Вся экология | Реклама | Что такое экология? | О нас | Подписка | RSS

Вся экология | Экологические новости



Опубликовано 04/12/2007, в 10 ч. 36 мин., 1776 просмотров

Гелий-3 стал энергетической ищейкой

Thinkstock / East News
Геотермальные источники - огромный резервуар энергии, способный удовлетворить энергетические потребности Земли. Однако искать их в невулканических районах сложно и дорого. Теперь появился новый способ такого поиска: на близость горячих недр указывают повышенные концентрации гелия-3.

Ученые-геохимики, Мак Кеннеди из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Маттейс ван Суст из университета Аризоны открыли новый способ выявления потенциальных геотермальных источников энергии в процессе изучения геологической структуры в Провинции бассейнов и хребтов на северо-западе США.

В настоящее время принято считать, что геотермальные источники энергии, пригодные для освоения человеком, существуют лишь в местах вулканической активности. Ими, например, являются гейзеры. Ресурсы же геотермальной энергии, на которые указывают Кеннеди и ван Суст, берут свое начало не в вулканических зонах, а из потоков горячего вещества мантии, просачивающихся через сетку глубинных разломов в нижних слоях земной коры. Отчет о своей работе ученые опубликовали в последнем выпуске журнала Science.

Как говорит Кеннеди, пригодный для освоения источник геотермальной энергии должен удовлетворять трем основным условиям. Во-первых, он должен обладать большим температурным градиентом, то есть потоки мантии должны близко подходить к скальной породе. Во-вторых, источник должен иметь пополняемый подземный резервуар с жидкой средой, которой, как правило, является вода - именно она будет выносить тепло и давление на поверхность, где мы можем их использовать. Кроме того, под источником должна существовать сеть глубинных пор, по которым потоки из мантии смогут добираться до горячей зоны источника, принося с собой тепло.

Кеннеди и ван Суст считают, что изобрели способ поиска источников, удовлетворяющих всем трём условиям - в первую очередь, третьему, выполнение которого очень трудно и дорого проверять. Эта методика позволяет оценивать проницаемость подземных каналов, образующихся не в результате вулканической активности, а в результате глубинных подвижек земной коры.

Изобретение появилось из анализа соотношения изотопов гелия в образцах, полученных методами бурения, из поверхностных источников, а также из открытых дренажных отверстий на поверхности. Ключом здесь стал изотоп гелия-3, который образуется только в ходе термоядерного синтеза в недрах звезд. Реликтовый гелий-3, оставшийся в Солнечной системе со времён её образования, в довольно больших количествах сохраняется по сей день в мантии Земли; в атмосфере его существенно меньше.

Земная кора, в свою очередь, содержит большое количество радиоактивных элементов, таких как уран или торий, подвергающихся медленному радиоактивному альфа-распаду. Продуктом такого распада являются ядра атомов гелия-4. Таким образом, именно соотношение гелий-3/гелий-4 в подземных водах позволяет оценить глубину и разветвленность подземных каналов, через которые они идут. Высокое содержание гелия-3 в таком случае означает, что подземные воды омывают мантийные породы, низкое же служит индикатором того, что вода или другие жидкости и близко не подходят к границе раздела кора - мантия.

Высокие соотношения изотопов гелия обычно встречаются в вулканических зонах, где потоки мантии проникают сквозь вязкие слои нижних отделов земной коры. Когда же ученые обнаружили высокие соотношения гелий-3/гелий-4 в удаленных от вулканической активности зонах, то сразу предположили некий иной механизм проникновения мантийных потоков через кору.

Ключом к пониманию этого механизма явилась геологическая структура района исследований - Провинции бассейнов и хребтов. В целом она характеризуется горными цепями, простирающимися с юга на север, перемежаемыми широкими и относительно ровными равнинами (бассейнами), которые, по сути, являются просаженными участками земной коры, наполненными различными горными породами, опустившимися с горных цепей в ходе их эрозии. С другой стороны, такая топография местности могла быть результатом расширения земной коры в направлении с запада на восток, которое происходило последние 30 миллионов лет. В результате этого расширения кора здесь тоньше, чем в большинстве других уголков планеты, по крайней мере, если речь идёт о континентах. А наименьшая толщина означает наибольшие температурные градиенты.

Грани блоков, составляющих рельеф этой местности и несущих на себе горные цепи, представляют собой разрывы земной коры, уходящие вглубь почти вертикально. Эти разломы хорошо очерчены в верхних слоях хрупкой коры. Однако, когда плоскость разлома достигает вязких нижних слоев, изменения в плотности и вязкости коренным образом меняют распределение напряжений, искажают плоскость разлома, которая становится более горизонтальной. В этой зоне и образуются проницаемые каналы, открывающие доступ к мантии.

Одна из наиболее сейсмически активных зон района находится в так называемом сейсмическом поясе Центральной Невады. Исследования ученых были сконцентрированы в термальной системе долины Дикси, находящейся по соседству с бассейном Стиллуотер. Они показали, что наиболее высокие значения соотношения изотопов гелия наблюдались именно в водах разлома Стиллуотер. Сама Провинция бассейнов и хребтов включает в себя часть территории Калифорнии, Невады, Орегона, Айдахо и Юты.

В своем исследовании ученые отметили также неизменный рост концентрации гелия-3 при движении поперёк района - с востока на запад. Именно в западных районах расширение земной коры идёт быстрее всего, что вызвано дополнительным напряжением из-за движения тихоокеанской тектонической плиты на север мимо североамериканского континента. Исследователи уверены, что это дополнительное напряжение приводит к более интенсивному расширению земной коры, что и открывает дорогу подземным жидким потокам к мантии.

Повышенные соотношения изотопов гелия, указывающие, по мнению геологов, на потенциальные источники геотермальной энергии, таким образом, соответствуют более проницаемым и тонким участкам земной коры. Выявленное соответствие позволяет ученым говорить о применимости их методики для обнаружения геотермальных источников в других местах.

До сих пор никому не удавалось выявить столь строгое соответствие между поверхностными геохимическими эффектами и структурой глубинных участков, более того, применять его для количественной оценки глубинных процессов.

Переход на возобновляемые геотермальные источники энергии, не испускающие парниковых газов в ходе своей работы, является важным шагом для энергетики США. Предварительная оценка мощности геотермальных источников энергии в США в 3000 раз превышает современные запросы этого государства, даже без учета Аляски и Гавайских островов. Учёные надеются вскоре применить свою методику для поиска наиболее перспективных участков геотермальной активности.





Источник Газета.Ru




Комментарии

Популярные новости:

Архив новостей:

Экопортал не гарантирует достоверность материалов. Позиция Экопортала не всегда может совпадать с позицией, изложеной в материале. Экопортал не несет ответственности за какие-либо ошибки, также за какие-либо действия, предпринятые на основании этих материалов.

© ECOportal 2002-2019 гг.

Вся экология: Новости, Архив новостей, Пресс-релизы, Экспорт новостей, Каталог организациий, Экологические ссылки, Добавить ссылку, Календарь событий, Добавить событие в календарь, Статьи, Книги, Рефераты, Законы и документы, Составы отходов, Экологический словарь, Доска объявлений, Голосования, Реклама на сайте, Рассылка, RSS, Обучение

Авторские права на материалы принадлежат Всероссийскому Экологическому порталу, за исключением тех, где явно указан автор. При полном или частичном цитировании всех материалов ссылка на Всероссийский Экологический портал обязательна. Все предложения по работе сайта отправляйте на электронный ящик администратора.

RSS лента
Rambler's Top100
Rambler's Top100