Геотермальные источники

Горячая вода, поступающая из недр земли – это захватывающее природное явление и богатый сырьевой ресурс, приносящий в том числе и пользу для оздоровления людей. Геотермальные источники отличаются от подземных ключей и родников более высокой температурой выходящих вод, в которых, к тому же, может содержаться более половины всех элементов таблицы Менделеева.

Что такое геотермальные источники и как они выглядят

Под землей на глубине 1 км температура горных пород достигает 30°С и она повышается в среднем на 3°С через каждые 100 м. Более мощный тепловой поток из недр создается в зонах разломов земной коры, активного вулканизма, высокой сейсмичности. Нагретые горные породы повышают температуру подземных вод.

Естественный теплоноситель после длительного путешествия изливается естественным путем. Так рождаются термальные источники — горячие подземные воды в жидком или парообразном состоянии, выходящие на поверхность Земли.

Как правило, показатели температуры таких источников выше по сравнению с температурой окружающей среды. Это основное отличие от неглубоко залегающих грунтовых вод, выходящих на поверхность земли в виде родников, ключей, ручьев, температурные показатели которых обычно находятся в диапазоне от 5 до 15°С.

Виды геотермальных источников

Термальные воды подразделяются на группы в зависимости от температуры:

• от 20 до 37°C – теплые или субтермальные;
• от 37 до 50°С – горячие;
• от 50 до 100° – очень горячие или гипертермальные.

Кроме того, вода может быть перегретой (150°С). Специалисты американского Центра геофизических данных предлагают считать теплым источник с температурой от 20 до 50°C.

В регионах активного вулканизма наблюдаются необычные природные явления. Например, гейзер — особый термальный источник, периодически возникающий и пропадающий. Вода глубоко просачивается, контактирует с магматической камерой и, сильно нагреваясь, вырывается наружу.

Обычно в природных источниках вода спокойно выходит из земли. Если большой резервуар над магмой соединен с поверхностью узким каналом, то давление в нем периодически возрастает. Легкий паро-водяной пузырь выталкивается в виде струи через определенные промежутки времени, составляющие несколько минут, часов, месяцев или лет. Вода нагревается до температуры 100–104°С, а высота столба может достигать 100 м.

Две трети всех существующих в мире гейзеров фонтанируют в Йеллоустоунском национальном парке США. Извержения столбов воды и пара можно наблюдать в Исландии, Новой Зеландии, Японии, Чили, Перу. На Камчатском полуострове находится знаменитая Долина гейзеров (частично разрушена оползнем).

Помимо гейзера существуют и другие геотермальные явления:

• фумарола — струя водяного пара и дыма из трещины в горных породах. Явление обычно наблюдается в районах активного вулканизма;
• сольфатара — испарение с очень высокой температурой (100–300°С) в кратере и на склонах вулкана, содержащее водяной пар, диоксиды серы и углерода, сероводород;
• термальное озеро (ванна) — горячий источник с температурой до 100°С;
• грязевой бассейн — небольшое природное углубление с пузырьками воды, вспенивающими осадочные породы на поверхности;
• мофет — природный колодец (отверстие), трещина, из которой выделяется струя водяного пара, насыщенная углекислым газом, азотом, взрывоопасными метаном и водородом (температура смеси 100°С и ниже).

Горячие источники отличаются по минерализации, химическому составу. Они могут быть гипотоническими, изотоническими и гипертоническими в зависимости от концентрации минеральных веществ. Термальные воды в районах активного вулканизма, содержащие много кремнезема, обычно прозрачные. Источник горячей воды с высоким содержанием серы чаще всего выглядит как лужа кипящей грязи. Часто она имеет желтоватый цвет.

Минеральные источники природной горячей воды нередко содержат повышенные количества токсичных веществ. Это создает проблемы для оздоровительного использования, получения тепла и электроэнергии.

Механизм нагрева термальных вод

Геотермальные источники и их энергия — естественное тепло недр, которое передается от мантии горным породам в составе земной коры. В районах активного вулканизма расплавленная магма сильнее нагревает горные породы, проникает через пустоты и трещины близко к поверхности. Магматический расплав подогревает подземные воды. Рождаются гейзеры, фумаролы и сольфатары.

Есть объяснение того, откуда берутся горячие источники в невулканических регионах. Подземные воды проникают на глубину 1 км и более, нагреваются и выносятся на поверхность в результате естественной циркуляции.

Если пробурить геотермальную скважину, то горячие подземные воды выходят на поверхность. Такой искусственный канал иногда похож на гейзер.

Использование вод термальных источников

История применения человеком геотермальной энергии насчитывает почти 20 веков. Подземные воды с температурой 50–80°С, которые естественным образом выходили на поверхность, наши предки использовали для обогрева, приготовления пищи, купания. Есть свидетельства о гигиеническом и целебном эффекте бассейнов с горячей водой в Китае с эпохи палеолита, наличии общественных бань (термальных ванн) в Липари (Италия) в 2000 г. до н.э.

Лечебное действие термальных вод не утратило своей актуальности и сегодня. В бальнеологии используется горячая природная вода с температурой до 50°С. Она оказывает противовоспалительное, успокаивающее, регенерирующее влияние на кожу, а через нее — на органы, системы и организм в целом.

Термальные воды применяются не в острой фазе заболеваний, а на стадии компенсации, а также для профилактики. Их применение рекомендовано при болезнях респираторного тракта, легких, опорно-двигательного аппарата, кожи, патологиях сердца и сосудов, нервной и эндокринной систем.

Огромная польза для организма человека заключена в горячих источниках с благоприятным минеральным составом. Сероводородные и углекислые ванны помогают при хроническом бронхите и недостаточности кровообращения, бронхиальной астме.

Французские, итальянские и другие европейские курортные города с термальными источниками пользуются популярностью у туристов и отдыхающих со всего мира. Выпускается косметика на основе термальной воды: спреи, целые линии для ухода за кожей.

Первый опыт использования горячих источников для производства электроэнергии пришелся на конец XIX и начало XX веков. Геотермальная энергия и сейчас применяется для обогрева зданий и выработки электроэнергии в Италии, Франции, Исландии, США, на востоке России. Крупнейшие ГеоЭС по своей мощности сопоставимы с небольшими гидроэлектростанциям, ТЭЦ и АЭС.

Геотермальные источники: интересные факты

Недалеко от города Сатурния (Тоскана, Италия) вода с температурой выше 80°С стекает с небольших скальных уступов в естественное углубление. Термальный источник выглядит как невысокий водопад, над которым клубится пар.

На вулканическом острове Сан-Мигел в составе Азорского архипелага земная кора очень тонкая. Родниковая вода выходит на поверхность и бурлит, потому что ее температура близка к точке кипения (98°). В разных регионах есть природные термальные источники и озера в пещерах, подземные резервуары теплой воды и пара на доступной глубине.

На Камчатке (Россия), в Исландии, Новой Зеландии и Калифорнии (США) горячие источники выходят на поверхность в виде газо-водяного столба. Фонтан пара можно наблюдать в Ладерелло (Италия).

Геотермальные источники — это не то же самое, что родники минеральной воды. «Термальный» означает теплый, а «гео» – земной. Вода нагревается в недрах Земли, поступает вверх. В зависимости от характера выхода на поверхность различают гейзеры, бассейны, озера. Направления использования таких источников самые разные. Это оздоровление и отдых людей, получение тепла для отопления зданий, выработка электроэнергии, а также получение различных химических веществ.