Термодинамические параметры земной коры

Термодинамические процессы горного производства

Тепло земных недр.

Термодинамические параметры земной коры

Верхняя толща горных пород Земли называется земной корой. Мощность земной коры в среднем колеблется от 7-10 км под дном океана и до 35-40 км на континенте. Ниже земной коры располагаются верхняя и нижняя мантия Земли, далее следует внешнее и внутреннее ядра Земли.

Плотность Земли возрастает с глубиной, на поверхности она равна 2,7∙103 кг/м3, а во внутреннем ядре, т.е. на глубине 5100-6371 км, составляет (12-12,3) ∙103 кг/м3. Это связано с увеличением давления Р по мере приближения от поверхности Земли к ее центру, которое можно рассчитать по формуле:

где r – текущее значение радиуса Земли, м;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

γ – текущее значение плотности (γ=γ(r)) кг/м3;

Г – гравитационная постоянная, Г=6,67∙10-11 м3/(кг∙с2);

m – масса сферы радиусом r, кг.

Согласно данному уравнению, давление в центре Земли должно составлять около 3,5∙105 млн Па.

С позиции ведения горных работ интерес представляют термодинамические параметры земной коры и то лишь в ее верхних слоях.

Температура земной коры в слое пород, непосредственно прилегающем к поверхности Земли, зависит от времени суток и года. Глубина, до которой прослеживается влияние атмосферных колебаний температуры, достигает не более 20 м (чаще всего эта глубина составляет 6-7 м). Ниже этой глубины температура пород повышается. Таким образом, существует слой породы, в котором температура остается постоянной в любое время года. Этот слой называется нейтральным. Глубина залегания нейтрального слоя Н0 (м) не одинакова для различных районов Земли, но постоянна для данного района.

С увеличением глубины Н ниже нейтрального слоя температура горных пород земной коры увеличивается по линейному закону:

где Т0 – температура нейтрального слоя, К;

Гг – геотермический градиент, Гг=dT/dH, К/м.

Величина, обратная геотермическому градиенту, называется геотермической ступенью (Гс=dH/dT).

На некоторых гонодобывающих предприятиях, особенно в районах с большими значениями геотермического градиента, на глубинах более 1,5-2 км температура горных пород превышает санитарные нормы, что требует применения специальных технико-гигиенических мероприятий для обеспечения нормальных условий труда.

При среднем геотермическом градиенте, равном 0,032 К/м, температура на глубине 5 км составит около 160˚С. Количество тепла, аккумулированное в 1 км3 горных пород составит около (12-20)∙103 кДж, что эквивалетно теплу, получаемому при сжигании (4,3-7,1) ∙106 т условного топлива (теплота сгорания условного топлива равна 29,3∙103 кДж/кг). Для сопоставления интересно отметить, что суммарная теплота сгорания всех мировых запасов топлива составляет примерно 16∙1019 кДж.

Так как с увеличением глубины ниже нейтрального слоя температура горных пород повышается, то, согласно второму закону термодинамики, тепло движется из глубинных слоев земной коры к ее поверхности. Удельный тепловой поток Земли при этом равен

где λ– теплопроводность горных пород, Вт/(м∙К).

Знак минус свидетельствует о том, что геотермический градиент направлен снузу вверх, а глубина – сверху вниз.

Средний удельный тепловой поток из недр Земли к ее поверхности составляет qср=7∙10-2 Вт/м2. Общее количество тепла, выделяемое с поверхности Земли при данном удельном тепловом потоке, составляет 8∙1020 Дж/год, что эквивалентно теплу, получаемому при сжигании 27 млрд т условного топлива или примерно 1,9∙1010 т нефти.






Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 610; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.026 сек.