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
| Мнение | Оффтопик

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.
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

Угольный фильтр в холодильнике: нужен ли он и стоит ли за него платить

Современный холодильник представляет сложную система, где воздух постоянно циркулирует для равномерного охлаждения всех продуктов. При хранении разнообразной еды в камере могут появляться...

Гидропонная ферма своими руками: создаём установку для свежей зелени на подоконнике с 3D‑принтером QIDI Max4

Свежая зелень круглый год: как собрать гидропонную систему с помощью 3D‑печати на примере QIDI Max4. Свежая зелень в доме круглый год — об этом, пожалуй, мечтают многие, и не имеет...

Роботы научились «плавать» в пространстве-времени, используя формулы Эйнштейна

Благодаря научно-фантастическим фильмам мы уже привыкли, что на основе Общей теории относительности Эйнштейна мы когда-то в далёком будущем сможем покорять пространство-время. А сейчас эту теорию...

Обзор комбо-устройства Inspector Mike S Pro – возможности комбо-устройства без лишних ожиданий

Inspector Mike S Pro это комбайн, вобравший в себя функции видеорегистратора, радар-детектора и GPS-информера в одном корпусе. Модель получила рупорную антенну с LNA-усилителем, распознавание...

Мы десятилетиями недооценивали Вселенную: астрономы обнаружили водородный туман, скрывающий настоящие размеры галактик

На протяжении многих десятилетий астрономические наблюдения строились вокруг изучения звезд. Когда исследователи направляли телескопы в космос, они фиксировали свет светящихся объектов и на основе...

Почему наличие великих рек не спасает Индию от дефицита чистой воды

Индия кажется страной, где проблем с водой быть не должно по определению. Ежегодно на её территорию выпадает около 4 000 млрд кубометров осадков. Для масштаба: это примерно одна шестая объёма...