Исследование структуры экспериментального сигнала с прогнозом. Лабораторная работа 4 По дисциплине Разведочная геофизика Тема " Исследование структуры экспериментального сигнала с прогнозом "
 Скачать 0.54 Mb.
|
|
теплового излучения Земли, нагретой Солнцем, а также в результате накопления в атмосфере углекислого и др. газов антропогенного происхождения, которые аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению поверхности Земли. Повышение температуры Земли может привести к таянию полярных льдов и резкому подъему уровня Мирового океана. Водой могут быть затоплены огромные равнины. Содержащийся в воздухе водяной пар (наряду с углекислым газом) играет громадную роль в тепловом балансе земной поверхности: он пропускает большую часть солнечных лучей, но в значительной степени задерживает обратное тепловое излучение Земли и таким образом способствует сохранению ею тепла. Выделение энергии при вулканических процессах. Доля теплового излучения. Вулканы, отдельные возвышенности над каналами и трещинами земной коры, по которым из глубинных магматических очагов выводятся на поверхность продукты извержения. Вулканы обычно имеют форму конуса с вершинным кратером (глубиной от нескольких до сотен метров и диаметром до 1,5 км). Во время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованием кальдеры – крупной впадины диаметром до 16 км и глубиной до 1000 м. При подъеме магмы внешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность, и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносятся древние горные породы, а не магма, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называют фреатическим. К действующим, - относятся вулканы, извергавшиеся в историческое время или проявлявшие другие признаки активности (выброс газов и пара и проч.). Некоторые ученые считают действующими те вулканы, о которых достоверно известно, что они извергались в течение последних 10 тыс. лет. Например, к действующим следовало относить вулкан Ареналь в Коста-Рике, поскольку при археологических раскопках стоянки первобытного человека в этом районе был обнаружен вулканический пепел, хотя впервые на памяти людей его извержение произошло в 1968, а до этого никаких признаков активности не проявлялось.  Рисунок 3. Карта Земли с наиболее активными действующими вулканами. ● – обозначает зону вулканической активности. Извержение вулканов — одно из самых эффектных и грозных явлений природы. В процессе извержения из глубинных недр Земли на поверхность выносится расплавленная огненная масса (магма). Наземные вулканы образуют огромное количество лав и вулканогенно-обломочного материала. Например, во время извержения вулкана Безымянного на Камчатке в 1956 г. выброшенный из жерла вулкана обломочный материал достиг объема нескольких кубических километров, а объем излившейся лавы составил несколько десятков кубических километров. При этом высота подъема газов, паров воды, насыщенных пеплом и обломками, лав достигала 45 км. Еще больше масштабы подводного вулканизма. В пределах срединно-океанских хребтов ежегодно извергается базальтовых подводных лав приблизительно в три раза больше, чем у наземных вулканов. В соответствии с концепцией тектоники литосферных плит, - вся океанская земная кора (более – 2/3 всей поверхности Земли) сформировалась в результате глубоководного вулканизма за последние 150 млн. лет. Наземные извержения вулканов происходят практически на всех формах рельефа поверхности, сформировавшихся в результате самых различных геодинамических процессов. Отнесем сюда: островные дуги (Курило-Камчатская, Японская, Филиппинская и другие островные дуги Тихого океана, острова Индонезийского архипелага, Малые Антильские острова). Также: активные окраины континентов андийского типа (Анды и Кордильеры), зоны сочленения континентов (Кавказ и Средиземноморье), рифтовые зоны континентов (Восточная Африка и Байкал) и участки аномального вулканизма («горячие точки») в пределах срединно-океанских хребтов (Исландия, Галапагос, о. Вознесения и др.). Это и зоны аномального внутриплитового вулканизма (нагорья Ахаггар и Тибести в Африке) и районы пассивных окраин континентов (острова Зеленого Мыса, Камерун). (Рисунок 3) В зависимости от вязкости и газонасыщенности магмы наземные извержения отличаются исключительным разнообразием. При обычных для начала извержения температурах 1000 – 1200 °С вязкость магматических расплавов разного состава (в зависимости от места извержения) может изменяться от 102 до 1010 Пуаз. При этом по мере снижения температуры расплава его вязкость может возрастать на 3-4 порядка. Существуют различные типы извержений вулканов в зависимости от величины вязкости расплавов. Гавайский тип извержения, создающий чаще всего щитовидные вулканы, отличается относительно спокойным излиянием жидкой базальтовой магмы, образующий в кратерах огненно-жидкие озера и лавовые потоки. Газы образуют фонтаны, выбрасывающие комки и капли жидкой лавы, которые вытягиваются в полете в тонкие стеклянные нити (вулкан Килауэа). В стромболианском типе извержений, создающем обычно стратовулканы, наряду с излиянием жидких лав базальтового и андезито-базальтового составов, преобладающими являются небольшие взрывы, которые выбрасывают куски шлака и витые и веретенообразные бомбы. Для купольного типа извержений характерно выжимание и выталкивание вязкой (андезитовой, дацитовой или риолитовой) лавы сильным напором газа из каналов вулкана и образование куполов, криптокуполов, конусокуполов и обелисков. В вулканическом типе большую роль играют газообразные вещества, производящие взрывы и выбросы огромных черных туч, переполненных большим количеством обломков лав. Глубоководный вулканизм проявляется главным образом в осевых частях срединно-океанских хребтов и в зонах окраинных морей, где происходит излияние однообразных по составу расплавов толеитовых базальтов. В меньшей степени глубоководный вулканизм проявлен на трансформных разломах и в зонах аномального вулканизма (вулканы «горячих точек» типа Гавайского Императорского хребта). На поверхности океана глубоководное извержение вулкана обычно никак не проявляется. Выделяющиеся из волнистых, подушечных, глыбовых расплавов вулканические газы полностью поглощаются водной толщей. Процессы вулканизма, как уже отмечалось, играют большую роль в изменении облика Земли, формировании земной коры. Существенное влияние вулканизм оказывает на формирование атмосферы и гидросферы, на условия обитания живых организмов и человека. В районах, подверженных вулканизму, проживает более 400 млн. человек. В настоящее время на суше известно более 800 вулканов, извергавшихся в историческое время. Ежегодно на поверхности Земли происходит 20-30 извержений, из которых 1-2 приносят немалые разрушения существующим экосистемам. Анализ подходящего способа извлечения геотермальной энергии Выражение «геотермальная энергия» буквально означает, что это энергия тепла Земли («гео» – земля, «термальная» – тепловая). Основным источником этой энергии служит постоянный поток теплоты из раскаленных недр, направленный к поверхности Земли. Земная кора получает теплоту в результате трения ядра, радиоактивного распада элементов (подобно торию и урану), химических реакций. Постоянные времени этих процессов настолько велики относительно времени существования Земли, что невозможно оценить, увеличивается или уменьшается ее температура. Различают пять основных типов геотермальной энергии: • нормальное поверхностное тепло Земли на глубине от нескольких десятков до сотен метров; • гидротермальные системы, то есть резервуары горячей или теплой воды, в большинстве случаев самовыливной; • парогидротермальные системы – месторождения пара и самовыливной пароводяной смеси; • петрогеотермальные зоны или теплота сухих горных пород; • магма (нагретые до 1300°С расплавленные горные породы). В нашем случаем, явно фигурирует первый тип геотермальной энергии, для его извлечения и использования используют насос. Тепловой насос может полностью покрыть потребности здания в тепле, ГВС, обеспечить пассивное кондиционирование, одновременно выполняя функции энергосберегающей системы вентиляции. Затраты электроэнергии по сравнению с традиционными системами отопления/кондиционирования уменьшаются в 2 раза. Принцип работы теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника, тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Тепловой насос может забирать тепловую энергию как из воздуха внутри помещения или снаружи, так и из грунтовых вод и почвы. И поскольку температура полученного тепла, как правило, не достаточна для того, чтобы отапливать здание или обеспечивать его горячей водой, в дело вступает термодинамический процесс. Схема тепловых насосов В общем, система отопления с использованием такого альтернативного агрегата в своём составе имеет: зонд, представляющий собой, по сути, систему трубопроводов, которая находится в грунте или другой среде и служит для сбора и передачи тепла; собственно сам насос, состоящий из четырёх основных конструктивных элементов: испаритель, компрессор, конденсатор и дроссельный вентиль, объединённых трубопроводами в замкнутую систему; контур отопления. На первый взгляд может показаться, что схема тепловых насосов довольно сложная, а принцип работы теплового насоса доступен для понимания только специалисту. Однако на самом деле всё гораздо проще. Чтобы понять принцип теплового насоса достаточно посмотреть на обычный холодильник, который забирает тепло от продуктов, лежащих внутри, и отводит его через решётку на задней стенке. Только схема тепловых насосов работает с точностью до наоборот – получает тепло из внешнего источника и передаёт его внутрь. Работа теплового насоса Итак, замкнутая система с циркулирующим хладагентом, например, фреоном, температура кипения которого всего порядка 4°С. Как осуществляется работа теплового насоса? 1. Холодный фреон начинает нагреваться в результате получаемого тепла от первичного контура в виде зонда, который в зависимости от используемого источника низкопотенциального тепла помещён в грунт, воду или находится на улице. Если говорить о грунте, то, как правило, его температура в течение года колеблется в пределах 8°С. Естественно, что при растущей температуре фреон начинает закипать и переходит в газообразное состояние. 2. На втором этапе фреон всасывается компрессором, где происходит его резкое сжатие с выделением большого количества тепла – температура фреона может достигать 90°С. 3. Далее перегретый газ подаётся в конденсатор. Этой температуры вполне достаточно для организации отопления и горячего водоснабжения загородного дома тепловым насосом. В конденсаторе температура хладагента падает, при этом выделяемое тепло передаётся системе отопления. Фреон конденсируется, превращаясь газожидкостную смесь. 4. В этом состоянии смесь поступает на дроссельный вентиль – специальный клапан, где происходит резкое снижение давления и температуры фреона, которая достигает 0°С, после чего превращённый в жидкость хладагент снова поступает с испаритель для получения тепла от возобновляемого природного источника – цикл замыкается. Управление работой теплового насоса осуществляется терморегулятором. При достижении в помещении заранее заданной температуры он прекращает подачу электроэнергии на компрессор, останавливая работу системы, а при понижении температуры, включает его. На сегодняшний день наибольшее распространение получили геотермальные агрегаты, принцип работы которых основан на получения тепла от грунта. Они наиболее эффективны, надёжны, долговечны и обеспечивают стабильные характеристики независимо от погодных условий и времени года. Реконструкция геотемпературных разрезов город Оймякон Село в Оймяконском улусе Республики Якутия. Известен, как один из «Полюсов холода» на планете. В 1926 году, геолог С. В. Обручев, направляясь к хребту Черского в селе Томтор Оймяконского района записал в своём дневнике, что в этих местах возможна температура -71.2ОС. Однако, так как документальное подтверждение подлинности замеров отсутствует, официально они не признаны. 6 февраля 1933 года зафиксирована минимальная температура -67,7ОС. В целом присутствует большой разбег температур за год – разница максимальной и минимальной, она составляет 64,5ОС. Среднемесячная температура выше 0ОС сохраняется 5 месяцев: с мая по сентябрь, из которых выше отметки 100С только летние месяцы. Подробнее с сезонном ходом среднемесячной температуры можно ознакомиться в таблице 1. Проследить сезонный ход температуры можно в графике (Рисунок 4), из которого следует, что большая часть времени территория находится в отметке гораздо ниже 0ОС. Таблица 1. Средняя температура воздуха по месяцам (в Цельсиях) г Оймякон
 Рисунок 4. Сезонный ход температуры г Оймякон. Зависимость температуры от времени, время обозначено за месяц, температура (в Цельсиях) среднемесячная Морфологический состав горных пород в этом регионе представляют магматические основные и ультраосновные породы, такие как гранит, гранодиорит, магнетит, сиенит и габбро. (Таблица 2). Таблица 2. Морфологический состав горных пород г Оймякон
Построение карты распределения теплового потока Определение зоны промерзания гелиотермозоны (ГТЗ)  Где: АТ – амплитуда температур, разность максимальной температуры (  ) воздуха и среднегодовой температуры ( | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||