გეოთერმული ენერგია
სიტყვა “ გეოთერმია ” ბერძნული წარმოშობისაა – “ გეო ” დედამიწა, „ თერმია ” – სითბო და დედამიწის სითბოს ნიშნავს.
გეოთერმული ენერგია დაკავშირებულია დედამიწის შინაგან სითბურ ენერგიასთან, რომლის ინტენსიურობაც სიღრმის ზრდასთან ერთად მატულობს, რადგანაც დედამიწის ტემპერატურა სიღრმისკენ იზრდება. დედამიწას გააჩნია წარმოუდგენლად დიდი რაოდენობის სითბური ენერგია.
გეოთერმული გრადიენტი წარმოადგენს ტემპერატურის ცვლილებას (ΔT) სიღრმის მიხედვით (ΔZ) დედამიწაზე. მისი საზომი ერთეული SI სისტემაში ° C / კმ-ია. დედამიწის შემსწავლელ მეცნიერებებში T გაზომვა მკაცრად ასოცირდება სითბოს ნაკადთან, Q, მარტივი დამოკიდებულებით: Q = KΔT / ΔZ, სადაც K ქანების სითბური გამტარებლობაა.
დედამიწის ზედაპირზე ტემპერატურა მზის აქტივობითა და ატმოსფეროთი კონტროლირდება, იმ ადგილების გამოკლებით, სადაც ცხელი წყაროები და ლავა მოედინება. დედამიწის ზედაპირიდან მცირე სიღრმეებზე (დაახლოებით 61 მ) ტემპერატურა მუდმივია და 11° C -ის ტოლია. დაახლოებით 61 მ-დან 122 მ-მდე გრადიენტი ცვალებადია ატმოსფერული ცვლილებებისა და მიწისქვეშა წყლების ცირკულაციის გამო. ამ ზონის ქვევით, ტემპერატურა თითქმის ყოველთვის იცვლება სირღმის მიხედვით. თუმცა, ტემპერატურის ზრდის ხასიათი (გეოთერმული გრადიენტი) მნიშვნელოვნად იცვლება როგორც ტექტონიკური პირობების, ასევე ქანების თერმული თვისებების მიხედვით.
მაღალი გრადიენტები (200 ° C /კმ ) დაიკვირვება უმეტესად ოკეანეების ფსკერზე და კუნძულების რკალის გასწვრივ. მაღალი მნიშვნელობები დაკავშირებულია გამდნარ ვულკანურ ქანებთან (მაგმა), რომლებიც ამოწეულია დედამიწის ზედაპირთან ახლოს. დაბალი გრადიენტები დაიკვირვება ტექტონიკური სუბდუქციის ზონებში, სადაც დედამიწის ქერქის ქვეშ ჩაწოლილია ცივი, წყალშემცველი ქანები. ტექტონიკურად მდგრად არეებში და დანალექ აუზებში საშუალო სიდიდის გრადიენტებია , რომელიც მერყეობს 15-30 ° C /კმ-ს შორის.
გეოთერმულ ენერგიის ორი ძირითადი წყარო არსებობს: პირვანდელი და რადიოაქტიური დაშლის შედეგად გამოყოფილი სითბური ენერგია. პირვანდელი სითბური წყარო წარმოადგენს იმ სითბოს, რომელიც დედამიწის შექმნის პროცესში , 4.5 მილიარდი წლის წინ კოსმიური მასების შეჯახებისას გამოიყო. დედამიწის გარე ნაწილი, მისი გაცივების შემდეგ, წარმოადგენს ე.წ. იზოლატორს მისი შუა ცხელი ნაწილისათვის. ამით აიხსნება ის ფაქტი, რომ დედამიწა გარედან ცივია, ხოლო მისი ცენტრისკენ მისი ტემპერატურა მრავალჯერადად იზრდება.
ზოგიერთ ადგილებში, სადაც დედამიწის ქერქი თხელია და დანაპრალებული, ან სადაც მაგმური სხეულები ზედაპირთან ახლოსაა განთავსებული, მაღალი ტემპერატურული გრადიენტებია. ღრმა რღვევები, ქანების ნაპრალები და ფორები მიწისქვეშა წყლებს საშუალებას აძლევს ჩაიწუროს სითბოს წყაროსკენ, გაცხელდეს საკმაოდ მაღალ ტემპერატურამდე. ზოგი “ცხელი წყლები” კვლავ “მოგზაურობს” უკან ზედაპირისაკენ და გვევლინებიან როგორც ცხელი წყაროები, გეიზერები ან ფუმაროლები. თუკი აღმავალი ცხელი წყლები გზად “ხვდებიან” ინტენსიურად დანაპრალებულ ან მაღალი გამტარებლობის მქონე ქანებს, ისინი ავსებენ ფორებსა და ნაპრალებს და ყალიბდება გეოთერმული რეზერვუარი.ეს რეზერვუარები გაცილებით უფრო ცხელია, ვიდრე ზედაპირული წყაროები, აღწევენ 350°C-ზე მეტ ტემპერატურას და პოტენციურად წარმოადგენენ ხელმისაწვდომ ენერგიის წყაროებს.
გეოთერმული რესურსები კლასიფიცირდება სამ კატეგორიად :
- მაღალი ტემპერატურის რესურსები, რომლებიც ჩვეულებრივ მაგმატურ პროცესებთანაა დაკავშირებული. ისინი აღწევენ 200- 350°C -ს ბურღვად სიღრმეებზე. ასეთი დეპოზიტები შედარებით იშვიათად გვხვდება და ქმნიან ინდივიდუალურ გეოთერმულ სისტემებს 50 მ2 ფართობებამდე. მომავალში ტექნოლოგიის განვითარებამ შესაძლოა ხელმისაწვდომი გახადოს კიდევ უფრო ღრმა და ცხელი გეოთერმული რესურსების გამოყენებაც.
- საშუალო და დაბალი ტემპერატურის არამაგმატური წარმოშობის რესურსები, ჩვეულებრივ დაკავშირებულია ღრმა რღვევებთან. იმ სიღრმეებში, სადამდეც შესაძლებელია გაბურღვა, ტემპერატურამ შესაძლოა მიაღწიოს 140°C, ასეთი დეპოზიტები უფრო ფართოდაა გავრცელებული, ვიდრე მაღალი ტემპერატურის გეოთერმული რესურსები, თუმცა ინდივიდუალური სისტემები ზომით დიდად არ აღემატება. ამ ტიპის რესურსებსა და პირველი ტიპის რესურსებს შორის მკვეთრი საზღვარი არ არსებობს, რადგანაც ცხელი დეპოზიტებიდან ზედაპირზე გადმომავალი წყლის ტემპერატურა ხშირად ეცემა ამ ჯგუფში კლასიფიცირებული რესურსების დონეზე.
- ძალიან დაბალი ტემპერატურის რესურსები, რომლებიც ფართოდაა გავრცელებული.
გეოთერმული ენერგია შესაძლებელია გამოყენებული იქნას ელექტროენერგიის წარმოებაში, კომერციული, ინდუსტრიული და საცხოვრებელი სახლების გათბობის სისტემებისათვის და ასევე გეოთერმული სითბური ტუმბოების გამოყენებით შენობობის გათბობა- გაგრიელბისათვის.
გეოთერმული რესურსები საქართველოში
საქართველო მდიდარია ბუნებრივი თერმული წყლებით და მას გააჩნია მათი გამოყენების დიდი ხნის ისტორია და ტრადიცია, რაზედაც, გარდა არქეოლოგიური გათხრების მასალისა, მიგვითითებს ქალაქებისა და სხვა დასახლებული ადგილების სახელები (თბილისი, წყალტუბო, წყალთბილა, აბანო და სხვა). ქ. თბილისის დაარსების ლეგენდაც აქ ცხელი წყლების არსებობას უკავშირდება. ჩვენში ძველთაგანვე ეს წყლები მხოლოდ ბალნეოლოგიური და ჰიგიენური მიზნებისათვის გამოიყენებოდა.
გასული საუკუნის 70-იანი წლებში ჩატარებული ბურღვითი და სხვა სახის სავევლე სამუშაოებით დადგინდა, რომ ბუნებრივი თერმული წყლები 44 დეპოზიტშია თავმოყრილი. წინასწარი შეფასებებით, ამ დეპოზიტების სითბური ენერგია დაახლოებით 420 მეგავატია, რაც ეკვივალენტია 2.7 მლნ. გვ/სთ/წელიგეოთერმული ენერგიისა. ამასთან, საქართველოში არსებული 50 თერმული ჭაბურღილიდან, უმეტესობა საშუალო სიღრმისაა და წყლის ტემპერატურა მერყეობს 40 –დან 60 გრადუსამდე. ასევე უნდა აღინიშნოს, რომ ამ ჭაბურღილების უმეტესობა არამუშა მდგომარეობაშია და ასევე, არც ერთი არაა გამოყენებული ელექტრო ენერგიის საწარმოებლად.
გეოთერმული კვლევებით დადგინდა სითბური ნაკადის სიდიდეები საქართველოს ტერიტორიის ძირითადი რეგიონებისათვის: კავკასიონის სამხრეთი ფერდი –(100 mWm-2); 2. საქართველოს ბელტი ა) დსავლეთ დაძირვის ზონა- (40 mWm-2); ბ) აღმოსავლეთ დაძირვის ზონა - (30mWm-2); 3. აჭარა-თრიალეთის ნაოჭა სისტემა: ა) ცენტრალური ნაწილი - (90 mWm-2); ბ) აღმოსავლეთ დაძირვის ზონა - (50 mWm-2); 4. ართვინ-ბოლნისის ბელტი - (60 mWm –2). ამრიგად, სითბური ნაკადების განაწილებაში საქართველოს ფარგლებში შეიმჩნევა შემდეგი კანონზომიერება: მაქსიმალური სითბური ნაკადი შეიმჩნევა ნაოჭა სისტემების ცენტრალურ ნაწილებში და მინიმალური – საქართველოს ბელტის დაძირულ ზონაში, ხოლო აჭარა-თრიალეთის ნაოჭა სისტემას სითბური ნაკადის სიდიდის მიხედვით უკავია მათ შორის შუალედური ადგილი.
აჭარა-თრიალეთის ნაოჭა სისტემისათვის რეგიონულად დამახასიათებელია კარგი გეოთერმული პირობები, რის გამოც წყალგამოვლინებების უმეტესობა თერმულია. მათი უმრავლესობა უხსოვარი დროიდან გამოიყენებოდა ბალნეოლოგიური და ჰიგიენური მიზნებისათვის. თერმული წყლების ბუნებრივ გამოსავლებთან ბურღვის ჩატარებით ხდებოდა რესურსების მრავალჯერადი გაზრდა. შედეგად ამ რეგიონში გვაქვს გეოთერმული წყლის მრავალი საბადო, რომელთა სითბოც გამოიყენება ბალნეოლოგიასა და სახალხო მეურნეობის სხვადასხვა სექტორში.
პალეოცენ-შუაეოცენური თერმოწყალშემცველი კომპლექსის ტემპერატურული პირობები ყველაზე კარგად შესწავლილია ქ. თბილისის ფარგლებსა და მის შემოგარენში. აღმოჩნდა, რომ კომპლექსის ტემპერატურულ პირობებზე გავლენას ახდენს მისი გადამფარავი, დიდი სითბური წინააღმდეგობის მქონე ზედაეოცენური ქანების როგორც განლაგების სიღრმე, ისე მათი სიმძლავრე.
შუა ეოცენის ვულკანოგენურ-დანალექი ფორმაციის ზედაპირზე გაშიშვლების ადგილიდან ქანების ტემპერატურა (200C) თანდათანობით 100 0-მდე იზრდება მათი დაძირვის ყველა მიმართულებით. ჩრდილო-აღმოსავლეთისკენ ტემპერატურის ზრდა შედარებით ნაკლებია საქართველოს ბელტის სიახლოვის გამო. ცარცისა და ეოცენის კონტაქტზე ტემპერატურის მნიშვნელობა დიდ ფარგლებში მერყეობს; ასე, მაგალითად: უკიდურეს დასავლეთით, სადაც ზედა ცარცი ამოზიდულია 500 მ-ს სიღრმემდე, ტემპერატურა მერყეობს 1000-1600 C ფარგლებში, ხოლო ჩრდილო და აღმოსავლეთ მიმართულებით, სადაც ცარცი დაძირულია 600 მ-დე, ტემპერატურა 2400C-ია.