जियोथर्मल ग्रेडिएंट क्या है?

सरल उत्तर यह है कि भूतापीय प्रवणता पृथ्वी के भीतर गहराई में वृद्धि से संबंधित तापमान में वृद्धि की दर है। हालांकि भूतापीय पृथ्वी को संदर्भित कर सकता है, अवधारणा तकनीकी रूप से अन्य ग्रहों पर भी लागू हो सकती है।

पृथ्वी की आंतरिक गर्मी कई पहलुओं का एक संयोजन है, जैसे ग्रहों का निर्माण, रेडियोधर्मी क्षय के माध्यम से उत्पन्न गर्मी, कोर क्रिस्टलीकरण से गुप्त गर्मी, और अन्य स्रोतों से गर्मी। पृथ्वी के मुख्य घटक जो ऊष्मा उत्पन्न करते हैं वे पोटेशियम-40, यूरेनियम-238, यूरेनियम-235 और थोरियम-232 हैं। जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, पृथ्वी का केंद्र अत्यधिक उच्च तापमान तक पहुँचता है, 7,000 K तक, बहुत उच्च दबाव के साथ जो 360 GPa तक पहुँच सकता है।

क्योंकि पृथ्वी द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को रेडियोधर्मी क्षय के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि हमारे ग्रह द्वारा उत्पन्न ऊष्मा पृथ्वी के पहले के इतिहास में बहुत अधिक रही होगी। लगभग 3 अरब साल पहले, उत्पादित गर्मी आज की तुलना में दोगुनी होती। उत्पादित ऊष्मा की इन विशाल मात्राओं के परिणामस्वरूप अधिक तापमान प्रवणता, मेंटल संवहन की बढ़ी हुई दर और प्लेट टेक्टोनिक्स, आग्नेय चट्टानों जैसे कोमाटाइट्स के उत्पादन की अनुमति देते हैं जो आज नहीं बनते हैं।

क्रस्ट और मेंटल के भीतर भू-तापीय प्रवणता कैसे भिन्न होती है?

भू-तापीय ताप की उत्पत्ति पृथ्वी की पपड़ी में स्वाभाविक रूप से होने वाले रेडियोधर्मी समस्थानिकों के क्षय से बहुत प्रभावित होती है। इस महाद्वीपीय क्रस्ट में कम घनत्व वाले खनिजों की भीड़ है और इसमें यूरेनियम जैसे भारी लिथोफिलिक खनिजों की बड़ी मात्रा है। नतीजतन, क्रस्ट में पृथ्वी पर पाए जाने वाले रेडियोधर्मी तत्वों का सबसे बड़ा भंडार है। यह पृथ्वी की उन परतों के लिए विशेष रूप से सच है जो सतह के करीब हैं; प्राकृतिक समस्थानिक ग्रेनाइट और बेसाल्टिक चट्टानों में समृद्ध हैं।

मेंटल खनिजों को बदलने में उनकी अक्षमता और आंशिक पिघलने में परिणामस्वरूप संवर्धन के कारण, इन उच्च स्तर के रेडियोधर्मी तत्वों को ग्रह के मेंटल से काफी हद तक बाहर रखा गया है। मेंटल में उच्च घनत्व वाले खनिज होते हैं जिनमें परमाणुओं की एक उच्च सामग्री होती है, जिसमें अपेक्षाकृत छोटे परमाणु रेडी होते हैं, जैसे मैग्नीशियम, टाइटेनियम और कैल्शियम।

ताप स्रोत

ग्रह की प्रकृति के कारण, आप जितनी गहराई में यात्रा करते हैं, पृथ्वी के भीतर का तापमान बढ़ता जाता है। टेक्टोनिक प्लेटों के हाशिये पर, आप 650 और 1200 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर अत्यधिक चिपचिपी या आंशिक रूप से पिघली हुई चट्टानें मिलने की उम्मीद कर सकते हैं। यह क्षेत्र में भूतापीय ढाल को बढ़ाता है, लेकिन केवल बाहरी कोर को पिघला हुआ या द्रव अवस्था में मौजूद माना जाता है। लगभग 2200 मील गहरे, आंतरिक और बाहरी कोर में पृथ्वी की गहराई में तापमान लगभग 5650 + 600 केल्विन होने का अनुमान है। पृथ्वी की ऊष्मा सामग्री 1031 जूल है।

जैसा कि हम जानते हैं, उत्पन्न होने वाली अधिकांश ऊष्मा स्वाभाविक रूप से सड़ने वाले रेडियोधर्मी तत्वों का उपोत्पाद है। अधिक विशेष रूप से, यह अनुमान लगाया गया है कि पृथ्वी से निकलने वाली गर्मी का 45 से 90% इन क्षयकारी तत्वों से उत्पन्न होता है। पृथ्वी पर ज्वारीय बल घूर्णन के दौरान ऊष्मा उत्पन्न कर सकते हैं; परिणामी ज्वार गर्मी के रूप में पृथ्वी के अंदर ऊर्जा का प्रसार करते हैं। हालांकि, विभिन्न लोकप्रिय सिद्धांतों की परवाह किए बिना, कोई भी सबूत यह सुझाव नहीं देगा कि पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र किसी भी महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी उत्पन्न करता है।

भूतापीय ढाल अनुप्रयोग

जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, भू-तापीय ऊर्जा पृथ्वी के भीतर से गर्मी लेकर और इसे प्रयोग करने योग्य, नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करके उत्पन्न की जाती है। भू-तापीय प्रवणता लगभग कई वर्षों से है और इसका उपयोग रोमन साम्राज्य के पतन से पहले से ही अंतरिक्ष को गर्म करने और स्नान करने के लिए किया जाता रहा है। नवीनतम तकनीक बिजली उत्पन्न करने के लिए भूतापीय ऊर्जा का उपयोग कर रही है। जैसा कि हमने देखा है, मानव आबादी लगातार बढ़ रही है, जिससे ऊर्जा के अधिक स्रोतों की हमारी आवश्यकता बढ़ रही है। पर्यावरणीय प्रभाव इस जरूरत और बिजली और बिजली स्रोतों की बढ़ी हुई मात्रा के उपयोग के साथ आते हैं। इसने अधिक रुचि पैदा की है और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों को खोजने की आवश्यकता है जिनका पर्यावरणीय प्रभाव कम हो।

भूतापीय ऊर्जा के उच्च घनत्व वाले क्षेत्रों में, हमारे पास मौजूद वर्तमान तकनीक उच्च तापमान के कारण विद्युत ऊर्जा के उत्पादन और उत्पादन की अनुमति देती है। भू-तापीय ऊर्जा का उपयोग करने की सबसे आकर्षक विशेषताओं में से एक यह है कि इसका उपयोग ईंधन के उपयोग के बिना किया जा सकता है, जबकि 90% से अधिक की दर पर विश्वसनीय शक्ति भी प्रदान करता है। भू-तापीय ऊर्जा का दोहन करने के लिए, भू-तापीय जलाशय से बिजली संयंत्र में गर्मी को स्थानांतरित करना आवश्यक है।

इन संयंत्रों से, जनरेटर से जुड़े टर्बाइन के माध्यम से भाप प्रवाहित करके विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा से परिवर्तित किया जाता है। ग्रहों के पैमाने पर, पृथ्वी के भीतर संग्रहीत ऊष्मा ऊर्जा का एक स्रोत प्रदान करती है जिसे विदेशी माना जाता है। 2007 तक, दुनिया भर में लगभग 10 GW की भू-तापीय विद्युत क्षमता स्थापित की जा चुकी है। यह हमारी सभ्यता के लिए बिजली की वैश्विक मांग का 0.3% उत्पन्न करता है। जिला हीटिंग, स्पेस हीटिंग, स्पा, औद्योगिक प्रक्रियाओं, विलवणीकरण और कृषि उपयोगों के लिए अतिरिक्त 28 GW की भू-तापीय ताप क्षमता स्थापित की गई है।

भू-तापीय ढाल की गणना करते समय, याद रखें कि तापमान में परिवर्तन गर्मी के प्रवाह से प्रभावित होता है (जो कि क्यू द्वारा दर्शाया गया है)। एक साधारण समीकरण का उपयोग करते हुए, हमने पाया है कि इस ऊष्मा प्रवाह की गणना Q=KT/Z का उपयोग करके की जा सकती है, जहाँ K तापीय चालकता का प्रतिनिधित्व करता है। हालांकि, पृथ्वी के कोर में कितनी गहराई के आधार पर तापमान अलग-अलग होगा। जब हम पृथ्वी की सतह पर तापमान का उल्लेख करते हैं, तो ये निश्चित रूप से सूर्य की गर्मी और वायुमंडलीय गर्मी से प्रभावित होते हैं। ऐसे कुछ मामले और उदाहरण हैं जहां क्षेत्रीय तापमान गर्म झरनों और लावा प्रवाह से प्रभावित होते हैं। नीचे सूचीबद्ध तापमान हैं जो पृथ्वी के कोर की विभिन्न गहराई पर मापा जाता है।

पृथ्वी की सतह से 200 फीट नीचे उथली गहराई पर तापमान 11 डिग्री सेल्सियस मापा जा सकता है। सतह और 400 फीट नीचे के बीच के क्षेत्र में गहराई से जाने पर ढाल अलग-अलग हो सकती है। यह वायुमंडलीय परिवर्तन और उस बल पर निर्भर करता है जिसके साथ भूजल परिचालित होता है। गहराई के आधार पर तापमान वृद्धि में वृद्धि होगी; यह उदाहरण क्रिया में भूतापीय ढाल गणना है।

यह गणना क्षेत्र के अनुसार भी बदल सकती है; उदाहरण के लिए, आप मिड-अटलांटिक रिफ्ट और अलेउतियन चेन के लिए अलग-अलग अनुमानों की उम्मीद कर सकते हैं। इन्हें आम तौर पर उच्च ग्रेडियेंट के रूप में जाना जाता है। ये आम तौर पर भू-तापीय ग्रेडियेंट मानचित्र का उपयोग करके रिकॉर्ड किए जाते हैं, जो उन उद्योगों और संस्थानों के लिए एक उपयोगी उपकरण है जो भू-तापीय ग्रेडियेंट से लाभ प्राप्त करना चाहते हैं।

यह नक्शा उच्च ग्रेडिएंट वाले क्षेत्रों का पता लगाता है और कम ग्रेडिएंट वाले क्षेत्रों को सूचीबद्ध करता है। यह अन्वेषण और बिजली उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण है। अपलैंड भू-तापीय क्षेत्रों का पता लगाने की इच्छुक कंपनियों को भू-तापीय प्रवणता का कार्यसाधक ज्ञान होना चाहिए, क्योंकि यह किसी विशिष्ट क्षेत्र या क्षेत्र में उपयोग करने के लिए सही उपकरण निर्धारित करेगा। यदि भू-तापीय ढाल मानचित्र का तात्पर्य है कि किसी क्षेत्र या क्षेत्र में उच्च ढाल है, तो ये क्षेत्र भू-तापीय ऊर्जा निकालने के लिए एक आदर्श स्थान के रूप में काम कर सकते हैं। ग्रेडिएंट फॉर्मूले के साथ मिलकर ये कंपनियां और संस्थान जान सकते हैं कि कितनी ऊर्जा निकाली जा सकती है और इसे कैसे करना है।

भूतापीय ऊर्जा का पर्यावरणीय प्रभाव

एक उदाहरण के रूप में दक्षिण-पश्चिम आइसलैंड में 120 MWe Nesjavellir पावर स्टेशन का उपयोग करते हुए, पृथ्वी के आंतरिक भाग से निकाले गए तरल पदार्थों में गैसों का मिश्रण हो सकता है। सबसे आम कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), हाइड्रोजन सल्फाइड, मीथेन, अमोनिया और रेडॉन हैं। यदि इन गैसों को छोड़ा जाता है, तो वे ग्लोबल वार्मिंग, अम्लीय वर्षा, विकिरण और हानिकारक धुएं में योगदान कर सकती हैं। भू-तापीय विद्युत संयंत्र अभी भी उपयोग में हैं जो औसतन 45 किलोग्राम CO2 का उत्पादन करते हैं। तुलना के लिए, एक कोयले से चलने वाला बिजली संयंत्र कार्बन कैप्चर और स्टोरेज के साथ संयुक्त नहीं होने पर 1,001 किलोग्राम CO2 प्रति मेगावाट-घंटे का उत्सर्जन करता है।

हालांकि, सुरक्षा के उपाय मौजूद हैं और जिन स्टेशनों पर तेजाब और खतरनाक रसायनों का उच्च स्तर होता है, वे आम तौर पर उत्पादित निकास की मात्रा को कम करने के लिए इन प्रणालियों से लैस होते हैं। कैप्चर और स्टोरेज के रूप में, भू-तापीय स्टेशनों के लिए इन गैसों को वापस पृथ्वी पर इंजेक्ट करना सैद्धांतिक रूप से संभव है। इसके अतिरिक्त, भू-तापीय स्रोतों के गर्म पानी में पारा, आर्सेनिक, बोरॉन, सुरमा और नमक जैसे जहरीले रसायनों की ट्रेस मात्रा हो सकती है। यदि जारी किया जाता है, तो ये रसायन कुछ पर्यावरणीय क्षति का कारण बन सकते हैं। भूतापीय तरल पदार्थ को वापस पृथ्वी में इंजेक्ट करने का अभ्यास उत्पादन को प्रोत्साहित करने और उनके द्वारा उत्पन्न पर्यावरणीय जोखिमों को कम करने के लिए दिखाया गया है।

बिजली स्टेशनों और बिजली संयंत्रों के निर्माण से हानिकारक गैसों को वातावरण में नहीं छोड़ा जाना चाहिए। हालांकि, वे जमीन की स्थिरता को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, न्यूजीलैंड में वैराकेई क्षेत्र में धीरे-धीरे भूस्खलन हुआ है। पानी के अंतःक्षेपण के कारण उन्नत भू-तापीय प्रणालियाँ भूकंप ला सकती हैं। इस तरह के विरोध के कारण उन परियोजनाओं में से एक को रोक दिया गया था। बासेल, स्विट्जरलैंड में, बाढ़ के पहले छह दिनों के दौरान, 10,000 से अधिक भूकंपीय घटनाएं हुईं, उनमें से कुछ रिक्टर पैमाने पर 3.4 तक थीं।

भू-तापीय के लिए न्यूनतम भूमि और पानी की आवश्यकताएं हैं, और स्टेशन कोयला सुविधाओं और पवन फार्मों के लिए 3,632 और 1,335 वर्ग मीटर के बजाय केवल 404 वर्ग मीटर प्रति GW-h का उपयोग करते हैं। जहां तक ​​पानी की खपत का संबंध है, वे परमाणु, कोयला या तेल के लिए 1000 लीटर प्रति मेगावाट-एच के बजाय 20 लीटर ताजे पानी का उपयोग करते हैं। हालाँकि, भू-तापीय विद्युत संयंत्रों को गीज़र के प्राकृतिक चक्र को बाधित और बाधित करने के लिए भी जाना जाता है। उदाहरण के लिए, डबल-फ्लैश स्टेशन के विकास के कारण ब्योवावे, नेवादा गीजर का प्रस्फुटन बंद हो गया।

पृथ्वी की पपड़ी का औसत भूतापीय ढाल क्या है?

जैसा कि हम जानते हैं कि जैसे-जैसे आप नीचे जाते हैं, पृथ्वी का आंतरिक तापमान बढ़ता जाता है। पृथ्वी की सतह के पास औसत ढाल लगभग 77 डिग्री फ़ारेनहाइट प्रति किलोमीटर गहराई है। पृथ्वी जितनी गहराई में जाती है उतनी ही गर्म होती जाती है क्योंकि रेडियोधर्मी क्षय से ऊर्जा और ऊष्मा ग्रह के कोर से बाहर की ओर रिसती है। आप सोच रहे होंगे कि अगर पृथ्वी जितनी गहराई तक गर्म होती है, समुद्र के साथ इसका उल्टा क्यों होता है? हालांकि भू-तापीय ऊर्जा को समुद्र तल में स्थानांतरित किया जाता है, प्रभाव हमारे ग्रह को कवर करने वाले समुद्र की मात्रा के सापेक्ष इतना छोटा है कि प्रभाव अपेक्षाकृत नगण्य हैं।

उच्चतम भूतापीय ढाल कहाँ है?

उच्चतम भू-तापीय प्रवणता मध्य-महासागर की चोटियों या द्वीप चापों में मापी जाती है जहाँ मैग्मा सतह के करीब होता है। वैकल्पिक रूप से, सबसे कम ढाल सबडक्शन जोन में होते हैं जहां ठंडा लिथोस्फीयर पृथ्वी के मेंटल में डूब जाता है।