Характерная черта эволюции Земли — дифференциация вещества, выражением которой служит оболочечное строение нашей планеты. Литосфера, гидросфера, атмосфера, биосфера образуют основные оболочки Земли, отличающиеся химическим составом, мощностью и состоянием вещества.

Внутреннее строение Земли

Химический состав Земли (рис. 1) схож с составом других планет земной группы, например Венеры или Марса.

В целом преобладают такие элементы, как железо, кислород, кремний, магний, никель. Содержание легких элементов невелико. Средняя плотность вещества Земли 5,5 г/см 3 .

О внутреннем строении Земли достоверных данных весьма мало. Рассмотрим рис. 2. Он изображает внутреннее строение Земли. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра.

Рис. 1. Химический состав Земли

Рис. 2. Внутреннее строение Земли

Ядро

Ядро (рис. 3) расположено в центре Земли, его радиус составляет около 3,5 тыс км. Температура ядра достигает 10 000 К, т. е. она выше, чем температура внешних слоев Солнца, а его плотность составляет 13 г/см 3 (сравните: вода — 1 г/см 3). Ядро предположительно состоит из сплавов железа и никеля.

Внешнее ядро Земли имеет большую мощность, чем внутреннее (радиус 2200 км) и находится в жидком (расплавленном) состоянии. Внутреннее ядро подвержено колоссальному давлению. Вещества, слагающие его, находятся в твердом состоянии.

Мантия

Мантия — геосфера Земли, которая окружает ядро и составляет 83 % от объема нашей планеты (см. рис. 3). Нижняя ееграница располагается на глубине 2900 км. Мантия разделяется на менее плотную и пластичную верхнюю часть (800-900 км), из которой образуется магма (в переводе с греческого означает «густая мазь»; это расплавленное вещество земных недр — смесь химических соединений и элементов, в том числе газов, в особом полужидком состоянии); и кристаллическую нижнюю, тол- шиной около 2000 км.

Рис. 3. Строение Земли: ядро, мантия и земная кора

Земная кора

Земная кора - внешняя оболочка литосферы (см. рис. 3). Ее плотность примерно в два раза меньше, чем средняя плотность Земли, — 3 г/см 3 .

От мантии земную кору отделяет граница Мохоровичича (ее часто называют границей Мохо), характеризующаяся резким нарастанием скоростей сейсмических волн. Она была установлена в 1909 г. хорватским ученым Андреем Мохоровичичем (1857- 1936).

Поскольку процессы, происходящие в самой верхней части мантии, влияют на движения вещества в земной коре, их объединяют под общим названием литосфера (каменная оболочка). Мощность литосферы колеблется от 50 до 200 км.

Ниже литосферы располагается астеносфера — менее твердая и менее вязкая, но более пластичная оболочка с температурой 1200 °С. Она может пересекать границу Мохо, внедряясь в земную кору. Астеносфера — это источник вулканизма. В ней находятся очаги расплавленной магмы, которая внедряется в земную кору или изливается на земную поверхность.

Состав и строение земной коры

По сравнению с мантией и ядром земная кора представляет собой очень тонкий, жесткий и хрупкий слой. Она сложена более легким веществом, в составе которого в настоящее время обнаружено около 90 естественных химических элементов. Эти элементы не одинаково представлены в земной коре. На семь элементов — кислород, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний — приходится 98 % массы земной коры (см. рис. 5).

Своеобразные сочетания химических элементов образуют различные горные породы и минералы. Возраст самых древних из них насчитывает не менее 4,5 млрд лет.

Рис. 4. Строение земной коры

Рис. 5. Состав земной коры

Минерал — это относительно однородное по своему составу и свойствам природное тело, образующееся как в глубинах, так и на поверхности литосферы. Примерами минералов служат алмаз, кварц, гипс, тальк и др. (Характеристику физических свойств различных минералов вы найдете в приложении 2.) Состав минералов Земли приведен на рис. 6.

Рис. 6. Общий минеральный состав Земли

Горные породы состоят из минералов. Они могут слагаться как из одного, так и из нескольких минералов.

Осадочные горные породы - глина, известняк, мел, песчаник и др. — образовались путем осаждения веществ в водной среде и на суше. Они лежат пластами. Геологи называют их страницами истории Земли, так как но ним можно узнать о природных условиях, существовавших на нашей планете в давние времена.

Среди осадочных горных пород выделяют органогенные и неорганогенные (обломочные и хемогенные).

Органогенные горные породы образуются в результате накопления останков животных и растений.

Обломочные горные породы образуются в результате выветривания, псрсотложсния с помощью воды, льда или ветра продуктов разрушения ранее возникших горных пород (табл. 1).

Таблица 1. Обломочные горные породы в зависимости от размеров обломков

Хемогенные горные породы формируются в результате осаждения из вод морей и озер растворенных в них веществ.

В толще земной коры из магмы образуются магматические горные породы (рис. 7), например гранит и базальт.

Осадочные и магматические породы при погружении на большие глубины под влиянием давления и высоких температур подвергаются значительным изменениям, превращаясь в метаморфические горные породы. Так, например, известняк превращается в мрамор, кварцевый песчаник — в кварцит.

В строении земной коры выделяют три слоя: осадочный, «гранитный», «базальтовый».

Осадочный слой (см. рис. 8) образован в основном осадочными горными породами. Здесь преобладают глины и глинистые сланцы, широко представлены песчаные, карбонатные и вулканогенные породы. В осадочном слое встречаются залежи таких полезных ископаемых, как каменный уголь, газ, нефть. Все они органического происхождения. Например, каменный уголь -это продукт преобразования растений древних времен. Мощность осадочного слоя колеблется в широких пределах — от полного отсутствия в некоторых районах суши до 20-25 км в глубоких впадинах.

Рис. 7. Классификация горных пород по происхождению

«Гранитный» слой состоит из метаморфических и магматических пород, близких по своим свойствам к граниту. Наиболее распространены здесь гнейсы, граниты, кристаллические сланцы и др. Встречается гранитный слой не везде, но на континентах, где он хорошо выражен, его максимальная мощность может достигать нескольких десятков километров.

«Базальтовый» слой образован горными породами, близкими к базальтам. Это метаморфизованные магматические породы, более плотные по сравнению с породами «гранитного» слоя.

Мощность и вертикальная структура земной коры различны. Выделяют несколько типов земной коры (рис. 8). Согласно наиболее простой классификации различают океаническую и материковую земную кору.

Континентальная и океаническая кора различны по толщине. Так, максимальная толщина земной коры наблюдается под горными системами. Она составляет около 70 км. Под равнинами мощность земной коры составляет 30-40 км, а под океанами она наиболее тонкая — всего 5-10 км.

Рис. 8. Типы земной коры: 1 — вода; 2- осадочный слой; 3 — переслаивание осадочных пород и базальтов; 4 — базальты и кристаллические ультраосновные породы; 5 — гранитно-метаморфический слой; 6 — гранулитово-базитовый слой; 7 — нормальная мантия; 8 — разуплотненная мантия

Различие континентальной и океанической земной коры по составу пород проявляется в том, что гранитный слой в океанической коре отсутствует. Да и базальтовый слой океанической коры весьма своеобразен. По составу пород он отличен от аналогичного слоя континентальной коры.

Граница суши и океана (нулевая отметка) не фиксирует перехода континентальной земной коры в океаническую. Замещение континентальной коры океанической происходит в океане примерно на глубине 2450 м.

Рис. 9. Строение материковой и океанической земной коры

Выделяют и переходные типы земной коры — субокеаническую и субконтинентальную.

Субокеаническая кора расположена вдоль континентальных склонов и подножий, может встречаться в окраинных и средиземных морях. Она представляет собой континентальную кору мощностью до 15-20 км.

Субконтинентальная кора расположена, например, на вулканических островных дугах.

По материалам сейсмического зондирования - скорости прохождения сейсмических волн — мы получаем данные о глубинном строении земной коры. Так, Кольская сверхглубокая скважина, впервые позволившая увидеть образцы пород с глубины более 12 км, принесла много неожиданного. Предполагалось, что на глубине 7 км должен начаться «базальтовый» слой. В действительности же он обнаружен не был, а среди горных пород преобладали гнейсы.

Изменение температуры земной коры с глубиной. Приповерхностный слой земной коры имеет температуру, определяемую солнечным теплом. Это гелиометрический слой (от греч. гелио — Солнце), испытывающий сезонные колебания температуры. Средняя его мощность — около 30 м.

Ниже расположен еще более тонкий слой, характерной чертой которого является постоянная температура, соответствующая среднегодовой температуре места наблюдений. Глубина этого слоя увеличивается в условиях континентального климата.

Еще глубже в земной коре выделяется геотермический слой, температура которого определяется внутренним теплом Земли и с глубиной возрастает.

Увеличение температуры происходит главным образом за счет распада радиоактивных элементов, входящих в состав горных пород, прежде всего радия и урана.

Величину нарастания температуры горных пород с глубиной называют геотермическим градиентом. Он колеблется в довольно широких пределах — от 0,1 до 0,01 °С/м — и зависит от состава горных пород, условий их залегания и ряда других факторов. Под океанами температура с глубиной нарастает быстрее, чем на континентах. В среднем с каждыми 100 м глубины становится теплее на 3 °С.

Величина, обратная геотермическому градиенту, называется геотермической ступенью. Она измеряется в м/°С.

Тепло земной коры — важный энергетический источник.

Часть земной коры, простирающаяся ло глубин, доступных для геологического изучения, образует недра Земли. Недра Земли требуют особой охраны и разумного использования.

От мантии внутреннее тепло Земли передается земной коре. Верхний слой земной коры – до глубины 20-30м подвержен влиянию внешних температур, а ниже температура постепенно повышается: на каждые 100м глубины на +3 С. Глубже, температура уже в значительной степени зависит от состава пород.

Задание: Какова температура горных пород в шахте, где добывается каменный уголь, если ее глубина 1000м, а температура слоя земной коры, который уже не зависит от времени года составляет +10 С

Решаем по действиям:

1. Сколько раз произойдет повышение температуры горных пород с глубиной?

1. На сколько градусов повышается температура земной коры в шахте:

3 С 10= 30 С

3. Какой будет температура слоя земной коры в шахте?

10 С+(+30 С)= +40 С

Температура = +10 С +(1000:100 3 С)=10 С +30 С =40 С

Решить задачу : Какова температура земной коры в шахте, если ее глубина 1600м, а температура слоя земной коры, не зависящего от времени года -5 С?

Температура воздуха =(-5 С)+(1600:100 3 С)=(-5 С)+48 С =+43 С.

Запишите условие задачи и решите ее дома:

Какова температура земной коры в шахте, если ее глубина 800м, а температура слоя земной коры, не зависящего от времени года +8?С?

Решите задачи, приведенные в конспекте урока

5. Изучение земной коры. Работа с рис. 24 стр.40, текстом учебника.

Бурение Кольской сверхглубокой скважины началось в 1970году, ее глубина до 12-15км. Подсчитайте, какую часть земного радиуса это составляет.

R Земли = 6378км (экваториальный)

6356 км (полярный) или меридиональный

530-531 часть экваториального.

Глубина самой глубокой в мире шахты в 4 раза меньше. Несмотря на многочисленные исследования, мы еще очень мало знаем о недрах собственной планеты. Словом, если вновь обратиться к приведенному сравнению, мы еще никак не можем “проколоть скорлупку”.

6. Закрепление нового материала. Использование мультимедийной презентации .

Тесты и задания для проверки.

1. Определите оболочку Земли:

1. земная кора.

2. гидросфера.

3. атмосфера

4. биосфера.

А. воздушная

Б. твердая.

Г. водная.

Ключ проверки:

2. Определите, о какой оболочке Земли идет речь:

1. Земная кора

а/ ближе всего к центру Земли

б/ толщина от 5 до 70км

в/ в переводе с латыни “покрывало”

г/ температура вещества +4000 С+5000 С

д/ верхняя оболочка Земли

е/ толщина около 2900км

ж/ состояние вещества особое: твердое и пластичное

з/ состоит из материковой и океанической частей

и/ основной элемент состава – железо.

Ключ проверки:

Землю по ее внутреннему строению иногда сравнивают с куриным яйцом. Что хотят показать этим сравнением?

Домашнее задание: §16, задания и вопросы после параграфа, задача в тетради.

Материал, используемый учителем во время объяснения новой темы.

Земная кора.

Земная кора в масштабе всей Земли представляет тончайшую пленку и по сравнению с радиусом Земли ничтожна. Она достигает максимальной толщины 75км под горными массивами Памира, Тибета, Гималаев. несмотря на маленькую мощность, земная кора имеет сложное строение.

Верхние ее горизонты довольно хорошо изучены при помощи бурения скважин.

Строение и состав земной коры под океанами и на континентах очень сильно различаются. Поэтому и принято выделять два основных типа земной коры – океаническую и континентальную.

Земная кора океанов занимает примерно56% поверхности планеты, и главной ее чертой является небольшая толщина – в среднем около 5-7 км. Но даже такая тонкая земная кора подразделяется на два слоя.

Первый слой – осадочный, представлен глинами, известковыми илами. Второй слой сложен базальтами – продуктами извержений вулканов. Мощность базальтового слоя на дне океанов не превышает 2 км.

Континентальная (материковая) земная кора занимает площадь меньше, чем океаническая, около 44% поверхности планеты. Континентальная кора толще океанической, ее средняя мощность 35-40км, а в области гор достигает 70-75 км. Она состоит из трех слоев.

Верхний слой слагают разнообразные осадки, их мощность в некоторых впадинах, например, в Прикаспийской низменности, составляет 20-22 км. Преобладают отложения мелководий – известняки, глины, пески, соли и гипс. Возраст пород 1,7 млрд.лет.

Второй слой – гранитный – он хорошо изучен геологами, т.к. имеются выходы его на поверхность, а также предпринимались попытки пробурить его, хотя попытки пробурить весь слой гранита оказались неудачными.

Состав третьего слоя не очень ясен. Предполагают, что он должен быть сложен породами типа базальтов. Мощность его составляет 20-25 км. В основании третьего слоя прослеживается поверхность Мохоровичича.

Повехность Мохо.

В 1909г. на Балканском полуострове, около г.Загреба, произошло сильное землетрясение. Хорватсякий геофизик Андрия Мохоровичич,изучая сейсмограмму, записанную в момент этого события, заметил, что на глубине примерно 30 км скорость волн существенно увеличивается. Данное наблюдение подтвердили и другие сейсмологи. Значит, существует некий раздел, ограничивающий снизу земную кору. Для его обозначения ввели особый термин – поверхность Мохоровичича (или раздел Мохо).

Мантия

Под корой на глубинах от 30-50 до 2900 км расположена мантия Земли. Из чего же она состоит? Главным образом из горных пород, богатых магнием и железом.

Мантия занимает до 82% объема планеты и подразделяется на верхнюю и нижнюю. Первая залегает ниже поверхности Мохо до глубины 670 км. Быстрое падение давления в верхней части мантии и высокая температура приводят к плавлению ее вещества.

На глубине от 400 км под материками и 10-150 км под океанами, т.е. в верхней мантии, был обнаружен слой, где сейсмические волны распространяются сравнительно медленно. Этот слой назвали астеносферой (от греч. “астенес” - слабый). Здесь доля расплава составляет 1-3%, более пластичная. Чем остальная мантия, астеносфера служит “смазкой”, по которой перемещаются жесткие литосферные плиты.

По сравнению с породами, слагающими земную кору, породы мантии отличаются большой плотностью и скорость распространения сейсмических волн в них заметно выше.

В самом “подвале” нижней мантии – на глубине 1000км и до поверхности ядра – плотность постепенно увеличивается. Из чего состоит нижняя мантия, пока остается загадкой.

Ядро.

Предполагают, что поверхность ядра состоит из вещества, обладающего свойствами жидкости. Граница ядра находится на глубине 2900км.

А вот внутренняя область, начинающаяся с глубины 5100км, ведет себя как твердое тело. Это обусловлено очень высоким давлением. Даже на верхней границе ядра теоретически рассчитанное давление составляет около 1,3 млн.атм. а в центре достигает 3 млн.атм. Температура здесь может превышать 10000 С. Каждый куб. см вещества земного ядра весит 12 -14 г.

Очевидно, вещество внешнего ядра Земли гладкое, почти как пушечное ядро. Но оказалось, что перепады “границы” достигают 260км.

Лист-конспект урока “Оболочки Земли. Литосфера. Земная кора.”

Тема урока. Строение Земли и свойства земной коры.

1. Внешние оболочки Земли:

Атмосфера - _______________________________________________________________

Гидросфера -_______________________________________________________________

Литосфера - ________________________________________________________________

Биосфера - _________________________________________________________________

2. Литосфера-____________________________________________________________

Земная кора имеет огромное значение для нашей жизни, для исследований нашей планеты.

Это понятие тесно связано с другими, характеризующими процессы, происходящие внутри и на поверхности Земли.

Что такое земная кора и где она находится

Земля имеет целостную и непрерывную оболочку, в которую входят: земная кора, тропосфера и стратосфера, являющиеся нижней частью атмосферы, гидросфера, биосфера и антропосфера.

Они тесно взаимодействуют, проникая друг в друга и постоянно обмениваясь энергией и веществом. Земной корой принято называть внешнюю часть литосферы - твердой оболочки планеты. Большую часть ее внешней стороны покрывает гидросфера. На остальную, меньшую часть воздействует атмосфера.

Под корой Земли находится более плотная и тугоплавкая мантия. Их разделяет условная граница, названная именем хорватского ученого Мохоровича. Ее особенность - в резком увеличении скорости сейсмических колебаний.

Чтобы получить представление о земной коре, используются различные научные методы. Однако получение конкретных сведений возможно лишь способами бурения на большую глубину.

Одной из задач такого исследования было установление природы границы между верхней и нижней континентальной корой. Обсуждались возможности проникновения в верхнюю мантию с помощью самонагревающихся капсул из тугоплавких металлов.

Строение земной коры

Под континентами выделяются ее осадочный, гранитный и базальтовый слои, толщина которых в совокупности составляет до 80 км. Горные породы, называемые осадочными, образовались в результате осаждения веществ на суше и в воде. Располагаются преимущественно пластами.

• глины
• глинистые сланцы
• песчаники
• карбонатные породы
• породы вулканического происхождения
• каменный уголь и другие породы.

Осадочный слой помогает глубже узнать о природных условиях на земле, которые были на планете в незапамятные времена. У такого слоя может быть различная толщина. В некоторых местах его может не быть вообще, в других, преимущественно больших углублениях, может составлять 20-25 км.

Температура земной коры

Важным энергетическим источником для обитателей Земли является тепло ее коры. Температура увеличивается по мере углубления в нее. Самый близкий к поверхности 30-метровый слой, именуемый гелиометрическим, связан с теплом солнца и колеблется в зависимости от сезона.

В следующем, более тонком слое, который увеличивается в континентальном климате, температура постоянна и соответствует показателям конкретного места измерения. В геотермическом слое коры температура связана с внутренним теплом планеты и растет по мере углубления в нее. Она в разных местах разная и зависит от состава элементов, глубины и условий их расположения.

Считается, что температура в среднем повышается на три градуса по мере углубления на каждые 100 метров. В отличие от континентальной части температура под океанами растет быстрее. После литосферы располагается пластичная высокотемпературная оболочка, температура, которой составляет 1200 градусов. Называется она астеносферой. В ней есть места с расплавленной магмой.

Проникая в земную кору, астеносфера может изливать расплавленную магму, вызывая явления вулканизма.

Характеристика Земной коры

Земная кора обладает массой менее пол-процента всей массы планеты. Она является наружной оболочкой каменного слоя, в котором происходит движения вещества. Этот слой, который имеет плотность вдвое меньшую, чем у Земли. Его толщина меняется в пределах 50-200 км.

Уникальность земной коры в том, что она может быть континентального и океанического типов. У континентальной коры три слоя, верхний из которых сформирован за счет осадочных пород. Океаническая кора сравнительно молода и ее толщина меняется незначительно. Образуется она за счет веществ мантии из океанических хребтов.

земная кора характеристика фото

Толщина слоя коры под океанами составляет 5-10 км. Ее особенность в постоянных горизонтальных и колебательных движениях. Большую часть коры представляют базальты.

Внешняя часть земной коры является твердой оболочкой планеты. Ее cтроение отличается наличием подвижных областей и относительно стабильных платформ. Литосферные плиты двигаются относительно друг друга. Движение этих плит может вызывать землетрясения и другие катаклизмы. Закономерности таких движений исследуются тектонической наукой.

Функции земной коры

К основным функциям земной коры принято относить:

• ресурсную;
• геофизическую;
• геохимическую.

Первая из них обозначает наличие ресурсного потенциала Земли. Он представляет собой в первую очередь совокупность запасов полезных ископаемых, находящихся в литосфере. Кроме того, ресурсная функция включает в себя ряд факторов среды обитания, обеспечивающих жизнь человека и других биологических объектов. Одним из них является тенденция образования дефицита твердой поверхности.

так делать нельзя. спасем нашу Землю фото

Тепловые, шумовые и радиационные эффекты реализуют геофизическую функцию. Например, возникает проблема естественного радиационного фона, который на земной поверхности в основном безопасен. Однако в таких странах как Бразилия и Индия он в сотни раз может превышать допустимый. Считается, что его источником является радон и продукты его распада, а также некоторые виды человеческой деятельности.

Геохимическая функция связана с проблемами химического загрязнения, вредного для человека и других представителей животного мира. В литосферу попадают различные вещества, обладающие токсическими, канцерогенными и мутагенными свойствами.

Они безопасны, когда находятся в недрах планеты. Извлеченные из них цинк, свинец, ртуть, кадмий и другие тяжелые металлы могут представлять большую опасность. В переработанном твердом, жидком и газообразном виде они попадают в окружающую среду.

Из чего состоит Земная кора

В сравнении с мантией и ядром кора Земли является хрупким, жестким и тонким слоем. Она состоит из сравнительно легкого вещества, включающего в свой состав порядка 90 природных элементов. Они содержатся в разных местах литосферы и с разной степенью концентрации.

Основными являются: кислород кремний алюминий, железо, калий, кальций, натрий магний. 98 процентов земной коры состоит из них. В том числе около половины составляет кислород, свыше четверти - кремний. Благодаря их комбинациям образуются такие минералы как алмаз, гипс, кварц и пр. Нескольких минералов могут образовать горную породу.

• Сверхглубокая скважина на Кольском полуострове дала возможность познакомиться с образцами минералов с 12-километровой глубины, где были обнаружены породы, близкие к гранитам и глинистым сланцам.
• Самая большая толщина коры (около 70 км) выявлена под горными системами. Под равнинными участками она 30-40 км, а под океанами - лишь 5-10 км.
• Значительная часть коры образует древний низкоплотный верхний слой, состоящий преимущественно из гранитов и глинистых сланцев.
• Структура земной коры напоминает кору многих планет, в том числе на Луне и их спутниках.

Кирилл Дегтярев, научный сотрудник, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.

В нашей стране, богатой углеводородами, геотермальная энергия - некий экзотический ресурс, который при сегодняшнем положении дел вряд ли составит конкуренцию нефти и газу. Тем не менее этот альтернативный вид энергии может использоваться практически всюду и довольно эффективно.

Фото Игоря Константинова.

Изменение температуры грунта с глубиной.

Рост температуры термальных вод и вмещающих их сухих пород с глубиной.

Изменение температуры с глубиной в разных регионах.

Извержение исландского вулкана Эйяфьятлайокудль -иллюстрация бурных вулканических процессов, протекающих в активных тектонических и вулканических зонах с мощным тепловым потоком из земных недр.

Установленные мощности геотермальных электростанций по странам мира, МВт.

Распределение геотермальных ресурсов по территории России. Запасы геотермальной энергии, по оценкам экспертов, в несколько раз превышают запасы энергии органического ископаемого топлива. По данным ассоциации «Геотермальное энергетическое общество».

Геотермальная энергия - это тепло земных недр. Вырабатывается оно в глубинах и поступает к поверхности Земли в разных формах и с различной интенсивностью.

Температура верхних слоёв грунта зависит в основном от внешних (экзогенных) факторов - солнечного освещения и температуры воздуха. Летом и днём грунт до определённых глубин прогревается, а зимой и ночью охлаждается вслед за изменением температуры воздуха и с некоторым запаздыванием, нарастающим с глубиной. Влияние суточных колебаний температуры воздуха заканчивается на глубинах от единиц до нескольких десятков сантиметров. Сезонные колебания захватывают более глубокие пласты грунта - до десятков метров.

На некоторой глубине - от десятков до сотен метров - температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. В этом легко убедиться, спустившись в достаточно глубокую пещеру.

Когда среднегодовая температура воздуха в данной местности ниже нуля, это проявляется как вечная (точнее, многолетняя) мерзлота. В Восточной Сибири мощность, то есть толщина, круглогодично мёрзлых грунтов достигает местами 200-300 м.

С некоторой глубины (своей для каждой точки на карте) действие Солнца и атмосферы ослабевает настолько, что на первое место выходят эндогенные (внутренние) факторы и происходит разогрев земных недр изнутри, так что температура с глубиной начинает расти.

Разогрев глубинных слоёв Земли связывают, главным образом, с распадом находящихся там радиоактивных элементов, хотя называют и другие источники тепла, например физико-химические, тектонические процессы в глубоких слоях земной коры и мантии. Но чем бы это ни было обусловлено, температура горных пород и связанных с ними жидких и газообразных субстанций с глубиной растёт. С этим явлением сталкиваются горняки - в глубоких шахтах всегда жарко. На глубине 1 км тридцатиградусная жара - нормальное явление, а глубже температура ещё выше.

Тепловой поток земных недр, достигающий поверхности Земли, невелик - в среднем его мощность составляет 0,03-0,05 Вт/м 2 ,
или примерно 350 Вт·ч/м 2 в год. На фоне теплового потока от Солнца и нагретого им воздуха это незаметная величина: Солнце даёт каждому квадратному метру земной поверхности около 4000 кВт·ч ежегодно, то есть в 10 000 раз больше (разумеется, это в среднем, при огромном разбросе между полярными и экваториальными широтами и в зависимости от других климатических и погодных факторов).

Незначительность теплового потока из недр к поверхности на большей части планеты связана с низкой теплопроводностью горных пород и особенностями геологического строения. Но есть исключения - места, где тепловой поток велик. Это, прежде всего, зоны тектонических разломов, повышенной сейсмической активности и вулканизма, где энергия земных недр находит выход. Для таких зон характерны термические аномалии литосферы, здесь тепловой поток, достигающий поверхности Земли, может быть в разы и даже на порядки мощнее «обычного». Огромное количество тепла на поверхность в этих зонах выносят извержения вулканов и горячие источники воды.

Именно такие районы наиболее благоприятны для развития геотермальной энергетики. На территории России это, прежде всего, Камчатка, Курильские острова и Кавказ.

В то же время развитие геотермальной энергетики возможно практически везде, поскольку рост температуры с глубиной - явление повсеместное, и задача заключается в «добыче» тепла из недр, подобно тому, как оттуда добывается минеральное сырьё.

В среднем температура с глубиной растёт на 2,5-3 о С на каждые 100 м. Отношение разности температур между двумя точками, лежащими на разной глубине, к разности глубин между ними называют геотермическим градиентом.

Обратная величина - геотермическая ступень, или интервал глубин, на котором температура повышается на 1 о С.

Чем выше градиент и соответственно ниже ступень, тем ближе тепло глубин Земли подходит к поверхности и тем более перспективен данный район для развития геотермальной энергетики.

В разных районах, в зависимости от геологического строения и других региональных и местных условий, скорость роста температуры с глубиной может резко различаться. В масштабах Земли колебания величин геотермических градиентов и ступеней достигают 25 крат. Например, в штате Орегон (США) градиент составляет 150 о С на 1 км, а в Южной Африке - 6 о С на 1 км.

Вопрос, какова температура на больших глубинах - 5, 10 км и более? При сохранении тенденции температура на глубине 10 км должна составлять в среднем примерно 250-300 о С. Это более или менее подтверждается прямыми наблюдениями в сверхглубоких скважинах, хотя картина существенно сложнее линейного повышения температуры.

Например, в Кольской сверхглубокой скважине, пробурённой в Балтийском кристаллическом щите, температура до глубины 3 км меняется со скоростью 10 о С/1 км, а далее геотермический градиент становится в 2-2,5 раза больше. На глубине 7 км зафиксирована уже температура 120 о С, на 10 км - 180 o С, а на 12 км - 220 o С.

Другой пример - скважина, заложенная в Северном Прикаспии, где на глубине 500 м зарегистрирована температура 42 o С, на 1,5 км - 70 o С, на 2 км - 80 o С, на 3 км - 108 o С.

Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20-30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300-1500 o С, на глубине 400 км - 1600 o С, в ядре Земли (глубины более 6000 км) - 4000-5000 o С.

На глубинах до 10-12 км температуру измеряют через пробурённые скважины; там же, где их нет, её определяют по косвенным признакам так же, как и на бóльших глубинах. Такими косвенными признаками могут быть характер прохождения сей-смических волн или температура изливающейся лавы.

Впрочем, для целей геотермальной энергетики данные о температурах на глубинах более 10 км пока не представляют практического интереса.

На глубинах в несколько километров много тепла, но как его поднять? Иногда эту задачу решает за нас сама природа с помощью естественного теплоносителя - нагретых термальных вод, выходящих на поверхность или же залегающих на доступной для нас глубине. В ряде случаев вода в глубинах разогрета до состояния пара.

Строгого определения понятия «термальные воды» нет. Как правило, под ними подразумевают горячие подземные воды в жидком состоянии или в виде пара, в том числе выходящие на поверхность Земли с температурой выше 20 о С, то есть, как правило, более высокой, чем температура воздуха.

Тепло подземных вод, пара, пароводяных смесей - это гидротермальная энергия. Соответственно энергетика, основанная на её использовании, называется гидротермальной.

Сложнее обстоит дело с добычей тепла непосредственно сухих горных пород - петротермальной энергии, тем более что достаточно высокие температуры, как правило, начинаются с глубин в несколько километров.

На территории России потенциал петротермальной энергии в сто раз выше, чем у гидротермальной, - соответственно 3500 и 35 трлн тонн условного топлива. Это вполне естественно - тепло глубин Земли имеется везде, а термальные воды обнаруживаются локально. Однако из-за очевидных технических трудностей для получения тепла и электроэнергии в настоящее время используются большей частью термальные воды.

Воды температурой от 20-30 до 100 о С пригодны для отопления, температурой от 150 о С и выше - и для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях.

В целом же геотермальные ресурсы на территории России в пересчёте на тонны условного топлива или любую другую единицу измерения энергии примерно в 10 раз выше запасов органического топлива.

Теоретически только за счёт геотермальной энергии можно было бы полностью удовлетворить энергетические потребности страны. Практически же на данный момент на большей части её территории это неосуществимо по технико-экономическим соображениям.

В мире использование геотермальной энергии ассоциируется чаще всего с Исландией - страной, расположенной на северном окончании Срединно-Атлантического хребта, в исключительно активной тектонической и вулканической зоне. Наверное, все помнят мощное извержение вулкана Эйяфьятлайокудль (Eyjafjallajökull) в 2010 году.

Именно благодаря такой геологической специфике Исландия обладает огромными запасами геотермальной энергии, в том числе горячих источников, выходящих на поверхность Земли и даже фонтанирующих в виде гейзеров.

В Исландии в настоящее время более 60% всей потребляемой энергии берут из Земли. В том числе за счёт геотермальных источников обеспечивается 90% отопления и 30% выработки электроэнергии. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, то есть также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия выглядит неким мировым экологическим эталоном.

«Приручение» геотермальной энергии в XX веке заметно помогло Исландии в экономическом отношении. До середины прошлого столетия она была очень бедной страной, сейчас занимает первое место в мире по установленной мощности и производству геотермальной энергии на душу населения и находится в первой десятке по абсолютной величине установленной мощности геотермальных электростанций. Однако её население составляет всего 300 тысяч человек, что упрощает задачу перехода на экологически чистые источники энергии: потребности в ней в целом невелики.

Помимо Исландии высокая доля геотермальной энергетики в общем балансе производства электроэнергии обеспечивается в Новой Зеландии и островных государствах Юго-Восточной Азии (Филиппины и Индонезия), странах Центральной Америки и Восточной Африки, территория которых также характеризуется высокой сейсмической и вулканической активностью. Для этих стран при их нынешнем уровне развития и потребностях геотермальная энергетика вносит весомый вклад в социально-экономическое развитие.

(Окончание следует.)

Типы земной коры и ее строение

Главнейшими элементами земного рельефа являются континенты (материки) и океаны. Соответственно выделяются континентальный, океанический и переходные (субконтинентальный и субокеанический) типы строения земной коры.

Изучение скоростей распространения сейсмических волн позволяет в разрезе земной коры выделить три слоя, которые условно называют осадочным, гранитно-метаморфическим и гранулито-базитовым (базальтовым). В пределах этих слоев скорости прохождения продольных волн соответствуют таковым в осадочных породах (1.8-5.0 км/с), гранитах (5.0-6.2 км/с) и базальтах (6.0-7.6 км/с).

Осадочный слой занимает верхнюю часть разреза земной коры. Он образован различными осадочными, в небольшом количестве вулкногенными породами с плотностью от 2.2 до 2.5 г/см 3 . Мощность этого слоя изменяется на континентах от 0 до 25 км, в океанах в среднем 300-400 м, достигая в отдельных местах 1 км.

Гранитно-метаморфический слой образован магматическими породами кислого состава, гнейсами, кристаллическими сланцами. Породы, образующие этот слой, могут быть первоначально осадочными, вулканогенными и интрузивными, впоследствии сильно дислоцированными и метаморфизованными. Плотность слоя 2.6-2.7 г/см 3 . На континентах он подстилает осадочный слой, а местами (на щитах и в горных складчатых областях) выходит на поверхность. Мощность гранитного слоя обычно не превышает 25 км. В пределах нижней части континентального склона гранитный слой выклинивается и отсутствует в океанических впадинах.

Гранулито-базитовый (базальтовый) слой залегает в нижней части разреза земной коры и отделяется от подстилающей его мантии поверхностью Мохо. Он образован магматическими и метаморфическими породами основного состава и гранулитами (гнейсами, содержащими гранат), с плотностью в пределах 2.2-2.9 г/см 3 .

Континентальная земная кора развита в пределах материковой суши и шельфа и включает все три названных слоя.

Океаническая кора характеризует впадины океанов. Здесь отсутствует гранитно-метаморфический слой и осадочный слой (мощностью до 1 км, редко более) залегает непосредственно на базальтовом.

Субконтинентальная кора развита в переходной зоне между континентами и океанами и занимает обычно область развития островных дуг океанов. Она отличается от континентальной коры общей меньшей мощностью, особенно утончается гранитно-метаморфический слой.

Субокеаническая кора развита под впадинами внутриконтинентальных морей (Черное море, Южно-Каспийская впадина, Средиземное море). Она характеризуется отсутствием гранитно-метаморфического слоя и большой мощностью осадочного слоя.