地热是我们常见的能源之一,也是为数不多的绿色可再生能源!全球地热最丰富的应该要数冰岛,全国超过85%的人口利用地热取暖,首都雷克雅未克全部利用地热,全世界都羡慕不已!但吃瓜群众并不关心这个,取之不尽的地热能是哪里来的?真的取之不尽?
地热来自哪里?
地热来自于地球内核的热量,从温度高达6000度的最炽热的内核到液态铁镍质外内核,再到地幔以及上地幔等,结构如下图:
由内而外,温度是逐渐降低的,到地壳表层时,温度已经和地表没有什么差异,从内到外的温度分布如下表:
我们可以了解到,只要到达30千米的地壳莫霍面时,温度就已经达到400-1000℃,如果以此开发烧水发电的话,已经绰绰有余,但很可惜我们最深的孔也只挖到了12226米,也就是12千米左右,因此要利用地热的话还是需要在地壳断裂带,炽热熔岩距离地面比较近的位置。
地球内核热量来源有两个:
放射性元素衰变
形成地球物质的引力势能
前者占了地球内部热量来源的60%-80%,是的球内核热量的主要来源,但地球已经诞生约46.5亿年,大部分放射性物质早已过了半衰期,未来的热量产出将会来越少!
后者引力势能是继承于行星形成过程中星云坍缩时角动量守恒的撞击和引力势能,这个个过程和放射性衰变一起构成了地球内核热量的来源。
内核的热量会地表传导吗
地球半径大约是6370千米,由内而外是一个温度渐变的过程,即使岩层不是热的良导体,在漫长的时间里也会慢慢向外界散发热量,传导到地球表面时约为0.085瓦/平方米,跟地球从太阳获得的功率1366瓦/平方米,这明显微不足道,但太阳由于大量的氢元素聚变,热量源源不断,而地球从诞生后即有限的放射性元素衰变和引力势能,这个数字加上地球表面巨大的面积,另外还有火山喷发与海底的热液泉等都在不断的消耗地球内部的热量。
根据科学家估算,地球从诞生起到现在大约已经下降了约500℃,对于在46.5亿年的漫长历史才下降这么一点也确实可以看到地球岩石的保温效果。但未来也许会有一些隐忧在里面。
为什么地下水还冰冷?
准确的说地下水是冬暖夏凉的,但这只是一个错觉,其实地下水大致恒温(10-22℃,不不同纬度略有差异),冬天感觉暖和是因为外界温度只有0℃左右,10℃的水就比较暖和了,如果15-20℃都能勉强算温泉了。
但等到夏天来临时,外界温度在30-35℃以上,触碰到15-20℃的水,是不是透心凉?这就是地下水冰冷的来历。当然地下水没有被地核加热是因为普通地下水深度不够,0.085瓦/平方米还不足以加热地下水,更深的地下熔岩还没有与水接触,否则就是地热资源了!
地热资源形成示意图,当然这个唯一来源是地球内部的热量。
真的取之不尽?
地热在现代能源定义中是属于可再生的一次能源,但从地球物理角度来看,它却并不是,尽管我们利用地热并不会对地球产生什么影响,因为对于地球庞大的热量来说,我们利用的不过是每年从牛身上拔一根毛,有影响吗?当然有,但是有多大呢?相信各位也知道这个比例。
真正的关键并不在此,因为地球产热机制已经大大下降,因为最大的热量来源放射性衰变物质大都已经过半衰期,也就衰变能的红利已经过了顶峰了,未来将会持续下降,而源源不断的各种途径散失热量,未来地球内核温度会逐渐降低,据科学家估计二十三亿年后后,内核的温度可能会下降到难以支撑内核液态金属流动的温度,这将导致地球磁场逐渐消失!
地磁场对于万物都很重要,没有地磁场,大多数鸟类的导航也许就要出错了,高能带电粒子也会让我们天天可以看极光,无论纬度高低,但问题是很多更高能会到达地表,大气也会在这些高能粒子的轰击下达到逃逸速度而逐渐减少......地球磁场消失绝逼不是一件好事,不过还有数十亿年,想必我们不会呆在地球上等死。