2.2.2. Геотермика

Геотермика (греч. ge – земля, therme – тепло) – раздел геофизики, изучающий тепловое состояние и тепловую историю земных недр. Объект исследования геотермики – эндогенное тепловое поле Земли, которое создаётся внутренними источниками тепла (тепло земной коры, мантии, ядра). В инженерной геологии рассматриваются приповерхностные термальные источники, а также теплообменные процессы в зоне оснований и фундаментов зданий.

Тепловая энергия III зоны в России используется в практических целях и с большой выгодой. На Камчатке известно свыше 140 кипящих и фонтанирующих источников. Местные жители давно используют тепло гейзеров (горячих источников вулканического происхождения). Хорошо известна долина гейзеров, которая весной 2007 г. оказалась погребённой оползнем на 70 % площади. В августе того же года долина была восстановлена и снова открыта для туристов. Примечательно, что гейзеры сами пробились сквозь толщу сползших на них масс грунта, существенно облегчив реставрацию. На Камчатке имеется Паужетская геотермальная электростанция. В санаториях в лечебных целях применяют горячие источники, подогреваемые курящимися вулканами. Теплые подземные воды используются и рыбоводами Камчатки.

В Краснодарском крае теплотворная способность горячих подземных вод используется весь год для выращивания овощей и обогрева животноводческих помещений.

В Салаватском р-не Башкортостана на склонах горы Янгантау (башк. – горящая гора) выходит горячий воздух, насыщенный водяными парáми. Этот феномен впервые исследовал в 1773 г. русский естествоиспытатель акад. П.С. Паллас. Пары и газы Янгантау имеют ценные целебные свойства. Это послужило веским обоснованием создания в 1944 г. бальнеологического курорта «Янгантау». Сама гора с 1965 г. объявлена Памятником природы.

В США (шт. Вайоминг) в Йеллоустонском старейшем национальном парке³ имеются уникальные термальные водоёмы. В них можно увидеть воду во всех трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Зимой твёрдый лёд и снег покрывают всё пространство вокруг водоёмов. Однако сами они остаются заполненными жидкой водой, т.к. горячие газы, исходящие из недр Земли, нагревают воду и не дают ей замерзать. А над водой всё время клубится пар.

Тепло земной коры активно используется с давних времён и в Европе. Ещё в 1350-х гг. в Карловых Варах (Чехия) благодаря открытию гейзера (сл. geysir – хлынуть) с лечебными свойствами был основан курорт. К гейзеру примыкают 12 горячих лечебных источников. Температура воды в них колеблется от 41 до 72 ºС. В 1871-1881 гг. там был возведён символ Карловых Вар – Мельничная колоннада. Среди 124-колонн выходят на поверхность пять источников, а шестой – расположен перед ней. К слову, гейзер – одно из проявлений поздних стадий вулканизма.

Водой горячих родников – гейзеров – отапливается столица Исландии Рейкъявик, причём теплоноситель транспортируется на расстояние до 70 км. В Италии работает геотермическая электростанция мощностью 262 МВт, используемая, в частности, для тяговой подстанции железнодорожного транспорта в Лардачелло. В Новой Зеландии имеется станция мощностью 10 МВт, планируется увеличение её мощности до 130 МВт. В Болгарии (г. Видин) подземными горячими водами (t = 60…100 ºC) отапливаются жилые дома. Под Парижем (г. Басин) на глубине 1800 м имеется подземное горячее озеро, воды которого служат теплоносителем для отопления жилых домов.

Таким образом, геотермальная энергетика используется довольно широко в различных странах на урбанизированных территориях.

Во Франкфурт-на-Майне в 2000-х гг. под руководством проф. Р. Катценбаха (Технический университет, Германия) начали успешно внедряться геотермические основания и фундаменты высотных зданий (Н ≈ 250м). Технология реализована при строительстве Главной башни, Дома Галилея и др. При этом буронабивные сваи диаметром 1,5 м глубиной до 30 м оснащаются специальными теплообменниками для подземной аккумуляции летней тепловой энергии и возвращения её в здание в зимнее время. Летом грунтовая околосвайная прохлада подаётся в здание для кондиционирования воздуха. Надёжность системы обеспечивается расчётом баланса между теплофизическими параметрами грунтов, окружающих сваи, и климатическими температурами по уравнению теплопереноса.