

في أعماق تصل إلى 10-12 كم تقاس درجة الحرارة من خلال الآبار المحفورة. حيث لا توجد ، يتم تحديدها من خلال علامات غير مباشرة بنفس الطريقة كما هو الحال في الأعماق الأكبر. قد تكون هذه العلامات غير المباشرة هي طبيعة مرور الموجات الزلزالية أو درجة حرارة الحمم البركانية.

ومع ذلك ، لأغراض الطاقة الحرارية الأرضية ، فإن البيانات الخاصة بدرجات الحرارة على أعماق تزيد عن 10 كيلومترات ليست ذات أهمية عملية حتى الآن.

يوجد الكثير من الحرارة على أعماق عدة كيلومترات ، لكن كيف نرفعها؟ في بعض الأحيان تحل الطبيعة نفسها هذه المشكلة بالنسبة لنا بمساعدة المبرد الطبيعي - المياه الحرارية الساخنة التي تأتي إلى السطح أو تقع على عمق في متناولنا. في بعض الحالات ، يتم تسخين الماء في الأعماق إلى حالة البخار.

لا يوجد تعريف دقيق لمفهوم "المياه الحرارية". كقاعدة عامة ، تعني المياه الجوفية الساخنة في حالة سائلة أو في شكل بخار ، بما في ذلك تلك التي تأتي إلى سطح الأرض بدرجة حرارة أعلى من 20 درجة مئوية ، أي أعلى من درجة حرارة الهواء.

دافيء مياه جوفيةوالبخار ومخاليط الماء والبخار - هذه هي الطاقة الحرارية المائية. وفقًا لذلك ، تسمى الطاقة القائمة على استخدامها الحرارية المائية.

الوضع أكثر تعقيدًا مع إنتاج الحرارة مباشرة من الصخور الجافة - الطاقة الحرارية البترولية ، خاصة وأن درجات الحرارة المرتفعة بدرجة كافية ، كقاعدة عامة ، تبدأ من أعماق عدة كيلومترات.

على أراضي روسيا ، فإن إمكانات الطاقة الحرارية البترولية أعلى بمئة مرة من الطاقة الحرارية المائية - 3500 و 35 تريليون طن من الوقود القياسي ، على التوالي. هذا طبيعي تمامًا - دفء أعماق الأرض موجود في كل مكان ، والمياه الحرارية موجودة محليًا. ومع ذلك ، وبسبب الصعوبات التقنية الواضحة ، فإن معظم المياه الحرارية تستخدم حاليًا لتوليد الحرارة والكهرباء.

المياه ذات درجات الحرارة من 20-30 إلى 100 درجة مئوية مناسبة للتدفئة ، ودرجات حرارة من 150 درجة مئوية وما فوق - ولتوليد الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية الأرضية.

بشكل عام ، الموارد الحرارية الأرضية على أراضي روسيا ، من حيث أطنان الوقود المرجعي أو أي وحدة أخرى لقياس الطاقة ، أعلى بحوالي 10 مرات من احتياطيات الوقود الأحفوري.

من الناحية النظرية ، يمكن للطاقة الحرارية الأرضية فقط تلبية احتياجات الطاقة في البلاد بشكل كامل. عمليا على هذه اللحظةفي معظم أراضيها ، هذا غير ممكن لأسباب فنية واقتصادية.

في العالم ، غالبًا ما يرتبط استخدام الطاقة الحرارية الأرضية بأيسلندا - بلد يقع في الطرف الشمالي من سلسلة جبال وسط المحيط الأطلسي ، في منطقة تكتونية وبركانية نشطة للغاية. ربما يتذكر الجميع انفجار قويبركان Eyjafjallajökull في عام 2010.

بفضل هذه الخصوصية الجيولوجية ، تمتلك آيسلندا احتياطيات هائلة من الطاقة الحرارية الأرضية ، بما في ذلك الينابيع الساخنة التي تأتي على سطح الأرض وحتى تتدفق في شكل ينابيع المياه الحارة.

في آيسلندا ، يتم أخذ أكثر من 60٪ من إجمالي الطاقة المستهلكة حاليًا من الأرض. بما في ذلك بسبب مصادر الطاقة الحرارية الأرضية ، يتم توفير 90٪ من التدفئة و 30٪ من توليد الكهرباء. نضيف أن باقي الكهرباء في البلاد يتم إنتاجها بواسطة محطات الطاقة الكهرومائية ، أي أيضًا باستخدام مصدر طاقة متجددة ، وبفضل ذلك تبدو أيسلندا وكأنها نوع من المعايير البيئية العالمية.

ساعد "ترويض" الطاقة الحرارية الأرضية في القرن العشرين آيسلندا بشكل كبير المصطلحات الاقتصادية. حتى منتصف القرن الماضي ، كانت دولة فقيرة جدًا ، وهي الآن تحتل المرتبة الأولى في العالم من حيث القدرة المركبة وإنتاج الطاقة الحرارية الأرضية للفرد وهي من بين العشرة الأوائل من حيث قيمه مطلقهالقدرة المركبة لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية. ومع ذلك ، يبلغ عدد سكانها 300 ألف نسمة فقط ، مما يبسط مهمة التحول إلى مصادر الطاقة الصديقة للبيئة: فالحاجة إليها صغيرة بشكل عام.

بالإضافة إلى أيسلندا ، توفر نيوزيلندا و الدول الجزرية جنوب شرق آسيا(الفلبين وإندونيسيا) ، البلدان أمريكا الوسطىوشرق إفريقيا ، التي تتميز أراضيها أيضًا بالنشاط الزلزالي والبركاني العالي. بالنسبة لهذه البلدان ، في مستواها الحالي من التنمية والاحتياجات ، تساهم الطاقة الحرارية الأرضية بشكل كبير في التنمية الاجتماعية والاقتصادية.

(يتبع الانتهاء.)

غالبًا ما تكون درجة الحرارة داخل الأرض مؤشرًا ذاتيًا إلى حد ما ، منذ ذلك الحين درجة الحرارة الدقيقةيمكن تسميته فقط أماكن يسهل الوصول إليها، على سبيل المثال ، في حسنا كولا(العمق 12 كم). لكن هذا المكان ينتمي إلى الجزء الخارجي من قشرة الأرض.

درجات حرارة لأعماق مختلفة من الأرض

كما اكتشف العلماء ، ترتفع درجة الحرارة بمقدار 3 درجات كل 100 متر في عمق الأرض. هذا الرقم ثابت لجميع القارات والأجزاء العالم. تحدث مثل هذه الزيادة في درجة الحرارة في الجزء العلوي من قشرة الأرض ، تقريبًا أول 20 كيلومترًا ، ثم تتباطأ الزيادة في درجة الحرارة.

تم تسجيل أكبر زيادة في الولايات المتحدة ، حيث ارتفعت درجة الحرارة بمقدار 150 درجة لكل 1000 متر في عمق الأرض. تم تسجيل أبطأ نمو في جنوب إفريقيا ، حيث ارتفع مقياس الحرارة بمقدار 6 درجات مئوية فقط.

على عمق حوالي 35-40 كيلومترًا ، تتقلب درجة الحرارة حوالي 1400 درجة. ترتفع درجة حرارة حدود الوشاح واللب الخارجي على عمق 25 إلى 3000 كم من 2000 إلى 3000 درجة. يتم تسخين اللب الداخلي إلى 4000 درجة. تبلغ درجة الحرارة في مركز الأرض ، وفقًا لأحدث المعلومات التي تم الحصول عليها نتيجة للتجارب المعقدة ، حوالي 6000 درجة. يمكن للشمس أن تتباهى بنفس درجة الحرارة على سطحها.

درجات الحرارة الدنيا والقصوى لأعماق الأرض

عند حساب درجات الحرارة الدنيا والقصوى داخل الأرض ، لا تؤخذ بيانات حزام درجة الحرارة الثابتة في الاعتبار. في هذه المنطقة ، تكون درجة الحرارة ثابتة طوال العام. يقع الحزام على عمق 5 أمتار (مداري) ويصل إلى 30 متراً (خطوط عرض عالية).

درجة الحرارة القصوىتم قياسه وتسجيله على عمق حوالي 6000 متر وبلغت 274 درجة مئوية. يتم تحديد درجة الحرارة الدنيا داخل الأرض بشكل أساسي في المناطق الشمالية من كوكبنا ، حيث يظهر مقياس الحرارة درجات حرارة منخفضة حتى على عمق أكثر من 100 متر.

من أين تأتي الحرارة وكيف يتم توزيعها في أحشاء الكوكب

تأتي الحرارة داخل الأرض من عدة مصادر:

1) اضمحلال العناصر المشعة;

2) التمايز الثقالي للمادة المسخنة في لب الأرض;

3) احتكاك المد والجزر (تأثير القمر على الأرض ، مصحوبًا بتباطؤ الأخير).

هذه بعض الخيارات لحدوث الحرارة في أحشاء الأرض ولكن السؤال قائمة كاملةوصحة ما هو متاح بالفعل مفتوح حتى الآن.

يختلف تدفق الحرارة المنبعث من أحشاء كوكبنا حسب المناطق الهيكلية. لذلك ، فإن توزيع الحرارة في مكان توجد فيه المحيطات أو الجبال أو السهول له مؤشرات مختلفة تمامًا.

تقع الأرض بالقرب من الشمس بدرجة كافية بحيث تكون الطاقة المستلمة كافية للحفاظ على الحرارة ووجود الماء في صورة سائلة. هذا هو السبب الرئيسي لكون كوكبنا صالحًا للسكن.

كما نتذكر من دروس الجغرافيا ، تتكون الأرض من طبقات مختلفة. كلما ابتعدنا عن مركز الكوكب ، ازدادت حدة الموقف. لحسن الحظ بالنسبة لنا ، على القشرة ، الطبقة الجيولوجية العليا ، تكون درجة الحرارة مستقرة نسبيًا ومريحة. ومع ذلك ، يمكن أن تختلف معانيها اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على المكان والزمان.

بنية الأرض

مثل الكواكب الأرضية الأخرى ، يتكون كوكبنا من صخور السيليكات والمعادن التي تفرق بين نواة معدنية صلبة ، ونواة خارجية منصهرة ، وغطاء من السيليكات ، وقشرة. يبلغ نصف قطر القلب الداخلي حوالي 1220 كم ، بينما يبلغ نصف قطر القلب الخارجي حوالي 3400 كم.

ثم يتبع ذلك الوشاح وقشرة الأرض. سمك الوشاح 2890 كم. هذه هي الطبقة الأكثر سمكًا على سطح الأرض. يتكون من صخور السيليكات الغنية بالحديد والمغنيسيوم. درجات الحرارة المرتفعة داخل الوشاح تجعل مادة السيليكات الصلبة مرنة بدرجة كافية.

تنقسم الطبقة العليا من الوشاح إلى الغلاف الصخري والغلاف المائي. يتكون الأول من قشرة وغطاء علوي بارد وصلب ، بينما يتميز الغلاف الموري ببعض اللدونة ، مما يجعل الغلاف الصخري الذي يغطيه غير مستقر ومتحرك.

قشرة الأرض

القشرة هي الغلاف الخارجي للأرض وتشكل 1٪ فقط من كتلتها الإجمالية. يختلف سمك اللحاء حسب الموقع. في القارات ، يمكن أن تصل إلى 30 كم ، وتحت المحيطات - 5 كم فقط.

تتكون القشرة من العديد من الصخور النارية والمتحولة والرسوبية ويمثلها نظام الصفائح التكتونية. تطفو هذه الصفائح فوق غطاء الأرض ، ويُفترض أن الحمل الحراري في الوشاح يجعلها في حالة حركة مستمرة.

في بعض الأحيان تصطدم الصفائح التكتونية أو تنفصل أو تنزلق ضد بعضها البعض. تكمن جميع الأنواع الثلاثة من النشاط التكتوني في تكوين القشرة الأرضية وتؤدي إلى التجديد الدوري لسطحها على مدى ملايين السنين.

نطاق درجة حرارة

على الطبقة الخارجية من القشرة ، حيث تتلامس مع الغلاف الجوي ، تتزامن درجة حرارتها مع درجة حرارة الهواء. وبالتالي ، يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 35 درجة مئوية في الصحراء وتكون أقل من الصفر في القارة القطبية الجنوبية. يبلغ متوسط ​​درجة حرارة سطح اللحاء حوالي 14 درجة مئوية.

كما ترى ، فإن نطاق القيم واسع جدًا. لكن يجدر النظر في حقيقة أن معظم قشرة الأرض تقع تحت المحيطات. بعيدًا عن الشمس ، حيث يلتقي الماء ، يمكن أن تكون درجة الحرارة 0 ... + 3 درجة مئوية فقط.

إذا بدأت في حفر حفرة في القشرة القارية ، سترتفع درجة الحرارة بشكل ملحوظ. على سبيل المثال ، في الجزء السفلي من أعمق منجم في العالم "تاو تونا" (3.9 كم) في جنوب إفريقيا ، تصل درجة الحرارة إلى 55 درجة مئوية. لا يستطيع عمال المناجم الذين يعملون هناك طوال اليوم الاستغناء عن تكييف الهواء.

في هذا الطريق، معدل الحرارةيمكن أن تختلف درجات حرارة السطح من شديدة الحرارة إلى شديدة البرودة اعتمادًا على الموقع (على الأرض أو تحت الماء) ، والفصول ، والوقت من اليوم.

ومع ذلك فإن قشرة الأرض باقية المكان الوحيدفي النظام الشمسي، حيث تكون درجات الحرارة مستقرة بما يكفي لاستمرار الحياة في الازدهار. أضف إلى هذا الغلاف الجوي القابل للحياة والغلاف المغناطيسي الواقي ، وستدرك أننا محظوظون جدًا حقًا!

السمة المميزة لتطور الأرض هي تمايز المادة ، والتعبير عنها هو هيكل غلاف كوكبنا. يشكل الغلاف الصخري والغلاف المائي والغلاف الجوي والمحيط الحيوي الأصداف الرئيسية للأرض ، والتي تختلف في التركيب الكيميائي والقوة وحالة المادة.

الهيكل الداخلي للأرض

التركيب الكيميائيأرض(الشكل 1) يشبه تكوين الكواكب الأرضية الأخرى ، مثل كوكب الزهرة أو المريخ.

بشكل عام ، تسود عناصر مثل الحديد والأكسجين والسيليكون والمغنيسيوم والنيكل. محتوى العناصر الخفيفة منخفض. متوسط ​​كثافة مادة الأرض 5.5 جم / سم 3.

هناك القليل جدًا من البيانات الموثوقة حول البنية الداخلية للأرض. النظر في الشكل. 2. يصور الهيكل الداخلي للأرض. تتكون الأرض من القشرة الأرضية والعباءة واللب.

أرز. 1. التركيب الكيميائي للأرض

أرز. 2. الهيكل الداخليأرض

نواة

نواة(الشكل 3) يقع في مركز الأرض ، نصف قطرها حوالي 3.5 ألف كم. تصل درجة الحرارة الأساسية إلى 10000 كلفن أي أعلى من درجة حرارة الطبقات الخارجية للشمس وكثافتها 13 جم / سم 3 (قارن: الماء - 1 جم / سم 3). من المفترض أن يتكون القلب من سبائك الحديد والنيكل.

يتمتع اللب الخارجي للأرض بقوة أكبر من اللب الداخلي (نصف قطره 2200 كم) وهو في حالة سائلة (منصهرة). اللب الداخلي يتعرض لضغط هائل. المواد المكونة لها في حالة صلبة.

عباءة

عباءة- الغلاف الأرضي للأرض ، والذي يحيط باللب ويشكل 83٪ من حجم كوكبنا (انظر الشكل 3). تقع حدودها الدنيا على عمق 2900 كم. ينقسم الوشاح إلى بلاستيك أقل كثافة الجزء العلوي(800-900 كم) ومنها الصهارة(مترجم من اليونانية يعني "مرهم كثيف" ؛ هذه هي المادة المنصهرة من باطن الأرض - خليط مركبات كيميائيةوالعناصر ، بما في ذلك الغازات ، في حالة شبه سائلة خاصة) ؛ وسفلي بلوري ، يبلغ سمكه حوالي 2000 كيلومتر.

أرز. 3. بنية الأرض: اللب ، والعباءة ، والقشرة الأرضية

قشرة الأرض

قشرة الأرض -الغلاف الخارجي للغلاف الصخري (انظر الشكل 3). كثافته حوالي نصف من متوسط ​​الكثافةالأرض ، - 3 جم / سم 3.

يفصل قشرة الأرض عن الوشاح حدود موهوروفيتش(تسمى غالبًا حدود موهو) ، وتتميز بزيادة حادة في سرعات الموجات الزلزالية. تم تثبيته في عام 1909 من قبل عالم كرواتي أندريه موهوروفيتشيتش (1857- 1936).

نظرًا لأن العمليات التي تحدث في الجزء العلوي من الوشاح تؤثر على حركة المادة في قشرة الأرض ، فإنها تتحد تحت اسم شائعالغلاف الصخري(قوقعة حجرية). يتراوح سمك الغلاف الصخري من 50 إلى 200 كيلومتر.

تحت الغلاف الصخري الأسينوسفير- أقل صلابة وأقل لزوجة ، لكن غلاف بلاستيكي بدرجة حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية. يمكنه عبور حدود موهو ، ليخترق القشرة الأرضية. الغلاف الموري هو مصدر النشاط البركاني. يحتوي على جيوب من الصهارة المنصهرة ، والتي يتم إدخالها في قشرة الأرض أو سكبها على سطح الأرض.

تكوين وهيكل قشرة الأرض

بالمقارنة مع الوشاح واللب ، فإن قشرة الأرض هي طبقة رقيقة جدًا وصلبة وهشة. يتكون من مادة أخف ، والتي تحتوي حاليًا على حوالي 90 مادة طبيعية العناصر الكيميائية. لا يتم تمثيل هذه العناصر بالتساوي في قشرة الأرض. سبعة عناصر - الأكسجين والألمنيوم والحديد والكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم - تمثل 98 ٪ من كتلة قشرة الأرض (انظر الشكل 5).

تشكل مجموعات غريبة من العناصر الكيميائية صخورًا ومعادن مختلفة. أقدمهم لا يقل عن 4.5 مليار سنة.

أرز. 4. بنية القشرة الأرضية

أرز. 5. تكوين القشرة الأرضية

المعدنيةهو متجانس نسبيًا في تكوينه وخصائصه لجسم طبيعي ، يتشكل في كل من أعماق وسطح الغلاف الصخري. من أمثلة المعادن الماس ، والكوارتز ، والجبس ، والتلك ، وما إلى ذلك (مميزة الخصائص الفيزيائيةمختلف المعادن التي ستجدها في الملحق 2.) تكوين معادن الأرض مبين في التين. 6.

أرز. 6. التركيب المعدني العام للأرض

الصخورتتكون من معادن. يمكن أن تتكون من معدن واحد أو أكثر.

صخور رسوبية -الطين ، والحجر الجيري ، والطباشير ، والحجر الرملي ، وما إلى ذلك - يتكون من ترسيب المواد في البيئة المائيةوعلى اليابسة. إنهم يكذبون في طبقات. يسميها الجيولوجيون صفحات تاريخ الأرض ، حيث يمكنهم التعرف عليها الظروف الطبيعيةالتي كانت موجودة على كوكبنا في العصور القديمة.

من بين الصخور الرسوبية ، توجد عضوية وغير عضوية (ديتريتال وكيميائي).

عضويةتتشكل الصخور نتيجة لتراكم بقايا الحيوانات والنباتات.

الصخور البطنيةتتشكل نتيجة للعوامل الجوية ، وتشكيل نواتج تدمير الصخور المشكلة مسبقًا بمساعدة الماء أو الجليد أو الرياح (الجدول 1).

الجدول 1. صخور كلستيكية تعتمد على حجم الشظايا

اسم السلالة	حجم الخداع (الجسيمات)
	أكثر من 50 سم
	5 مم - 1 سم
	1 مم - 5 مم
الرمل والحجر الرملي	0.005 مم - 1 مم
	أقل من 0.005 مم

كيميائيتتشكل الصخور نتيجة الترسيب من مياه البحار والبحيرات للمواد الذائبة فيها.

تتشكل الصهارة في سمك القشرة الأرضية الصخور النارية(الشكل 7) مثل الجرانيت والبازلت.

الصخور الرسوبية والبركانية عند غمرها في أعماق كبيرة تحت تأثير الضغط و درجات حرارة عاليةتخضع لتغييرات كبيرة ، وأصبحت الصخور المتحولة.لذلك ، على سبيل المثال ، يتحول الحجر الجيري إلى رخام ، ويتحول الحجر الرملي إلى الكوارتزيت.

تتميز قشرة الأرض بثلاث طبقات: رسوبية ، "جرانيت" ، "بازلت".

الطبقة الرسوبية(انظر الشكل 8) يتكون بشكل رئيسي من الصخور الرسوبية. يسود الطين والصخر الزيتي هنا ، ويتم تمثيل الصخور الرملية والكربونية والبركانية على نطاق واسع. في الطبقة الرسوبية توجد رواسب من هذا القبيل المعدنية, كيف فحموالغاز والنفط. كلهم من أصل عضوي. على سبيل المثال ، الفحم هو نتاج تحول النباتات في العصور القديمة. يختلف سمك الطبقة الرسوبية بشكل كبير - من الغياب التام في بعض مناطق الأرض إلى 20-25 كم في المنخفضات العميقة.

أرز. 7. تصنيف الصخور حسب المنشأ

طبقة "الجرانيت"يتكون من صخور متحولة وبركانية مماثلة في خصائصها للجرانيت. الأكثر شيوعًا هنا هي النيس والجرانيت والشست البلوري ، إلخ. لا توجد طبقة الجرانيت في كل مكان ، ولكن في القارات ، حيث يتم التعبير عنها جيدًا ، يمكن أن يصل أقصى سمك لها إلى عدة عشرات من الكيلومترات.

طبقة البازلتتتكون من صخور قريبة من البازلت. هذه هي الصخور النارية المتحولة ، وهي أكثر كثافة من صخور طبقة "الجرانيت".

يختلف سمك القشرة الأرضية والبنية الرأسية. هناك عدة أنواع من قشرة الأرض (الشكل 8). وفقًا لأبسط تصنيف ، تتميز القشرة المحيطية والقارية.

تختلف القشرة القارية والمحيطية في السمك. لذا، أقصى سمكلوحظت قشرة الأرض تحتها أنظمة الجبال. تبعد حوالي 70 كم. تحت السهول ، يبلغ سمك القشرة الأرضية 30-40 كيلومترًا ، وتحت المحيطات هي الأقل سمكًا - 5-10 كيلومترات فقط.

أرز. 8. أنواع القشرة الأرضية: 1- الماء. 2 - طبقة رسوبية ؛ 3 - تداخل الصخور الرسوبية والبازلت ؛ 4 ، البازلت والصخور فوق المافية البلورية ؛ 5 ، طبقة الجرانيت المتحولة ؛ 6 - طبقة الجرانيت مافيك ؛ 7 - عباءة عادية ؛ 8 - عباءة غير مضغوطة

يتجلى الاختلاف بين القشرة القارية والمحيطية من حيث التركيب الصخري في غياب طبقة الجرانيت في القشرة المحيطية. نعم ، والطبقة البازلتية من القشرة المحيطية غريبة للغاية. من حيث تكوين الصخور ، فهي تختلف عن الطبقة المماثلة للقشرة القارية.

لا تحدد حدود اليابسة والمحيط (علامة الصفر) انتقال القشرة القارية إلى القشرة المحيطية. يحدث استبدال القشرة القارية بالمحيطات في المحيط على عمق 2450 مترًا تقريبًا.

أرز. 9. هيكل القشرة القارية والمحيطية

هناك أيضًا أنواع انتقالية من قشرة الأرض - تحت المحيط وشبه القارية.

قشرة تحت المحيطتقع على طول المنحدرات القارية والسفوح ، ويمكن العثور عليها في الهامش و بحار البحر الأبيض المتوسط. وهي قشرة قارية يصل سمكها إلى 15-20 كم.

قشرة شبه قاريةتقع ، على سبيل المثال ، على أقواس الجزر البركانية.

بناء على المواد السبر الزلزالي -سرعة الموجة الزلزالية - نحصل على بيانات عن البنية العميقة لقشرة الأرض. وهكذا ، فإن بئر Kola superdeep ، الذي أتاح لأول مرة رؤية عينات صخرية من عمق يزيد عن 12 كم ، جلب الكثير من الأشياء غير المتوقعة. كان من المفترض أن تبدأ طبقة البازلت على عمق 7 كم. ومع ذلك ، في الواقع ، لم يتم اكتشافه ، وسادت النيسات بين الصخور.

تغير في درجة حرارة القشرة الأرضية مع العمق.تحدد درجة حرارة الطبقة السطحية من قشرة الأرض حرارة الشمس. هو - هي طبقة هيليومترية(من اليونانية هيليو - الشمس) ، التي تعاني من تقلبات موسمية في درجات الحرارة. يبلغ متوسط ​​سمكها حوالي 30 م.

يوجد أدناه طبقة أرق ، خاصيةالذي درجة حرارة ثابتة، المقابلة لمتوسط ​​درجة الحرارة السنوية لموقع المراقبة. يزداد عمق هذه الطبقة في المناخ القاري.

حتى أعمق في قشرة الأرض ، تتميز الطبقة الحرارية الأرضية ، حيث يتم تحديد درجة حرارتها من خلال الحرارة الداخلية للأرض وتزداد مع العمق.

تحدث الزيادة في درجة الحرارة بشكل رئيسي بسبب اضمحلال العناصر المشعة التي تتكون منها الصخور ، وخاصة الراديوم واليورانيوم.

يسمى حجم الزيادة في درجة حرارة الصخور مع العمق التدرج الجيوحراري.يختلف على مدى نطاق واسع إلى حد ما - من 0.1 إلى 0.01 درجة مئوية / م - ويعتمد على تكوين الصخور وظروف حدوثها وعدد من العوامل الأخرى. تحت المحيطات ، ترتفع درجة الحرارة بشكل أسرع مع العمق منها في القارات. في المتوسط ​​، مع كل 100 متر عمق يصبح أكثر دفئًا بمقدار 3 درجات مئوية.

يسمى مقلوب التدرج الجيوحراري خطوة حرارة الأرض.يقاس بالمتر / درجة مئوية.

تعتبر حرارة القشرة الأرضية مصدرًا مهمًا للطاقة.

يمتد جزء من قشرة الأرض إلى الأعماق المتاحة لأشكال الدراسة الجيولوجية احشاء الارض.تتطلب أحشاء الأرض حماية خاصة واستخدامًا معقولًا.

أنواع القشرة الأرضية وبنيتها

العناصر الرئيسية لإغاثة الأرض هي القارات(القارات) و المحيطات . وفقًا لذلك ، يتم تمييز الأنواع القارية والمحيطية والانتقالية (شبه القارية ودون المحيطية) من بنية قشرة الأرض.

إن دراسة سرعات انتشار الموجات الزلزالية تجعل من الممكن التمييز بين ثلاث طبقات في قسم قشرة الأرض ، والتي تسمى تقليديا الرسوبيات ، الجرانيت المتحولة ، والبازيت الجرانيت (البازلت). ضمن هذه الطبقات ، تتوافق سرعات انتشار الموجة P مع تلك الموجودة في الصخور الرسوبية (1.8-5.0 كم / ثانية) والجرانيت (5.0-6.2 كم / ثانية) والبازلت (6.0-7.6 كم / ثانية).

الطبقة الرسوبيةيحتل الجزء العلوي من الجزء من قشرة الأرض. يتكون من صخور رسوبية مختلفة ، بكميات صغيرة ، بكثافة تتراوح من 2.2 إلى 2.5 جم / سم 3. يختلف سمك هذه الطبقة في القارات من 0 إلى 25 كم ، في المحيطات بمتوسط ​​300-400 م ، وتصل إلى أماكن منفصلة 1 كم.

طبقة الجرانيت المتحولةتتكون من الصخور النارية ذات التكوين الحمضي ، النيسات ، الشست البلورية. قد تكون الصخور التي تشكل هذه الطبقة في البداية رسوبية وبركانية وتدخلية ، وبالتالي تكون مشوهة للغاية ومتحولة. كثافة الطبقة 2.6-2.7 جم / سم 3. في القارات ، يقع تحت الطبقة الرسوبية ، وفي الأماكن (على الدروع وفي المناطق الجبلية المطوية) يصل إلى السطح. عادة لا يتجاوز سمك طبقة الجرانيت 25 كم. داخل الجزء السفلي من المنحدر القاري ، تتدلى طبقة الجرانيت إلى الخارج وتغيب عن المنخفضات المحيطية.

طبقة البازلت - الجرانيتتقع في الجزء السفلي من الجزء السفلي من قشرة الأرض ويفصلها سطح موهو عن الوشاح الأساسي. يتكون من الصخور النارية والمتحولة ذات التكوين الأساسي والحبيبات (النيسات المحتوية على العقيق) ، بكثافة في حدود 2.2-2.9 جم / سم 3.

القشرة القاريةتم تطويره داخل الأرض والجرف القاري ويتضمن جميع الطبقات الثلاثة المسماة.

القشرة المحيطيةيميز المنخفضات في المحيطات. لا توجد هنا طبقة جرانيتية متحولة ، وتغطي الطبقة الرسوبية (التي يصل سمكها إلى كيلومتر واحد ونادرًا أكثر) طبقة البازلت مباشرة.

قشرة شبه قاريةتم تطويره في المنطقة الانتقالية بين القارات والمحيطات وعادة ما يحتل منطقة تطوير أقواس الجزر في المحيطات. يختلف عن القشرة القارية بشكل عام أقل سمكًا ، وتكون طبقة الجرانيت المتحولة ضعيفة بشكل خاص.

قشرة تحت المحيطتطورت تحت المنخفضات في البحار الداخلية (البحر الأسود ، ومنخفض جنوب بحر قزوين ، والبحر الأبيض المتوسط). يتميز بغياب طبقة الجرانيت المتحولة و القوى الكبرىطبقة رسوبية.