ТЕПЛО ЗЕМЛИ
Можно отметить три вида использования геотермального тепла:
1. Тепло, которое с древности использовалось для обогрева жилищ и выработки энергии. Преимущественное использование тепловой энергии для выработки электричества ставит вопрос о том, что физическое состояние теплоносителя должно соответствовать нуждам электроэнергетики.
2. Воды, т. е. собственно гидротермы, использующиеся в бальнеологических целях. Бальнеологическое действие термальных вод известно с древнейших времен; Лечебные свойства вод прямо зависят от их состава и температуры (см. Посохов, Толстихин, 1971, Ледис, Семенов,1993). Бассейны для терапевтического использования вод – Спа, почти повсеместно строятся в районах горячих источников и привлекают массы туристов.
3. Минеральные компоненты, растворенные в гидротермах. Таковы аморфный кремнезем, хлопьями осаждающийся в месте выхода гидротерм на поверхность. Количество его варьирует, но в отдельных случаях, например в районе Термополиса в штате Вайоминг, США, прямо поражает. Пирамиды, сложенные хлопьями кремнезема тут растут прямо на глазах. В России, на Камчатке были сконструированы установки для сбора кремнезема (Потапов В.В., 2002). Очень значимой была разработка технологии извлечения магния из вод Мертвого моря (см. главу о калийных солях в первой части настоящей книги). Принципиально новым шагом явилась и разработка технологии извлечения из горячих вод лития, разработанный компанией Symbol Materials. Компания планирует ввести в 2012 году завод по извлечению лития, марганца и цинка из горячего рассола, циркулирующего в трубах 50-мегаваттной геотермальной электростанции, которая работает близ озера Солтон-Си в Неваде. Предполагается, что литий получаемый здесь будет не дороже чем при других методах его массового производства (Попов Л,, 2012). В Италии горячие воды района Лардерелло содержат борную кислоту. Зачастую же вокруг выхода гидротерм на поверхность образуются горки натечных образований гейзеритов. В Италии горячие воды района Лардерелло содержат борную кислоту. На фумаролах вулкана Менделеева на острове Кунашир осаждается самородная сера. Можно ожидать, что в будущем будет представлять интерес рений, в большом количестве выделяемый фумаролами на вулкане Кудрявый (остров Итуруп). Многообразные сульфиды, осаждающиеся в небольших количествах ходе гидротермальной деятельности современных гидротерм, например в кальдере Узон, (Набоко, ред.,1971) служат моделью образования гидротермальных рудных месторождений.
В настоящей работе мы останавливаемся только на проблемах геотермальной энергетики. Но нам хотелось бы дать читателям общую панораму использования всех компонентов геотермальных месторождений.
Специфика материала дающего возможность рассмотреть некоторые фундаментальные проблемы в области нук о Земле с учетом позиций энергетики процессов заставила нас в меру сил рассмотреть некоторые из этих вопросов.
Специфический характер месторождений горячих вод потенциально предназначенных для строительства ГеоТэс требует подсчета запасов энергии, знание физикохимических характеристик и учета характера теплоносителя. Широкое строительство геотермальных электростанций стало возможным, когда было освоено применение низкотемпературного теплоносителя фреона.
Проблемы генезиса тепла
Первичным источником тепла изначально признавались глубины Земли. Основой для выработки таких представлений было возрастание температур с глубиной. Эта идея отразилась во введении понятия о геотермическом градиенте расстоянии тебующемся для увеличения температуры на один градус. Так были введены понятия о тепловом потоке его плотности и интенсивности.
Термический градиент - Расстояние по вертикали в земной коре (ниже зоны постоянной температуры), на котором температура повышается на 1°С. ru.wikipedia.org/wiki/геотермальный градиент
Геотермическая ступень физическая величина, описывающая увеличение температуры на 10°С на определенных участках земной толщи. dic.academic.ru/dic.nsf/geolog/6146
Эти величины использовались для оценки интенсивности потока глубинного тепла. С учетом этого при рассмотрении вопроса о генезисе гидротерм надо постоянно иметь в виду несколько фундаментальных положений, оказавших решающее воздействие на формирование представлений о их генезисе:
1. Совпадение химического состава вулканических пород с предполагаемым составом гранитного слоя коры зачастую приводило к представлениям о том, что кислые вулканиты являются продуктами его раславления;
2. Совпадение времени импульсов подъема горст-антиклинальных систем (т. е. импульсов горообразования) и коротких фаз массовых извержений кислой пирокластики и внедрения гранитных массовов;
3. Возрастающее количество фактов, указывающих на возможность мантийного происхождения кислых магм (Matsumoto, 1964, Эрлих, 1973, Соболев, 1973). Свидетельства основываются на составе ассоциации минералов-вкрапленников в кислых вуканитах (Маракушев, Тарарин, 1965, Эрлих, 1973) и находках Ф. Кутыевым в кислых вулканитах минералов-индикаторов высоких давлений – пиропа, муассонита.
Эти единицы характеризуют региональный тепловой поток. В связи с этим, мы считаем, что указанные источники генерации тепла Земли формируют этот тепловой поток, который оценивается в среднем 0.8-4•10-6 кал/см2с1. Кстати, он, как на континентах, так и в океанах он примерно одинаковый, что потверждает его планетарное значение. Однако, геологические процессы, происходящие в земной коре, такие как магматизм и гидротермальная деятельность, происходят в очень ограниченных по площади линейных зонах и точках, для которых характерен аномальный тепловой поток, обычно характеризующийся значениями 2-3•10-4кал/см2с, т.е. больше на два порядка (Белоусов, 1978). Если предполагать, что эти аномальные потоки генерируются за счёт энергии источников, формирующих региональный тепловой поток, то необходимо определить геологическую структуру, которая бы могла обеспечить аккумуляцию тепла с площади 100-200 раз большей, чем площадь геотермального района, на которой получен этот аномальный тепловой поток. Так, например, хорошо изученный геотермальный район Лардерелло-Травале-Амиата, имеющий площадь 250 км2, должен был аккумулировать тепло с площади порядка 1000-2500км2. Площадь Мутновского геотермального района нами оценивается в 5000 км2. Соответственно, площадь, с которой необходимо было бы «собрать» тепловую энергию, около 0.5-1.0 млн. км2. Она превышает площадь всей Камчатки. Таким образом, вокруг геотермальных районов тепловой поток должен быть существенно меньше среднеземных значений, что не подтверждается исследованиями (Smirnov,Sugrobov, 1982). Из этих оценок видно, что генерация аномальных тепловых потоков не связана с источниками тепла, формирующими региональный тепловой поток. В связи с этим, как нам представляется, возникает необходимость обсудить иные источники тепла, которые возможно были отвергнуты другими исследователями. Широкое развитие получили представления о прямой связи гидротерм с магматическими телами. Но тут на пути развития гипотез о гидротермальной деятельности встали экспериментальные данные показывающие ограниченность растворимости летучей фазы в силикатных расплавах (не более 4-5%). С другой стороны были получены данные о том, что источником все (или по крайней мере значительная часть современных гидротерм) связана не с водами мирового океана, а извлечена из осадочных толщ (предположительно в ходе субдукции литосферных плит).