منابع انرژی درون گرمایی زمین
انرژي درون گرمايي زمين ، نوعي انرژي است كه از درون پوسته زمين به صورت حرارت محسوس منشاء گرفته و به وسيله هدايت ملكولي به سطح زمين مي رسد. اين حرارت ممكن است از طريق انتقال ملكولي و به كمك سنگ هاي جامد به سطح زمين انتقال يابد و يا اين كه از طزيق گرم شدن آبهاي زير زميني و حركت آنها به سطح زمين برسد . مهمترين كانون تشكيل منابع انرژي درون گرمايي زمين مربوط به مناطق فعال آتشفشاني است ، ولي با اين وجود بايد دانست كه هميشه گرماي سنگ هاي جامد اعماق زمين و يا آبهاي زير زميني به فعاليت هاي آتشفشاني بستگي ندارد . در اين مبحث سعي شده ؛ بطور اختصار به نحوه بهره برداري لز انرژيهاي درون گرمايي زمين كه براي بشر مفيد مي باشد ، پرداخته شود.
مشاهدات حفاري معادن و يا حفاري هاي عميق زير زميني بيانگر اين نكته است كه درجه حرارت سنگ ها با عمق زمين افزايش مي يابد . اين افزايش گرما به ( گراديان ژئو ترمال ) يا شيب انرژي درون گرمايي زمين ، معروف است . ميزان اين گراديان به ازاء افزايش هر كيلو متر در حدود 20 الي 40 درجه سانتيگراد ، در پنج كيلو متر اوليه پوسته زمين است . البته بايد ذكر شود كه ميزان دما با افزايش عمق به سرعت اضافه شده ، به طوري كه مقدار آن در جبه فوقاني در منطقه اي كه سنگ ها در مرز ذوب هستند ، بسيار زياد مي باشد ، ولي با اين وجود حرارت دروني زمين بسيار آهسته و به ميزان اندك به سطح زمين مي رسد .
دز واقع گرمايي كه از اين طريق در طي سال به سطح زمين مي رسد، براي ذوب لايه اي از يخ به قطر شش ميليمتر كافي مي باشد . در واقع اين حرارت در مقايسه با انرژي كه سالانه از خورشيد به زمين مي رسد بسيار ناچيز است ، شايد حفر چاههاي بسيار عميق در مناطق مناسب پوسته و تزريق آب به سنگهاي داغ ، جهت توليد انرژي الكتريكي كه خود به عنوان منبع اوليه انرژي براي بشر محسوب مي شود، در ابتدا كاري سهل و آسان به نظر برسد؛ ولي مسئله به اين آساني نيست ، يعني سنگهاي بلورين در اعماق زياد به حرارت فوق العاده بالا ، گرايش به انسداد و بستن حفرات و يا چاههاي ناشي از حفاري را دارند، بنابر اين در مدت كمي ؛ اين پديده مي تواند موانعي در عمليات حفاري ايجاد كرده و ادامه كار را مختل مي سازد . به همين جهت بكارگيري وسايلي كه توان تحمل درجه حرارت زياد را در اين اعماق داشته باشد ضروري است .
بنابر اين قبل از بروز چنين مشكلاتي بايد مكانها و و موقعيت هاي ويژه اي را براي استفاده از انرژي درون گرمايي زمين پيدا كرد ، يعني آن دسته از مناطقي كه به طور طبيعي سنگها و آبهاي زير زميني داغ در امتداد و در مسير عمليات حفاري قرار داشته باشند. اگر گراديان متوسط انرژي درون گرمايي يك چاه بين 20 تا 40 درجه سانتيگراد باشد؛ چنين منطقه اي براي توليد آب گرم يا آب داغ مناطق مسكوني مناسب است . يافتن چنين مناطقي حتي با انرژي درون گرمايي كمتر در سواحل جلگه اي اقيانوس اطلس در جنوب شرقي ايالات متحده در حال بررسي و تحقيق است .
در برخي از مناطق ، آبهاي زير زميني به صورت چشمه هاي آب داغ با دمايي معادل 100 درجه سانتي گراد به سطح زمين مي رسند. به علاوه در همين نواحي بخار آب و آب هاي داغ از طريق منافذ زمين با فشار زيادي خارج مي شوند كه به اين پديده آب فشان يا فواره گويند .
مقدار آبي كه توسط چشمه هاي داغ و اشكال فواره مانند به سطح مي رسند، بيش از ميزان آبي است كه در اثر مجاورت با سنگ هاي داغ ايجاد مي گردد. به عبارت ديگر آب هاي داغي كه توسط حركت مواد مذاب به سطح زمين مي رسند ، به دليل پايين بودن ظرفيت نگه داري مواد مذاب است ، در حالي كه آن دسته از آب هايي كه در اثر مجاورت با سنگ هاي دروني داغ مي شوند ، در واقع برگشت مجدد آبهاي سطحي است .
يكي از پديده هايي كه به چشمه هاي آب داغ و فواره هاي بخار مربوط مي شود ، پديده اي بنام { فامورل } است . فامورل عبارت از خروج سريع گاز از منافذ كوچك زمين مي باشد . در فامورل ها درجه حرارت گازها ، فوق العاده زياد و بيشتر از 320 درجه سانتيگراد است . بيشترين درصد گاز فامورل يعني حدود 99 درصد آ ن را بخار آب تشكيل مي دهد . بنا براين فامورل بخار آب بسيار داغي از خود خارج مي كند . فامورل ها معمولا در مناطق فعال آتشفشاني و يا مناطق نسبتا جوان پوسته زمين وجود دارد .
فامورل ها و چشمه هاي آب داغ طبيعي ، به عنوان اولين مناطق بهره برداري از انرژي درون گرمايي زمين جهت توليد برق به حساب مي آيند . اگر چاهي در بالاي اين مناطق حفر شود ، آبهاي داغ در حين خروج به دليل كاهش فشار اتمسفريك سريعا به بخار تبديل مي شوند . بخاري كه بدين صورت از آبهاي داغ جدا مي شود ، به برجهاي بزرگي هدايت شده و توربينها را براي توليد برق مي چرخاند. تنها مشكلي كه اين آبهاي داغ ايجاد مي كند ، مسئله آلودگي حرارتي آنهاست كه باعث بروز مشكلات زيست محيطي مي شود .
چنين ميدانها و حوزههاي بخار آب ، توان توليد حداقل 15 مگا وات برق را دارند ، حتي تعدادي از اين ميدانها توان توليد 200 مگا وات برق و يا مقدار بيشتر از اين را دارند .
در اعماق بيشتر زمين؛ منابع آب داغي وجود دارد كه انرژي آنها بيشتر از منابعي است كه تاكنون در مورد آنها بجث شده است . منتها دسترسي به اين منابع نيازمند حفاري هاي عميق تري است . يكي از مناطقي كه داراي اين نوع منابع آب داغ زيرزميني است ، اخيرا در زير دره { امپريال } كاليفرنياي جنوبي شناخته شده است . وسعت اين ناحيه 5000 كيلومتر مربع است و تا نواحي داخلي مكزيكو واقع در دره مكزيكالي گسترش يافته است اين منطقه از نظر تكتونيكي { حركات پوسته زمين } ناحيه اي فعال بوده و به دليل شكسته شدن صفحه ليتوسفر زمين ، پوسته در حال گسترش است . شايد بالا آمدن مواد مذاب و گسترش پوسته زمين در برخي از نواحي دنيا نظير جزاير ايلند در اقيانوس اطلس شمالي مربوط به همين پديده يعني فشار انرژي هاي درون گرمايي زمين باشد . البته اين مسئله فعلا در حد يك فرضيه است . بررسي هاي انجام شده در روي چاههاي اين منطقه نشان مي دهد كه مخازن گسترده اي از آبهاي بسيار داغ زيرزميني يا دمايي بين 260 تا 370 درجه سانتيگراد در اين ناحيه وجود دارد . هر موقع كه اين آبهاي فوق العاده داغ ، بوسيله چاه به بيرون راهي پيدا كنند ، بلافاصله تبديل به بخار مي شوند نيروي فشاري كه از بخار و يا از آبهاي داغ بوجود مي آيد ، به محض رسيدن به سطح زمين مانند يك قهوه جوش عمل مي كنند . در نزديكي دره مكزيكالي در مكزيكو به كمك همين منابع روزانه بالغ بر 2000 متر بر تن بخار استحصال مي شود . بنابراين ناحيه فوق با دارا بودن درجه شوري كم آب ، توان توليد انرژي الكتريكي زيادي را داشته و اگر بتوان به خوبي از انرژيهاي درون گرمايي زمين در اين ناحيه يعني دره امپريال بهره برداري شود ؛ مي توان به ميزان 20000 مگاوات برق توليد نمود . در اين صورت اين منبع به تنهايي قابليت تامين كل انرژيهاي مورد نياز كاليفرنياي جنوبي را دارد . بعلاوه بعد از توليد برق مي توان به كمك گرماي باقيمانده آب ، فاضلاب ها و سپس آبهاي موجود را تقطير و از اين طريق آب مورد نياز كشاورزي را در ناحيه صحرايي تامين كرد.
در مناطق خاصي از قاره ها ، ماگما به قدري نزديك پوسته زمين است كه سنگهاي آذرين باتوليت ها حتي در عمق 2 تا 5 كيلومتري هنوز داغ مي باشند . در اين عمق سنگها بسيار فشرده بوده و توان نگهداري آب كمي را در خود دارند. درجه حرارت اين سنگها در اين عمق به 300 درجه سانتي گراد مي رسد و توان توليد انرژي حرارتي زيادي را دارند . امكان بهره برداري از انرژي اين منابع با شيوه حفاري در منطقه سنگهاي داغ و سپس متلاشي كردن سنگهاي اطراف چاه به روش شكست آبي امكان پذير است . شكست آبي روشي است كه آب با فشار زيادي براي استخراج نفت استفاده مي شود . در منطقه اي كه چنين شكافي وجود دارد ، آبهاي سطحي وارد چاه شده و از طريق چاه ديگري آبهاي داغ به بالا هدايت مي شوند.
چاههاي آزمايشي ديگري در ناحيه نيو مكزيكو شمالي در اواسط دهه 1970 حفر شد و سنگ گرانيتي خشكي كه در كف چاه قرار داشت با تزريق آب به روش تحت فشار متلاشي گرديد .
با انجام اين آزمايش موفق ؛ اميد است كه بتوان به محل استقرار سنگهاي داغ گرانيتي كه در مناطق عميق تري از زمين قرار دارند دست يافت .
نظيز چنين مناطقي در ايالتهاي (مونتانا) و (ايداهو) نيز يافت شده است . دانشمندان عقيده دارند كه نيروي ذخيره اي كه در مناطق سنگهاي داغ زير زميني وجود دارد ، چندين برابر بيش از نواحي است كه دارنده منابع آبهاي داغ زير زميني هستند . تخمين زده مي شود تا سال 2000 برق توليدي چاهها در مناطق سنگهاي گرانيتي خشك به 40000 مگا وات برسد .
بلاخره در فهرست راههاي تامين انرژي درون گرمايي زمين ، ميتوان به انرژي ذخيره در رسوبات ضخيم منطقه فلات قاره كه در حاشيه قاره ها قرار دارد ، اشاره كرد اين رسوبات به شكل گوه اي مي باشند كه با حركت به سمت حوضه اقيانوسي نازكتر مي شوند . مثلا در فلات قاره سواحل (گالف) ذخاير پروتئيني غني در رسوبات اين ناحيه وجود دارد . اين رسوبات در طول ناحيه اي از تگزاس تا لوئيزيانا امتداد دارد . در برخي نواحي اين لايه هاي رسوبي حاوي آبهاي داغ بسيار پر فشار و گازهاي نا محلول طبيعي است . به چنين مجموعه اي در زير زمين ( منطقه فشرده زميني ) گفته مي شود . اين مناطق به دليل همين فشار زياد چندان براي حفاري هاي نفتي مناسب نمي باشد ، چرا كه كنترل اين چاهها بسيار مشكل خواهد بود ، ولي اين مناطق براي توليد برق كاملا مناسب بوده و ميتوان همانند ميدانهاي آبهاي داغ ، از انرژي اين نواحي برق توليد نمود .
تخمين زده مي شود كه ظرفيت توليد برق در منطقه گالف بين 30000 تا 115000 مگا وات باشد . هر چند كه در حال حاضر ممكن است به كار گيري از اين منابع ظاهرا از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نباشد ، ولي اين منابع به دليل دارا بودن انرژي بسيار زياد ، در آينده يقيتا مورد توجه قرار خواهند گرفت .
