书城童书科普知识百科全书——《能源知识篇》(上)
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第9章 地下“热库”(1)

天然“大锅炉”

我们生活在地球上,脚下是“坚如磐石”的大地,可大地之下又是什么呢?

最简单的想法是地下统统是坚硬的岩石,整个地球就是一个大石球。不过也有人猜想地球的内部是空荡荡的,只要挖个洞,人就能钻到地下去——法国儒勒·凡尔纳的科学幻想小说《地心游记》曾引起很多少年朋友的兴趣。

还有的人认为地底下充满着水,水流进一个叫做“归墟”

的无底深渊中去。

当然。这些想法都是简单幼稚的,并没有什么科学根据。

地球上每年要发生上百万次大大小小的地震,不过其中只有一二十次是破坏性的。强烈的地震会给人类带来可怕的灾难。

还有火山爆发,这种现象比较少见。地球上现在已知有552座活火山,其中68个在海底,它们一旦发起脾气来,就会把大量熔融赤热的岩浆喷出地面,酿成毁灭性的悲剧。

从地下流出温度超过20摄氏度的泉水——温泉,这是相当普通的事情。世界上许多国家和地区都有不同类型的温泉:有的流出热水;有的喷出热蒸汽;有的喷出的热水、热蒸汽有几米、几十米甚至几百米高。

地震、火山、温泉等自然现象说明了什么呢?它说明地球内部并不是一个平静的世界,而是一个蕴藏着巨量热能的“大热库”。

现代科学告诉我们,地球大体上是个巨大的实心球体,半径大约6370公里。地球的内部构造可以比喻作一个半生不熟的鸡蛋,分成3层:最外层叫“地壳”,相当于鸡蛋的蛋壳,厚度10~50公里;地壳下面的一层叫地幔,相当于蛋清,物质具有固态的特征,约有2900公里厚;地球最里头相当于鸡蛋蛋黄的部分叫“地核”,地核半径3500公里左右,主要成分是铁、镍一类的金属。

越往地球内部,温度越高,压力越大。比方说,离地面25~50公里深处的温度是200~1000摄氏度,100公里深处的温度是1500摄氏度,2900公里处为2700摄氏度以上,地核中心温度高达6000摄氏度。压力的变化更加惊人,32公里深处的压力为9~108帕,980公里深处的压力为38~109帕,地核中心的压力则达到大约 36~1010帕。

不难想象,高温高压的地球内部蕴藏着多么惊人巨大的能量,而地震、火山、温泉等自然现象,不过是地球内部能量的某些“即兴表演”罢了。

1960年 5月 22日,智利发生一次 85级的大地震,地面到处出现大裂缝,13万平方公里的土地沉陷了2米,海里涌起八九米高的巨浪,有几千万立方米的泥石流滚进湖里。这次地震释放出来的能量,相当于爆炸10万颗普通原子弹!

1883年,印度尼西亚巽他海峡的克拉卡托火山爆发,使海岛的 2/3遭到毁灭, 20立方公里的岩石被抛向空中,火山灰上升到27公里高处,散落在77万平方公里的范围内,爆炸声几千公里以外都能听见。

太平洋沿岸阿拉斯加的卡特迈火山区有一个“万烟谷”,方圆24平方公里,分布着几万个喷孔,每秒钟喷出97~645摄氏度的热水和热蒸汽23万立方米,1年内从地球内部带出的热量相当于燃烧600万吨标准煤。

历史上,人们早就在采矿和钻探的实践过程中发现,往地下越深,岩石的温度越高。平均来说,大约每深入100米,温度要升高3摄氏度。

当然喽,这里所说的“增温率”是平均数,实际上各地的差别很大。另外,每100米增温3摄氏度是对地球的浅部来说的,到了深部,温度随深度增加而增加的程度——增温率就没有那么高了。

地下的温度为什么这样高?地球经过漫长岁月的变迁,内部怎么还能保持这么多的热量呢?

说法不完全一致。

前面我们不是提到过放射性元素吗?放射性元素会不断地放出射线,放出能量,并在这个过程中衰变成为别的元素。地球内部有很多这样的放射性元素,估计它们每年至少可以产生20934亿亿焦的热量,由于处在封闭、隔绝的环境里,热量散发不出去,日积月累,就使地球内部成了一个硕大无比的“热库”。

人们把地球内部的热能叫做地热能。

地热能有多少?有很多很多吗?

一点儿也不错。有人估计,如果把地球上的全部煤炭资源所含有的热量算作100,那么石油是3,目前技术上可利用的核燃料是15,而地球内部储存的地热能竟高达170亿!

这就是说,地热能资源大约是地球上煤炭总储量的17亿倍,远远超过了地球上所有矿物燃料能量的总和。在地球上所有的各种能源当中,它排行第二,只有太阳能是它的“老大哥”。

还有人通过计算后这样说,如果将整个地球的温度降低1摄氏度,那么所放出的热量按目前的耗电水平来计算,将可以满足全世界4000万年用电的需要!

地球这个庞大无比的“大热库”、“大锅炉”,一方面在不断地产生热量,另一方面又在不断地往外散热。地球每年通过地表向大气空间散发的热量,大约相当于燃烧380亿吨标准煤或者1000亿桶石油!这是一笔多么惊人巨大的能量财富啊!

地热能是一种可以再生的能源,对它的利用又不会带来环境污染的问题,因此,近年来已引起世界各国的注意。从某种意义上说,它就像当初人们发现地下的煤炭、石油一样,可以被看作是人类发现的又一种极重要能源。

“温泉水滑洗凝脂”

唐朝大诗人白居易写的著名长诗《长恨歌》中,讲述了唐明皇和杨贵妃的故事。其中有两句诗:“春寒赐浴华清池,温泉水滑洗凝脂。”华清池是长安(今陕西西安)东郊骊山脚下的温泉池,唐明皇让贵妃在春寒时到这里洗澡,池中的温泉洗着她那凝结着脂肪一样白嫩的皮肤。据说,在唐朝以前,汉武帝、秦始皇等,也都在骊山建过宫殿和浴池。

东汉科学家张衡,在骊山洗浴之后,还写下了优美的诗词《温泉赋》。这样的温泉,在我国许多地方都有。据北魏时期地理学家郦道元写的《水经注》中记载,我国当时的大温泉就有10多处。各地的地方志史料记载的温泉数就更多了。从这些史料中可以看出,我国至少在秦汉之前,就知道利用地热来洗浴了。

当时,除了用温泉来洗浴之外,还用它来治疗疾病。明朝大药物学家李时珍在《本草纲目》里,列举了“温汤”的许多医疗作用,这里说的温汤也就是温泉。我国黑龙江的五大连池是由火山爆发后形成的,在这里就有许多温泉,这里的温泉也有特别奇特的医疗作用。就连这里的污泥也可以治疗皮肤病哩。

我国古代还知道利用温泉来为农业生产服务。唐朝《元和郡县图志》中,记载了湖南郴县人民用温泉来灌溉田地,使农作物可以一年三熟,达到早熟增产的目的。

温泉只是地热的一种表现形式。它是雨水流入地下,被地热加温后,从泉眼中流出的一股温暖的泉水。温泉水由于地质情况不同,含有的矿物质也不同,所以有的温泉水有明显的医疗作用;温泉水在地下加热的程度不同,流出地面后,温度也不同。有的温泉水温较高,可以煮熟鸡蛋。

火山爆发是地热剧烈活动的形式,这种形式释放的能量十分大。比如1960年5月22日在智利发生的一次火山爆发,释放的能量相当于爆炸了10万颗普通大小的原子弹。美国阿拉斯加卡特迈火山区一年喷出地面的热量竟有40万亿千卡之多。

据估计,全球每年从地底下的“大火炉”里,传到地球表面上的热量,相当于燃烧1000亿桶石油放出来的热量。这是一个多么惊人的大热源啊!不过,我们目前还难以直接利用火山爆发产生的热量,可是我们却可以开发地下流出的热水和冒出的蒸气。

地热可以直接用来采暖。位于北大西洋的的岛国冰岛气候十分寒冷,但这个国家地热资源丰富,所以就用地热供暖,这个国家有40%的居民都享用到地热带来的暖气。冰岛首都雷克雅未克从1930年就开始用地热供暖。每天有千万吨温度达87摄氏度的地下热水流入干家万户,仅这一项就可节省65000吨煤。

我国天津市过去烧锅炉用的是地面水,为此每年要消耗700多万吨煤。后来,改用地下热水来烧锅炉,由于地下热水温度可达到33~51摄氏度,所以可以节省80%的煤。

前面我们已经讲到温泉的洗浴,治病和加温土壤的功用。现在运用它来建温室、防治病虫害和保护鱼类越冬等。

在工业上,可用它来提取化学药品,还用它来印染、造纸、制革、熬胶、纺织、蒸馏和发酵等。

羊八井的“福气”