A radioaktív "kohótól" a mofettákig

Vajon mennyi ideig elegendő a radioaktív elemek hőtermelése a jelenlegi főáram fenntartására, illetve mekkora a hőáramból az a rész, amelyet a Föld egy korábbi állapotából örökölt?

Abból kell kiindulni, hogy a legfőbb hőtermelő radioaktív izotópok a földkérgen belül jól ismertek, így a tórium, az uránium, a kálium egyes izotópjai. Ha a szárazföldi kéreg vastagságát 30-40 kilométeresnek vesszük, akkor ez a gömbhéj a Föld sugarának még egy százaléka sincs. Mégis a benne levő radioaktív izotópok hőtermelése a számítások szerint elegendő ahhoz, hogy a Föld felületén a hőáram 40 százalékát biztosítsa.

Rendkívül fontos, hogy a hőtermelő radioaktív izotópok koncentrációja az óceáni kéregben kisebb, de ott is megtalálható. Az, hogy a koncentráció a felszín felé növekszik, a Föld korai állapotában lezajlott nagy kémiai elkülönülésnek tulajdonítható. A legidősebb szárazföldi kőzettömegek, amelyek kora meghaladja a 3,5 milliárd évet, rendkívül gazdagok hőtermelő radioaktív izotópokban, tehát az említett elemelkülönülésnek - és így a radioaktív elemek első nagy feldúsulásának is - a földfejlődés nagyon korai időszakában kellett végbemennie, egy időben azzal a folyamattal, amikor a Föld egy sűrű "vasmagra" és könnyebb elemekből álló szilikátos köpenyre, kéregre különült.

A Föld életében alapvető fontosságú radioaktív hőtermelő izotópoknak rendkívül hosszú felezési idővel kell rendelkezniük ahhoz, hogy jelentős mennyiségű hőt tudjanak termelni a Föld korához viszonyítva is. Főleg a tórium-232, az uránium-238, a kálium-40 és az uránium- 235 képes erre. Viszonylagos koncentrációjukat figyelembe véve ki lehet számítani, hogy hárommilliárd évvel ezelőtt több mint kétszer annyi hőt termeltek bomlásuk során, mint amennyit most képesek termelni. A fokozott hőtermelés miatt az akkori kőzetburok vékonyabb volt. A geológiai idők során a kőzetburok általában is vastagodott, de maga az asztenoszféra is fokozatosan viszkózusabbá vált.

A jövőben a várhatóan a kőzetburok még tovább vastagodik, az asztenoszféra pedig egyre viszkózusabb lesz. Főleg akkor, ha a radioaktív hőforrások fogyatkozni fognak. Ezzel együtt a kőzetburok mozgása lelassul és várható, hogy a szárazföldi pajzsok alatt kialakuló horgonyok a felszíni mozgásokat fokozatosan lelassítják, majd leállítják.

A számítások szerint azonban ez legkorábban kétmilliárd év múlva következhet be, és ilyen szempontból édeskevéssé érdekli a 20. század emberét. Annál égetőbb kérdés viszont, hogy energiaszegény korunkban hasznosíthatjuk-e bolygónk belső melegét. Vannak a Földnek olyan vidékei, ahol azonnal igennel válaszolnánk erre a kérdésre. Kivétel nélkül mind vulkáni terület: Izland, Kamcsatka, a Yellowstone Park az Egyesült Államokban, Alaszka vagy Új-Zéland északi szigete. E helyeken ugyanis nemcsak a bolygónk más pontjain is megtalálható hévforrások gyakoriak, hanem a felgyülemlett vízgőz hatására magasba törő forró szökőforrások, gejzírek is. Működésük szakaszos. Rövidebb-hosszabb nyugalmi periódus után forró víz és gőz lövell a magasba, majd újra elcsendesedik gejzír. Ez a ritmus némelyik szökőforrásnál olyan pontos, hogy órát lehetne hozzá igazítani. A Yellowstone Parkban, éppen pontossága miatt az "Öreg megbízható"-nak elkeresztelt gejzír kitörései például a XX. század eleje óta 65-70 percenként következnek be.

Sajnos a gejzírek többnyire rövid életűek. Példa erre az eddig ismert legnagyobb gejzír Új-Zélandon, amely hatóránként 800 köbméter forró vizet lövellt 450 méter magasra. 1904-ben egy közeli vulkán kitörése után egyszer s mindenkorra megszűnt. A gejzírek vize többségében a felszínközeli kőzetrétegekből származik. A víz a meleg kőzetek üregeiben, nagyobb járataiban gyűlik össze és fokozatosan melegszik fel. Kitörés azonban csak akkor következhet be, ha a járatok a felszín közelében keskenyek vagy elhajlanak. Izlandon a víz nagy része tulajdonképpen hólé, kisebb része a mélyből feltörő vulkáni vízgőz. Kitöréskor gyakran több víz lövell ki, mint amennyi a föld alatti üregekben, csatornákban látszólag elfér, a kitörés ugyanis a távolabbi mellékjáratokból is magával szippantja az összegyűlt forró vizet.

Az izlandi gejzírek közül világhírnévre tett szert a Nagy Gejzír, mely az ugyancsak híres Hekla vulkántól északnyugatra, több más gejzír társaságában található. Kitöréseinek gyakorisága az évszázadok során gyakran változott. Az 1700-as évek végén óránként, az 1800-as években 1-20 naponként, századunk elején 3-8 naponként, majd 24-30 óránként tört ki. Később teljesen megszűntek a kitörések, ezért 1935-ben mesterségesen beleavatkoztak működésébe. Azóta újra fel-felszökik, már gyengébben és sűrűbb, néhány perces időközökben.

Bunsen (nevét a Bunsen-égő idézheti fel bennünk) hőmérőket eresztett le a Nagy Gejzír csatornájába. Mérései szerint a víz hőmérséklete lefelé növekszik, tehát a vízoszlop alulról melegszik fel. 3 méter mélységben még csak 85 Celsius-fokot, 22 méter mélységben már 126 fokot mért, ilyen mélységben azonban a vízoszlop nyomása miatt már 136 °C a víz forráspontja. Ha valamilyen mélységben a víz hőfoka meghaladja az illető mélységre érvényes forráspontot, s a víz egy része forrni kezd, gőzzé alakul, s a víz a gőzzel együtt a magasba tör.

Az észak-amerikai Yellowstone Parkban fúrást mélyítettek a vulkáni alapkőzetbe. 74 méteres mélységben már 205 °C volt a hőmérséklet. e nemzeti park területén egyébként 3500 hévforrás csoportosult mintegy 8 ezer négyzetkilométernyi területen, közülük száz tartozik a gejzírek közé. A már említett Öreg megbízható mellett híressé vált közülük az Óriás, amely 25-60 méter magasra lövellte vízsugarát, bár meglehetősen rapszodikusan, néha csak néhány napot, máskor több hetet "pihent". Ma már "nyugalomba" vonult.

A földkéregmozgások, a kőzetcsatornák, üregek elzáródása miatt azonban szinte lehetetlen naprakész leltárt készíteni a gejzírekről, amelyeket a legcifrább nevekre kereszteltek: van Méhkas, Kék csillag, Toboz, Hajnalka, Oroszlán, Fül, Boszorkánykatlan, hogy csak néhányat említsünk. A Kastély gejzír kétszer olyan magasra dobja vízoszlopát, mint az Öreg megbízható, de ki tudja meddig?

Alaszka területén a Tízezer füst völgyében, Kamcsatkában - stílszerűen - a Gejzírek völgyében sorakoznak a szökőforrások. Ez utóbbiakat 1940-ben fedezték fel, számuk több mint húsz. Közülük legnagyobb a Velikán (Nagy gejzír), 3 óránként tör ki és vízsugarát 30-50 méter magasra lövelli. Gyakoriak Kamcsatkán az egyszerű hévforrások is, így Petropavloszk, Ozenája és Zsupanova közelében.

Mindezen forró vulkáni területek szinte kínálják a lehetőséget a föld belső melegének kiaknázására. Izland fővárosában Reykjavikban a gejzírek vizével fűtik a lakások 90%-át. A 87 fokos termálvíz 16 kilométer hosszú távvezetéken érkezik a városba. A városi melegvízhálózat hossza mintegy 50 kilométer, üvegházakban zöldséget, gyümölcsöt termesztenek e zord, északi pontján a földfelszínnek.

Hasonló a helyzet Kamcsatkában, ahol már a vulkáni gőz energiáját hasznosító erőmű is épült.

Vulkáni hőerőműveket egyébként először az olaszországi Larderellóban építettek. Az a mondás járta itt, hogy csak egy sétapálcát kell leszúrni a földbe, s máris jön a gőz. A természetes gőzök, forró vizek azonban sok olyan agresszív anyagot tartalmaznak, amelyek megtámadják a berendezéseket. Ezért a természetes hévíz külön csőrendszerben kering, hőjével közvetve melegítik fel az erőművet ellátó forró vizet. Új-Zélandon igen korszerű vulkáni hőerőművek üzemelnek. Mexikóban, Salvadorban, Törökországban, Görögországban ugyancsak épültek már a Föld belső melegét hasznosító geotermikus erőművek. Bolygónk jelenlegi (1984) legnagyobb geotermikus erőműegyüttese a kaliforniai Sonoma völgyben van, az általa termelt villamos áram San Francisco villamosenergia-szükségletének felét fedezi.

Az utóbbi években azzal is kísérleteznek, hogy a meleg vizet vagy gőzt nem tartalmazó, száraz kőzetekben föld alatti üregeket képeznek ki, amelyekben a felszínről bepréselt víz felmelegszik és gőzzé alakul. Az USA délnyugati részén, Los Alamosban levő kísérleti telepen működő mesterséges "gejzírek" elve a következő: az egyik mélyfúrásba vizet sajtolnak, ami a mélyebb, összetöredezett kőzetekben a másik fúrás felé szivárog. Ezen át a gőz a felszíni hőcserélőkhöz jut. Első lépcsőben ezzel az energiával turbógenerátorokat hajtanak, majd a még mindig meleg vizet épületek fűtésére használják fel. Az Új-Mexikóban fúrt kutak 3 kilométer mélységbe hatolnak le. Itt a kőzethőmérséklet 200 °C. A fúrások, kutak egymástól 75 méter távolságban vannak.

Franciaországban, Elzászban 3320 méter mélységű hévízkutató fúrással európai mélységrekordot állítottak fel. E mélységben 140-150 °C a víz hőmérséklete. A vízhozam 150 köbméter óránként. A tervek szerint e termálvízzel 2400 strassbourgi lakást fűtenek majd.

Hazánk is a Föld azon övezeteihez tartozik, ahol a mélyben a hőmérséklet az átlagosnál sokkal gyorsabban nő. A kőolajkutatás során mélyített fúrásokban többnyire már 2-3 kilométeres mélységben 100-150 °C a hőmérséklet és 4 kilométernél mélyebb fúrások talpán már 260 °C-os hőmérsékletet is mértek. A magyar föld speciális geológiai viszonyai miatt arra sincs szükség, hogy a felszínről préseljenek vizet a fúrólyukba és külön második fúrást mélyítsenek a forró víz vagy gőz felszínre hozatalára. A magyar medence üledékes kőzetei ugyanis hatalmas víztárolók, így belőlük csaknem mindenütt nagynyomású, nagy hőmérsékletű termálvíz nyerhető. Elvi hőteljesítményük 300MW, ami egy kis hőerőműnek felel meg. A már ma is meglévő termálkutak 40 százalékát fürdők, jobbára kezdetleges szabadtéri strandok, közel egyharmadát a mezőgazdasági üvegházak fűtésére használják. Mintegy 500 000 négyzetméter alapterületű növényházat fűtenek termálvízzel, ami világviszonylatban is figyelemre méltó. Ugyanakkor alig használják a hazai föld melegét ipari csarnokok, középületek vagy lakótelepek fűtésére. Nagyobb arányú kommunális hasznosításra ma (1984) még csak Szeged környékén vannak pozitív példák. így például az újszegedi Odessza lakónegyed geotermikus hőközpontja ezer lakást lát el központi fűtéssel és hálózati meleg vízzel.

A termálvíz leggazdaságosabban hőlépcsőkben hasznosítható, Szentesen például az első hőlépcsőben a kórházat fűtik 79 fokos vízzel, a második lépcsőben a használt meleg vizet a gyógy- és strandfürdőkben hasznosítják, a víz egy részével pedig üvegházakat fűtenek.

A termálvizek nagyobb arányú felhasználását helyenként a csővezetékek sólerakódásai akadályozzák. A gyors eldugulástól, elapadástól félve azonban sokszor ott sem használják fel a termálvizet, ahol kész fúrások "ingyen" ontják. Pedig rendszeres savazással és kúttisztítással meg lehet akadályozni a sólerakódást és a fúrócsövek és csővezetékek eltömődését.

Nyíltan meg kell azonban mondanunk, hogy sem hazánk sem a világ energiaellátásában nem játszhat döntő szerepet a geotermikus energia. Ennek ellenére lebecsülni sem szabad, hiszen egyre gyarapodó népességű bolygónk növekvő energiaigényének kielégítésére minden forrást ki kell használnunk. E téren a technika még számos lehetőséget tartogat. Nemrégiben a Hawaii szigetek Kilauea vulkánján először sikerült fúrással behatolni egy kihűlőben lévő lávató mélyére. Nemcsak fúrásmintát vettek az ezerfokos sűrű anyagból, hanem vizsgálati célból sikerült a fúrólyukat nyitva tartani. Szovjet kutatók Izlandon 900 méter mélységben izzó lávába fúrtak bele.

Nem beszéltünk még a Föld mélyéből feltörő gőz- és gázszivárgásokról, mint amilyenek a fumarolák, szolfatárák, mofetták. E furcsa olaszos hangzású elnevezések mögött a hévforrások és gejzírek rokonai rejtőznek. A fumarolák olyan forró - akár 900 fokos - gőzfeltörések, amelyek kénsavat vagy egyéb kénes savakat, néha sósavat is tartalmaznak. A szolfatárák maximális hőmérséklete 300 °C, a vízgőzt széndioxid és kén-hidrogén kíséri. A mofetta víz helyett néha 100 °C hőmérsékletet is elérő szén-dioxid gázszivárgás.

A szolfatárák az Európában egyedülálló itáliai gőzforrásokról kapták nevüket. A Nápoly melletti Pozzuoli Solfatara nevű krátere egy kicsit a pokol képzetét kelti bennünk. A rómaiak egykor Vulcanus isten terének nevezték. A forróvízgőz-oszlopok a közel fél kilométer átmérőjű lapos kráter aljáról törnek fel sziszegve.

A kráter alja likacsos kőből áll. A lépések alatt döng a föld. A 130-160 fokos gőzben sok a kén-hidrogén, amiből a levegőn sárga kén válik ki. A gőzfeltörések egy részét automatikus műszerek figyelik; regisztrálják hőmérsékletük vagy kémiai összetételük változását. Amikor ott jártam, a katlan egyik felében kempinget létesítettek. Furcsa érzés itt a sátrakban aludni, senki sem tudja, mikor ébrednek szunnyadásukból az alvilág erői. hogy ez az érzésem nem volt alaptalan, arra az 1983-as esztendő szolgáltatott bizonyítékot. Pozzuoli 80 000 lakóját hónapokon keresztül földrengések százai tartották rettegésben. A lakosság fele elmenekült. Nyolcezer ember sátrakban és lakókocsikban talált kényszerszállásra, többségük azonban a szabad ég alatt, az utcákon, tereken, parkokban töltötte a nappalokat és éjszakákat.

A szolfatárák egyik típusa a geotermikus erőművek között már említett toscanai Larderello, Siena közelében. A mintegy 200 négyzetkilométernyi kopár, sziklás völgyvidék talaját sóvegyületek vonják be. A gőzforrások nemegyszer értékes anyagokat, bórsavat, nemesgázokat termelnek. A bolygónkon oly ritka - de a Nap tömegének jelentős részét alkotó - héliumot itt fedezték fel 1895-ben. A larderelloi gőzök magas, 230 °C-ot is elérő hőmérsékletének az a magyarázata, hogy a forró vulkáni kőzeteket vastag, hőszigetelő üledékrétegek borítják, amelyek olyasféle szerepet játszanak a folyamatban, mint a fazék fedője. A nagynyomású gőzök csak repedéseken át tudnak utat törni a felszín felé. Az erőmű gőzellátását persze fúrások szolgálják. Hasonló a vulkáni gőzök földtani helyzete az ugyancsak toscanai Monte Amiaton, egy 734 métere magas, kialudt vulkáni kúp kráterében is.

A mofetták, azaz szén-dioxid gázszivárgások többnyire a szolfatárák tágabb környezetében csoportosan találhatók, gyakran kialudt vulkánok krátereiben. Mivel a szén-dioxid nagyobb sűrűségű rétegként üli meg a mofetták környezetét, olykor elhullott állatok teteméről ismerték fel ezeket. Ez történt a jávai Halottak völgyében is, ahol egy tölcsérszerű beszakadás alján régi utazók különféle vadállatok, sőt emberek csontvázairól tudósítottak. Csak a XIX. század közepén sikerült megoldani a rejtélyt. Hasonló szén-dioxid szivárgás a magyarázata az elhullott kutyatetemekről hírhedté vált, Nápoly melletti Kutyabarlangnak. Erdély világszerte híres mofettája a Kovászna melletti Pokolsár, ahol 30-40 évenként a szénsav nagy mennyiségű iszapot dob a magasba. A Föld számos pontján vannak hasonló "iszapvulkánok", így Szicíliában, a Mexikói-öböl partján, Baku környékén és az Azovi-tenger Kercs-félszigetén.

(Dr. Juhász Árpád: Kék bolygó – 1984)

 
 

© 1999-2005 BEBTE www.bebte.hu