مقدمه

مطمئنا تا به حال نام انرژی زمین گرمایی به گوشتان خورده است و احتمالا علاقه مند بوده باشید تا در مورد این انرژی اطلاعات بیشتری کسب کنید. در این سری مقالات قصد داریم با این انژی بیشتر آشنا شویم. پس با ما همراه باشید.

انرژی زمین گرمایی چیست؟

ژئوترمال از کلمه ی یونانی “ژئو” به معنی زمین، و ترمال به معنی گرما و گرمایی گرفته شده است. بنابراین، انرژی ژئوترمال به معنای انرژی زمین گرمایی یا انرژی با منشا درونی زمین است. این انرژی، به شکل گرمای محسوس، از بخش درونی زمین است و به شکل گرمای محسوس، از بخش درونی زمین منشا می گیرد و این در سنگ ها و آب های موجود در شکاف ها و منافذ داخل سنگ در پوسته ی زمین وجود دارد. مشاهدات به عمل آمده از معادن عمیق و چاه های حفاری شده نشان می دهد که درجه ی حرارت سنگ ها به طور پیوسته با عمق زمیــن افزایش می یابد، هر چنــد نرخ افزایش درجه ی حرارت ثابت نیست. با این روند، درجه ی حرارت در قسمت بالایی جبه به مقادیر بالایی می رسد و سنگ ها در این قسمت به نقطه ی ذوب خود نزدیک می شوند. منشا این گرما در پوسته و جبه ی زمین، به طور عمده تجزیه ی مواد رادیواکتیو است. در طول عمر زمین، این گرمای درونی به طور آرام تولید شده و در درون زمین محفوظ و محبوس مانده است. همین امر موجب شده است که منبع انرژی مهمی فراهم شود و امروزه به عنوان انرژی نامحدودی در مقیاس انسانی مورد توجه قرار گیرد.

حرارت در هسته زمین به بیش از پنج هزار درجه سانتیگراد می رسد. این حرارت به طریقه های متفاوتی از جمله فورانهای آتشفشانی، آبهای موجود در درون زمین و یا به واسطه خاصیت رسانایی از بخش هایی از زمین به سطح آن هدایت می شود. در یک سیستم زمین گرمایی حرارت ذخیره شده در سنگها و مواد مذاب اعماق زمین به واسطه یک سیال حامل به سطح زمین منتقل می شود. این سیال عمدتاً نزولات جوی می باشد که پس از نفوذ به اعماق زمین و مجاورت با سنگهای داغ حرارت آنها را جذب نموده و در اثر کاهش چگالی مجدداً به طرف سطح زمین صعود می نمایند و موجب پیدایش مظاهر حرارتی مختلفی از قبیل چشمه های آب گرم، آبفشانها و گل فشانها در نقاط مختلف سطح زمین می گردد.

چگونگی انتقال گرمای زمین به سطح زمین

گرما از هسته ی زمین به طور پیوسته به طرف خارج حرکت می کند. این جریان از طریق انتقال و هدایت گرمایی، گرما را به الیه های سنگی مجاور جبه پوسته می رساند. وقتی درجه ی حرارت و فشار به اندازه ی کافی بالا باشد، بعضی از سنگ های جبه ذوب می شوند و ماگما به وجود می آید. سپس به دلیل سبکی و تراکم کمتر نسبت به سنگ های مجاور، ماگما به طرف بالا منتقل می شود و گرما را در جریان حرکت، به طرف پوسته ی زمین حمل می کند. گاهی اوقات، ماگمای داغ به سطح زمین می رسد و گدازه را به وجود می آورد. اما بیشتر اوقات، ماگما در زیر سطح زمین باقی می ماند و سنگ ها و آب های مجاور را گرم می کند. این آب ها بیشتر منشاء سطحی دارند و حاصل آب بارانی هستند که به اعماق زمین نفوذ کرده است. بعضی از این آب های داغ از طریق گسل ها و شکست های زمین به طرف بالا حرکت می کنند و به سطح زمین می رسند که به عنوان چشمه های آب گرم و آبفشان شناخته می شوند. اما بیشتر این آب ها در اعماق زمین، در شکاف ها و سنگ های متخلخل محبوس می مانند و منابع زمین گرما را به وجود می آورند.

به تعیبری ساده، انرژی حرارتی موجود در زیر پوسته زمین، انرژی زمین گرمایی نامیده میشود. در حقیقت زمین منبع عظیمی از انرژی حرارتی است که این حرارت به طریقه های متفاوت از جمله فورانهای آتشفشانی، آبهای موجود در سیستمهای زمین گرمایی و یا بواسطه خاصـیت رسـانایی ( heat flow ) از بخشهای درونی به سطح زمین هدایت میشود.

حرارت زمین از مجموعهای آتشین که بیش از 4 میلیارد سال پیش شکل گرفته و رفته رفته روبه انجماد گذاشته و هم اکنون نیز در حال سرد شدن است، سرچشمه میگیرد. هر چه به اعماق زمین نزدیکتر میشویم ، حرارت آن افزایش مییابد بطوریکه این حرارت در هسته زمین به بیش از 5000 درجه سانتیگراد میرسد.

حرارت به طور مداوم از هسته زمین به خارج آن جریان مییابد و به لایه های سنگی در سطوح باالاتر منتقل می گردد. هنگامیکه حرارت و فشار کافی وجود داشته باشد برخی از سنگها ذوب شده و تشکیل مواد مذاب را میدهند که بدلیل سبکی آنها نسبت به سنگهای در برگیرنده به آرامی به سمت پوستة زمین حرکت کرده و حرارت را از عمق به سطح منتقل مینمایند.

گاهی اوقات مواد مذاب به سطح زمین آمده و بر روی آن جاری میشوند که آن را گدازه مینامند. لیکن در اکثر موارد، مواد مذاب در زیر پوسته زمین باقی مانده و سبب گرم کردن سنگها و آبهای جوی نفوذی اطراف خود گاها تا 370 درجه سانتیگراد میشود. مقداری از این آبهای زمینگرمایی داغ از طریق گسلها و شکافهای زیرزمـین به سطح راه یـافته و به صـورت چشمه هــای آب داغ وآبفشانهــا ظاهر میشوند. لیکن بخش اعظم این آبها در داخل شکافها و فضاهای خالی موجود در سنگهای متخلخل پوسته محبوس شده و ذخیرهای طبیعی از آب داغ را فراهم میآورد که منبع زمین گرمایی یا سیستم زمین گرمایی نام دارد.

منشا حرارت زمین

ابتدایی ترین سرچشمه حرارتی زمـین در نتیجه تلاشی عناصر رادیـو اکتیـو ، پتاسیم، توریم و سایر عناصری است که در پوسته زمین وجود دارند. اگرچه گرمای حاصل از تلاشی عناصـر رادیواکتیو به تنهایی ناچیز به نظر میآید ولی پژوهشگران جهانی انباشته شدن حرارت حاصل از این متلاشی شدن را – در طی میلیونها سال- یکی از عوامل اصلی منشأ حرارتی زمین میدانند. از دیگر عوامـل تـأمین حـرارت منابع زمین گرمایی، نفوذ توده های مذاب آذرین (Magma) بـه لایـه های فوقانی پوسته زمین است که در نتـیجه فروریختن ثقلی طبـقات زمـین در راسـتای برخـورد کنـاره هـای قارهای صورت می گیرد. این فرایند سرچشمه حرارتی عمیق پوسته زمین را بوجود مـی آورد. بعبـارت دیگـر مواد مذاب با استفاده از خاصیت رسانایی و انتقـال حـرارت از طریـق جریانهـای همرفتـی به لایه های فوقانی زمین رسـیده و حـرارت لازم بـرای مخـازن زمـین گرمـایی را تـامین میکنند.

بر پایه مطالعات و برآوردهای انجام شده مقدار حرارتی که بطـور مـداوم از داخـل قشـر زمـین بـه اتمسفر نفوذ کرده و پخش میشود بالغ بر 30 مگاوات حرارتی اسـت. بـا وجـود ایـن چنانچه میزان حرارت پخش شده در واحد سطح زمین را محاسبه کنیم به ایـن نتیجـه خـواهیم رسـید کـه بخـش ناچیزی از حرارت داخل زمین در اتمسفر پخش میشود که در حقیقت نسبت به حـرارت موجـود در درون زمین بسیار ناچیز و غیر قابل مقایسه است بهره گیری از منابع گرمابی زمانی اقتصادی است که ذخـایردارای حرارت کافی بوده و در ژرفای کم واقع شده باشند.

اکثر این منابع در کناره ها و یا در محدودة پهنه های زمین ساخت قرار گرفته اند که ضخامت قشر رویی کره زمین در آنجا نازک شده است. این منابع زمین گرمایی، حرارت خود را از توده مذاب ویا جامد سنگهای زیرین قشر کره زمین و به وسیله رسانایی از طریق جریانهای همرفتی ناشی از گردش طبیعی آبهای زیرزمینی دریافت میکنند. از بررسی آنومالیهای منابع زمین گرمایی و مطالعات ژئوشیمیایی چنین نتیجه گرفته شده است که آبهای سطحی و زیرزمینی با نفوذ به لایه های عمیق زمین، حرارت سنگهای داغ را به منابع کم ژرفا یا به سطح زمین انتقال میدهند. این گردش حرارت بطور طبیعی در نتیجه اختلاف وزن مخصوص سیال گرم و سرد در داخل زمین انجام میشود.

یکی از عوامل اقتصادی مهم در بهره گیری از منابع زمین گرمایی، دسترسی به ذخایر با دمای بالا است که البته در ژرفای زیاد واقع شده اند. اما با تکنولوژی موجود حفر چاههای با ژرفای زیاد برای تولید انرژی زمین گرمایی اقتصادی نیست به طوریکه در حال حاضرتنها آن قسمت ازمنابع زمین گرمایی که در ژرفای حدود 5000 متر واقع شده اند قابل بهره برداری بوده و اقتصادی می باشند.

چرخه ايده آل تبريد تراکمي بخار

کانال اطلاع رسانی تیم علمی و آموزشی دایا (کلیک کنید)