Гидротермальная гипотеза: что это такое, предпосылки и критика - наука

Аушигер

Самым знаменитым курортом с горячими источниками в КБР является «Аушигер». Находится он недалеко от Нальчика – всего в 20 минутах езды. Горячая минеральная вода в Аушигере добывается из скважины глубиной около 4 км, на месте горячего ключа образовалось небольшое озеро.

Открыта скважина Аушигер был в 1950 году, во время поиска нефти на территории поселка. Первыми посетителями термо-вод стали местные жители, но постепенно он разрастался, обзаводился инфраструктурой и сегодня гости курорта могут провести полноценные выходные в термальном комплексе.

Термальные источники «Аушигер» являются круглогодичным курортом, температура жидкости, выходящей на поверхность земли, равняется 50 градусам – это делает курорт уникальным природным СПА-центром.

Горячие источники Аушигера содержат хлор, натрий, калий, гидрокарбонаты. Купание в здесь показано людям с заболеваниями:

печени и желчевыводящих путей;
заболеваний ЖКТ и обмена веществ;
ожирения и сахарного диабета.
гинекологических и мочеполовых инфекций;
заболеваний опорно-двигательного аппарата;
кровеносной системы;
кожных заболеваний.

Однако, людям, страдающим сердечными заболеваниями, купание в горячих бассейнах Аушигера противопоказано.

На территории имеется:

целебное озеро;
открытые и закрытые бассейны
спа-центр

Цены на купание в Аушигере невысокие – 100-150 рублей с человека.

Стоимость проживания на курорте начинается от 2500 рублей в сутки за двухместный номер.

Фото-галерея термального комплекса «Аушигер»:

обзор горячих источников «Аушигер»

Абиотические модели

Абиотические модели предполагают, что жизнь возникла отдельно от «микроструктур» как переходных форм между органическими молекулами и самыми ранними формами жизни. Среди основных защитников этой теории — Опарин, Сидней В. Фокс и Альфонсо Ф. Эррера.

Согласно Опарину и Холдейну, коацерваты — это пробионты-предшественники жизни, ограниченные плазматической мембраной, которая позволяет взаимодействовать с окружающей средой. По мнению авторов, они возникли раньше молекул, передающих генетическую информацию: ДНК или РНК.

Со своей стороны, Стэнли Миллер и Гарольд Юри сумели построить гениальную систему, имитирующую «примитивную атмосферу жизни». Компоненты, присутствующие в гипотетической атмосфере, сильно отличающиеся от нынешней, были способны синтезировать органические молекулы, необходимые для жизни (например, аминокислоты), при воздействии тепла и напряжения.

Фоксу удалось получить микросферы размером с бактерии, подвергая аминокислоты воздействию тепла.

Таким же образом другие исследователи достигли синтеза органических молекул, используя в качестве сырья неорганические молекулы, тем самым объясняя происхождение жизни из абиотической среды.

Конструкции геотермальных электростанций

Геотермальная энергия — это чистое и устойчивое тепло от Земли. Большие ресурсы находятся в диапазоне в нескольких километрах под поверхностью земли, и еще глубже, до высокой температуры расплавленной породы, называемой магмой. Но как описано выше люди пока не добрались к магме.

Практически везде, в неглубоких местах ниже 3 метров от поверхности земля имеет практически постоянную температуру от 10° до 16°C. Геотермальные тепловые насосы могут использовать этот ресурс для отопления или охлаждения зданий.

Геотермальная теплонасосная система состоит из теплового насоса, воздушной системы доставки (воздуховодов), а теплообменник — это система труб находящихся в неглубоких местах возле здания. В зимнее время тепловой насос извлекает тепло из теплообменника и подает его в крытую систему подачи воздуха. Летом происходит обратный процесс, и тепловой насос переносит тепло от внутреннего воздуха в теплообменник. Тепло, удаляемое из воздуха в помещениях в течение лета также может быть использовано, чтобы обеспечить бесплатный источник горячей воды.

Некоторые геотермальные электростанции используют пар из резервуара для вращения турбины генератора, в то время как другие используют горячую воду для кипения рабочей жидкости, которая испаряется и затем вращает турбину. Горячая вода у поверхности Земли может быть использована непосредственно для тепла. Прямое использование включает отопление зданий, выращивание растений в теплицах, сушки культур, подогрева воды в рыбоводных хозяйствах, а также ряд промышленных процессов, таких как пастеризация молока.

Структура геотермальных электростанций

Традиционная геотермальная энергия — это зрелая технология, которая может обеспечить базовую мощность или круглогодичного теплоснабжения. Ресурс может быть использован только в благоприятных регионах. Соответствие спроса на тепловую энергию от доступных ресурсов может быть сложен, учитывая стоимость и сложность транспортировки тепла на большие расстояния.

В настоящее время наиболее распространенным способом использования энергии из геотермальных источников является метод естественной «гидротермальной конвекции» где воды просачиваются через земную кору, нагреваются, а затем поднимаются к поверхности. После этого нагретая вода используется для привода электрических генераторов.

Существуют три основные конструкции для геотермальных электростанций:

В простейшей конструкции сухой пар проходит непосредственно через турбины, а затем конденсатор, где пар конденсируется в воду.
Во втором подходе очень горячая вода превращается в пар, который затем может использоваться для привода турбины.
В третьем подходе, называемый бинарная система, горячая вода проходит через теплообменник, где нагревает вторую жидкость — например, изобутан — в замкнутом цикле. Изобутан кипит при низкой температуре, чем вода, поэтому он более легко превращается в пар для запуска турбины.

Три конструкции геотермальных электростанций

Технология применения определяется ресурсом. Если вода поступает из скважины как пар, она может использоваться непосредственно. Если горячая вода достаточно высокой температуры она должна пройти через теплообменник.

Прямое использование геотермального тепла

Геотермальные источники также могут использоваться непосредственно для целей отопления. Горячая вода используется для обогрева зданий, выращивания растений в теплицах, сушки рыбы и сельскохозяйственных культур, улучшение добычи нефти, помощи в промышленных процессах как пастеризаторы молока и обогрев воды на рыбных фермах. В США Кламат-Фолс, штат Орегон и Бойсе, Айдахо геотермальная вода используется для обогрева домов и зданий более века. На восточном побережье, город Уорм-Спрингс, Вирджиния получает тепло непосредственно из родниковой воды, используя источники тепла на одном из местных курортов.

В Исландии практически каждое здание в стране нагревается горячей родниковой водой. В самом деле Исландия получает более 50 процентов первичной энергии из геотермальных источников. В Рейкьявике, например, (население 118 тыс. чел), горячая вода передается по конвейеру на 25 километров, и жители используют её для отопления и естественных нужд.

Новая Зеландия, получает 10% своей электроэнергии дополнительно. Геотермальная энергетика в России находится в недостаточном развитии, несмотря на наличие термальных вод.

ссылки

Чаттерджи, С. (2016). Симбиотический взгляд на происхождение жизни в кратере озер гидротермального воздействия. Физическая химия химическая физика, 18(30), 20033-20046.
Corliss, J.B., Baross, J.A., & Hoffman, S.E. (1981). Гипотеза о связи между подводными горячими источниками и происхождением жизни на земле. Oceanologica Acta, Специальный выпуск.
Holm, N.G. (1992). Почему гидротермальные системы предлагаются в качестве правдоподобных сред для возникновения жизни? в Морские гидротермальные системы и происхождение жизни (стр. 5-14). Спрингер, Дордрехт.
Jheeta, S. (2017). Пейзаж возникновения жизни. жизнь, 7(2), 27.
Lanier, K.A. & Williams, L.D. (2017). Происхождение жизни: модели и данные. Журнал молекулярной эволюции, 84(2), 85-92.

В поисках субститутов

Конечно, хотя вода важна для жизни на нашей собственной планете, могут существовать формы жизни, которые живут не по правилам землян.

Ученые также ищут другие жидкости, которые могли бы сыграть аналогичную роль в качестве универсального растворителя и транспортной среды. Среди главных претендентов — аммиак и метан, говорит Крис Маккей, астробиолог из Научно-исследовательского центра Эймса при NASA в Моффет-Филд, Калифорния. Аммиак, как и вода, — это полярная молекула, относительно распространенная во Вселенной, но ученые пока не нашли крупные тела с аммиаком в Солнечной системе.

Метан не полярен, но может растворять многие другие вещества. Впрочем, в отличие от воды, метан становится жидким только при очень холодных температурах — при минус 182 градусах по Цельсию.

Термальная энергия в наше время

Столица — Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников. Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект использования многочисленных в этом районе горячих источников.

Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч кило- ватт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч кило-ватт.

Использование вод термальных источников

История использования человеком геотермальной энергии насчитывает почти 20 веков. Наши предки использовали подземные воды с температурой 50-80 ° C, которые естественным образом поднимались на поверхность, для обогрева, приготовления пищи и купания. Имеются данные о гигиеническом и лечебном действии бассейнов с горячей водой в Китае со времен палеолита, о существовании общественных бань (бань) на Липари (Италия) в 2000 году до нашей эры.

Лечебное действие термальных вод не утратило своего значения и по сей день. В бальнеологии используется естественная горячая вода с температурой до 50 градусов по Цельсию. Он обладает противовоспалительными, успокаивающими и регенерирующими свойствами для кожи, а через нее — для органов, систем и всего тела.

Термальные воды используются не в острой фазе болезней, а в компенсаторной фазе и для профилактики. Их рекомендуют применять при заболеваниях дыхательных путей, легких, органов движения, кожи, сердца и сосудов, заболеваниях нервной и эндокринной систем.

Горячие источники с их полезным минеральным составом очень полезны для человеческого организма. Серные и угольные ванны помогают при лечении хронического бронхита, недостаточного кровообращения и бронхиальной астмы.

Французские, итальянские и другие европейские курорты с термальными источниками пользуются популярностью у туристов и отдыхающих со всего мира. Косметика изготавливается на основе термальной воды: спреи, целые линии по уходу за кожей.

Первые опыты использования горячих источников для выработки электроэнергии относятся к рубежу 19 и 20 веков. Геотермальная энергия по-прежнему используется для обогрева зданий и производства электроэнергии в Италии, Франции, Исландии, США и на востоке России. Крупнейшие геотермальные электростанции сопоставимы по мощности с малыми гидроэлектростанциями, теплоэлектростанциями и атомными электростанциями.

Геотермальные электростанции

Температура тем выше, чем глубже буровая скважина. Однако в сейсмически опасных зонах температура при погружении в скважину поднимается быстрее в силу разрыва тектонических плит. Высокое значение геотермического градиента удешевляет добычу энергию, так как приходится бурить не так глубоко. Лучший вариант — гейзеры, у которых воды на поверхности и так достигают необходимой температуры.

Устройство и конструкция

Схему электростанции можно представить так: воду закачивают в недры Земли, жидкость, просачиваясь в трещины, нагревается до появления водяного пара, а после поднимается по второй скважине, расположенной параллельно.

Нагревшуюся воду доставляют на станцию, энергию перерабатывают в элетрическую с помощью генератора и турбин.

По устройству эти электростанции бывают:

на парогидротермах — для добычи энергии эксплуатируют нагретую еще в природе воду;
двухконтурная на водяном паре — специальный парогенератор создает дополнительный пар.

Принцип работы

В геотермальной энергетике используется несколько способов работы.

Прямой способ. Для этого метода берут сухой пар, который поступает через турбину;
Непрямой способ. Метод подразумевает работу с водяным паром при температуре выше 180 градусов Цельсия. Вызываемое давление заставляет воду течь через скважину, а последующее его уменьшение приводит к образованию пара в турбине. Остатки водного ресурса стекает обратно в скважину;
Бинарный (смешанный) способ. Воды применяют с дополнительной жидкостью, к примеру, хладагентом.

Интересные факты

Вблизи Сатурнии (Тоскана, Италия) вода с температурой выше 80 ° C стекает с небольших уступов скал в естественную депрессию. Термальный источник похож на струящийся над ним невысокий водопад.

На вулканическом острове Сан-Мигель в архипелаге Азорские острова земная кора очень тонкая. Родниковая вода поднимается на поверхность и закипает, потому что ее температура близка к температуре кипения (98 °). В разных регионах есть природные термальные источники и пещерные озера, на доступной глубине подземные резервуары для теплой воды и пара.

На Камчатке (Россия), Исландии, Новой Зеландии и Калифорнии (США) горячие источники поднимаются на поверхность в виде водогазового столба. В Ладерелло (Италия) можно увидеть паровой фонтан.

Геотермальные источники — это не то же самое, что источники минеральной воды. «Термальный» означает теплый, а «гео» — землистый. Вода нагревается внутри Земли, когда течет вверх. Гейзеры, бассейны и озера различают по характеру от устья до поверхности. Направления использования таких пружин очень разные. Это оздоровление и отдых людей, получение тепла для обогрева зданий, выработка электроэнергии, а также получение различных химикатов.

Источник

Что такое термальные источники

Подземные горные породы нагреваются от магмы и ядра земли. На глубине одного километра их температура примерно +30 градусов, а через каждые сто метров она повышается еще на градус. В местах, где сейсмическая и вулканическая активность выше, температура в недрах более высокая.

Подземные воды, «путешествуя» в недрах, нагреваются и выходят на поверхность, образуя горячие источники. Иногда они не просто разливаются, а выбрасываются в виде фонтана пара. Геотермальные источники полезны для оздоровления организма. В местах их происхождения строятся санатории и пансионаты, лечебницы. В составе воды почти все элементы таблицы Менделеева, она обогащена серой, водородом, магнием.

Купание

В термальных источниках вода всегда горячее, чем температура окружающей среды. Один из самых крупных горячих источников н в Европе находится в Исландии. Проведя к нему трубопроводы, жители отапливают свои дома, оранжереи и теплицы.

Виды термальных источников

Термальные воды делятся на группы в зависимости от их температуры:

От 20 до 37 ° C — теплый или субтермический;
От 37 до 50 ° С — горячий;
От 50 до 100 ° C — очень жарко или гипертермично.

Кроме того, вода может перегреться (до 150 ° C). Специалисты Американского центра геофизических данных предлагают рассматривать горячий источник с температурой от 20 до 50 ° C.

Необычные природные явления наблюдаются в районах активного вулканизма. Например, гейзер — особый термальный источник, который периодически приходит и уходит. Вода глубоко впитывается, касается магматического очага и, нагретая до высокой температуры, вытекает.

Обычно в природных источниках вода спокойно течет с земли. Если большой резервуар над магмой соединен с поверхностью узким каналом, давление в нем периодически увеличивается. Легкий пароводяной пузырь выталкивается потоком с интервалом в минуты, часы, месяцы или годы. Вода нагревается до температуры 100-104 ° С, а высота колонны может достигать 100 м.

Помимо гейзеров, существуют и другие геотермальные явления:

фумарола — поток водяного пара и дыма, выходящий из расщелины скалы. Это явление чаще всего наблюдается в районах активного вулканизма;
сольфатар — испарение при очень высокой температуре (100-300 ° C) в кратере и на склонах вулкана, содержащее водяной пар, серу и углекислый газ, сероводород
термальное озеро (бассейн) — горячий источник с температурой до 100o C
Грязевой бассейн — небольшая естественная впадина с пузырьками воды, вспенивающими отложения на поверхности;
мофета — природный колодец (скважина), расщелина, из которой извлекается поток водяного пара, насыщенного углекислым газом, азотом, взрывоопасным метаном и водородом (температура смеси 100 ° C и ниже).

Горячие источники различаются по минерализации и химическому составу. Они могут быть гипотоническими, изотоническими и гипертоническими в зависимости от концентрации минералов. Термальные воды в районах активного вулканизма, содержащие много кремнезема, обычно прозрачны. Источник горячей воды с высоким содержанием серы чаще всего выглядит как лужа кипящей грязи. Часто бывает желтоватого цвета.

История

В 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора пара из естественных геотермальных источников. В 20-м веке спрос на электроэнергию привёл к появлению проектов создания электростанций, использующих внутреннее тепло Земли. Человеком, который провёл испытания первого геотермального генератора, был Пьеро Джинори Конти. Это произошло 4 июля 1904 года в итальянском городе Лардерелло. Генератор смог успешно зажечь четыре электрических лампочки. Позже, в 1911 году, была построена первая в мире геотермальная электростанция в том же населённом пункте, она работает до сих пор. В 1920-х годах экспериментальные генераторы были построены в Беппу (Япония) и калифорнийских гейзерах, но Италия была единственным в мире промышленным производителем геотермальной электроэнергии до 1958 года.

Пять стран-лидеров по производству геотермальной энергии, 1980–2012 (US EIA)

Рост мощности ГеоЭС по годам

В 1958 году, когда была введена в эксплуатацию электростанция Вайракей, Новая Зеландия стала вторым крупным промышленным производителем геотермальной электроэнергии. Вайракей была первой станцией непрямого типа. В 1960 году «Pacific Gas and Electric» начала эксплуатацию первой успешной геотермальной электростанции в США на гейзерах в Калифорнии. Первая геотермальная электростанция бинарного типа была впервые продемонстрирована в 1967 году в Советском Союзе, а затем представлена в США в 1981 году, после энергетического кризиса 1970-х годов и значительных изменений в политике регулирования. Эта технология позволяет использовать гораздо более низкую температуру для производства электроэнергии, чем ранее. В 2006 году в Чина-Хот-Спрингс, штат Аляска, заработала станция бинарного цикла, производящая электричество с рекордно низкой температурой жидкости 57 °C. До недавнего времени геотермальные электростанции строились исключительно там, где вблизи поверхности имелись высокотемпературные геотермальные источники. Появление электростанций с бинарным циклом и совершенствование технологии бурения и добычи могут способствовать появлению геотермальных электростанций в значительно большем географическом диапазоне. Демонстрационные электростанции находятся в германском городе Ландау-ин-дер-Пфальц и французском городе Сульц-су-Форе, в то время как ранее работы в Базеле, Швейцария, были закрыты после того, как это вызвало землетрясения. Другие демонстрационные проекты находятся в стадии разработки в Австралии, Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах Америки.

Тепловой КПД геотермальных электростанций невысок — около 7–10%, поскольку геотермальные жидкости имеют более низкую температуру, чем пар из котлов. По законам термодинамики эта низкая температура ограничивает эффективность тепловых двигателей в извлечении полезной энергии при выработке электроэнергии. Отработанное тепло тратится впустую, если только его нельзя использовать непосредственно, например, в теплицах или централизованном отоплении. Эффективность системы не влияет на эксплуатационные расходы, как это было бы для угольной или другой станции ископаемого топлива, но это фактор жизнеспособности станции. Для производства большего количества энергии, чем потребляют насосы, для выработки электроэнергии требуются высокотемпературные геотермальные источники и специализированные тепловые циклы. Поскольку геотермальная энергия постоянна во времени, в отличие, например, от энергии ветра или Солнца, ее коэффициент мощности может быть довольно большим — до 96%.

Интересное Всё о переработке и утилизации отходов пенопласта

Перспективы освоения геотермальных ресурсов в России

Наиболее перспективными областями Российской Федерации в части использования тепловой энергии для выработки электричества являются

На Камчатке имеются такие потенциальные геотермальные ресурсы с вулканическими запасами парогидротерм и энергетических термальных вод, которые способны обеспечить потребность края на 100 лет. Многообещающим считается Мутновское месторождение, известные запасы которого могут предоставить до 300 МВт электричества. История освоения этой области началась с георазведки, оценки ресурсов, проектирования и строительства первых камчатских ГеоЭС (Паужетской и Паратунской), а также Верхне-Мутновской геотермальной станции мощностью 12 МВт и Мутновской, имеющей мощность 50 МВт.

На Курильских островах функционируют две электростанции, использующие геотермальную энергию – на острове Кунашир (2,6 МВт) и на острове Итуруп (6МВт).

В сравнении с энергетическими ресурсами отдельных филиппинских и американских ГеоЭС отечественные объекты производства альтернативной энергии проигрывают значительно: их суммарная мощность не превышает и 90 МВт. Но камчатские электростанции, к примеру, обеспечивают потребности региона в электричестве на 25 %, что в случае непредвиденных прекращений поставки топлива не позволит жителям полуострова остаться без электроэнергии.

В России имеются все возможности для разработки геотермальных ресурсов – как петротермальных, так и гидрогеотермальных. Однако используются они крайне мало, а перспективных областей более чем достаточно. Кроме Курил и Камчатки возможно практическое применение на Северном Кавказе, Западной Сибири, Приморье, Прибайкалье, Охотско-Чукотском вулканическом поясе.

Существует немало причин, тормозящих процессы освоения геотермальных ресурсов. В первую очередь велики геологические риски, которые трудно оценить и управлять ими, не имея специальных знаний. Вот и не спешат инвесторы вкладывать немалые финансы в разработку геотермальных проектов. Опыт крупнейших производителей альтернативных источников энергии, в том числе и солнечных электростанций показывает, что без поддержки государства здесь не обойтись.

Что такое термальные источники и как они выглядят

Под землей, на глубине 1 км, температура горных пород достигает 30 ° C и увеличивается в среднем на 3 ° C каждые 100 м. Более сильный тепловой поток от кишок возникает в трещинах земной коры, активный вулканизм, высокая сейсмичность. Горячие камни повышают температуру грунтовых вод.

Натуральный теплоноситель выливается естественным образом после долгого путешествия. Так создаются термальные источники — горячие подземные воды в жидком или парообразном состоянии, которые стекают на поверхность земли.

Как правило, показания температуры таких пружин выше, чем температура окружающей среды. В этом принципиальное отличие от неглубоких грунтовых вод, которые стекают к поверхности в виде родников, ручьев, родников, температурные показатели которых обычно составляют от 5 до 15 ° С.