Геотермика

Геотермика, геотермия (гео... және грек. therme - жылу) – жер қойнауындағы жылулық процестерді зерттейтін геофизиканың бөлімі. Күннен келген жылу жер қыртысының жоғарғы бөлігін ғана жылытады. Топырақтағы температураның тәуліктік өзгерісі 1,2-1,5 м, жылдық өзгерісі 10-20 м тереңдікке ғана жетеді. Бірақ жер қойнауының тереңдігі артқан сайын оның температурасы жоғарылайды. Жер қойнауынан үздіксіз шығатын жылу ағыны жер бетіне қарай бағытталып, айналымыздағы кеңістікке тарап отырады. Бұл жылу ағынының басым көпшілігі радиогендік жылу (жер құрамындағы радиоактивтік элементтердің ыдырауы нәтижесінде бөлінетін жылу) болып табылады. Құрлықтағы жер қойнауының температурасы (шахталардағы, бұрғылау скважиналарындағы) электротермометрмен, ал теңіз түбіндегі температура термоградиентографпен өлшенеді. Тау жыныстарының жылу өткізтіштігі лабораториялық жағдайда анықталады.

Тек бірнеше км тереңдікке дейінгі жер қойнауының температурасы тікелей өлшенеді. Онан арғы тереңдіктегі температура вулкан лавасының температурасы бойынша немесе кейбір геофизикалық мәліметтер бойынша анықталады. 400 км-ден кейінгі тереңдіктегі температураның тек ықтимал мәндері ғана белгілі. Әр түрлі тереңдіктегі температураның ықтимал мәндері былайша өсуі мүмкін:

Тереңдік, км	Температура, °С
50	700-800
100	900-1300
500	1500-2000
1000	1700-2500
3900 (Жер ядросының шекарасы)	2000-4700
6371 (Жер центрі)	2200-5000

Бұл кестеге қарағанда геотермиялық градиент тереңдік артқан сайын тез кемиді. Жер қойнауынан келетін жылу ағының қуаты шамамен 2.5•1013 вт-қа тең. Бұл дүние жүзіндегі барлық электростанция қуатынан 30 есе көп, бірақ жердің күнен алатын жылуынан 4 мың есе аз. Сондықтан жер қойнауынан келетін жылудың климатқа ешбір әсері жоқ. Жердің терең қойнауы баяу қызады да (107 жыл ішінде бірнеше градусқа), оның жоғарғы қабаттары одан да баяу суиды.

Геотермикалық өлшеулер жер астындағы күрделі ғимараттарды (шахталар, туннельдер т.б.) жобалауда, мұнай және басқа пайдалы қазбаларды барлауда, жер қойнауындағы жылуды өндірістік және тұрмыстық мақсатта пайдалануда кеңінен қолданылады.

Геотермиялық градиент

Геотермиялық градиент – тау жыныстары қабаттарының әрбір 100 м-ге тереңдеген сайын температурасының көтерілуін көрсететін шама. Тікелей температуралық өлшеулер жүргізуге қолайлы жер қыртысы үшін геометриалық градиентінің орта шамасы 3°С деп алынады. Жер бетінің пішіне, тау жыныстарының жылу өтгізгіштігіне, жер асты суларының циркуляциасына, вулкан ошағының қашықтығына, жер қыртысында жүретін әр түрлі химиялық реакицяларға байланысты геометриялық градиент әр жерде әр түрлі болады. Геотермиялық градиент жер қойнауынан оның бетіне қарай бағытталған жылу ағынының болатындығын көрсетеді. Бұл ағынның шамасы – геотермиялық градент пен жылу өткізгіштік коэффицентінің көбейтіндісіне тең.

Геотермиялық саты

Геотермиялық саты – тау жыныстары температурасының 1°С-қа жоғарылауына сәйкес жер қойнауы тереңдігінің артуы. Геотермиялық сатының орта шамасы 30-40 м; кристалды жыныстарда 120-200 м-ге дейін барады. Москва маңы үшін геотермиялық сатының орта шамасы 38,4 м. Жер қойнауының тереңдігіне байланысты тау жыныстары температурасының артуы геотермиялық градиент арқылы анықталады.

Геотермиялық электр станция

Геотермиялық электр станция – жердің ішкі қабаттарындағы жылу энергиясын электр энергиясына айналдыратын жылу электр станциясы (ЖЭС). Жердің терең қабатынағы жылу радиактиві түрленулер, химикалық реакицялар т.б. процестер нәтижесінде пайда болады. Жер қыртысының температурасы тереңдеген сайын (2000-3000 тереңдікте 100°С) жоғарылайды. Жердің аса терең қабаттарындағы судың температурасы едәуір жоғары, оны бұрғылау скважиналары арқылы жер бетіне шығаруға болады. Вулканды аудандарда тереңдігі су қызып, жер қыртысының сызат жарықтары арқылы жоғары көтеріледі. Бұл аудандардағы ыссы сулар жер бетіне жақын жатады да, температурасы анағұрлым жоғары болады, кейде олар аса қызған бу түрінде сыртқа шығады. Аса тереңге бұрғылау магмалық жылуды игеруге мүмкіндік бермек. Температурасы 100°С-қа дейін жететін ыссы су КСРО-ның көп аудандарында жер бетіне шығып жатады.

Совет Одағында қуаты 5 Мвт алғашқы геотермиялық электр станция 1966 ж. Оңтүстік Камчаткада Паужетка өзенінің бойында, Кошелев және Камбальный вулкандарының маңында іске қосылды. Геотермиялық электр станция]]сында әрқайсысының қуаты 2,5 Мвт екі бу турбинасы орнатылған. Мұнда кәдімгі ЖЭС-не қажетті қазан цехы, отын т.б. көптеген жабдықтар жоқ. Ол іс жүзінде машина залы мен электр техника тетіктерге арналған бөлмелерден ғана құралды. Бұл геотермиялық электр станциясының электр энергиясының өзіндік құны жергілікті дизельді электр станциялардан бірнеше есе төмен.

Филиппиндағы геотермиялық электр станциясы

Геотермиялық электр станциясында электр энергиясын алу тікелей, тікелей емес және аралас схемалар негізінде жүзеге асырылады. Тікелей электр тоғын шығару схемасында табиғи бу скважинадан құбыр арқылы тікелей турбинаға беріледі. Пайдаланылған бу және конденсияцылған су әрі қарай бір орталықтан жылыту жүйесіне, кейде химикалық өндірісі үшін пайдаланылады. Тікелей емес схема бойынша ток өндіруде бу алдын ала зиянды (коррозиялағыш) газдардан тазартылады. Ал аралас схема әдісімен электр тоғын өндіруде тазартылмаған табиғи бу турбинаға жіберіле береді, одан әрі конденсияцылаған судың құрамындағы ерімеген газдар ажыратылады.

Шетелдерде: Италияда (Токсана, Лардерелло ауданы), Жаңа Зеландияда (Таупо зонасы), АҚШ-та (Калифорния, Үлкен Гейзерлер Жылғасы), Жапонияда, Исландияда геотермиялық электр станция салынған және салынып жатыр.