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

Почему белый медведь иногда отступает перед гризли, хотя сам значительно крупнее

Белый медведь заметно превосходит северного гризли по размерам. Взрослый самец может весить 400-500 килограммов, тогда как гризли в северных районах Аляски нередко весит около 180 килограммов....

Почему у человека нет хвоста: как потеря органа 25 миллионов лет назад помогла нам встать на ноги

У большинства современных млекопитающих есть хвост. Рыбы используют его для поступательного движения вперед, птицы управляют с его помощью направлением полета, а наземные животные применяют этот...

В Музее Тропинина «ввели» крепостное право

Ввели, конечно, исключительно в художественном смысле: новая выставка «Крепостные самородки» анализирует феномен уникальных талантов, напрочь лишенных прав.Сегодня уже не всегда припоминается, что...

Правило четности: как добавление одного атома заставляет молекулу включать и выключать сверхпроводимость

Главное препятствие на пути к созданию практических квантовых компьютеров — нестабильность квантовых состояний. Любая элементарная частица или искусственная квантовая ячейка (кубит)...

Как устроен кассетный магнитофон «Вильма-311-стерео» и почему в нём нет встроенных динамиков

«Вильма-311-стерео» выпускал Вильнюсский приборостроительный завод «Вильма» с начала 1983 года. Это последняя модификация в линейке СМ-14, которую начинала базовая «Вильма-302-стерео». Аппарат...

Почему у маленькой кошки зрачки вертикальные, а у огромного льва круглые

Домашняя кошка и лев принадлежат к одному семейству и оба охотятся на других животных. Однако у кошки зрачки при ярком свете становятся вертикальными, а у льва остаются круглыми. Казалось бы,...