Энергия тепла, содержащаяся в глубинных слоях под поверхностью Земли, называется геотермальной энергией (от греч. geo – Земля и thermo – тепло). Ученые давно выяснили, что с продвижением в глубь планеты температура увеличивается. Это происходит за счет радиоактивного распада химических элементов, содержащихся в недрах земли.
В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкий энергоноситель – вода, которая насыщает все породы осадочного чехла. Разогретые до высоких температур породы нагревают воду. Жидкая вода существует только до глубин 10–15 километров, ниже при температуре около 700°С вода находится исключительно в газообразном состоянии.
На глубине 50–60 километров при давлениях около 30 тысяч атмосфер исчезает граница фазовости, т.е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода.
Термальные воды – подземные воды земной коры с температурой от 20°С и выше. В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород, содержащие термальные воды (гидротермы). Глубина залегания изотермы 20°С в земной коре – от 1500–2000 метров в районах многолетнемерзлых пород и до 100 м и менее в районах субтропиков; на границе с тропиками изотерма 20°С выходит на поверхность.
Термальные подземные воды распространены как в областях молодого и современного вулканизма, так и в платформенных областях. В платформенных областях термальные воды существуют в глубоких частях артезианских бассейнов.
В артезианских бассейнах на глубине 2000–3000 метров скважинами вскрываются воды с температурой 70–100 °С и более.
К областям распространения месторождений термальных вод относятся: вулканическое кольцо бассейна Тихого океана, Альпийский складчатый пояс, рифтовые долины континентов, срединно-океанические хребты, платформенные погружения и предгорные краевые прогибы.
В районах современного вулканизма гидротермальная оболочка иногда выходит на поверхность. В этих районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности.
По температуре источники разделяют на холодные до 20°, теплые – от 20 до 35°, горячие – от 35° до точки кипения, а выше – перегретые.
На поверхность земли термальные воды могут выходить в различном виде, в зависимости от температуры: перегретые воды – кипящими, пульсирующими и фонтанирующими источниками; воды с температурой до 100° – спокойно изливающимися, с температурой 180–200° С и выше – в виде парогазовых струй.
В горных районах (например, Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Памир) термальные воды выходят на поверхность в виде многочисленных горячих источников (температура до 50 90 °С), а в районах современного вулканизма проявляют себя в виде гейзеров и паровых струй (здесь скважинами на глубине 500 1000 м вскрываются воды с температурой 150 250 °С), дающих при выходе на поверхность пароводяные смеси и пары (Паужетка на Камчатке, Большие Гейзеры в США, Уайракей в Новой Зеландии, Лардерелло в Италии, гейзеры в Исландии и др.).
В зависимости от соотношения вод магматического и инфильтрационного (атмосферного) происхождения определяются все физические свойства и химический состав термальных источников.
Химический, газовый состав и минерализация термальных вод разнообразны: от пресных и солоноватых гидрокарбонатных и гидрокарбонатно-сульфатных, кальциевых, натриевых, азотных, углекислых и сероводородных до соленых и рассольных хлоридных, натриевых и кальциево-натриевых, азотно-метановых и метановых, местами сероводородных.
В настоящее время геотермальные ресурсы разведаны в 80 странах мира. Их активное использование ведется в 58 государствах. На сегодняшний день мировыми лидерами в геотермальной электроэнергетике являются США, Филиппины, Мексика, Индонезия, Италия, Япония, Новая Зеландия и Исландия.
В России большими геотермальными ресурсами обладают Камчатка, Чукотка, Курилы, Приморский край, Западная Сибирь, Северный Кавказ, Краснодарский и Ставропольский края, Калининградская область.
На Камчатке известно более 100 естественных выходов термальных вод, здесь источники отличаются не только высокой температурой (170 200°С), но и характеризуются относительно низкой минерализацией (0,6 5,0 г/л). Большие запасы высокотермальных вод содержатся в Московском артезианском бассейне (температуры свыше 100°С на глубине 1500 м) и артезианских бассейнах Западной Сибири.
В настоящее время геотермальные ресурсы используются для выработки электроэнергии, для коммунально-бытовых, парниково-тепличных и бальнеологических целей (лат. balneum ванна, купание).
Если температура теплоносителя достигает более 150°С, его используют для выработки электроэнергии. В Рейкьявике (Исландия) геотермальная отопительная система мощностью 350 МВт обслуживает свыше 100 тысяч жителей. Во Франции более 70 геотермальных установок обеспечивают теплом более 800 тысяч человек. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 МВт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 МВт.
В Калифорнии, Неваде и некоторых других местах геотермальная энергия используется на больших электростанциях, Так, в Калифорнии около 5% электричества вырабатывается за счет геотермальной энергии, в Сальвадоре геотермальная энергия производит около 1/3 электроэнергии.
В России действуют 3 геотермальных электростанции, расположенные на Камчатке: Паужетская ГеоЭС в изолированном Паужетском энергоузле, Верхнее-Мутновская ГеоЭС и Мутновская ГеоЭС в Центральном энергоузле.
В Исландии геотермальное тепло используется в различных сферах, в том числе и для обогрева жилья. Исландия практически полностью обеспечивает себя электрической и тепловой энергией за счет своей геотермальной и гидроэнергии.
Методы использования геотермальной энергии развиты настолько, что можно использовать тепло из-под земли для бытовых нужд в небольших домашних хозяйствах. Для этого техники пробуривают скважину глубиной до 100 м и опускают туда трубу. Циркулирующая в ней жидкость температурой в 10 градусов нагревается подземным теплом благодаря действию теплового насоса до 45 градусов. В результате получаемая тепловая энергия в четыре раза превышает расходы электричества на работу насоса.
В Швеции в 90% жилых новостроек пробуривается скважина, по которой тепло из-под земли поступает в квартиру.
Геотермальные воды с температурой от 20 до 40°C и обладающие целебными свойствами используют для лечебных целей. Геотермальные курорты располагаются вблизи горячих источников. Такие курорты есть в Исландии, Италии, Чехии, Германии, Турции, России и других странах.
Венгрию называют империей купален. В стране около 80% территорий, где есть лечебные и термальные курорты.
Геотермальные источники курорта SPA в Бельгии известны с XVI века. Курорт с одноименным названием обязан своим процветанием минеральным источникам, насыщенным железом.
Во второй половине XX столетия слово приобрело новый смысл, теперь словом СПА стали называть Wellness-оазисы в отелях.
SPA (СПА) – это оздоровительный комплекс процедур с использованием морской, термальной, минеральной или пресной воды, морских водорослей, целебных растений и лечебных грязей, программы водолечения, цель которых гармония тела, души и духа. Также к СПА относятся фитнесс-программы, диетические программы, программы регенерации и программы по омоложению кожи лица и тела. Словом SPA (СПА) обозначают также курорты, в которых проводится водолечение.
Самыми популярными являются СПА-комплексы, расположенные на тихоокеанском побережье в азиатских странах.
В России пресные азотные термы, богатые кремнекислотой, используют известные курорты - Белокуриха на Алтае, Кульдур в Хабаровском крае и др.; углекислые термальные воды - курорты Кавказских Минеральных Вод (Пятигорск, Железноводск, Ессентуки), сероводородные курорт Сочи Мацеста.
Достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.
