书城科普读物科学我知道-Why能源
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第20章 什么是地热资源?

我们的祖先早在二千多年前,就开始享用地下热水,后来开发蒸汽井采热。但因条件限制,只能利用地表的有限热能,而地球深处的能量被埋没了许多个世纪。从20世纪70年代开始,地热的开发利用受到了世界各国的重视,深埋了亿万年之久的地下热源被开采出来,为人类供暖和发电,开辟了能源世界新天地。

一百多年前,法国一名叫凡尔纳的作家,曾在他的科幻小说里提出去月球旅行和入地心探险的遐想。经过了一个世纪,人类终于排除了千难万险,探访了“月宫”,在宁静的月面上踏上了深深的脚印。但入地却比登天难得多,人类至今伸向地球深处的“铁臂”最长也只不过9600米,更没人敢乘坐一辆钻地探险车去拜访地宫。

原来,半径6300多公里的地球,并非是古人想象的那种空心球,也不完全是一个坚硬的实心球,而是一个谜一样的高温高压世界。

今天,人类已经开始探索地球深处的奥秘。实践告诉人们:入地之所以比登天难,是因为地表的岩石密度比最稠密大气层密度大几千倍,而且越往深处密度越大,甚至大上万倍。如果要驾驶一辆钻地探险车去拜访地宫,将会遇到多大阻力啊!

地球表面是气象万千的天地,可是地下却是面目皆非的严酷世界。它的外层是平均厚度只有三十几公里的岩层,称为地壳,海底最薄的地壳只有5公里。

往下2800公里则是带塑性的岩浆,叫地幔。它比岩石还致密(大约是水密度的5倍),难怪有人将地壳比作漂浮在地幔之上的板块。

离地面2900公里以下,则是地球的核心,它是超高密度的固体(密度是水的10倍),叫地核。

如果将地球比作熟鸡蛋,则地壳就好比是薄薄的蛋壳;地幔就像蛋白;地核就似蛋黄。

地球深处是高温高压的神秘世界。实测资料估计,平均每深33米,温度上升1℃,到地壳底层温度已达1000℃以上,地幔的温度则达1200℃~2000℃,地核温度竟高达5000℃以上,火山爆发时,地球内部从几十公里深处喷射出来的岩浆,经过了长途跋涉来到地面,仍有1000℃以上高温,就是一个证明。美国钻了一口最深的井,钻杆伸到9600米深处时,被220℃熔融硫磺粘住而动弹不得,可知要突破挡路的岩浆是多不容易呀!

即使人类能战胜几千度的高温,但地心深处的高压却难以对付。印度南部有一个名叫科拉的金矿,当坑道还没有沿伸到3000米深时,钻孔在一天之内就被四周的压力封闭了。由此可知,地层深处有多大压力啊!

科学家预测,离地面2900公里处的压力可达13多万兆帕,地心的压力竟达36多万兆帕。有人作过试验,在12万兆帕下,金刚石竟变得像黄油一样软,这想必就是地幔成了粘稠岩浆的原因所在。我们目前使用的任何一种材料,都不能适应这样严酷环境的考验。只凭当代的科学技术水平,要想拜访地宫,真比登天还难得多!

然而,任何事物总是一分为二的,难入的地宫却也是一座珍贵的地下热库,它对人们同样充满诱惑,人们是绝不会放弃任何与地热有关的种种利用。

地球内部像一座高温高压的火炉,当雨水渗入地下或地下水流经这个火炉时,就被加热成蒸汽或热水,再沿着石头的缝隙冒出地面,变成一股股滚烫的热泉。

岩浆是炽热的粘稠熔融体,它受热而大大膨胀了身子,总是气鼓鼓地往外挤,但地壳却死死地将它闸住,“火炉”里始终憋着一股劲儿。

在地壳较薄的地方,岩浆有时冲破地壳的束缚,像脱缰的野马一样奔放出来,这时甚至把整块地皮和石头一齐抛到高高的天空中去。

火山爆发往往会毁坏森林和村庄,甚至危害生命。但是,火山周围也常常形成许多能源源不断地供应地下热水或蒸汽的地热田,那里常是景色宜人的旅游胜地或天然公园。

一般称温度在20℃以上天然露头的地下水为温泉。它们按温度高低分为:低温泉(20℃~40℃)、中温泉(40℃~60℃)、高温泉(60℃~100℃)和过热温泉(100℃以上)四种。

地层中如果存在开放的对流水系,就会把地热带到地球浅层或表面,形成温泉、热泉或蒸汽田,而这种条件是不很多的。实际上,在有开采价值的地热资源中,以不含水的热干岩最引人注目。

热干岩温度高达650℃,储热量大,通常埋藏于离地表只有2~3公里的深处,现代钻探技术已能达到。热干岩地热的开采利用已深受国际上普遍重视,在采用先进的遥感遥测、地质勘探、物理探查和化学分析技术,探明热干岩的类型、埋藏深度和规模之后,就不难加以开采利用。

地球内部蕴藏着难以想象的巨大能量。据估计,仅地壳最外层10公里范围内,就拥有1254亿亿亿焦热量,相当于全世界现产煤炭总发热量的2000倍。如果计算地热能的总量,则相当于煤炭总储量的1.7亿倍。有人估计,地热资源要比水力发电的潜力大100倍。可供利用的地热能即使按1%计算,仅地下3公里以内可开发的热能,就相当于2.9万亿吨煤的能量。这是多么惊人的数字啊!不过世界各地的地热资源分布是不均匀的,有些国家地热资源特别丰富。冰岛就是富地热资源的国家。它地处北极圈附近,尽管气候寒冷,但地下却蕴藏着巨大的热能。冰岛的岩流几乎占全球岩流的三分之一,近几个世纪里,平均每五年有一次火山爆发,有形成地热的得天独厚的条件。据统计,冰岛拥有温泉、热泉、蒸汽泉、间歇泉等达1500多个。

美国也蕴藏着丰富的地热资源,据地质调查表明,美国高温地热发电潜力相当于755亿~7297亿吨标准煤,或600亿~4750亿桶石油;可以直接利用的中、低温热能则相当于1606亿~9139亿吨标准煤。

此外,日本、新西兰、意大利、前苏联、印度、菲律宾、法国、匈牙利、墨西哥、肯尼亚等许多国家都蕴藏着地热资源。

我国的地热资源也比较丰富。目前已发现的地热露头有2700多处(包括天然和人工露头),还有大量地热埋藏在地下尚待发现。

我国大多数省(区)都有为数不同的地热露头,地热点分布比较多的有:云南(345处)、西藏(342处)、河北(320处)、四川(295处)、广东(229处)等省区。我国地热资源大部分属于中低温热水,80℃以上的地热点只有600多处。从我国地热分布情况来看,有从中部向东部大陆边缘和西南部地热数量逐渐增多和水温逐渐增高的趋势。

西藏羊八井地热田闻名世界,它在海拔4200米高处,两侧是5000~6000米的高山雪岭。谷地平坦,热水沼泽星罗棋布,热汽喷口爆炸遍地可见,许多温泉、热泉和沸泉连成一片。最引人瞩目的是热水湖,湖面7300多平方米,最深处达16米,水温常常在46~57℃。

北京蕴有多处低温地热田,它的总面积至少有600平方公里。埋藏浅者只有400米,深者2500米,水温最低的38℃,最高可达70℃。

除西藏外,云南和台湾省属高温地热区;福建、广东等沿海省份属中、低温地热带;内地一些盆地蕴有低温地热田。

地热是大自然恩赐给人类的宝贵能源,开发利用地热能可节约大量煤炭、石油和天然气,人们从而有更多的化工原料可用。特别是在因大量烧煤对环境造成严重污染的情况下,开发地热对保护环境有着更重要的意义。

国内外都广泛重视地热的开发利用,它已广泛为工业、农业、国防、医疗卫生事业服务。世界上已有六十多个国家开发了地热能源。