Почему в шахтах на глубине очень жарко, а грунтовые воды холодные

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Полезные ископаемые человечество добывает давно, и самое интересное уже откопано открытым способом. Теперь для эффективной добычи приходится рыть в толщу земли, создавая сложные инженерные сооружения — глубокие шахты. В процессе их разработки шахтеры сталкиваются с рядом природных явлений, одно из которых — высокая температура в глубинных слоях Земли. Одновременно с этим, грунтовые воды, находящиеся на тех же или меньших глубинах, остаются холодными. Это противоречие вызывает интерес и требует объяснения с точки зрения геофизики и гидрологии.

Автор: Shahir Chundra Источник: commons.wikimedia.org

Почему в шахтах жарко

Для начала рассмотрим феномен повышения температуры в шахтах с глубиной. Основной причиной этого является геотермический градиент — один из фундаментальных параметров геологии нашей планеты. Геотермический градиент характеризует скорость увеличения температуры с глубиной. В среднем по Земле этот показатель составляет около 25-35 градусов Цельсия на каждый километр глубины. Это означает, что по мере продвижения вниз температура окружающих пород будет неизбежно расти. Большой вклад в описание этого феномена внесло изучение Кольской сверхглубокой скважины (самая глубокая скважина, созданная человечеством). Там на глубине 12,2 км зафиксированная температура больше 220 градусов.

Кольская экспериментальная сверхглубокая скважина, устье в 2022 г.
Кольская экспериментальная сверхглубокая скважина, устье в 2022 г.
Автор: Alexander Novikov Источник: ru.wikipedia.org

Причины такого температурного градиента связаны с несколькими факторами. Во-первых, это внутреннее тепло Земли, которое выделяется благодаря радиоактивному распаду элементов в недрах планеты. Во-вторых, тепловой поток от ядра и мантии к поверхности также способствует повышению температуры по мере углубления в земную кору.

На данный момент в мире самая глубокая действующая шахта — Мпоненг в ЮАР, где добывают золото. Работает она с 1986 года и продолжает углубляться. Ее шахтный ствол уходит на глубину около 4 км («лифт» туда едет всего-то 1,5 часа), и температура там 60-65 градусов Цельсия при высокой влажности! Чтобы поддерживать приемлемый климат для шахтеров, работает огромная климатическая установка, которая гонит вниз воздух с кристаллами льда, а стены изолируют специальным бетоном.

Автор: Deo photographer Источник: commons.wikimedia.org

Эта глубокая шахта получила мировую известность в научном мире еще и благодаря уникальным бактериям Candidatus Desulforudis audaxviator, найденным на глубине почти 3 км в толще породы. Эти микроорганизмы необычны тем, что для жизни и воспроизводства им не нужен свет и кислород (да и вообще контакт с остальной земной биосферой), а питаются они благодаря радиоактивному распаду.

Грунтовые воды

Однако когда речь заходит о грунтовых водах, ситуация кажется иной. Эти воды часто оказываются относительно холодными даже на больших глубинах. Почему же так происходит? Ответ кроется в особенностях циркуляции воды и ее теплоемкости.

Грунтовые воды формируются за счет атмосферных осадков и протекают через породы земли до достижения определенных подземных резервуаров или аквиферов (водоносные горизонты). В процессе своей миграции они взаимодействуют с поверхностным климатом и сохраняют его температуру на протяжении длительного времени. Более того, вода обладает высокой теплоемкостью — способностью сохранять тепло — что позволяет ей медленно менять свою температуру.

Автор: T.C. Winter, J.W. Harvey, O.L. Franke Источник: commons.wikimedia.org

Кроме того, движение грунтовых вод может быть довольно активным: они могут быстро перемещаться между различными уровнями аквиферов или даже иметь выходы на поверхность в виде источников или родников. Такое движение помогает поддерживать температуру воды более стабильной и близкой к средней годовой температуре региона.

Таким образом, высокие температуры в шахтах обусловлены естественным процессом нагрева пород вследствие геотермического градиента, тогда как прохладность грунтовых вод связана с их циркуляцией и высокой теплоемкостью. Понимание этих процессов важно не только для научного изучения Земли, но и для практического применения знаний при проектировании горнодобывающих работ и управлении водными ресурсами.

Спасибо за внимание.

Изображение в превью:
Автор: Shahir Chundra
Источник: commons.wikimedia.org
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Для связи bdos@rambler.ru

7 комментариев

Добавить комментарий

lexus08
Сильно зависит от локации. Каких только чудес и аномалий не встретить. Та же протяженная Новоафонская пещера
u
Бактерии Candidatus Desulforudis audaxviator, питающиеся благодаря радиоактивному распаду — формулировка наводит на мысль, что именно радиацией питается.
Но это сульфатвосстанавливающие бактерии, получающие энергию при понижении степени окисления серы, т.е. от химических реакций.
А вот водород, необходимый для этого, получается при радиолизе воды — разложении под действием ионизирующего излучения от распада радиоактивных материалов.
Кстати, в Западной Сибири они тоже водятся, и в Долине Смерти в Калифорнии.
Hotrodeo_777
А как там с радиактивностью на такой глубине?
bdos
Уровень выше нормы, в твердых породах распад идет
G
«самое глубокая скважина...» — поправьте, пожалуйста
Dupych
Чем ближе к Аду, тем жарче

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как на самом деле погибнет Солнечная система: новое исследование опровергло вечную стабильность орбит

Вопрос о том, способна ли планетная система существовать вечно, определил само зарождение теоретической астрономии. Размышляя о законе всемирного тяготения и наблюдая за орбитами Юпитера и...

Поставил проектор на шкаф под углом, а он сам всё настроил на экран 130": обзор TrendVision Luma Arc

Когда хочется смотреть фильмы на большой диагонали, обычный телевизор уже не всегда кажется подходящим решением. Но с проекторами есть другая проблема: нужно найти место для установки, выставить...

Как буква «Ё» появилась в русском языке и почему её часто не используют

В книге можно встретить «елку», «ежика» и «теплый вечер» — и без труда понять, какие слова имелись в виду. Но с выражениями «все готово» или «мы узнаем» такой уверенности уже нет:...

Остров изгнанников: почему с острова Спиналонга в XX веке никто не возвращался

Остров, с которого не возвращаются. Звучит зловеще. Как сюжет для фильма ужасов не самого высокого пошиба, потому что тема, мягко говоря, избитая. Но это в кино, а в реальности и жуть, и интерес...

Белка не впадает в спячку: где она живёт зимой, если в дереве нет дупла

Зимой белку можно встретить в парке даже после снегопада. Она перебегает между деревьями, копается возле корней и снова исчезает в кроне. Но где зверёк проводит ночь, когда ветки покрыты снегом, а...

MuseHiFi U3 — мал, да удал — обзор мобильного ЦАПа/усилителя для наушников с 3,5 и 4,4 разъемами

Про компанию MuseHiFi я, конечно же, раньше слышал, но никогда ранее не имел дела с их девайсами. MuseHiFi — это китайский бренд, основанный в 2022 году и специализирующийся на...