Temperatura w kopalni

Pytanie

Pyta Anonim

Czy w kopalniach o głębokości ok kilometra temperatura jest niższa czy wyższa niż na powierzchni? Czy woda wydostająca się z takiej głębokości będzie cieplejsza czy zimniejsza od wody z płytkich źródeł?

Odpowiedź

Odpowiada Lech Krysiński

Odpowiedź w skrócie: Temperatura wnętrza kopalni, a także wody wydostającej się na powierzchnię, jest przy podanej głębokości z reguły wyższa, niż ta, jaka panuje na powierzchni.

Informacja szczegółowa: W głębokich kopalniach, na głębokości około 1 km temperatura ośrodka skalnego jest z reguły wyższa od średniej temperatury rocznej na powierzchni w tym samym miejscu. Przy powierzchni Ziemi temperatura rośnie z głębokością średnio o około 20°C na kilometr. W regionach „młodych”, czyli takich gdzie miała miejsce niedawna (czwartorzędowa lub trzeciorzędowa) działalność tektoniczna (górotwórczość, ryftowanie), gradient geotermiczny jest zwykle wyższy od średniego, a lokalnie w pobliżu „młodych” intruzji magmowych może przekraczać 80°C/km. Wzrost temperatury z głębokością jest regułą, gdyż wnętrze Ziemi jest wygrzane, głównie za przyczyną ciepła produkowanego przy rozpadzie długożyciowych izotopów promieniotwórczych (Th232, U238, K40), jakie w śladowych ilościach są zawarte w skałach. Pewna część ciepła Ziemi jest ciepłem pierwotnym, pochodzącym z gorących czasów powstawania układu słonecznego i formowania się planet.

Powietrze w kopalni jest z tego powodu podgrzane nawet przy intensywnej wentylacji. Podobnie woda, która wydobywa się z takiej głębokości ma podwyższoną temperaturę, jeśli weszła w dłuższy kontakt cieplny ze skałami. Jeśli jest to woda pod dużym ciśnieniem ze szczelin skalnych lub otworów wiertniczych, to wydobywając się na powierzchnię ulega ona nieznacznemu ochłodzeniu w wyniku odgazowania i odprężenia adiabatycznego, a jeśli przepływ jest bardzo powolny, to może ona ulec znacznemu wychłodzeniu wskutek nazbyt długiego kontaktu z chłodniejszymi skałami na mniejszych głębokościach. Jeśli jest to natomiast woda, którą wpompowano z powierzchni Ziemi, to wracając na powierzchnię może ona być nie w pełni wygrzana w sytuacji, gdy pompowanie jest szybkie i woda ta ma jedynie krótkotrwały kontakt cieplny ze skałami. Inny chwilowy wyjątek może mieć oczywiście miejsce w takie dni, w które temperatura na powierzchni jest wyższa od średniej rocznej i wyższa od temperatury w głębi kopalni. Znana jest także jeszcze jedna możliwość sytuacji anomalnej, polegająca na tym, że gradient temperatury na głębokościach do kilkudziesięciu, czy kilkuset metrów może być zmniejszony lub przez pewien czas nawet odwrócony, po niedawnym, nagłym ociepleniu klimatu. Taka sytuacja musiała mieć miejsce w początkach neolitu zaraz po ustąpieniu lodowca około 10 tys. lat temu. Nieznaczne wychłodzenie płytkich warstw skalnych, będące zanikającą pozostałością po niedawnym zlodowaceniu jest do tej pory zauważalne w Europie, ale obecnie ma już formę śladową i nie towarzyszy mu odwrócony gradient temperatury.

Pamiętając o opisanych wyjątkach, można jednak przyjmować, że regułą są wyraźnie wyższe temperatury we wnętrzu Ziemi na kilometrowej głębokości, niż w tym samym miejscu na powierzchni.