ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Τ.Ε ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΚΑΙΝΟΤΟΜΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΑ ΤΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΝΕΑΣ ΚΕΣΣΑΝΗΣ ΚΑΙ ΝΕΟΥ ΕΡΑΣΜΙΟΥ - ΜΑΓΓΑΝΩΝ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΞΑΝΘΗΣ». ΓΙΑΝΝΟΥΛΑ Σ. ΑΣΚΙΤΗ ΚΑΙ ΙΩΑΝΝΑ Κ. ΚΑΤΣΙΚΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΔΡ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Κ. ΚΑΡΓΙΩΤΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2014

2 ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΔΡ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Κ. ΚΑΡΓΙΩΤΗΣ

3

4 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Τ.Ε ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΚΑΙΝΟΤΟΜΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΑ ΤΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΝΕΑΣ ΚΕΣΣΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΝΕΟΥ ΕΡΑΣΜΙΟΥ - ΜΑΓΓΑΝΩΝ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΞΑΝΘΗΣ». ΓΙΑΝΝΟΥΛΑ Σ. ΑΣΚΙΤΗ ΚΑΙ ΙΩΑΝΝΑ Κ. ΚΑΤΣΙΚΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΔΡ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Κ. ΚΑΡΓΙΩΤΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2014

5

6 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ 2012 Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του ΤΕΙ Καβάλας και του φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας. Η έγκριση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας από το Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος Ο υποφαινόμενος δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ ολοκλήρου δικό μου έργο και συγγράφηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου. Δηλώνω υπεύθυνα ότι κατά τη συγγραφή ακολούθησα την πρέπουσα ακαδημαϊκή δεοντολογία αποφυγής λογοκλοπής. Έχω επίσης αποφύγει οποιαδήποτε ενέργεια που συνιστά παράπτωμα λογοκλοπής. Γνωρίζω ότι η λογοκλοπή μπορεί να επισύρει ποινή ανάκλησης του πτυχίου μου. Υπογραφή ΓΙΑΝΝΟΥΛΑ Σ. ΑΣΚΙΤΗ ΚΑΙ ΙΩΑΝΝΑ Κ. ΚΑΤΣΙΚΑ

7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η παρουσίαση μιας όσο το δυνατόν ολοκληρωμένης εικόνας γύρω από το θέμα της αξιοποίησης των γεωθερμικών πεδίων της Ελλάδας και πιο συγκεκριμένα του Νομού Ξάνθης. Η γεωθερμική ενέργεια είναι μια ήπια εναλλακτική και ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Έτσι θα μελετήσουμε τα δύο από τα πέντε μεγαλύτερα γεωθερμικά πεδία του Νομού Ξάνθης αυτό της Νέας Κεσσάνης και του Νέου Εράσμιου Μαγγάνων (Πόρτο Λάγος). Στόχος της εργασίας είναι να χαρακτηρισθούν τα γεωθερμικά πεδία ως προς την ενέργειά τους και να προταθούν πιθανοί τρόποι αξιοποίησης τους

8 ABSTRACT The subject of this dissertation is the presentation of a complete image about the development of the geothermal fields in Greece, especially in the country of Xanthi. Geothermal energy is a mild alternative also renewable source of energy. So we will meditate the two of the five geothermal fields of the country of Xanthi these in N. Kessani and in N. Erasmio - Maggana. The target of this dissertation is to characterize this field and suggest possible ways of their development.

9 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Για τη διεκπεραίωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τους γονείς μας για την τόση υπομονή που έκαναν όλα αυτά τα χρόνια, καθώς και τον Κύριο Καργιώτη που με την βοήθειά του μπορέσαμε να ολοκληρώσουμε με επιτυχία την πτυχιακή εργασία μας.

10 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΚΔΗΛΩΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΗΣ ΓΗΣ ΚΑΙ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ ΜΟΡΦΕΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΤΩΝ ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΠΛΑΚΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ ΑΠΟ ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΕΔΙΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ ΤΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΚΑΙ ΜΕΣΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΝΕΡΟΥ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΑΤΜΟΥ ΘΕΡΜΑ ΞΗΡΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Η ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΓΕΝΙΚΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΜΗΛΟΥ... 29

11 4.3 ΤΟ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΝΙΣΥΡΟΥ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟΝ ΝΟΜΟ ΞΑΝΘΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ Η ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΗΣ ΝΕΑΣ ΚΕΣΣΑΝΗΣ ΤΟ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Ν.ΚΕΣΣΑΝΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Ν.ΚΕΣΣΑΝΗΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΝΕΑΣ ΚΕΣΣΑΝΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Ν. ΕΡΑΣΜΙΟΥ ΜΑΓΓΑΝΩΝ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΞΑΝΘΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Οικονομία και περιβαλλοντικές επιπτώσεις της γεωθερμίας ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΟΣΤΟΣ ΚΥΡΙΑΣ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ ΠΛΠΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ- ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΑΠΟΘΕΣΕΙΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΛΛΑΓΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗ ΕΠΑΝΕΝΧΥΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΚΑΤΑ ΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΘΟΡΥΒΟΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΜΙΚΡΟΣΕΙΣΜΩΝ ΥΔΡΟΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΚΡΗΞΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΣΤΟΝ ΝΟΜΟ ΞΑΝΘΗΣ ΓΕΝΙΚΑ... 56

12 7.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΚΑΙ ΟΙ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΑ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΔΙΑΔΥΚΤΙΑΚΟΙ ΤΟΠΟΙ... 61

13 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1.1: Το μεγάλο γκέιζερ της κοιλάδας Χαουκανταλούρ, το οποίο είναι και το παλαιότερο γνωστό στον κόσμο... 6 Εικόνα 1.2: Απουέσεις θείου σε ατμίδα στην Νέα Ζηλανδία... 7 Εικόνα 1.3 : Αποθέσεις θείου και γύψου σε ατμίδα Εικόνα 1.4: Όταν η θερμοκρασία στις ατμίδες είναι αρκετά υψηλή το θείο τήκεται..8 Εικόνα 1.5: Υδροθερμικός κρατήρας Πολυβώτης στη Νίσυρο Εικόνα 2.1 : Κινήσεις λιθοσφαιρικών πλακών.14 Εικόνα 3.1: Πρότυπο γεωθερμικό σύστημα. 20 Εικόνα 3.2: Μηχανισμός σε περίπτωση υδροθερμικού συστήματος ενδιάμεσης θερμοκρασίας...20 Εικόνα 4.1 : Τα γεωθερμικά πεδία της Ελλάδας...29 Εικόνα 4.2 : Γεωθερμικό πεδίο υψηλής ενθαλπίας της Νισύρου..32 Εικόνα 5.1: κατανομή ισοθερμικών καμπυλών στο γεωθερμικό πεδίο της Ν. Κεσσάνης.. 39 Εικόνα 5.2: Μοντέλο γεωθερμικού πεδίου Ν.Κεσσάνης Εικόνα 5.3 : Γεωθερμικό πεδίο Ν.Κεσσάνης Εικόνα 5.4: Χάρτης κατανομής ισοθερμικών καμπυλών της κορυφής του γεωθερμικού πεδίου Ερασμίου Μαγγάνων.. 44 Εικόνα 5.5 Το γεωθερμικό πεδίο Ν.Εράσμιου Μαγγάνων... 46

14 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1.1: Εγκατεστημένη θερμική ισχύς σε παγκόσμια κλίμακα.. 4 Πίνακας 2.1: Σύσταση του εσωτερικού της γης...12 Πίνακας 3.1 Κατανομή Δυναμικού Πίνακας 4.1 : Κύρια χαρακτηριστικά των γεωθερμικών πεδίων χαμηλής ενθαλπίας της Ελλάδας...28 Πίνακας 4.2 Γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας...34 Πίνακας 5.1 Χημικές αναλύσεις δειγμάτων νερού γεωτρήσεων περιοχής Ν. Κεσσάνης...38 Πίνακας 5.2 Χημικές αναλύσεις δειγμάτων νερού γεωτρήσεων περιοχής Ν. Εράσμιου Μαγγάνων..43 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 2.1 Σύγκρισης πειράματος με την κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών στο εσωτερικό της Γης...13 Σχήμα 3.1 Μορφές γεωθερμικής ενέργειας κατά σειρά ενδιαφέροντος χρήσεων σήμερα και προοπτικής στο μέλλον, από αριστερά προς τα δεξιά...22

15 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Τα τελευταία χρόνια η μόλυνση του περιβάλλοντος έχει απασχολήσει πολύ το ευρύ κοινό, το οποίο ψάχνει καθημερινά μία λύση σε αυτό το πρόβλημα. Έτσι έχει αυξηθεί η ζήτηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε κάθε μορφή. Τα τελευταία 20 χρόνια έχει σημειωθεί τεράστια αύξηση στην αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και στην παραγωγή τους. Η παρούσα πτυχιακή εργασία μελετά την γεωθερμική ενέργεια και τις εφαρμογές της αλλά γίνονται και προτάσεις αξιοποίησης της. Έτσι στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια πλήρης αναφορά για την θεωρία της γεωθερμίας καθώς και μία ιστορική αναδρομή που αποδεικνύει ότι η γεωθερμική ενέργεια υπήρχε από πολύ παλιά. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφερόμαστε στο εσωτερικό της γης και πως γίνεται η μεταφορά της θερμότητας από το εσωτερικό προς την επιφάνειά της. Το τρίτο κεφάλαιο ασχολείται και περιγράφει με κάθε λεπτομέρεια τα γεωθερμικά συστήματα και πεδία, ποιες κατηγορίες υπάρχουν και γίνεται μια ταξινόμηση που μας βοηθάει στο να γνωρίσουμε καλύτερα τα γεωθερμικά πεδία που υπάρχουν στην Ελλάδα. Το τέταρτο κεφάλαιο απεικονίζει την κατάσταση της γεωθερμίας στην Ελλάδα και μας παρουσιάζει δύο από τα μεγαλύτερα πεδία αυτό της Μήλου και αυτό της Νισύρου. Το πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζει τα γεωθερμικά πεδία του Νομού Ξάνθης, καθώς και τον γεωλογικό χώρο της περιοχής. Σε αυτό το κεφάλαιο μπορείτε να βρείτε και πίνακες με τις αναλύσεις των νερών και στα δυο γεωθερμικά πεδία της περιοχής. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση των οικονομικών και περιβαλλοντικών προβλημάτων που αντιμετωπίζουμε με την γεωθερμία και αναλύουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της, καθώς και το κόστος της κύριας επένδυσης για την δημιουργία εγκαταστάσεων. Στο τελευταίο κεφάλαιο ασχολούμαστε με τις προτάσεις αξιοποίησης της γεωθερμίας.

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ Ο ορισμός της Γεωθερμικής Ενέργειας σύμφωνα με το ASTM E-957 είναι αρκετά ευρύς: «η θερμική ενέργεια που περιέχεται στα πετρώματα καις τα ρευστά της γης». Όμως με τον όρο «γεωθερμική ενέργεια» που συνήθως που συνήθως χρησιμοποιούμε, εννοούμε το τμήμα της γήινης θερμότητας που βρίσκετε αποθηκευμένο με τη μορφή θερμού νερού, ατμού ή θερμών πετρωμάτων σε ευνοϊκές γεωλογικές συνθήκες, δηλαδή περιορίζεται στα πρώτα τρία περίπου χιλιόμετρα από την επιφάνεια της γης. Σύμφωνα με την ελληνική νομοθεσία όταν η θερμοκρασία τους υπερβαίνει τους 25 βαθμούς, η τοποθεσία όπου εντοπίζονται χαρακτηρίζεται ως γεωθερμικό πεδίο. Η γεωθερμική ενέργεια είναι μια φυσική και σχετικά ήπια, εναλλακτική μορφή ενέργειας, η οποία μπορεί να καλύψει σημαντικό μέρος των αναγκών μας σε ενέργεια αν και εφόσον η εκμετάλλευσή της γίνει με την προϋπόθεση ότι οι γεωλογικές συνθήκες, σε συνδυασμό με το θερμικό φορτίο, εξασφαλίζουν ένα συγκριτικό οικονομικό αποτέλεσμα. Γεωθερμική ενέργεια περιέχεται και σε ξηρά- θερμά πετρώματα σε μεγάλα βάθη, σε γεωπεπιεσμένους σχηματισμούς και σε λιωμένα πετρώματα (μάγματα), αλλά είναι δύσκολη η αξιοποίηση αυτής της ενέργειας με τα σημερινά τεχνικά και οικονομικά δεδομένα. Αντίθετα αναπτύσσεται συνεχώς η αξιοποίηση της αβαθούς γεωθερμίας, από ρηχά ρευστά ή πετρώματα, έστω και αν έχουν μικρή θερμοκρασία. Στόχος της Γεωθερμίας είναι ο εντοπισμός και η μελέτη των περιοχών που παρουσιάζουν θετικές θερμικές ανωμαλίες και υπάρχουν ευνοϊκές συνθήκες για την εκμετάλλευση της γεωθερμική ενέργειας. Σε ορισμένες περιοχές συναντάμε ασυνήθιστα υψηλές τιμές θερμικής ροής, της μετάδοσης δηλαδή της θερμότητας από το εσωτερικό προς την επιφάνεια. Αυτές οι περιοχές, με θετική θερμική ανωμαλία, έχουν προτεραιότητα στη γεωθερμική έρευνα και αξιοποίηση. Όμως και οι περιοχές με μικρότερες θερμικές ανωμαλίες ή και χωρίς ανωμαλίες, στις μέρες μας με τις τεχνολογικές εξελίξεις, την προοπτική εξάντλησης των συμβατικών καυσίμων καθώς και την ανάγκη των ανθρώπων για να προστατεύσουν το περιβάλλον, γίνονται ενδιαφέρουσες. Βέβαια με την προϋπόθεση ότι αυτές οι περιοχές θα διαθέτουν αξιόλογες ποσότητες ρευστών σε μικρά βάθη, μέχρι 3000m που με τα σημερινά οικονομικά δεδομένα θεωρείται το μέγιστο βάθος γεωτρήσεων γεωθερμίας. 1

17 1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ. Από τους προϊστορικούς χρόνους τα ηφαίστεια και οι θερμές εκδηλώσεις ήταν γνωστά στους ανθρώπους, όπου θεοποιούσαν τα ηφαίστεια, στην ελληνική Μυθολογία είχαν αφιερώσει και ένα Θεό, τον Ήφαιστο. Αντίστοιχα θεοποιήσεις ηφαιστείων γίνονταν και σε άλλους πολιτισμούς (Αφρική, Χαβάη, Ιαπωνία, Αμερική προ Κολόμβου). Άλλωστε η παρουσία ηφαιστείων, θερμών πηγών και άλλων επιφανειακών εκδηλώσεων θερμότητας είναι αυτή που οδήγησε τους προγόνους μας στο συμπέρασμα ότι το εσωτερικό της γης είναι ζεστό. Όμως τους ήταν δύσκολο να εξηγήσουν αυτά τα φαινόμενα και έτσι έφτιαξαν θεότητες που συνδέονταν με αυτές τις εκδηλώσεις θερμότητας. Όπως είναι γνωστό οι θερμές πηγές θεωρούνταν από την αρχαιότητα ότι είχαν θεραπευτικές και υπερφυσικές ιδιότητες, και γι αυτό το λόγο τα Ασκληπιεία αλλά και άλλοι ιεροί χώροι, βρίσκονταν κοντά σε θερμές πηγές, αυτό διαπιστώνετε από τα πρώτα κείμενα της αρχαίας Ελλάδας. Υπάρχουν επίσης πολλές παραστάσεις κυρίως σε αγγεία, όπου συνδέουν τις θερμές πηγές με τη χρήση του νερού για ιαματικούς αλλά και θρησκευτικούς σκοπούς. Η χρήση των φυσικών θερμών ρευστών ήταν γνωστή ακόμα και στους αρχαίους ανατολικούς λαούς με πληθώρα μαρτυριών στη μυθολογία αλλά και στην ιστορία τους. Υπάρχουν επίσης μαρτυρίες για «γεωθερμικά» θερμοκήπια όπου ο Γαληνός παρήγαγε φρούτα εκτός εποχής και τα πρόσφερε στους καλεσμένους του τον 2 ο αιώνα μ.χ. Στο βουνό Lisan της Κίνας κατά τη δυναστεία Qin του 3 ου αιώνα μ.χ χτίστηκε μια πέτρινη πισίνα όπου χρησιμοποιούνταν ως λουτρό, αργότερα στο ίδιο σημείο χτίστηκε το παλάτι Hyaqing Chi. Τον 1 ο αιώνα όταν οι Ρωμαίοι κατέκτησαν τις περιοχές κοντά στη σημερινή πόλη Bath της Αγγλίας χρησιμοποίησαν τις θερμές πηγές για τα δημόσια λουτρά αλλά και για επιδαπέδεια θέρμανση. Το κόστος χρήσης των συγκεκριμένων λουτρών θεωρητικά είναι η πρώτη εμπορική χρήση της γεωθερμικής ενέργειας. Βλέπουμε λοιπόν ότι η γεωθερμική ενέργεια δεν είναι μία σύγχρονη ανακάλυψη αλλά εξυπηρετούσε τις ανθρώπινες ανάγκες από τα αρχαία χρόνια, συνεχίζοντας μέχρι σήμερα να είναι ανεξάντλητη και εξίσου χρήσιμη. Στην σύγχρονη εποχή τώρα οι τεχνολογικές εξελίξεις επέτρεπαν τον προηγούμενο αιώνα την απόληψη της γεωθερμικής θερμότητας. Αυτό συνέβη γιατί η τεχνολογία των γεωτρήσεων αναπτύχθηκε τον προηγούμενο αιώνα και έτσι μπόρεσαν να παράγουν μεγαλύτερες ποσότητες ρευστών. Είναι γεγονός ότι οι ποσότητες ρευστών που βρίσκονται εγκλωβισμένες στο υπέδαφος και περιμένουν τις γεωτρήσεις για να ανέβουν στην επιφάνεια της γης είναι μεγαλύτερες από τις ποσότητες ρευστών που καταφέρνουν μόνα τους να φτάσουν στην επιφάνεια. Κατά την περίοδο μεταξύ 16 ου και 17 ου αιώνα, δηλαδή την περίοδο που κατασκευάστηκαν τα πρώτα μεταλλεία που ήταν σε βάθος μερικών εκατοντάδων μέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, οι άνθρωποι με την βοήθεια κάποιων 2

18 απλών φυσικών παρατηρήσεων, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η θερμοκρασία της γης αυξάνετε με το βάθος. Οι πρώτες μετρήσεις με θερμόμετρο έγιναν κατά πάσα πιθανότητα το 1740, σε ένα ορυχείο κοντά στο Belfort της Γαλλίας. Ήδη από το 1870 για την μελέτη της θερμικής κατάστασης του εσωτερικού της γης χρησιμοποιούνταν κάποιες προχωρημένες για την εποχή επιστημονικές μέθοδοι, ενώ η θερμική ισορροπία και εξέλιξή της κατανοήθηκαν καλύτερα τον 20 ο αιώνα, με την ανακάλυψη του ρόλου της «ραδιενεργής θερμότητας». Στο Larderello της Ιταλίας στις αρχές του 19 ου αιώνα πραγματοποιήθηκε η πρώτη βιομηχανική αξιοποίηση της γεωθερμίας. Εκεί λειτουργούσε μια χημική βιομηχανία για την παραγωγή βορικού οξέος από τα βοριούχα θερμά νερά που ανέβλυζαν από τις φυσικές πηγές ή αντλούνταν από ρηχές γεωτρήσεις. Η παραγωγή του βορικού οξέος γίνονταν με εξάτμιση των βοριούχων νερών μέσα σε σιδερένιους λέβητες, χρησιμοποιώντας ως καύσιμη ύλη ξύλα. Το 1827, ο Francesco Larderel, ιδρυτής αυτής της βιομηχανίας, προτίμησε αντί για καύση ξύλων, την ανάπτυξη ενός συστήματος προκειμένου να μπορεί να γίνει η χρήση της θερμότητας των βοριούχων ρευστών στην διαδικασίας εξάτμισης. Περίπου την ίδια εποχή ξεκίνησε και η εκμετάλλευση της μηχανικής ενέργειας του φυσικού αερίου, ο γεωθερμικός ατμός χρησιμοποιήθηκε για την ανέλκυση των ρευστών, αρχικά με κάποιους πρωτόγονους αέριους ανυψωτήρες και στη συνέχεια με παλινδρομικές και φυγοκεντρικές αντλίες και βαρούλκα. Μεταξύ 1910 και 1940 στην ίδια περιοχή ο χαμηλής πίεσης ατμός άρχισε να χρησιμοποιείται για θέρμανση βιομηχανικών κτιρίων, κατοικιών και θερμοκηπίων. Στη συνέχεια ολοένα και περισσότερες χώρες άρχισαν να αναπτύσσουν τους γεωθερμικούς πόρους σε βιομηχανική κλίμακα. Το 1892 το πρώτο γεωθερμικό σύστημα τηλε-θέρμανσης τέθηκε σε λειτουργία στο Boise του Άινταχο των Η.Π.Α η Ισλανδία το 1928 ξεκίνησε την εκμετάλλευση των γεωθερμικών ρευστών (κυρίως θερμών νερών) για την θέρμανση κατοικιών. Το 1904, έγινε η πρώτη απόπειρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικό ατμό και πάλι στο Larderello της Ιταλίας. Αυτή η πειραματική προσπάθεια σημειώθηκε με επιτυχία και έδωσε μια ξεκάθαρη ένδειξη μιας μορφής εκμετάλλευσης, που επρόκειτο έκτοτε να αναπτυχθεί σημαντικά. Το 1942 η εγκατεστημένη γεωθερμο-ηλεκτρική ισχύς ανερχόταν στα kWe. σύντομα πολλές χώρες ακολούθησαν το παράδειγμα της Ιταλίας. Το 1919 κατασκευάστηκαν οι πρώτες γεωθερμικές γεωτρήσεις στο Beppu της Ιαπωνίας, το 1921 ακολούθησαν εκείνες στο The Geysers της Καλιφόρνιας των Η.Π.Α το 1958 ένα μικρό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας τέθηκε σε λειτουργία στη Νέα Ζηλανδία, ένα άλλο στο Μεξικό το 1959, στις Η.Π.Α το 1960 και ακολούθησαν πολλά άλλα σε διάφορες χώρες. Η ανταγωνιστικότητα της γεωθερμίας σε σχέση με άλλες μορφές ενέργειας έγινε εντονότερη μετά το 2 ο παγκόσμιο Πόλεμο. 3

19 Πίνακας 0-1.1: Εγκατεστημένη θερμική ισχύς σε παγκόσμια κλίμακα, από το 1995 έως το 2000 (Huttrer, 2001) και στις αρχές του 2003 Country 1995 ( Mwe) 2000 (Mwe) (increase in Mwe) % increase ( ) 2003 (Mwe) Algeria 0, Australia 0,15 0, ,15 Austria ,25 China 28,78 29,17 0,39 1,35 28,18 Costa Rica ,5 87, ,5 El Salvador ,3 161 Ethiopia France 4,2 4, Germany ,23 Guatemala - 33,4 33,4-29 Iceland Indonesia 309,75 589,5 279,75 90,3 807 Italy 631, ,3 24,3 790,5 Japan 413,7 546,9 133,2 32,2 560,9 Kenya Mexico ,3 953 New Zealand ,8 421,3 Nicaragua ,5 Papua New Guinea Philippinew , Portugal Russia Thailand 0,3 0, ,3 Turkey 20,4 20, ,4 USA 2816, Total 6833, ,5 1728,54 16,7 8402,21 Επιπλέον, η ενέργεια αυτή δε χρειαζόταν να εισαχθεί από άλλες χώρες όπως συμβαίνει με τα ορυκτά καύσιμα ενώ σε πολλές περιπτώσεις αποτελούσε τον μοναδικό εγχώριο ενεργειακό πόρο σε διαθεσιμότητα. Παραπάνω στον Πίνακα 1.1 αναφέρονται οι χώρες που χρησιμοποιούν τη γεωθερμική ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρισμού, καθώς και η εγκατεστημένη γεωθερμική ισχύς: 1995 (6.833 MWe), 2000 (7.974 MWe) και η αύξηση μεταξύ των ετών (Huttrer, 2001). Στον ίδιο Πίνακα φαίνεται επίσης η συνολική εγκατεστημένη ισχύς στις αρχές του 2003 (9.028 MWe). Η εγκατεστημένη γεωθερμική ηλεκτρική ισχύς στις αναπτυσσόμενες χώρες το 1995 και το

20 αντιπροσωπεύει αντίστοιχα το 38% και το 47% της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος παγκοσμίως. 1.3 ΜΟΡΦΕΣ ΕΚΔΗΛΩΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ. Τα ηφαίστεια και οι σεισμοί είναι δύο από τα σπουδαιότερα και καταστρεπτικότερα φυσικά φαινόμενα της γήινης θερμότητας. Με αυτά τα φαινόμενα αποδεικνύεται ότι το εσωτερικό της γης είναι «ζωντανό». Οι αιτία αυτών των φαινομένων είναι η κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών η μία σε σχέση με την άλλη και τα ρευστά μεταφοράς θερμότητας, σε πολλές περιοχές του γήινου μανδύα, που υπάρχουν ανάμεσά τους. Η κίνηση αυτή των λιθοσφαιρικών πλακών βοηθάει στην μεταφορά των γεωθερμικών ρευστών από το εσωτερικό προς το εξωτερικό φλοιό της γης, με αποτέλεσμα την διαθεσιμότητα της ενέργειας στον άνθρωπο. Υπάρχουν όμως και άλλες μορφές εκδήλωσης της εσωτερικής ενέργειας της γης και μερικά από αυτές τις μορφές είναι: Οι θερμοπίδακες. Οι θερμοπίδακες είναι ένα είδος θερμών πηγών που περιοδικά «εκρήγνυνται» και εκτοξεύουν στήλες θερμού νερού γι αυτό και αποκαλούνται επίσημα και «διαλείπουσες θερμές». Οι θερμοπίδακες ονομάζονται και Γκέιζερ, από την ονομασία του μεγαλύτερου θερμοπίδακα στην Ισλανδία που ερμηνεύεται ως «λυσσαλέος». Γκέιζερ είναι και η επίσημη αγγλική ονομασία των θερμοπιδάκων. Την ερμηνεία του φαινομένου των θερμοπιδάκων έδωσε ο χημικός Μπούφσεν υποστηρίζοντας ότι: «το θερμό νερό που ανέρχεται από τα έγκατα της γης διαμοιράζεται εντός του σωλήνα του πίδακα και της υπόγειας λεκάνης του. Λόγω της φύσεως του σωλήνα η θερμοκρασία και η εξ αυτής δημιουργούμενη πίεση της μάζας του νερού δεν παρουσιάζει ομοιομορφία σε όλα τα σημεία του. Αυτό έχει ως συνέπεια στα κατώτερα στρώματα να παρουσιάζουν μεγαλύτερες τιμές απ ότι στα ανώτερα. Έτσι όταν η θερμοκρασία βρασμού φθάσει, στο κατώτερο σημείο του σωλήνα του πίδακα τα κατώτερα στρώματα αναβράζουν, δια του βρασμού τους αυτού παράγονται ατμοί που αυξάνουν την πίεση των υπερκείμενων στρωμάτων νερού. Αυτή μεταδιδόμενη συνέχεια στα υπερκείμενα πολλαπλασιάζεται με αποτέλεσμα να συντελεί στην εκτίναξη του νερού από της υπόγειας λεκάνης δια του σωλήνα σε μεγάλο ύψος. Στην εικόνα 1.1 βλέπουμε το μεγαλύτερο γκέιζερ της κοιλάδας Χαουκανταλούρ, το οποίο είναι και το παλαιότερο γνωστό στον κόσμο. Οι ατμίδες. Οι ατμίδες είναι ζεστά αέρια και ατμοί που βγαίνουν από ρωγμές του εδάφους χωρίς πίεση αλλά με τρομερή σταθερότητα. Σχηματίζονται όταν η παροχή του νερού είναι περιορισμένη και το νερό εξατμίζεται προτού φτάσει στην επιφάνεια της γης. 5

21 Εικόνα 1.1 το μεγαλύτερο γκέιζερ της κοιλάδας Χαουκανταλούρ, το οποίο είναι και το παλαιότερο γνωστό στον κόσμο Η θερμοκρασία των αερίων που εξέρχονται μπορεί να φτάσει τους 600 ο C αλλά συνήθως έχουν θερμοκρασία 100 ο C. Με τον ατμό μπορεί να εξαχθούν και αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα αλλά και το διοξείδιο του θείου, το υδρόθειο και μικρές ποσότητες άλλων ηφαιστειακών και μη αερίων. Οι ατμίδες ανάλογα με το αέριο που εκπέμπετε με τον ατμό χωρίζονται σε: Θειωνίες (solfataras) που εκπέμπουν μεγάλες ποσότητες υδρόθειου και Μοφέτες (mofettes) περιέχουν μόνο διοξείδιο του άνθρακα. Στην εικόνα και 1.4 βλέπουμε μία χαρακτηριστική θειωνία με αποθέσεις θείου και γύψου καθώς και ατμίδα όπου η θερμοκρασία της είναι υψηλή και το θείο τήκεται. Οι υδροθερμικοί ή φρεατικοί κρατήρες. Το θαλασσινό νερό και το νερό της βροχής διεισδύσουν στα πετρώματα της γης και συγκεντρώνονται σε βαθύς ορίζοντες. Εκεί θερμαίνονται από τα καυτά αέρια που διαφεύγουν από το μάγμα, το οποίο βρίσκεται σε μεγάλα βάθη, καθώς και από τη θερμότητα του ίδιου του μάγματος που διαχέεται μέσω των πετρωμάτων. 6

22 Εικόνα 1.2 Αποθέσεις θείου σε ατμίδα στην Νέα Ζηλανδία Εικόνα 1.3: Αποθέσεις θείου και γύψου σε ατμίδα 7

23 Εικόνα 1.4 Όταν η θερμοκρασία στις ατμίδες είναι αρκετά υψηλή το θείο τήκεται. Οι θερμοκρασίες φτάνουν τους 400 με 500 ο C και τότε το νερό μετατρέπεται σε υπέρθερμο ατμό ο οποίος ασκεί φοβερές πιέσεις στα υπερκείμενα πετρώματα. Όταν η πίεση αυτή καταφέρει να ξεπεράσει το βάρος και τη συνεκτικότητα των πετρωμάτων που το καλύπτουν, τα τινάζει στον αέρα, προκαλώντας μια υδροθερμική έκρηξη. Τα προϊόντα αυτών των εκρήξεων είναι ατμός, αέρια όπως υδρόθειο(h 2 S), διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και μεθάνιο (CH 4 ), καθώς και λάσπες και κομματιασμένα παλιά πετρώματα, τα οποία εκτινάσσονται σε αποστάσεις έως και 1000m. Δημιουργούν κυκλικούς κρατήρες μικρού συνήθους μεγέθους, με διάμετρο που δύσκολα ξεπερνά τα 500m. Ο εντυπωσιακότερος γεωθερμικός κρατήρας που έγινε σε ιστορικούς χρόνους βρίσκεται στη Νίσυρο και έχει το μυθολογικό όνομα του Πολυβώτη, βγάζει ακόμα υπέρθερμους ατμούς και αέρια (Εικόνα 1.5). Στη Νίσυρο έχουν καταγραφεί κατά τους ιστορικούς χρόνους και άλλες τέτοιες εκρήξεις. Στην περιοχή του Ραμού, στο νότιο τμήμα του πυθμένα της καλδέρας, υπάρχουν ίχνη από 20 τέτοιους κρατήρες. Οι 10 είναι καλά διατηρημένοι και ο καθένας έχει το δικό του όνομα. Τα περισσότερα ονόματα των κρατήρων που χρησιμοποιούνται σήμερα, έχουν δοθεί σε αυτούς από τον Ράλλη, τον επιχειρηματία που είχε την εκμετάλλευση των θειοχωμάτων στο τέλος του 19 ου αιώνα. 8

24 Εικόνα 1.5 Υδροθερμικός κρατήρας Πολυβώτης στη Νίσυρο 9

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΗΣ ΓΗΣ ΚΑΙ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ 2.1 Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ Τρία είναι τα στρώματα από τα οποία αποτελείται η γη, ο φλοιός, ο μανδύας και ο πυρήνας, τα οποία διαφέρουν μεταξύ τους ως προς την σύσταση και την πυκνότητα και έχουν συνολικό πάχος 6.371km περίπου. Ο φλοιός αποτελεί την εξωτερική στοιβάδα της γης και χωρίζεται στον ηπειρωτικό και ωκεάνιο φλοιό. Στις ηπειρωτικές περιοχές το πάχος του φλοιού κυμαίνεται από 20 έως 60km με μέσο πάχος 35km και πυκνότητα 2,7 g/cm 3. Στις ωκεάνιες περιοχές τώρα το πάχος του φλοιού είναι 6-7km ενώ η μέση πυκνότητα είναι λίγο μεγαλύτερη από αυτή του ηπειρωτικού αφού φτάνει τα 3,3 g/cm 3. Σε σύγκριση με την συνολική ακτίνα της γης που είναι 6.371km, το πάχος του φλοιού της γης είναι ιδιαίτερα μικρό. Τα λεπτά τμήματα του φλοιού είναι κάτω από τους ωκεανούς και είναι γνωστά ως ωκεάνιος φλοιός και αποτελούνται από πυκνά πετρώματα μαγνησίου, σιδήρου και πυριτίου. Τα παχύτερα τμήματα του φλοιού είναι τα ηπειρωτικά τα οποία είναι λιγότερο πυκνά από τα ωκεάνια και αποτελούνται από πετρώματα πλούσια σε νάτριο, αλουμίνιο και πυρίτιο. Το όριο μεταξύ του φλοιού και μανδύα παρουσιάζεται σε δυο διαφορετικές φάσεις: Αρχικά, μέσω μίας ασυνέχειας στην ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων γνωστή ως ασυνέχεια του Mohorovicic ή απλά Moho. Η αιτία του Moho φαίνεται να οφείλεται στην αλλαγή της σύστασης των πετρωμάτων. Η δεύτερη φάση είναι μία χημική ασυνέχεια η οποία έχει παρατηρηθεί σε βαθιά τμήματα του ωκεάνιου φλοιού τα οποία έχουν εισχωρήσει στον ηπειρωτικό φλοιό και ονομάζονται οφιολιθικές ακολουθίες. Ο μανδύας της Γης εκτείνεται σε ένα βάθος 2.890χλμ. και χωρίζεται στον άνω μανδύα και στον κάτω μανδύα. Ο άνω μανδύας αποτελείται κυρίως από ενώσεις του πυριτίου με βαρέα μέταλλα ενώ ο κάτω μανδύας συγκροτείται από θειούχες, οξυγονούχες αλλά και πυριτικές ενώσεις του σιδήρου του μαγνησίου και των άλλων βαρέων μετάλλων. Η μέση πυκνότητα του μανδύα υπολογίζεται στα 5,7g/cm 3 και έχει θερμοκρασία της τάξης των ο C. Η πίεση στην βάση του μανδύα είναι περίπου 1,4 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής πίεσης (~140GPa). Το σημείο τήξεως ενός υλικού εξαρτάται από την πίεση. Εφόσον η πίεση αυξάνει αρκετά κατά βάθος του μανδύα, το χαμηλότερο τμήμα είναι σχεδόν στερεό ενώ το ανώτερο τμήμα είναι πλαστικό. Το ιξώδες του ανώτερου μανδύα κυμαίνεται μεταξύ και Pa s, ανάλογα με το βάθος. Έτσι ο ανώτερος μανδύας μπορεί να ρεύσει αρκετά αργά. Το ανώτερο τμήμα του είναι στερεό ενώ το ενδιάμεσο, το οποίο ονομάζεται και ασθενόσφαιρα όπως και το κατώτερο στρώμα, είναι παχύρευστα. Βαθύτερα υπάρχει και η ρευστή μεσόσφαιρα και πιο κάτω ο πυρήνας, ο οποίος χωρίζεται σε δυο μέρη, έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα με μία ακτίνα γύρω στα 1.250χλμ. και έναν ρευστό εξωτερικό πυρήνα με μία ακτίνα περίπου 3.500km. Ο εσωτερικός πυρήνας πιστεύεται πως είναι στερεός και πως αποτελείται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο. Ορισμένοι συμφωνούν πως ο εσωτερικός πυρήνας είναι στην 10

26 μορφή του μονοκρυσταλλικού σιδήρου. Ο εξωτερικός πυρήνας που περιβάλλει τον εσωτερικό και εκτιμάται πως αποτελείται από ρευστό σίδηρο αναμεμειγμένο με ρευστό νικέλιο και ίχνη ελαφρύτερων στοιχείων. Είναι γενικά παραδεκτό πως η θερμική μεταφορά στον εξωτερικό πυρήνα σε συνδυασμό με την διέγερση από την περιστροφή της Γης προκαλεί το γήινο μαγνητικό πεδίο μέσω μίας διεργασίας γνωστή ως Θεωρία του Δυναμό. Ο στερεός εσωτερικός πυρήνας είναι αρκετά θερμός ώστε να διατηρεί ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο, πιθανό είναι όμως να δρα ως σταθεροποιητής προς το μαγνητικό πεδίο που γεννάται από τον εξωτερικό πυρήνα. Η εξήγηση του γεγονότος πως ενώ ο εξωτερικός πυρήνας είναι ρευστός, ο κατώτερος μανδύας είναι στερεός/πλαστικός, βρίσκεται στο ανώτερο σημείο τήξεως των πλούσιων σε σίδηρο κραμάτων του μανδύα από τον σχεδόν καθαρό σίδηρο του πυρήνα. Ο δε εσωτερικός πυρήνας είναι στερεός λόγω της εξαιρετικά μεγάλης πίεσης κοντά στο κέντρο του πλανήτη. Ο πυρήνας χωρίζεται από τον μανδύα με ένα στρώμα το οποίο ονομάζεται Ασυνέχεια Gutenberg. Συνολικά, η σύσταση της Γης κατά μάζα είναι: 1. 33,1% Σίδηρος 2. 27,2% Οξυγόνο 3. 17,2% Πυρίτιο 4. 15,9% Μαγνήσιο 5. 1,6% Νικέλιο 6. 1,6% Ασβέστιο 7. 1,5% Αργίλιο 8. 0,7% Θείο 9. 0,25% Νάτριο 10. 0,071% Τιτάνιο 11. 0,019% Κάλιο 12. 0,86% Άλλα στοιχεία 13. Στον παρακάτω πίνακα 2.1 φαίνεται συνολικά η σύσταση της γης. 11

27 Πίνακας 2.1: Σύσταση του εσωτερικού της Γης βάθος σε km στοιβάδα κύρια σύσταση κατάσταση ύλης πυκνότητα σε gr/cm3 0 άνω φλοιός SiAl 2,7-3,0 φλοιός κάτω φλοιός SiMa Στερεά 3,0-3,3 35 Ασυνέχεια Mohorovicic άνω μανδύας 3,3-4,3 μανδύας SiFe Στερεά κάτω μανδύας 4,3-5, Ασυνέχεια Cutemberg πυρήνας εξωτερικός NiFe υγρά 9,4-12,3 εσωτερικός στερεά 12,3-13,6 Το ανώτερο στερεό τμήμα της γης είναι η λιθόσφαιρα η οποία χαρακτηρίζει το εξωτερικό δύσκαμπτο περίβλημα της Γης. Περιλαμβάνει το φλοιό και μέρος του στερεού ανώτερου μανδύα. Το πάχος της λιθόσφαιρας κυμαίνεται ανάλογα το πάχος του φλοιού. Στις ωκεάνιες περιοχές το πάχος της λιθόσφαιρας είναι περίπου 80km, ενώ στις ηπειρωτικές κυμαίνεται μεταξύ 100 και 150km. Η λιθόσφαιρα δεν είναι ενιαία αλλά απαρτίζεται από επτά (7) μεγάλες πλάκες (Αφρικανική, Ευρασιατική, Ινδο- Αυστραλιανή, Ανταρκτική, πλάκα του Ειρηνικού, Βόρειο-Αμερικανική, Νότιο- Αμερικανική) και πολλές άλλες μικρότερες, που ολισθαίνουν, πάνω στο υποκείμενο παχύρρευστο μανδυακό υλικό την ασθενόσφαιρα, πραγματοποιώντας σχετικά αργές και κανονικές κινήσεις, οι οποίες ονομάζονται μεταφορικές κινήσεις μεταξύ της στερεάς βάσης αυτού του στρώματος και της βάσης του φλοιού, οι οποίες είναι η αιτία της κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών. 2.2 ΜΟΡΦΕΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΤΩΝ ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΠΛΑΚΩΝ Από σεισμικά και γεωφυσικά δεδομένα έχει γίνει αποδεκτή η θεωρία του Harry Hess ότι η δύναμη που κινεί τις λιθοσφαιρικές πλάκες προέρχεται από τις κινήσεις του υλικού του Ανώτερου Μανδύα το οποίο είναι ημίρρευστο και συμπαρασύρει με την κίνησή του τις λιθοσφαιρικές πλάκες. Ο πατέρας αυτών των θεωριών ήταν ο Alfred Wegenew όταν το 1914 διατύπωσε την θεωρία του για την κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών, ο επιστημονικός κόσμος της εποχής πίστευε ότι η γη είναι ένα στερεό και χωρίς κίνηση σώμα. Το πείραμα με το νερό που θερμαίνεται από την φλόγα προσομοιάζει την κίνηση των ρευμάτων του μανδύα. Στο μανδύα η ενέργεια προέρχεται από τον πυρήνα. Στο σχήμα 2.1 φαίνεται η σχέση που έχει το πείραμα με την κίνηση των πλακών στο εσωτερικό της γης. Όπως αναφέραμε και νωρίτερα υπάρχουν 7 κύριες τεκτονικές πλάκες αλλά και πλήθος δευτερευουσών μικρών πλακών. Οι λιθοσφαιρικές πλάκες επιπλέουν στο ημίρρευστο υλικό της ασθενόσφαιρας. 12

28 Σχήμα 2.1: Σύγκρισης πειράματος με την κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών στο εσωτερικό της Γης. Τα ρεύματα μεταφοράς ύλης και ενέργειας μεταφέρουν υλικό θερμό που αναδύεται, ψύχεται και ξανακατεβαίνει προς τα κάτω. Αυτή η κίνηση στο εσωτερικό της γης παρασέρνει και τις λιθοσφαιρικές πλάκες οι οποίες κινούνται με ταχύτητες μερικών εκατοστών το χρόνο. Η ενέργεια που χρειάζεται γι αυτή την κίνηση που διαρκεί δισεκατομμύρια χρόνια προέρχεται από τον Πυρήνα της γης από τις διασπάσεις των ραδιενεργών στοιχείων που παράγουν θερμότητα. Καθώς η ενέργεια μεταβιβάζεται στον κατώτερο μανδύα αναγκάζει τα υλικά του να κινηθούν ανοδικά. Έτσι δημιουργούνται τα κυκλικά ρεύματα στο μανδύα που προκαλούν την κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών. Οι πλάκες καθώς κινούνται πάνω στην υποκείμενη πλαστική ασθενόσφαιρα είτε απομακρύνονται η μία από την άλλη, είτε ολισθαίνουν η μία δίπλα ή κάτω από την άλλη, είτε τέλος κινούνται η μία προς την άλλη. Η κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών είναι υπεύθυνη για την δημιουργία οροσειρών και ωκεάνιων τάφρων αλλά και των τεκτονικών σεισμών. Τα όρια των τεκτονικών πλακών προσδιορίζονται από τις περιοχές της επιφάνειας της γης, όπου εκδηλώνονται υψηλή σεισμικότητα, και ταξινομούνται σε 3 κατηγορίες: Α) Όρια αποκλίνουσων πλακών. Τα όρια αυτά παρατηρούνται όταν οι λιθοσφαιρικές πλάκες απομακρύνονται μεταξύ τους και το υλικό που αναδύεται από το βάθος σχηματίζει το νέο φλοιό, ο οποίος στην συνέχεια ενσωματώνεται στις πλάκες. Β) Όρια συγκλίνουσων πλακών. Τα όρια αυτά παρατηρούνται σε περιοχές όπου δύο πλάκες συγκλίνουν και έρχονται σε επαφή με τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε η μία να ολισθαίνει και να βυθίζεται κάτω από την άλλη, με μεγάλη πιθανότητα να απορροφηθεί από τον μανδύα. Γ) Όρια ολισθαίνουσων πλακών. Τα όρια αυτά παρατηρούνται όταν οι λιθοσφαιρικές πλάκες ολισθαίνουν και μετατοπίζονται η μία σε σχέση με την άλλη, χωρίς να 13

29 συγκροτούνται ή να αποχωρίζονται. Αυτά τα όρια που έχουν μόνο οριζόντια κίνηση, λέγοντας ζώνες θραύσης ή ρήγματα μετασχηματισμού. Εικόνα 2.1: Κινήσεις λιθοσφαιρικών πλακών. 2.3 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ ΑΠΟ ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ. Σύμφωνα με το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, η θερμότητα τείνει να ρέει αυθόρμητα από τα θερμότερα σώματα προς τα ψυχρότερα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια συνεχή ροή θερμότητας από τα πολύ θερμά εσωτερικά στρώματα της γης προς τα ψυχρότερα στρώματα της (επιφάνεια της γης, ατμόσφαιρα). Αυτό είναι λογικό αν σκεφτούμε ότι η θερμοκρασία στον πυρήνα της γης αγγίζει τους 4000 ο C, ενώ η επιφάνεια της έχει θερμοκρασία από μερικές μονάδες έως και λίγες δεκάδες βαθμών κελσίου. Αυτό το φαινόμενο της μεταφοράς θερμικής ενέργειας από το εσωτερικό της γης βοήθησε και βοηθάει ακόμα και σήμερα τους ανθρώπους, αφού έτσι ικανοποιούν τις ενεργειακές τους ανάγκες. Είναι γνωστό ότι ο άνθρωπος αρχικά χρησιμοποίησε τα ξύλα για να ζεσταθεί και να επιβιώσει. Η βιομηχανική ανάπτυξη όμως έγινε γρήγορα δυνατή μετά την ανακάλυψη και χρήση των ορυκτών καυσίμων, πρώτα των στερεών και έπειτα των υγρών και αέριων καυσίμων. Όμως τα προβλήματα της εξαντλησιμότητας και της ρύπανσης του περιβάλλοντος θορύβησαν την γνώμη των ανθρώπων και έτσι τα τελευταία χρόνια ερευνούν το πώς η θερμότητα του εσωτερικού της γης θα μπορούσε να βοηθήσει στην λύση αυτών των προβλημάτων. Είναι ευρέως γνωστό σε όλους ο βασικός φυσικός νόμος για την ροή της θερμότητας από τα θερμότερα σώματα προς τα ψυχρότερα. Αυτό ισχύει και στην περίπτωση της μετάδοσης της θερμότητας της γης, όπου προκαλείται μία συνεχείς θερμική ροή από τα πολύ θερμά εσωτερικά σημεία της γης προς την κρύα επιφάνεια της και στην συνέχεια προς τα ακόμα ψυχρότερα σημεία της ατμόσφαιρας. Έτσι από τον πυρήνα του οποίου η 14

30 θερμοκρασία μπορεί να φτάσει και τους 4000 ο C, μέχρι την επιφάνεια της γης, στην οποία η θερμοκρασία φτάνει μέχρι μερικές δεκάδες βαθμών Κελσίου, και στην συνέχεια στην ατμόσφαιρα, η θερμοκρασία της οποίας στην τροπόσφαιρα μειώνεται με το ύψος με ρυθμό περίπου 6 ο C /km, δημιουργείται μία συνεχή ροή θερμότητας. Με αυτή την ροή μεταφέρεται θερμική ενέργεια από το εσωτερικό προς το εξωτερικό της γης η οποία είναι χρήσιμη για τον άνθρωπο. 15

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΕΔΙΑ 3.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ Ανάμεσα στην επιφάνεια της γης και σε κάποιο προσβάσιμο βάθος βρίσκονται αποθηκευμένες ποσότητες θερμικής ενέργειας, αυτές οι ποσότητες είναι γνωστές ως γεωθερμικοί πόροι. Ο ωφέλιμος και προσβάσιμος γεωθερμικός πόρος αναφέρεται στο τμήμα της ενέργειας που μπορεί να ανακτηθεί με νόμιμο και οικονομικά συμφέροντα τρόπο κάποια στιγμή σε σχετικά άμεσο μέλλον, δηλαδή μέσα σε λιγότερο από 100 χρόνια. Το γεωθερμικό δυναμικό αποτελείται από το σύνολο των φυσικών ατμών και θερμών νερών, στην επιφάνεια ή υπόγεια, και της θερμότητας των γεωλογικών σχηματισμών, των οποίων η θερμοκρασία υπερβαίνει τη μέση ετήσια θερμοκρασία της κάθε περιοχής. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει τους ταυτοποιημένους οικονομικά συμφέροντες πόρους, οι οποίοι είναι γνωστοί και ως αποθέματα και αναφέρονται στις ποσότητες της γεωθερμικής ενέργειας μιας συγκεκριμένης περιοχής που μπορούν να αξιοποιηθούν με ανταγωνιστικό κόστος σε σχέση με τις άλλες πηγές ενέργειας, και οι οποίοι πόροι είναι γνωστό ότι υπάρχουν και έχουν προκύψει ως αποτέλεσμα γεωτρητικών, γεωχημικών, γεωφυσικών και άλλων γεωλογικών ερευνών-μελετών. Οι πόροι αυτοί διακρίνονται σε δυνατούς, σε πιθανούς και σε αποδεδειγμένους πόρους, ανάλογα με το πόσο σίγουροι είναι οι γεωλόγοι στις εκτιμήσεις τους. Τα αποδεδειγμένα αποθέματα αναφέρονται στα αποθέματα τα οποία μπορούν σίγουρα να ανακτηθούν με τις οικονομικές και τεχνολογικές συνθήκες που επικρατούν. Πιθανά αποθέματα είναι εκείνες οι ποσότητες πόρων που μπορούν να ανακτηθούν από πιθανούς γεωλογικούς ταμιευτήρες που δεν προσεγγίστηκαν με γεωτρήσεις ή από γνωστούς ταμιευτήρες με τη χρήση προηγμένων τεχνικών. Και τέλος τα δυνατά αποθέματα είναι αυτά που αναμένεται να βρεθούν σε συγκεκριμένες ευνοϊκές περιοχές, αλλά δεν έχουμε αρκετά στοιχεία για εκτιμήσεις. Κάθε χρόνο σε όλο τον κόσμο ανακαλύπτονται και ταυτοποιούνται νέοι γεωθερμικοί πόροι. Το σύνολο της γεωθερμικής ενέργειας που βρίσκονται σε ένα γεωλογικό χώρο και αποτελεί μία φυσική πηγή ενέργειας με γήινη προέλευση, αποτελεί το γεωθερμικό σύστημα. Στον πίνακα 3.1 φαίνεται η εκτίμηση του παγκόσμιου γεωθερμικού δυναμικού. Πίνακας 3.1: Εκτίμηση του παγκοσμίου γεωθερμικού δυναμικού ΚΑΤΗΓΟΡΊΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Θεωρητικό δυναμικό (βάθος 5km) Διαθέσιμο Δυναμικό Ωφέλιμο και προσβάσιμο δυναμικό Οικονομικά επωφελές δυναμικό

32 3.2 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ Τα γεωθερμικά πεδία συναντώνται σε διάφορες γεωτεκτονικές ενότητες του πλανήτη μας. Στις περιοχές του Ειρηνικού (Ιαπωνία, Νέα Ζηλανδία, Ινδονησία) όπου κυριαρχεί η ρυολιθική και ανδεσιτική ηφαιστειότητα ή σε περιοχές των Μέσο-ωκεάνιων ραχών (Ισλανδία) όπου κυριαρχούν μεγάλες τεκτονικές ασυνέχειες, εκλέπτυνση του φλοιού και βασαλτική ηφαιστειότητας. Στις καινοζωικές τεκτονικές περιοχές, όπου κυριαρχούν έντονες κινήσεις και μαγματισμός, είναι δυνατόν να δημιουργηθούν γεωθερμικά πεδία (Larderrelo, Cerro Prieto, Imperial Valley). Εξαιτίας των ειδικών συνθηκών είναι δύσκολο να γίνει μια κατανομή των γεωθερμικών πεδίων, διότι καθένα από αυτά παρουσιάζει τις θερμικές στρωματογραφικές και υδρολογικές ιδιαιτερότητές του. Το 1970 ο McNitt αφού εξέτασε διάφορους τρόπους κατανομής, πρότεινε έναν τρόπο που βασίζεται στις γεωτεκτονικές διαδικασίες και τη θέση των γεωθερμικών πεδίων στο ορογενετικό σύστημα. Τα ίδια όμως αυτά γεωθερμικά πεδία είναι δυνατόν να διαχωριστούν και είναι τα κυκλικά και τα αποθηκευτικά συστήματα. Στα πρώτα το θερμό νερό έχει μετεωρική προέλευση, ακολουθώντας τον κύκλο κάθοδος-θέρμανσηάνοδος με τη βοήθεια επαγωγικών ρευμάτων. Η κυκλική αυτή διαδικασία μπορεί πολλές φορές να μην ολοκληρώνεται και τα γεωθερμικά ρευστά να αποθηκεύονται σε ειδικές στεγανές ζώνες. Στα αποθηκευτικά συστήματα το νερό είναι αποθηκευμένο στα πετρώματα για μεγάλα χρονικά διαστήματα και εκεί θερμαίνεται επί τόπου, είτε σαν νερό μέσα στο σχηματισμό όπου μπορεί να συνυπάρχει νερό των ιζημάτων (Connate) και νερό μετεωρικό ενός άλλου επιφανειακού υδραυλικού συστήματος. Τα ίδια αυτά γεωθερμικά συστήματα μπορούν να χωριστούν σε κλειστά συστήματα, όταν ένα στεγανό κάλυμμα πετρωμάτων προφυλάσσει την εξανέμιση της θερμικής ενέργειας και σε ανοιχτά συστήματα όταν η ροή του θερμού ρευστού και της θερμικής του ενέργειας γίνεται ανεμπόδιστα προς την επιφάνεια. Για τη δημιουργία ενός κυκλικού υδροθερμικού συστήματος απαραίτητες προϋποθέσεις είναι: 1. Η ύπαρξη των κατάλληλων πετρωμάτων και γεωλογικών σχηματισμών που θα επιτρέψουν στο νερό να κυκλοφορήσει σε βαθύς ορίζοντες. 2. Μία πηγή θερμότητας που θα προσφέρει την απαραίτητη ενέργεια. 3. Η ύπαρξη των απαραίτητων ποσοτήτων νερού. 4. Αρκετός χρόνος και χώρος που θα επιτρέψει την εναλλαγή θερμότητας μεταξύ πετρώματος και νερού. 5. Μία δίοδος επαναφοράς του θερμού ρευστού προς την επιφάνεια. Αυτά τα κυκλικά συστήματα μπορούν να χωριστούν σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: 1α. Σύστημα υψηλών θερμοκρασιών συνδεδεμένα με πρόσφατη ενεργό ηφαιστειότητα. Τα συστήματα αυτά έχει δημιουργήσει τις κατάλληλες συνθήκες για την κυκλοφορία, θέρμανση και αποθήκευση του θερμού ρευστού. Συνήθως οι ζώνες διασταύρωσης κύριων συστημάτων ρηγμάτων, αποτελούν τις περιοχές ενδιαφέροντος όπως στη Νέα Ζηλανδία, το Salton sea και το Cerro Prieto. Το νερό, 17

33 συνήθως μετεωρικής προέλευσης, κυκλοφορεί σε βαθιά ρήγματα και ρωγμές σε βάθη μερικών χιλιομέτρων όπου θερμαίνεται και ξανανεβαίνει στην επιφάνεια με τα επαγωγικά ρεύματα δια μέσου των ρηγμάτων και των ρωγμών, ενώ πολλές φορές φιλοξενείται σε πορώδεις σχηματισμούς όπου χάνει ένα μέρος της θερμότητάς του αναμιγνυόμενο με κρύα επιφανειακά νερά. Πολύ συχνά ένα ικανοποιητικό στεγανό κάλυμμα αργιλικών πετρωμάτων προστατεύει την εξανέμιση της θερμότητας, ενώ οι περιορισμένες διαφυγές δημιουργούν τις θερμές πηγές και τις ατμίδες και αυτές είναι σε θέση να θερμάνουν επιφανειακούς κρύους ορίζοντες. Η υπόγεια θέρμανση του γεωθερμικού ρευστού και η συνεχείς τροφοδοσία με θερμότητα οφείλεται σε μαγματικές μάζες που διεισδύουν στον φλοιό και βρίσκονται στη διαδικασία της διαφοροποίησης. 1β. Συστήματα υψηλών θερμοκρασιών σε μη ηφαιστειακές περιοχές με έντονη καινοζωική τεκτονική δραστηριότητα. Τα γεωθερμικά πεδία αυτού του τύπου χαρακτηρίζονται από έντονη τεκτονική συνδυασμένη με δομές Graben, μέσα στις οποίες έχουν διεισδύσει γρανιτικές μάζες. Αυτές οι διεισδύσεις είναι υπεύθυνες για την δημιουργία ρηγμάτων και ρωγμών ικανό να μεταφέρουν στην επιφάνεια μεγάλες ποσότητες θερμότητας δια μέσου της κυκλοφορίας ρευστών (Mari-Nelly 1969). Χαρακτηριστικά γεωθερμικά πεδία αυτού του τύπου είναι το Larderello, στην Ιταλία και η Kizildere στην Τουρκία. 1γ. Συστήματα βαθειάς κυκλοφορίας μέσω θερμοκρασιών σε περιοχές με κανονική ροή θερμότητας. Σε πολλές περιοχές του κόσμου η έντονη τεκτονική επιτρέπει την κυκλοφορία του νερού σε μεγάλο βάθος. Η επιφανειακές εκδηλώσεις πολλές φορές είναι θερμές πηγές με θερμοκρασία που φτάνει στους 100 ο C. Τα θερμά ρευστά είναι δυνατόν να φιλοξενηθούν σε ιζηματογενείς σχηματισμούς που αποτελούν το κάλυμμα των μεταμορφωμένων και πυριγενών πετρωμάτων, μέσα στα οποία αναπτύσσεται ένα τέτοιο υδροθερμικό σύστημα. Τέτοιες περιοχές είναι το Karsbad στην Τσεχοσλοβακία και στον Καύκασο της Σοβιετικής Ένωσης. Στα αποθηκευτικά συστήματα ανήκουν τα συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών των ιζηματογενών λεκανών. Τα θαλάσσια ιζήματα συνήθως περιέχουν νερό μέχρι και 60%. Αυτή η περιεκτικότητα μικραίνει καθώς τα ιζήματα συμπιέζονται, ενώ οι διάφορες χημικές διεργασίες λαμβάνουν που χώρα μεταβάλουν το χημισμό των ρευστών. Σε περιοχές με αυξημένη γεωθερμική βαθμίδα ή σε περιοχές με κανονική γεωθερμική βαθμίδα, σε μεγάλα βάθη όπου υπάρχουν υδροπερατοί σχηματισμοί, είναι δυνατόν να συσσωρευτεί θερμό νερό. Συνήθως τα ρευστά αυτά είναι βεβαρημένα σε άλατα, με κυρίαρχο στοιχείο τα ιόντα Cl και πολλές φορές περιέχουν CO 2 και CH 4. Κατά των Chebotarev, 1995, από παρατηρήσεις σε γεωτρήσεις πετρελαίου συνήθως τα νερά μέχρι ένα βάθος 500m περιέχουν περισσότερα θειικά, στα ενδιάμεσα βάθη τα νερά γίνονται δισανθρακικά και σε βάθη μεγαλύτερα των 700m γίνονται χλωριούχα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα ενός τέτοιου αποθηκευτικού συστήματος αποτελεί η ενδοηπειρωτική Τριτογενείς Πανονική λεκάνη στην Βουλγαρία. Η γεωθερμική βαθμίδα της λεκάνης αυτής είναι μεταξύ 5 ο C - 7 ο C/100μ. και η ροή θερμότητας 2-3Χ10^-6calxcm^-2xsecx1[boldiszar1970] με υψηλότερες τιμές εκεί όπου το υπόβαθρο αναθολώνεται. Οι κύριοι ταμιευτήρες εντοπίζονται 18

34 στους Πανονικούς σχηματισμούς του πλειόκαινου που παρουσιάζουν μέσω πορώδες 20% περίπου και χαρακτηρίζονται από εναλλαγές υδροπερατών άμμων και στεγανών αργιλικών σχηματισμών. Στο σύνολο η οριζόντια υδροπερατότητα είναι υψηλή ενώ είναι χαμηλή η κάθετη υδροπερατότητα. Η θερμοκρασίες πολλές φορές ξεπερνούν τους 100 ο C, ενώ σημαντικά υψηλές θερμοκρασίες εντοπίστηκαν σε Μεσοζωικά και Παλαιοζωικά πετρώματα του υποβάθρου κατά μήκος κύριων ρηγμάτων και έντονα τεκτονισμένων ζωνών. 3.3 ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Ως γεωθερμικό σύστημα ορίζουμε ένα γεωλογικό σχηματισμό με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά, μέσα στον οποίο είναι αποθηκευμένη η γεωθερμική ενέργεια. Τα γεωθερμικά συστήματα εντοπίζονται σε περιοχές γύρω από τα όρια των τεκτονικών πλακών, όπου η βαθμίδα μπορεί αν είναι σημαντικά υψηλότερη της μέσης τιμής. Στην πρώτη περίπτωση τα γεωθερμικά συστήματα χαρακτηρίζονται από χαμηλές θερμοκρασίες που συνήθως δεν ξεπερνούν τους 100 ο C, ενώ στη δεύτερη περίπτωση οι θερμοκρασίες μπορεί να καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα, από σχετικά χαμηλές μέχρι και μεγαλύτερες, της τάξης των 400 ο C. Το γεωθερμικό σύστημα, μπορεί να περιγραφεί ως ένα σύστημα που βρίσκεται σε περιορισμένο χώρο στον ανώτερο φλοιό της γης. Στο εσωτερικό που υπάρχει κινούμενο νερό, το οποίο μεταφέρει θερμότητα από μια πηγή σε μια δεξαμενή θερμότητας, η οποίο συνήθως είναι μια ελεύθερη επιφάνεια. Έτσι λοιπό, ένα γεωθερμικό σύστημα αποτελείται από τα εξής τρία στοιχεία: την εστία θερμότητας, τον ταμιευτήρα και το γεωθερμικό ρευστό, το οποίο λειτουργεί ως μέσο μεταφοράς θερμότητας. Η εστία θερμότητας μπορεί να είναι είτε μια πολύ υψηλής θερμοκρασίας μαγματική διείσδυση που έχει φτάσει σε σχετικά μικρά βάθη, είτε η κανονική θερμοκρασία των πετρωμάτων του εσωτερικού της γης, η οποία όπως αναφέρθηκε αυξάνεται με το βάθος. Ο ταμιευτήρας είναι ένας σχηματισμός από θερμά υδατοπερατά πετρώματα, που επιτρέπει την κυκλοφορία των ρευστών μέσα σε αυτόν και από τον οποίο τα ρευστά αντλούν θερμότητα. Πάνω από τον ταμιευτήρα βρίσκεται συνήθως ένα κάλυμμα αδιαπέραστων πετρωμάτων. Ο ταμιευτήρας πολλές φορές συνδέεται με μια επιφανειακή περιοχή τροφοδοσίας, δια μέσου της οποίας μετεωρικό ή επιφανειακό γενικά νερό κατεβαίνει και αντικαθιστά μερικώς ή ολικώς τα ρευστά που φεύγουν από τον ταμιευτήρα και εξέρχονται στην επιφάνεια με την μορφή θερμών πηγών ή αντλούνται από γεωτρήσεις. Το γεωθερμικό ρευστό είναι το νερό, το οποίο ανάλογα με τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν στον ταμιευτήρα βρίσκεται σε υγρή ή αέρια φάση. Συχνά το ρευστό είναι εμπλουτισμένο με χημικά στοιχεία και αέρια όπως CO 2, H 2 S και άλλα. Στην εικόνα 3.1 αποτυπώνεται σε πολύ απλουστευμένη μορφή ένα πρότυπο γεωθερμικό σύστημα. Καθώς και στην εικόνα 3.2 παριστάνεται σχηματικά ο μηχανισμός στην περίπτωση ενός υδροθερμικού συστήματος ενδιάμεσης θερμοκρασίας. 19

35 Εικόνα 3.1: Πρότυπο γεωθερμικό πεδίο Εικόνα 3.2: Μηχανισμός υδροθερμικού συστήματος ενδιάμεσης θερμοκρασίας Από τα τρία στοιχεία ενός γεωθερμικού συστήματος, η εστία θερμότητας είναι το μόνο που απαραιτήτως πρέπει να έχει φυσική προέλευση. Εάν οι συνθήκες είναι ευνοϊκές, τα άλλα δύο στοιχεία μπορεί να είναι και «τεχνητά». Για παράδειγμα, τα γεωθερμικά ρευστά που αντλούνται από τον ταμιευτήρα και χρησιμοποιούνται ως η κινητήρια δύναμη ενός γεωθερμικού ατμοστρόβιλου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν μετά την ενεργειακή εκμετάλλευσή τους να επανεισαχθούν στον 20

36 ταμιευτήρα μέσω συγκεκριμένων γεωτρήσεων επανεισαγωγής (injection wells). Έτσι λοιπόν, η φυσική τροφοδοσία ενός ταμιευτήρα μπορεί να συνοδευθεί και να συμπληρωθεί από μια τεχνητή επανατροφοδοσία. Εδώ και αρκετά χρόνια, η τεχνική επανεισαγωγή των ρευστών στον ταμιευτήρα εφαρμόζεται σε πολλές περιοχές του κόσμου, ως ένα μέσο δραστικής μείωσης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τη λειτουργία των γεωθερμικών εγκαταστάσεων. Η χρήση των γεωτρήσεων επανεισαγωγής για τεχνητή επανατροφοδοσία μπορεί επίσης να βοηθήσει στην ανανέωση και συντήρηση κάποιων «παλιών» ή «εξαντλημένων» γεωθερμικών πεδίων. Ως παράδειγμα αναφέρεται η περίπτωση του γεωθερμικού πεδίου «The Geysers» της Καλιφόρνιας (ΗΠΑ), ενός από τα μεγαλύτερα γεωθερμικά πεδία στον κόσμο, όπου παρατηρήθηκε δραστική μείωση της παραγωγής στα τέλη της δεκαετίας του 1980, λόγω ακριβώς της έλλειψης ρευστών στον ταμιευτήρα. Το 1997 ξεκίνησε ένα πρόγραμμα, το Southeast Geysers Effluent Recycling Project, που αποσκοπούσε στη μεταφορά επεξεργασμένων αστικών αποβλήτων στο γεωθερμικό πεδίο από μια απόσταση 48km. Το πρόγραμμα αυτό οδήγησε στην επαναλειτουργία αρκετών εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία είχαν εγκαταλειφθεί εξαιτίας της έλλειψης ρευστών. Τα γεωθερμικά συστήματα, οι μορφές δηλαδή με τις οποίες συναντάμε την γεωθερμική ενέργεια, μπορούν να ταξινομηθούν με διαφορετικά κριτήρια, όπως είναι το είδος του γεωθερμικών πόρων, ο τύπος και η θερμοκρασία των ρευστών, ο τύπος του πετρώματος που φιλοξενεί τα ρευστά, το είδος της εστίας θερμότητας, αν κυκλοφορούν ή όχι τα ρευστά στον ταμιευτήρα κ.α. Η τεχνολογία για την άντληση γεωθερμικής ενέργειας διαφοροποιείται σε ρηχή γεωθερμική σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, και σε βαθιά γεωθερμική στις υψηλότερες θερμοκρασίες. Αβαθής γεωθερμική ενέργεια είναι η αποθηκευμένη σε μορφή θερμότητας ενέργεια στου φλοιού της γης, σε αβαθή έως 150m,με θερμοκρασίες υπεδάφους έως 18 o C. Η άντληση της ενέργειας από τα βαθύτερα στρώματα της γης, η λεγόμενη βαθειά γεωθερμική ενέργεια, απαιτεί τη διάνοιξη πηγαδιών σε μεγάλο βάθος. Τα πιθανά θερμά υπόγεια ύδατα,μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας. Συχνά γίνεται διάκριση ανάμεσα στα γεωθερμικά συστήματα όπου το κυρίαρχο ρευστό είναι το νερό στην υγρή φάση και σε εκείνα όπου το κυρίαρχο ρευστό είναι ο ατμός. Στα συστήματα όπου επικρατεί το νερό, η υγρή φάση είναι αυτή που ελέγχει συνεχώς την πίεση. Μέσα στη φάση αυτή μπορεί να περιέχονται και κάποια αέρια με τη μορφή μικρών φυσαλίδων. Αυτά τα γεωθερμικά συστήματα των οποίων οι θερμοκρασίες κυμαίνονται από 125 o C μέχρι 225 o C, είναι τα πλέον συνηθισμένα παγκοσμίως. Ένας άλλος διαχωρισμός των γεωθερμικών συστημάτων είναι αυτός που βασίζεται στην κατάσταση ισορροπίας στον ταμιευτήρα, σύμφωνα με τον οποίο λαμβάνονται υπόψη η κυκλοφορία των ρευστών του ταμιευτήρα και ο μηχανισμός μεταφοράς της θερμότητας. Στα δυναμικά συστήματα ο ταμιευτήρας τροφοδοτείται συνεχώς με νερό, το οποίο θερμαίνεται. Στη συνέχεια, ο ταμιευτήρας αποφορτίζεται, είτε γιατί το θερμό ρευστό 21

37 ανέβηκε μέχρι την επιφάνεια, είτε γιατί άρχισε να γεμίζει τους υδατοπερατούς υπόγειους σχηματισμούς. Η θερμότητα μεταφέρεται στο σύστημα μέσω του μηχανισμού της συναγωγής και της κυκλοφορίας του ρευστού. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει συστήματα τόσο υψηλής (>150 ο C)όσο και χαμηλής (<100 o C) θερμοκρασίας. Στα στατικά συστήματα γνωστά και ως στάσιμα ή συστήματα αποθήκευσης, παρατηρείται ελάχιστη ή καμία τροφοδοσία του ταμιευτήρα και η μεταφορά θερμότητας γίνεται μόνο με τη βοήθεια του μηχανισμού αγωγής. Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται οι πέντε κατηγορίες γεωθερμικών συστημάτων ανάλογα με το είδος των γεωθερμικών πόρων. Γεωθερμική Ενέργεια Υδροθερμική Ενέργεια Αβαθής Γεωθερμία Θερμά Ξηρά Πετρώματα Γεωπεπιεσμένη Ενέργεια Ενέργεια Μάγματος ΣΧΗΜΑ 3.1: μορφές γεωθερμικής ενέργειας κατά σειρά ενδιαφέροντος χρήσεων σήμερα και προοπτικής στο εγγύς μέλλον, από αριστερά προς τα δεξιά A. Τα Υδροθερμικά Συστήματα ή πόροι, δηλαδή τα φυσικά υπόγεια θερμά ρευστά που βρίσκονται σε ένα ή περισσότερους ταμιευτήρες, θερμαίνονται από μία εστία θερμότητας και συχνά εμφανίζονται στην επιφάνεια της γης με τη μορφή θερμών εκδηλώσεων. Τα συστήματα αυτά συχνά ταυτίζονται με το σύνολο σχεδόν των γεωθερμικών πεδίων αφού σήμερα ουσιαστικά είναι τα μόνα συστήματα που αξιολογούνται. Τα κύρια συστατικά ενός υδροθερμικού συστήματος είναι η εστία θερμότητας, ο ταμιευτήρας το αδιαπέρατο κάλυμμα και η περιοχή επαναφόρτισης. B. Αβαθής γεωθερμία, κατά την οποία λαμβάνονται ή και απορρίπτονται ποσότητες ενέργειας από μικρά βάθη με την ανακυκλοφορία νερού στα πρώτα 100m από την επιφάνεια της γης ή με την κυκλοφορία υπόγειων νερών ή νερών από λίμνες, ποτάμια και τη θάλασσα. Αποτελεί την ταχύτερα αναπτυσσόμενη μορφή της γεωθερμικής ενέργειας. 22

38 C. Τα γεωπεπιεσμένα συστήματα τα οποία αποτελούνται από ρευστά εγκλεισμένα σε μεγάλο βάθος, βρίσκονται περιορισμένα από μη περατά πετρώματα και η πίεσή τους υπερβαίνει την υδροστατική. Συγκαταλέγονται στα στατικά συστήματα και συνυπάρχουν με υδρογονάνθρακες. D. Τα συστήματα βαθιών θερμών- ξηρών πετρωμάτων είναι τα θερμά πετρώματα σε βάθος από 3 μέχρι 10 km χωρίς φυσική κυκλοφορία ρευστών, από τα οποία μπορεί να ανακτηθεί ενέργεια χρησιμοποιώντας νερό που διοχετεύεται από την επιφάνεια μέσω κατάλληλων γεωτρήσεων, και ανακτάται θερμότερο με τη μορφή νερού ή ατμού μέσω άλλων γεωτρήσεων. E. Τα μαγματικά συστήματα αναφέρονται στην απόληψη θερμότητας με κατάλληλες γεωτρήσεις σε μαγματικές διεισδύσεις, που βρίσκονται σε μικρό βάθος σχετικά. Η διάκριση των γεωθερμικών συστημάτων γίνεται ανάλογα με την θερμοκρασία τους και έτσι έχουμε τα γεωθερμικά συστήματα υψηλής, μέσης και χαμηλής ενθαλπίας, αλλά και ανάλογα με την κυριαρχούσα φάση στον ταμιευτήρα τους και έτσι έχουμε τα γεωθερμικά πεδία νερού, τα γεωθερμικά πεδία ατμού και τα θερμά ξηρά πετρώματα. Στην συνέχεια θα αναλύσουμε την κάθε μια κατηγορία ξεχωριστά ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Η γεωθερμική ενέργεια, ανάλογα με τη θερμοκρασία των ρευστών διακρίνεται σε τρείς κατηγορίες: Χαμηλής ενθαλπίας ( ο C) Μέσης ενθαλπίας ( ο C) Υψηλής ενθαλπίας (>150 ο C) Η γεωθερμική ενέργεια υψηλής ενθαλπίας χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η εγκατεστημένη ισχύς των γεωθερμικών μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο ανέρχεται σε 6.000MWe περίπου. Η γεωθερμική ενέργεια χαμηλής και μέσης ενθαλπίας βρίσκει σε διεθνές επίπεδο πολλές εφαρμογές στη γεωργία, τη γεωργική βιομηχανία, την κτηνοτροφίαιχθυοκαλλιέργεια και τη θέρμανση χώρων. Η τεχνολογία που απαιτείται για την εκμετάλλευση των γεωθερμικών ρευστών αυτής της κατηγορίας έχει αναπτυχθεί σε σημαντικό βαθμό και είναι ευρύτατα γνωστή. Συνιστάται κυρίως στη χρήση εναλλακτών θερμότητας ή σε μερικές περιπτώσεις, στην απευθείας χρήση των γεωθερμικών ρευστών. Μία θερμή εστία που βρίσκεται σε μικρό σχετικά βάθος μέσα στο φλοιό της γης και έχει πολύ υψηλή θερμοκρασία, αποτελεί τη βάση όλων των πρότυπων μοντέλων των γεωθερμικών πεδίων υψηλής ενθαλπίας. Συνήθως, μία τέτοια εστία αποτελείται από μαγματικές μάζες ποικίλων διαστάσεων, που διείσδυσαν στο φλοιό από μεγαλύτερα βάθη και,είτε παραμένουν μέσα σε αυτόν, είτε μερικές φορές βγαίνουν στην επιφάνεια. 23

39 Όταν στις υπερκείμενες των μαγματικών μαζών περιοχές δεν κυκλοφορούν ρευστά, η μεταφορά θερμότητας στο φλοιό πραγματοποιείται μόνο με αγωγή. Κοντά στην επιφάνεια της γης, η κάπως μεγαλύτερη περατότητα των πετρωμάτων επιτρέπει την διείσδυση των ρευστών, τα οποία θερμαίνονται σε ορισμένο βάθος από την επαφή τους με τα θερμά πετρώματα. Με αυτόν τον τρόπο γίνεται ελαφρότερα και ανέρχονται προς την επιφάνεια, ενώ ψυχρότερα ρευστά παίρνουν τη θέση τους. Σχηματίζεται έτσι ένα σύστημα κυκλοφορίας, που έχει ως πρακτικό αποτέλεσμα τη συνεχή μεταφορά θερμότητας από το βάθος στην επιφάνεια. Για πετρώματα με την ίδια περατότητα η σπουδαιότητα ενός μεταφορικού συστήματος είναι συνάρτηση της διαφοράς των θερμοκρασιών και της απόστασης ανάμεσα στην εστία θερμότητας και στην επιφάνεια της γης. Έτσι, όσο θερμότερη και πιο κοντά στην επιφάνεια είναι η εστία, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενθαλπία των ρευστών που κυκλοφορούν ανάμεσα στην επιφάνεια και την εστία και γίνεται περισσότερο πιθανή η δημιουργία συστημάτων ατμού ΤΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΚΑΙ ΜΕΣΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Τα κυκλικά συνήθως συστήματα χαρακτηρίζονται από συστήματα υψηλών θερμοκρασιών και ο διαχωρισμός τους έγινε έχοντας υπόψη αυτά. Τις τελευταίες όμως δεκαετίες σημαντικό ενδιαφέρον αποκτά η έρευνα γεωθερμικής ενέργειας χαμηλής ενθαλπίας που μπορεί να συνυπάρξει με συστήματα θερμικών ανωμαλιών αλλά και σε περιοχές κανονικής γεωθερμικής βαθμίδας. Στις περιοχές αυτές εκείνο που έχει περισσότερο ενδιαφέρον, πέρα από τη μαγματική πηγή θερμότητας, είναι η γεωλογική και τεκτονική δομή που είναι σε θέση να δημιουργήσει θερμικές ανωμαλίες χαμηλής ή μέσης ενθαλπίας. Μια κατανομή των περιοχών αυτών μπορεί να είναι η παρακάτω: 1. Οι περιοχές του κρυσταλλικού υπόβαθρου που αποτελούνται από γνεύσιους, σχιστόλιθους και άλλα μεταμορφωμένα πετρώματα και γρανιτικές διεισδύσεις. Στην περίπτωση αυτή οι ισόθερμες καμπύλες αναθολώνονται και σε συνδυασμό με υδροπερατούς σχηματισμούς ή ζώνες διαρρήξεων είναι δυνατόν να αντληθούν θερμά νερά, συνήθως καλής ποιότητας. Οι περιοχές αυτές που παρουσιάζουν σημαντική εξάπλωση στη γη, είναι δυνατόν να αποτελούν στόχο για μελλοντική εκμετάλλευση των Hot Dry Rock σε περιοχές με κανονική γεωθερμική βαθμίδα. 2. Οι ιζηματογενείς λεκάνες σε στόχος γεωθερμικής έρευνας και σα περιοχές γεωθερμικού ενδιαφέροντος είναι οι περισσότερο γνωστές εξαιτίας των γεωλογικών, γεωφυσικών και γεωτρητικών ερευνών για τον εντοπισμό υδρογονανθράκων. Οι ιζηματογενείς λεκάνες έχουν το προτέρημα να φιλοξενούν πορώδη και υδροπερατά πετρώματα (άμμους, κροκαλοπαγή, ψαμμίτες, ασβεστόλιθους) με οριζόντια συνέχεια που με τη σειρά τους είναι σε θέση να φιλοξενήσουν θερμά ρευστά και να υπολογιστούν με ακρίβεια ορισμένοι γεωθερμικοί παράμετροι για τη συνολική έκταση ανάπτυξης του γεωθερμικού συστήματος. Οι πρώτες εφαρμογές χρήσης της γεωθερμικής ενέργειας χαμηλής ενθαλπίας των λεκανών αναφέρονται στο Melun της Γαλλίας το 1969, ενώ σημαντική θεωρείται και η εκμετάλλευση στην Ουγγαρία. 24

40 Πιστεύουμε ότι στο μέλλον και ειδικά στην Ελλάδα η χρησιμοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας χαμηλής ενθαλπίας στις ιζηματογενείς λεκάνες θα πάρει μεγάλη έκταση διότι ο συνδυασμός της με χρήση στη γεωργία παρουσιάζει σημαντικό ενδιαφέρον για την ελληνική πραγματικότητα, αν σκεφθεί κανείς την έκταση που καταλαμβάνουν οι έντονα τεκτονισμένες τριτογενείς ιζηματογενείς λεκάνες. 3. Οι έντονα πτυχωμένες και τεκτονισμένες περιοχές όπου παρατηρούνται γεωλογικές ασυνέχειες είναι σε θέση να επιτρέψουν τη γρήγορη κυκλοφορία των γεωθερμικών ρευστών και να ανυψώσουν τις ισόθερμες καμπύλες. Υδροθερμικά συστήματα μπορούν να σχηματιστούν κατά μήκος ρηγμάτων δημιουργώντας έντονες τοπικές ανωμαλίες δίχως σημαντική εξάπλωση. Οι έντονα πτυχωμένες σειρές του Μεσοζωικού και Παλαιοζωικού και τα ιζήματα του Παλαιογενούς είναι σε θέση να επηρεασθούν από τις θερμικές ανωμαλίες όπου οι ισόθερμες στις αντίκλινες δομές ανυψώνονται και στις σύγκλινες αντίστοιχα κατεβαίνουν. 4. Οι ηφαιστειακές περιοχές που χαρακτηρίζονται από υψηλές θερμοκρασίες και υψηλή ροή θερμότητας και είναι σε θέση να δημιουργήσουν υδροθερμικά συστήματα υψηλής ενθαλπίας, παρουσιάζοντας όλα τα χαρακτηριστικά και έχουν τις δυνατότητες να δημιουργούν θερμικές ανωμαλίες χαμηλής ενθαλπίας θερμαίνοντας με την αγωγιμότητα ρηχούς υδροφόρους ορίζοντες πάνω από τη ζώνη υδροθερμικής εξαλλοίωσης ή ακόμα και με τη διαφυγή των αερίων που δημιουργούν τις ατμίδες ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΝΕΡΟΥ Στα πεδία αυτά η πίεση ελέγχεται από μια υγρή φάση, όπως μπορεί να διαπιστωθεί με την εξέλιξη της πίεσης με το βάθος, αλλά και από τα διαλυμένα συστατικά όπως SiO2, Na, K, Ca, Mg, SO 4, HCO 3, Co 3, που θα υπήρχαν σε πολύ μικρές ποσότητες ή καθόλου αν η κυριαρχούσα φάση ήταν του ατμού. Στα συστήματα αυτά το νερό της βροχής περνά στο έδαφος από επιφανειακές εκτάσεις δεκάδων ή και χιλιάδων και κινείται προς τα κάτω. Σε βάθη 2-6km 2 το νερό θερμαίνεται από θερμά πετρώματα τα οποία με την σειρά τους πιθανόν θερμαίνονται από άλλα τηγμένα πετρώματα. Το νερό διαστέλλεται και κινείται προς τα πάνω σε μία περιορισμένη στήλη 1-50km 2. αν τα υπερκείμενα πετρώματα έχουν υψηλή διαπερατότητα τότε φτάνουν στην επιφάνεια και διασκορπίζονται ως εκροές θερμών πηγών. Σε αντίθετη περίπτωση εμποδίζονται στην ανοδική τους πορεία από αδιαπέρατα πετρώματα και αποθηκεύονται σε περατά πετρώματα κάτω από αυτά. Είναι δυνατόν κατά την παραγωγή από πεδία νερού το εκτονωμένο νερό να φθάσει ως ατμός στην επιφάνεια (θα συμβαίνει εξάτμιση μέσα στον ταμιευτήρα και επιλεκτική κίνηση του ατμού). Στην περίπτωση αυτή μπορεί να διαπιστωθεί η υγρή προέλευση από την περιεκτικότητα του συμπυκνώματος του ατμού σε χλωριόντα που θα είναι πάνω από 50ppm ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΑΤΜΟΥ Στα πεδία αυτά υπάρχει συνεχής φάση ατμού που ελέγχει την πίεση στο σύστημα. Τα πεδία αυτά παράγουν ξηρό ή υπέρθερμο ατμό στον ταμιευτήρα αλλά σε μεγαλύτερα βάθη, οπότε συμβαίνει συνεχής εξάτμιση του νερού με αποτέλεσμα την 25

41 ταπείνωση της ελεύθερης στάθμης του. Κατά την εξάτμιση ο ατμός κινείται προς τα ανώτερα τμήματα του ταμιευτήρα όπου ψύχεται και ένα μέρος του συμπυκνώνεται. Από το συμπύκνωμα ένα τμήμα ακολουθεί πλέον καθοδική πορεία και επιστρέφει στο στρώμα του νερού, ενώ ένα άλλο τμήμα συγκρατείται στους πόρους σε υγρή κατάσταση λόγω προσρόφησης, το φαινόμενο αυτό έχει μεγάλη επίδραση στη δυναμικότητα των συστημάτων αυτών καθώς η αποθηκευμένη μάζα ως προσροφημένο υγρό μπορεί να είναι κατάταξη μεγέθους μεγαλύτερη από τη μάζα του ατμού που κινείται στους πόρους ΘΕΡΜΑ ΞΗΡΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Στα πεδία αυτά το πέτρωμα δεν έχει διαπερατότητα και επομένως δεν υπάρχουν ρευστά. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν συγκεκριμένα οι γρανίτες, που έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από τα ιζηματογενή πετρώματα και είναι πλουσιότεροι σε συγκεντρώσεις ραδιενεργών στοιχείων όπως. για να μετατραπεί ένα τέτοιο σύστημα σε πεδίο θα πρέπει πρώτον και δημιουργηθεί διαπερατότητα και δεύτερον να τροφοδοτηθεί το σύστημα με ρευστά. Για τους σκοπούς αυτούς εφαρμόζεται υδραυλική διέγερση ή έκρηξη με χημική ή πυρηνική αντίδραση, και ακολούθως συνεχής κυκλοφορία ρευστών από την επιφάνεια μέσα στο σύστημα. Στην πρώτη περίπτωση διανοίγεται μια γεώτρηση και πιέζεται με μεγάλη πίεση ρευστό. Η υψηλή πίεση έχει ως αποτέλεσμα τη ρωγμή των πετρωμάτων γύρω από τη γεώτρηση. Στη δεύτερη περίπτωση προκαλείται έκρηξη στον πυθμένα της γεώτρησης με ανάλογο αποτέλεσμα. Μετά το σχηματισμό των ρωγμών και την δημιουργία διαπερατότητας, διανοίγεται μια δεύτερη γεώτρηση σχετικά κοντά στην πρώτη, που τερματίζεται όμως σε λίγο μικρότερο βάθος. Ακολούθως πιέζονται ρευστά από τη βαθύτερη γεώτρηση που βρίσκουν δίοδο μέσα από την άλλη γεώτρηση για επιστροφή τους στην επιφάνεια, αφού διαρρεύσουν τμήμα του γρανίτη και ανακτήσουν τμήμα της θερμότητάς τους. Τα ρευστά δίνουν της θερμίδες τους στην επιφάνεια και εισάγονται ξανά στον ταμιευτήρα για να συνεχισθεί ο κύκλος απόληψης της θερμότητας. 26

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Η ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ Λόγω κατάλληλων γεωλογικών συνθηκών, ο Ελλαδικός χώρος διαθέτει σημαντικές γεωθερμικές πηγές και των τριών κατηγοριών (υψηλής, μέσης και χαμηλής ενθαλπίας) σε οικονομικά βάθη ( m). Σε μερικές περιπτώσεις τα βάθη των γεωθερμικών ταμιευτήρων είναι πολύ μικρά, κάνοντας ιδιαίτερα ελκυστική, από οικονομική άποψη, τη γεωθερμική εκμετάλλευση. Η έρευνα για την αναζήτηση γεωθερμικής ενέργειας άρχισε ουσιαστικά το 1971 με βασικό φορέα το ΙΓΜΕ και μέχρι το 1979 (πριν από τη δεύτερη ενεργειακή κρίση) αφορούσε μόνο τις περιοχές υψηλής ενθαλπίας. Κατά την εξέλιξη των εργασιών η ΔΕΗ,σαν άμεσα ενδιαφερόμενη για την ηλεκτροπαραγωγή, ανέλαβε τις παραγωγικές γεωτρήσεις υψηλής ενθαλπίας και την ανάπτυξη των πεδίων, χρηματοδοτώντας επιπλέον τις έρευνες στις πιθανές για τέτοια ρευστά γεωθερμικές περιοχές. Συντάχθηκε ο προκαταρκτικός χάρτης γεωθερμικής ροής του ελληνικού χώρου, όπου φάνηκε ότι η γεωθερμική ροή στην Ελλάδα είναι σε πολλές περιοχές εντονότερη από τη μέση γήινη. Από το 1971 ερευνήθηκαν οι περιοχές: Μήλος, Νίσυρος, Λέσβος, Μέθανα, Σουσάκι Κορινθίας, Καμένα Βούρλα, Θερμοπύλες, Υπάτη, Αιδηψός, Κίμωλος, Πολύαιγος, Σαντορίνη, Κως, Νότια Θεσσαλία, Αλμωπία, περιοχή Στρυμόνα, περιοχή Ξάνθης, Σαμοθράκη και άλλες. Στον πίνακα 4.1 δίνονται τα κυριότερα χαρακτηριστικά των γεωθερμικών πεδίων χαμηλής ενθαλπίας και οι περιοχές. Η αυξημένη ροή θερμότητας, λόγω της έντονης τεκτονικής και μαγματικής δραστηριότητας, δημιούργησε εκτεταμένες θερμικές ανωμαλίες, με μέγιστες τιμές γεωθερμικής βαθμίδας που πολλές φορές ξεπερνούν του 100 C/km. Σε κατάλληλες γεωλογικές συνθήκες, η ενέργεια αυτή θερμαίνει «ρηχούς» υπόγειους ταμιευτήρες ρευστών σε θερμοκρασίες μέχρι 100 C. Τα γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας είναι διάσπαρτα στη νησιωτική και ηπειρωτική Ελλάδα. Η συμβολή τους στο ενεργειακό ισοζύγιο μπορεί να γίνει σημαντική, καθόσον αποτελούν ενεργειακό πόρο φιλικό στο περιβάλλον, κοινωνικά αποδεκτό και παρουσιάζουν σημαντικό οικονομικό και αναπτυξιακό ενδιαφέρον. Στην Μήλο και Νίσυρο έχουν ανακαλυφθεί σπουδαία γεωθερμικά πεδία και έχουν γίνει γεωτρήσεις παραγωγής (5 και 2 αντίστοιχα). Στην Μήλο μετρήθηκαν θερμοκρασίες μέχρι 325 C σε βάθος 1000m. και στην Νίσυρο 350 ο C σε βάθος 1500m. Οι γεωτρήσεις αυτές θα μπορούσαν να στηρίξουν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής 20 και 5 ΜW, ενώ το πιθανό συνολικό δυναμικό υπολογίζεται να είναι την τάξης των 200 και 50 MW αντίστοιχα. 27

43 Πίνακας 4.1 Κυριότερα χαρακτηριστικά γεωθερμικών πεδίων χαμηλής ενθαλπίας, και περιοχές γεωθερμικού ενδιαφέροντος ΒΕΒΑΙΩΜΕΝΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ (m 3 /h) ΠΙΘΑΝΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ (m 3 /h) ΕΚΤΑΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΕΡΙΟΧΗ (km 2 ) ( o C) Ν. Κεσσάνη Ξάνθης Ν.Εράσμειο Μάγγανα Ξάνθης Χρυσούπολη / Εράτειο Καβάλας Σιδηρόκαστρο Σερρών Ηράκλεια Σερρών Νιγρίτα Σερρών Λαγκαδάς Θεσ/νικης Νυμφόπετρα Θεσ/νικης Ν. Απολλωνία Θεσ/νικης Ελαιοχώρια Χαλ/κης Στύψη/ Καλλονή Λέσβου Πολύχνιτος Λέσβου Άργεννος Λέσβου Σουσάκι Κορινθίας Μήλος Νίσυρος Σαντορίνη Στην Βόρεια Ελλάδα η γεωθερμία προσφέρεται για θέρμανση, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες κλπ. Στην λεκάνη του Στρυμόνα έχουν εντοπισθεί τα πολύ σημαντικά πεδία Θερμών-Νιγρίτας, Λιθότροπου-Ηράκλειας, Θερμοπηγής- Σιδηροκάστρου και Αγκίστρου. Πολλές γεωτρήσεις παράγουν νερά μέχρι 75 C, συνήθως αρτεσιανά και πολύ καλής ποιότητας και παροχής. Μεγάλα και μικρότερα γεωθερμικά θερμοκήπια λειτουργούν στην Νιγρίτα και το Σιδηρόκαστρο. Στην πεδινή περιοχή του Δέλτα Νέστου έχουν εντοπισθεί δύο πολύ σημαντικά γεωθερμικά πεδία, στο Ερατεινό Χρυσούπολης και στο Ν. Εράσμιο Μαγγάνων Ξάνθης. Νερά άριστης ποιότητας μέχρι 70 C και σε πολύ οικονομικά βάθη παράγονται από γεωτρήσεις στις εύφορες αυτές πεδινές περιοχές. Στην Ν. Κεσσάνη και στο Πόρτο Λάγος Ξάνθης, σε μεγάλης έκτασης γεωθερμικά πεδία, παράγονται νερά θερμοκρασίας μέχρι 82 C. Στην λεκάνη των λιμνών Βόλβης και Λαγκαδά έχουν εντοπισθεί τρία πολύ ρηχά πεδία με θερμοκρασίες μέχρι 56 C. Στην Σαμοθράκη υπάρχουν ενθαρρυντικά στοιχεία καθώς γεωτρήσεις βάθους μέχρι 100 m. συνάντησαν νερά της τάξης των 100 C. Στην εικόνα 4.1 βλέπουμε τις γεωθερμικές περιοχές τις Ελλάδας. 28

44 Εικόνα 4.1: Γεωθερμικές περιοχές της Ελλάδας 4.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΜΗΛΟΥ Πρόκειται για το πλουσιότερο γεωθερμικό πεδίο στη χώρα με θερμοκρασία ρευστού 350 ο C και πίεση 20 bar. Η Μήλος βρίσκεται στο ηφαιστειακό τόξο του νοτίου Αιγαίου και έχει δύο μεγάλα άλλα ανενεργά ηφαίστεια. Το ένα είναι το ηφαίστειο της Φυρίπλακας και το δεύτερο του Τράχηλα που βρίσκεται στο βορειοδυτικό τμήμα του νησιού. Μπορεί βέβαια τα ηφαίστεια να είναι ανενεργά, λαμβάνουν χώρα όμως 29

45 διάφορες εκδηλώσεις που δείχνουν ότι ακόμα και σήμερα υπάρχει επικοινωνία ανάμεσα στην επιφάνεια του νησιού και το εσωτερικό της γης. Στη Μήλο συναντάμε ατμίδες κυρίως στην ανατολική και νοτιοανατολική περιοχή του νησιού. Είναι περιοχές όπου διάφορα αέρια όπως, ατμοί υδρόθειο CO 2 και άλλα, από το εσωτερικό της γης απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα. Σε αυτές τις περιοχές η θερμοκρασία του εδάφους είναι αρκετά υψηλή, Αγία Κυριακή (102 ο C, Αδάμαντας (100 ο C), Βουνάλια (54 ο C) και άλλα, ενώ στην ατμόσφαιρα υπάρχει έντονα η μυρωδιά του θείου καθώς και το κίτρινο χρώμα του. Σε πολλές από αυτές τις περιοχές υπάρχουν ατμίδες και στον θαλάσσιο χώρο όπου και εκεί το κίτρινο χρώμα του θείου είναι εμφανές καθώς και τα αέρια που βγαίνουν από τις ατμίδες στην επιφάνεια του νερού με την μορφή φυσαλίδων. Στην μήλο υπάρχουν αρκετές θερμές πηγές, πολλές από αυτές κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας, κάποιες είναι και ιαματικές αλλά δεν έχουν αξιοποιηθεί κατάλληλα. Οι έρευνες του Ι.Γ.Μ.Ε που πραγματοποιήθηκαν το 1970 εντόπισαν το πρώτο γεωθερμικό πεδίο υψηλής ενθαλπίας για την διερεύνηση του πεδίου χρειάστηκε να γίνει διάνοιξη 48 αβαθών γεωτρήσεων στα 250 m γεωθερμικής βαθμίδας. Μετά από τις έρευνες του Ι.Γ.Μ.Ε, η ΔΕΗ έκανε πέντε συνολικά γεωτρήσεις σε βάθος m. Τα χαρακτηριστικά του βεβαιωμένου αυτού γεωθερμικού πεδίου όπως προέκυψαν είναι τα εξής: Έκταση: 50m 2 Θερμοκρασία: ο C (πυθμένα γεωτρήσεων) Βάθος ταμιευτήρα : m Παραγωγή : Πίεση : 339tn/h (200tn/h κεκορεσμένος ατμός και 139tn/h θερμό νερό) atm To 1986 εγκαταστάθηκε από τη ΔΕΗ η πρώτη μονάδα ρεύματος ισχύος 2MW και για 2 χρόνια λειτουργούσε καλύπτοντας σύνολο της ηλεκτρικής κατανάλωσης του νησιού. Στην συνέχεια αποφασίστηκε να σταματήσει η λειτουργία της μονάδας, εκτιμάται όμως ότι το γεωθερμικό πεδίο της Μήλου θα μπορούσε να καλύψει το μεγαλύτερο μέρος τα ηλεκτρικής κατανάλωσης των Κυκλάδων. 4.3 ΤΟ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΝΙΣΥΡΟΥ Αν και η τελευταία μαγματική δραστηριότητα της Νισύρου εκτιμάται γύρω στα χρόνια πριν, μία έκφραση της ηφαιστειακής της δραστηριότητας που είναι η εκδήλωση σεισμικών φαινομένων, είναι συνεχώς παρούσα. Αυτή η δραστηριότητα έχει καταγραφεί από τους ιστορικούς χρόνους και εν μέρει οφείλεται στο γεωθερμικό καθεστώς σε ύψος στρωμάτων μικρότερο από 1500 m. Το καθεστώς αυτό (εικόνα 4.1) χαρακτηρίζεται από θερμοκρασίες ανώτερες των 300 ο C στα 1700 m βάθος. Οι επιφανειακές εκφράσεις του γεωθερμικού πεδίου της Νισύρου είναι οι φουμαρόλες και οι υδροθερμικοί κρατήρες εντός της καλδέρας αλλά και το εκτενές δίκτυο θερμών 30

46 πηγών υψηλής αλατότητας και θερμοκρασιών της τάξης των ο C, παρουσιάζεται σε όλη την επιφάνεια του νησιού. Κατά την διάρκεια της τελευταίας υδροθερμικής έκρηξης το 1873, απορροέςεκπομπές αέριων μαζών και φωτιάς αναφέρθηκαν στις ακτές κοντά στο Μανδράκι. Το 1973 η Ελληνική Επιτροπή Ενέργειας και το Ι.Γ.Μ.Ε στα πλαίσια ενός προγράμματος για την δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας, πραγματοποίησαν την διάνοιξη δυο γεωθερμικών πηγαδιών στο εσωτερικό νότιο τμήμα της καλδέρας, στην περιοχή Λακκί. Η διάνοιξη αυτή αποκάλυψε την ύπαρξη δυο χαρακτηριστικών υδροθερμικών υδροφορέων. Ο ρηχός υδροφορέας, βάθους m χαρακτηρίζεται από θερμοκρασίες της τάξης των o C, ενώ θερμοκρασίες της τάξης των ο C και ο C εμφανίστηκαν στα 1800m βάθος στο πρώτο πηγάδι και στα 1500m στο δεύτερο παρόλο που το θερμικό ισοζύγιο του δεύτερου πηγαδιού είναι της τάξεως των 290 ο C. Η ΔΕΗ την δεκαετία του 1980 Βασισμένη σε προηγούμενα αποτελέσματα προχώρησε σε διάνοιξη δύο βαθιών γεωτρήσεων έρευνας παραγωγής βάθους μέχρι 1820m. Τα χαρακτηρίστηκα του βεβαιωμένου γεωθερμικού πεδίου προέκυψαν ως εξής: Έκταση : 3,5m 2 Θερμοκρασία: >350 ο C (πυθμένα γεωτρήσεων) Βάθος ταμιευτήρα: m Παραγωγή: Πίεση: 75 tn/h (21tn/h κεκορεσμένος ατμός και 54 tn/h θερμό νερό) 12 atm 4.4 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΒΟΡΕΙΑΣ ΕΛΛΑΔΑΣ Στα γεωγραφικά όρια της Μακεδονίας και Θράκης µε τις συστηματικές µελέτες και έρευνες του ΙΓ.Μ.Ε. έχουν εντοπισθεί σηµαντικά γεωθερμικά πεδία χαµηλής ενθαλπίας µε θερµοκρασίες ως 90 ο C στις ακόλουθες περιοχές: της υτικής Μακεδονίας (Φλώρινα - Πτολεμαΐδα), της λεκάνης Αλµωπίας (περιοχή Σωσάνδρας) της Λεκάνης Θεσσαλονίκης (περιοχή Αλεξάνδρειας Ηµαθίας), της Λεκάνης Ανθεµούντα, της Λεκάνης Μυγδονίας (γεωθερµικά πεδία Λαγκαδά, Νυµφόπετρας, Νέας Απολλωνίας Ν. Θεσ/νίκης), του ήµου Τρίγλιας και της Χερσονήσου Κασσάνδρας Ν. Χαλκιδικής, της Λεκάνης Στρυµόνα (γεωθερµικά πεδία Νιγρίτας, Σιδηροκάστρου, Ηράκλειας, Αγκίστρου, Αχινού - Ιβήρων του Ν. Σερρών), του Στρυµονικού Κόλπου (πεδίο Ακροποτάµου Ν. Καβάλας), του έλτα του Νέστου (γεωθερµικά πεδία Ερατεινού Χρυσούπολης και Ν. Ερασµίου Ν. Ξάνθης), της Λεκάνης Ξάνθης - Κομοτηνής (γεωθερµικά πεδία Ν. Κεσσάνης, Λίµνης Μητρικού και Σαππών) και της Λεκάνης Αλεξανδρούπολης - Έβρου (γεωθερµικό πεδίο Αρίστηνου). 31

47 Εικόνα 4.2: Γεωθερμικό πεδίο υψηλής ενθαλπίας της Νισύρου. Το άµεσα (µε έτοιµες γεωτρήσεις) αξιοποιήσιµο θερµοενεργειακό δυναµικό στη Μακεδονία και Θράκη ξεπερνά σε ισχύ τα 200MWt και µπορεί να αντικαταστήσει Τ.Ι.Π./έτος (Τ.Ι.Π. = Τόνοι Ισοδύναμου Πετρελαίου), ενώ το συνολικά διαθέσιµο θερµοενεργειακό δυναµικό είναι πολλαπλάσιο. ιαπιστώνεται ότι τα σημαντικότερα γεωθερµικά πεδία εντοπίζονται ανατολικά της Θεσσαλονίκης και πιο συγκεκριμένα στις λεκάνες Μυγδονίας, Στρυµόνα, Στρυµονικού Κόλπου (παράκτια ζώνη), έλτα του Νέστου, Ξάνθης - Κομοτηνής, και Αλεξανδρούπολης - έλτα Έβρου. Τέλος, σημαντικό ενδιαφέρον παρουσιάζει και η Σαμοθράκη αφού 3 γεωτρήσεις βάθους m, που ανορύχθηκαν στο χώρο των θερµών πηγών, παράγουν μεγάλες ποσότητες ρευστών µε τη θερμοκρασία των νερών να φτάνει μέχρι και τους 99 o C. Οι γεωλογικές και τεκτονικές συνθήκες στη ΒΑ Ελλάδα είναι αρκετά ευνοϊκές για την παρουσία αξιόλογων γεωθερμικών πεδίων. Τα γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας που έχουν εντοπισθεί από το Ι.Γ.Μ.Ε στη βόρεια Ελλάδα και τα οποία επίσημα χαρακτηρίσθηκαν ως «βεβαιωμένα» ή και πιθανά γεωθερμικά πεδία είναι τα ακόλουθα: Γεωθερµικό πεδίο Λαγκαδά Ν. Θεσσαλονίκης, µε θερμοκρασία νερών o C. Γεωθερµικό πεδίο λεκάνης Ανθεµούντα Ν. Θεσσαλονίκης, µε θερμοκρασία νερών o C. Γεωθερµικό πεδίο Ελαιοχωρίων Χαλκιδικής, µε θερμοκρασία νερών μέχρι 42 o C. Γεωθερµικό πεδίο Σάνης - Αφύτου Κασσάνδρας Ν. Χαλκιδικής, µε θερμοκρασία νερών35-45oc Γεωθερµικό πεδίο Αγκίστρου Ν. Σερρών, µε θερμοκρασία νερών o C. Γεωθερµικό πεδίο Σιδηροκάστρου Ν. Σερρών, µε θερμοκρασία νερών o C. Γεωθερµικό πεδίο Λιθοτόπου - Ηράκλειας του Ν. Σερρών, µε θερμοκρασία νερών 40-62oC 32

48 Γεωθερµικό πεδίο Θερµών - Νιγρίτας Ν. Σερρών, µε θερμοκρασία γεωθερμικών ρευστών μέχρι 64oC. Γεωθερµικό πεδίο Ακροποτάµου Ν. Καβάλας, µε ρευστά θερμοκρασίας μέχρι 90οC. Γεωθερµικό πεδίο Ερατεινού Ν. Καβάλας, µε νερά θερμοκρασίας μέχρι 70oC. Γεωθερµικό πεδίο Νέου Ερασµίου - Μαγγάνων Ν. Ξάνθης, µε νερά θερμοκρασίας μέχρι 68oC. Γεωθερµικό πεδίο Νέας Κεσσάνης Ν. Ξάνθης, µε ρευστά θερμοκρασίας μέχρι 83 ο C Γεωθερµικό πεδίο Λίµνης Μητρικού Ν. Ροδόπης, µε νερά θερμοκρασίας ο C. Γεωθερµικό πεδίο Κρωβύλης - Σαππών Ν. Ροδόπης, µε νερά θερµοκρασίας ο C. Γεωθερµικό πεδίο Αρίστηνου - Αλεξανδρούπολης Ν. Έβρου, µε ρευστά θερµοκρασίας ο C. Γεωθερµικό πεδίο Νέας Απολλωνίας Ν. Θεσσαλονίκης µε νερά θερµοκρασίας 26,5-55 ο C. Παρά το μεγάλο γεωθερµικό δυναµικό του Βορειοελλαδικού χώρου, η αξιοποίησή του βρίσκεται σε χαμηλά επίπεδα. Περιορίζεται στη θέρμανση κάποιων θερμοκηπίων (Νιγρίτα, Σιδηρόκαστρο, Λαγκαδάς, Ν. Απολλωνία, Ν. Εράσµιο), στη θέρµανση εδάφους για καλλιέργεια σπαραγγιών (Ν. Εράσµιο, Νυµφόπετρα, Μυρωδάτο), στη θέρµανση χώρων (εγκαταστάσεις Λουτρών Τραϊανούπολης και Ν. Απολλωνίας, Γυµνάσιο στις Θέρµες Ξάνθης), στην ξήρανση αγροτικών προϊόντων (Ν. Εράσµιο Ξάνθης), σε υδατοκαλλιέργειες (αντιπαγετική προστασία λιµνοδεξαµενών στο Πόρτο Λάγος και στο Νέο Εράσµιο Ν. Ξάνθης), στην καλλιέργεια του µικροφύκους Spirulina (Θερµά Νιγρίτας Ν. Σερρών) και τέλος στη λουτροθεραπεία και τον ιαµατικό τουρισµό (Αριδαία, Λαγκαδάς, Ν. Απολλωνία, Άγκιστρο, Σιδηρόκαστρο, Νιγρίτα, Ελευθερές, Τραϊανούπολη, Σαµοθράκη, Κασσάνδρα κ.ά.). Εκτός από το σηµαντικό αριθµό των γεωθερµικών πεδίων χαµηλής ενθαλπίας, που εντοπίζονται στον Βορειοελλαδικό χώρο, υπάρχουν βάσιµες ενδείξεις για την ύπαρξη γεωθερµικών ρευστών µέσης ενθαλπίας και θερµοκρασίας >90oC σε ιζηµατογενείς λεκάνες της Μακεδονίας και Θράκης (π.χ. λεκάνη έλτα Νέστου, λεκάνη Αλεξανδρούπολης - έλτα Έβρου, λεκάνη Στρυµόνα συµπεριλαµβανοµένης και της παράκτιας ζώνης του Στρυµονικού Κόλπου), τα οποία θα µπορούσαν να δώσουν τη δυνατότητα ηλεκτροπαραγωγής µε δυαδικό κύκλο. Αξίζει να προβληματιστεί κανείς για το γεγονός ότι παρά το τεράστιο γεωθερµικό δυναµικό, η αξιοποίηση βρίσκεται σε χαµηλά επίπεδα. Τις αιτίες θα μπορούσε να τις αναζητήσει κανείς στο υφιστάμενο νοµικό πλαίσιο και στο γεγονός ότι το γεωθερµικό δυναµικό αντιμετωπίζεται µε βάση το Μεταλλευτικό. Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται τα γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας της Ελλάδας τα οποία έχουν ερευνηθεί περισσότερο. 33

49 Πίνακας 4.2:Γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας στην Ελλάδα ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΚΤΑΣΗ ΠΕΔΙΟΥ km 2 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ C ΒΑΘΟΣ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ m ΠΑΡΟΧΗ m 3 /h Άγκιστρο Σερρών 1, Σιδηρόκαστρο Σερρών Λιθότοπος Ηρακλείας Θερμά Νιγρίτας Σερρών Λαγκαδάς Θεσ/νίκης < Λεκάνη Ανθεμούντα Θεσ/νίκης > Ελαιοχώρια Χαλ/δικής Σάνη- Άφυτος Κασσάνδρας Αρίστηνο Αλεξανδρούπολης Σάππες Ροδόπης Λίμνη Μητρικού Ν.Κεσσάνη Ξάνθης >300 Ν.Εράσμιο-Μάγγανα Ξάνθης Εράτειο Καβάλας Ακροπόταμος Καβάλας 6, / Σουσάκι Κορινθίας /< / Συκιές Άρτας > Άργενος Λέσβου 1 90 < Στύψη Λέσβου Πολιχνίτος Λέσβου Νέτητα Χίου Σαντορίνη Μήλος

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟΝ ΝΟΜΟ ΞΑΝΘΗΣ 5.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ Ας εξετάσουμε το γεωλογικό χώρο στα νότια περιθώρια της Ροδοπικής Μάζας και του Βόρειου Αιγαίου όπως αυτός εξελίχθηκε από το τριτογενές μέχρι σήμερα. Υπάρχουν ή μάλλον υπήρξαν οι συνθήκες για τη δημιουργία ανωμαλίας στην περιοχή. Ο χώρος ενεργοποιήθηκε θερμικά στο Ηώκαινο όταν επηρεάστηκε από τη διαδικασία σύγκρουσης των λιθοσφαιρικών πλακών της Ευρασίας με την Αφρική. Η σύγκρουση αυτή προκάλεσε τέτοια τεκτονική αναστάτωση που επηρέασε το σύνολο των Ελληνίδων. Η λέπτυνση του φλοιού στην οπισθοτάφρο περιοχή λόγω της εφελκυστικής τεκτονικής συνοδεύτηκε από αύξηση της ροής θερμότητας και μετατόπιση των ισόθερμων προς την επιφάνεια. Τα φαινόμενα αυτά έγιναν περισσότερο έντονα με την ανάπτυξη της ηφαιστειακής δράσης σαν αποτέλεσμα της ηφαιστειογενούς δράσης που αναπτύχθηκε στο χώρο αυτό του Βορείου Αιγαίου και τη διείσδυση μαγματικών μαζών ασβεσταλκαλικού τύπου. Τα τριτογενή τεκτονικά βυθίσματα που αναπτύχθηκαν σε όλο το Βόρειο Αιγαίο είναι το επακόλουθο της δυναμικής του χώρου, μέσα στα οποία αναπτύχθηκε η ηφαιστειότητα παράλληλα με την απόθεση μολασσικών ιζημάτων. Μετά τη διαδικασία αυτή και ενώ ο χώρος, στη συνέχεια, αναμενόταν να μείνει ανενεργός, στο τέλος του Ανατολικού Μειόκαινου εκδηλώθηκε το ρήγμα της Ανατολίας ( North Anatolian fault ) που παρουσιάζει δεξιόστροφη οριζόντια συνιστώσα ολίσθησης. Η κινηματική αυτή δημιουργήθηκε όταν η μικροπλάκα της Αραβίας, κινούμενη προς Βορρά με μεγαλύτερη ταχύτητα από την Αφρικανική μέσα από το ρήγμα οριζόντιας ολίσθησης της Νεκρής θάλασσας, συγκρούστηκε με την Ευρασία στην περιοχή του Νότιου Καύκασου, με αποτέλεσμα την πλευρική μετάδοση των τάσεων και την κίνηση της Μικρασίας προς τη Δύση. Ο χώρος παρέμεινε θερμικά ενεργός μέχρι σήμερα αν και η διαδικασία σύγκρουσης νοτιότερα στο Αιγαίο. Έτσι μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η λέπτυνση του φλοιού συνοδεύτηκε από μετατόπιση των ισόθερμων προς την επιφάνεια και αύξηση της ροής θερμότητας. Η κινηματική του χώρου και η συνεχιζόμενη εφελκυστική τεκτονική βοήθησε την εγκαθίδρυση υδροθερμικών συστημάτων χαμηλής ενθαλπίας εκεί όπου η κατάλληλη στρωματογραφία και ο συνδυασμός των ενεργών ρηγμάτων το επέτρεψαν. Στο ίδιο όμως πάντα χώρο όπου σήμερα συναντούμε παλιά "ανενεργά" "απολιθωμένα" υδροθερμικά συστήματα υψηλής ενθαλπίας, υπολείμματα μιας πολύ ενεργούς θερμικά περιοχής του παρελθόντος, από την εποχή ακόμη όταν μαγματικές μάζες ήταν σε θέση να δημιουργήσουν τέτοια συστήματα υψηλών θερμοκρασιών. Τα σημερινά ενεργά υδροθερμικά συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών που αναπτύσσονται στον ευρύτερο αυτό χώρο, αποτελούν τη μαρτυρία της δυναμικής που επικρατεί στην περιοχή αυτή της Ελλάδος. 35

51 5.2 Η ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΗΣ ΝΕΑΣ ΚΕΣΣΑΝΗΣ Η τριτογενής μεταορογενετική λεκάνη Ξάνθης-Κομοτηνής στην οποία βρίσκεται η περιοχή έρευνας, γεωλογικά ανήκει στη γεωτεκτονική ζώνη γνωστή σαν «Μάζα της Ροδόπης». Πρόκειται δε για μία ταφροειδή λεκάνη που άρχισε να δημιουργείται στο Μέσο Ηώκαινο και η σημερινή της έκταση καταλαμβάνει ένα χώρο μήκους 80km και πλάτους 20km περίπου. Η ιζηματογένεση της λεκάνης αυτής συνδέεται με το τέλος των ροξυσμικών φάσεων της Αλπικής πτύχωσης που συνοδεύτηκε από έντονες διαρρήξεις και σύγχρονες μετακινήσεις μεγάλων τμημάτων της Ροδοπικής μάζας. Σαν αποτέλεσμα αυτών των διαρρήξεων και της εφελκυστικής τεκτονικής ζώνης της Ροδόπης έχουμε τη δημιουργία μεγάλων ταφρογενών βυθισμάτων που αποτελούν και το χώρο απόθεσης τριτογενών μολασσικών ιζημάτων. Η περιοχή έρευνας εντοπίζεται στα νοτιοδυτικά περιθώρια της λεκάνης Ξάνθης-Κομοτηνής που περιορίζεται από το κέρας των Αβδήρων και αποτελείται από κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα της Ροδοπικής μάζας. 5.3 ΤΟ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Ν.ΚΕΣΣΑΝΗΣ Η δημιουργία των κατάλληλων γεωθερμικών συνθηκών που επικρατούν στα νότιαδυτικά αυτά περιθώρια της λεκάνης Ξάνθης-Κομοτηνής συνδέεται άμεσα με τη λέπτυνση του φλοιού που προκαλεί τη μετατόπιση ισόθερμων καμπυλών προς την επιφάνεια και την επακόλουθη αύξηση της ροής θερμότητας. Τα φαινόμενα δε αυτά γίνονται εντονότερα με τη διείσδυση μαγματικών μαζών, με αποτέλεσμα μιας ηφαιστειακής δραστηριότητας που αρχίζει το Πριαμπόνιο και παρουσιάζει μια έξαρση το Ολιγόκαινο ενώ παράλληλα η κινηματική των ρηγμάτων διατηρεί ενεργό τον ευρύτερο χώρο του βορείου Αιγαίου εξαιτίας της εφελκυστικής τεκτονικής που επικρατεί από μέσο-ανατολικό Μειόκαινο μέχρι σήμερα. Ο ενεργός αυτός χώρος παρουσιάζει τις καλύτερες προϋποθέσεις για την εγκαθίδρυση υδροθερμικών συστημάτων χαμηλής-μέσης ενθαλπίας δεδομένου ότι απουσιάζουν οι ενεργές μαγματικές εστίες που λόγω της ηλικίας τους έχουν προσφέρει σχεδόν ολόκληρη τη θερμική τους ενέργεια και συνήθως αυτό που βλέπουμε στον ευρύτερο χώρο είναι "απολιθωμένα" υδροθερμικά συστήματα υψηλής ενθαλπίας που εξαντλήθηκαν στο χρόνο. Η τεκτονική δομή των λεκανών αυτών σε συνδυασμό με την ύπαρξη ιζηματογενών πετρωμάτων μπορούν να δημιουργήσουν τις κατάλληλες συνθήκες για τη συσσώρευση θερμικής ενέργειας σε υδατοπερατούς σχηματισμούς, δημιουργώντας αυτό που λέγεται «ενεργό υδροθερμικό σύστημα» ή «εκμεταλλεύσιμο γεωθερμικό πεδίο». Το γεωθερμικό μοντέλο πάνω στο οποίο βασίστηκε η γεωθερμική έρευνα στη συγκεκριμένη περιοχή είναι άμεσα συνδεδεμένο με την αναζήτηση θερμών ρευστών στους ιζηματογενείς κλαστικούς σχηματισμούς του Παλαιογενούς που μαζί με τους υφαλογενείς νομμουλιτικούς ασβεστόλιθους και τα κροκαλοπαγή της βάσης θα μπορούσαν να αποτελούν τον ταμιευτήρα ελπίζοντας σε ένα αυξημένο πορώδες και μια δευτερογενή περατότητα λόγω κατακλάσεων εξαιτίας της ενεργούς τεκτονικής που επικρατεί στο χώρο. Το στεγανό κάλυμμα εξασφαλίζεται από τους ιζηματογενείς σχηματισμούς του ανατολικού Ολιγοκαίνου και του Πλειοτεταρτογενούς που είναι πλούσιοι σε αργιλικά υλικά προσφέροντας χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και σχεδόν απουσία μεταφοράς θερμότητας μέσω ρευμάτων μεταφοράς εξασφαλίζοντας έτσι μια ιδανική θερμική παγίδα. 36

52 5.4 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Ν.ΚΕΣΣΑΝΗΣ Το γεωθερμικό πεδίο της Ν.Κεσσάνης εδραιώνεται στην λεκάνη της Ξάνθης Κομοτηνής, κοντά στο Αιγαίο Πέλαγος και στη Λίμνη Βιστωνίδα. Περιλαμβάνει τις αναβλύσεις των θερμών πηγών «Λουτρών Γενισέας» και αποτελεί το πιο μελετημένο γεωθερμικό πεδίο της χώρας. Το συγκεκριμένο γεωθερμικό πεδίο παρουσιάζει μέγιστο βάθος στους πρόποδες της Ροδόπης και ελάχιστο κοντά στην ακτή. Για την έρευνα και μελέτη του πεδίου διανοίχτηκαν 25 γεωτρήσεις έρευνας και 5 γεωτρήσεις μεγάλης διαμέτρου και προσδιορίστηκε περιοχή βεβαιωμένου γεωθερμικού δυναμικού έκτασης 25 km2 με τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Θερμοκρασία γεωθερμικού ταμιευτήρα: o C Βάθος ταμιευτήρα: m Παροχή: >300m 3 /h Χημική σύσταση ρευστού (βλέπουμε τον πίνακα 5.1) Το κρυσταλλικό υπόβαθρο αποτελείται από γνεύσιους, μαργαικούς σχιστόλιθους, μάρμαρα καθώς και αμφιβολίτες. Οι τοπικές εμφανίσεις του υπόβαθρου αποτελούνται από γνεύσιους, αμφιβολίτες, μάρμαρα και μιγματίτες, ενώ οι γρανιτές διεισδύσεις βρίσκονται στο βορειοδυτικό τμήμα του γεωθερμικού πεδίου. Κατά την διάρκεια του Παλαιογένους ιζήματα αποτέθηκαν, ενώ κατά το Ηώκαινο και Ολιγόκαινο σχηματίστηκαν λατυποπαγή ψαμμίτες. Έτσι δόθηκε η ευκαιρία για δημιουργία φλύσχη στο ανώτερο τμήμα της ακολουθίας. Τα πετρώματα αυτά υπόκεινται λιμναίων ιζημάτων (άμμοι και άργιλοι) όπως επίσης και αλλουβιανών αποθέσεων που αποτελούνται από άμμους, αμμοχάλικα και αργίλους. Στην εικόνα 5.1 παρουσιάζεται η χωροθέτηση και του βεβαιωμένου αλλά και του πιθανού πεδίου. Κατά την διάρκεια του Τριτογενούς, η βύθιση της Αφρικανικής πλάκας κάτω από την Ευρασιατική είχε ως αποτέλεσμα την άνοδο μαγματικού υλικού ανδεσιτικής σύστασης. Αυτό δικαιολογεί την ύπαρξη μικρών μαγματικών πετρωμάτων μέσα σε κλαστικούς ορίζοντες του πεδίου. Διαμορφώθηκαν δύο σημαντικά συστατικά ρηγμάτων, με διευθύνσεις παρατάξεων Β160 ο και Β 70 ο, ΒΑ-ΝΔ και Α-Δ που επηρεάζουν τόσο το υπόβαθρο όσο και τα υπερκείμενα ιζήματα. Πιο ενεργό θεωρείται το σύστημα Β160 ο και σχετίζεται πιθανώς με τη μετακίνηση στο Βόρειο Αιγαίο (εικόνα 5.2) 37

53 Πίνακας 5.1: Χημικές αναλύσεις δειγμάτων νερού γεωτρήσεων της περιοχής Ν.Κεσσάνης 38

54 Εικόνα 5.1: Γεωθερμικό πεδίο Ν.Κεσσάνης Οι θερμές πηγές αποτελούνται από 50 σημεία εμφάνισης, με μέση παροχή 10 l/s η καθεμία στην περιοχή της Γενισσέας. Αυτές έδωσαν το έναυσμα για περαιτέρω μελέτη του γεωθερμικού δυναμικού στην ευρύτερη περιοχή καθώς οι θερμοκρασίες τους κυμαίνονται από 30 o C έως 55 ο C. Το Ι.Γ.Μ.Ε όρυσσε 26 ερευνητικές γεωτρήσεις και πέντε παραγωγής κατανεμημένες σε έκταση 15 km 2. Το βάθος τους ποικίλλει από 100λέως 500m. Σύμφωνα με μελέτη του Ι.Γ.Μ.Ε στο κέντρο του πεδίου 39

55 έγινε γεώτρηση βάθους 1000m, στην οποία βρέθηκαν υδροφόροι ορίζοντες, ελπιδοφόροι για μελλοντική εκμετάλλευση σε βάθη μεγαλύτερα των 300m. Εικόνα 5.2: Κατανομή ισοθερμικών καμπυλών σε βάθος 400m στο γεωθερμικό πεδίο της Ν.Κεσσάνης. Σημειώνονται οι θέσεις των 22 γεωτρήσεων. Το συγκεκριμένο πρόγραμμα διάτρησης αποκάλυψε ένα σημαντικό γεωθερμικό πεδίο χαμηλής ενθαλπίας στην Ελλάδα. Επίσης έγινε διάτρηση σε δύο ακόμη σημεία μέχρι βάθους 450m, όπου οι θερμοκρασίες άγγιζαν τους 38 ο C, οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι το γεωθερμικό πεδίο εκτείνεται και νοτιοανατολικά στην περιοχή του Πόρτο Λάγους. Η γεωθερμική βαθμίδα στην περιοχή είναι υψηλότερη από την κανονική και αγγίζει τους 38/1000m. Ολόκληρη η περιοχή χαρακτηρίζεται από υψηλή θερμική ροή, μεγαλύτερη από 200 mw/m2 και άνω των 300 mw/m 2 στο κέντρο του πεδίου. Η μέγιστη θερμοκρασία που μετρήθηκε μέσα σε γεώτρηση αγγίζει τους 82 o C όμως δεν αναφέρεται το βάθος όπου συναντάται. Ο κύριος γεωθερμικός ταμιευτήρας εντοπίζεται σε βάθος m και υπολογισμοί --έδειξαν ότι η θερμοκρασία κυμαίνεται από o C. Ο ταμιευτήρας αυτός αποτελείται από Ηωκαινικά και Ολιγοκαινικά κλαστικά ιζήματα, τα οποία επικαλούνται από φλύσχη του Ολιγόκαινου, λιμναία ιζήματα του Πλειόκαινου και αλλουβιακές αποθέσεις του Τεταρτογενούς. Συχνά οι αλλουβιακές αποθέσεις φιλοξενούν ψυχρούς υδροφόρους ορίζοντες, οι οποίοι φαίνεται πως δεν έρχονται σε επαφή με τα υποκείμενα θερμά νερά. Το ελάχιστο πάχος του καλύμματος είναι 30m και εμφανίζεται κοντά στις θερμές πηγές της Γενισσέας. Τα γεωθερμικά ρευστά κινούνται αφενός προς την ζώνη της περιοχής των πηγών, όπου σημειώνονται υψηλές θερμοκρασίες, και αφετέρου προς τα περιθώρια του πεδίου, όπου οι θερμοκρασίες είναι μικρότερες. Στο νότιο τμήμα το γεωθερμικού πεδίου, οι θερμοί υδροφόροι ορίζοντες βρίσκονται σε βάθη m μέσα σε κροκαλοπαγή στρώμα με πάχος 30m και οι θερμοκρασίες που συναντώνται είναι από o C. Αντίθετα, στο βόρειο τμήμα του πεδίου, οι θερμοί υδροφόροι 40

56 ορίζοντες με θερμοκρασία o C φιλοξενούνται σε άρμοζες στρώμα σε βάθος m. Στην εικόνα 5.1 μπορούμε να δούμε ακόμα και τις ισόθερμες καμπύλες για τα 400m βάθος. Η καμπύλη των 70 o C σκιαγραφεί τον κύριο υδροθερμικό υδροφόρο ορίζοντα. Μέσω του χάρτη συμπεράνουμε πως οι τιμές μειώνονται απότομα προς τα δυτικά, ενώ η μείωση είναι προοδευτική προς τη βόρεια και την νότια περιοχή. Η γεωθερμική ανωμαλία εμφανίζεται κυρίως λόγω του συστήματος ρηγμάτων ΔΝΔ-ΑΒΑ και ΒΒΔ- ΝΝΑ. Από τις αναλύσεις που έγιναν προέκυψε πως τα 2/3 του συνολικού γεωθερμικού ρευστού είναι αέριο και συγκεκριμένα CO 2 που βρίσκεται σε ποσοστό 98% mol/mol. Σύμφωνα με την ισοτοπική σχέση του 13 C το CO 2 προέρχεται από θαλάσσια άλατα και ενδεχομένως από τα μάρμαρα, που υπόκεινται του αρκοζικού ορίζοντα. Η περιεκτικότητά τους σε δευτέριο προσδιόρισε ότι η περιοχή ανατροφοδότησης τόσο των θερμών όσο και των βαθιών υδροφόρων βρίσκεται στα βουνά της Ροδόπης. Τα νερά της λίμνης Βιστωνίδας και του Αιγαίου Πελάγους έχουν πολύ μικρή συμμετοχή. Ακόμα τα θερμά ρευστά της Ν. Κεσσάνης δεν περιέχουν τρίτιο που σημαίνει πως βρίσκονται υπόγεια για μεγάλα χρονικά διαστήματα, πάνω από 50 έτη. 5.5 ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΝΕΑΣ ΚΕΣΣΑΝΗΣ. Ο γεωθερμικός ταμιευτήρας εντοπίζεται, στο βόρειο τμήμα του πεδίου (περιοχή Σέλινου - Ν. Κεσσάνης), εντός των ψαμμιτών, σε βάθη m, ενώ στο νότιο τμήμα του πεδίου, εντός των ανώτερων κροκαλοπαγών, σε βάθη m. Στην περιοχή των πηγών ο ταμιευτήρας είναι πολύ ρηχός, καθώς το πλειο-τεταρτογενές κάλυμμα δεν υπερβαίνει το πάχος των 30m, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται θερμή υδροφορία μόλις το βάθος των γεωτρήσεων υπερβεί τα 30m, αλλά και στην επιφάνεια υπό μορφή μικρών πηγών. Από τις χημικές και ισοτοπικές αναλύσεις προκύπτει ότι δεν υπάρχει σημαντική ανάμιξη μεταξύ των θερμών αυτών νερών και των ψυχρών (κοινών) νερών, που φιλοξενούνται στους ανώτερους υδροφόρους, τόσο τους ρηχούς (τεταρτογενείς αποθέσεις), όσο και τους βαθύς (πλειοκαινικές αποθέσεις). Ακόμη η προέλευση των νερών δείχνει την ορεινή περιοχή των μαρμάρων (υψόμετρο μ.) και αρχική κυκλοφορία τους εντός των μαρμάρων του κρυσταλλοσχιστώδους της Ροδόπης. Το θερμό νερό (γεωθερμικό ρευστό) φαίνεται ότι κυκλοφορεί και συγκεντρώνεται στην περιοχή εντός των μαρμάρων και των ρηγμάτων του υποβάθρου και, λόγω υψηλής περιεκτικότητας σε CO 2 και υψηλής πίεσης, ανέρχεται μέσω ρήγματος ΑΒΑ-ΔΝΔ διεύθυνσης ή διασταύρωσης ρηγμάτων, προς τους ταμιευτήρες, στην εικόνα 5.3 βλέπουμε ένα μοντέλο γεωθερμικού πεδίου Ν.Κεσσάνης. 41

57 Εικόνα 5.3: Μοντέλο του γεωθερμικού πεδίου Ν.Κεσσάνης 5.6 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Ν. ΕΡΑΣΜΙΟΥ ΜΑΓΓΑΝΩΝ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΞΑΝΘΗΣ. Η περιοχή των Μαγγάνων βρίσκεται ανατολικά της λεκάνης του Νέστου Ποταμού και δυτικά της περιοχής των Αβδήρων. Το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών όρισε 22 ερευνητικές γεωτρήσεις και 6 παραγωγικές που οδήγησαν στον προσδιορισμό ενός γεωθερμικού πεδίου χαμηλής ενθαλπίας με τα παρακάτω χαρακτηριστικά.: Το βεβαιωμένο πεδίο: Έκταση περιοχής : 16km 2 Θερμοκρασίας γεωθερμικού ταμιευτήρα : o C Βάθος ταμιευτήρα: m Παροχή: 250 m 3 /h Η χημική σύσταση του ρευστού δίνεται αναλυτικά στον πίνακα 5.2, ενώ στην εικόνα 5.4 παρουσιάζεται η χωροθέτηση και του βεβαιωμένου αλλά και του πιθανού πεδίου, η έκταση του οποίου είναι 24 km 2. 42

58 Πίνακας 5.2: Χημικές αναλύσεις δειγμάτων νερού γεωτρήσεων της περιοχής 43

59 Εικόνα 5.4: Γεωθερμικό πεδίο Ν.Ερασμίου - Μαγγάνων. Το χερσαίο τμήμα της λεκάνης του Νέστου καλύπτει μία έκταση 450 km 2 και ο άξονας της έχει διεύθυνση ΑΒΑ-ΔΝΔ. Διαχωρίζεται από την λεκάνη της Ξάνθης Κομοτηνής με την κορυφογραμμή Αβδήρων Φαναρίου, που αποτελείται από δύο κύρια ρήγματα με διευθύνσεις παρατάξεων Β70ο και Β160ο. Η ιζηματογενή λεκάνη του Νέστου άρχισε να σχηματίζεται κυρίως κατά το Ηώκαινο αλλά και το τέλος του κατώτερου Μειόκαινου. Η ιζηματογένεση ξεκίνησε με την απόθεση δελταικών αποθέσεων που εναλλάσσονται με λεπτόκκοκους ψαμμίτες, ιλυολίθους και αργιλόλιθους. Ακολούθησε ο σχηματισμός κροκαλοπαγών με κάποιες παρεμβολές λιγνίτη κατά το Μέσο- Ανώτερο Μειόκαινο. Κατά την διάρκεια του δεύτερου Ανώτερου Μειόκαινου, σχηματίστηκε μία εβαποριτική ακολουθία, που αποτελείται από ανυδρίτη με λεπτά στρώματα ψαμμίτη και αργίλου. Τα τεταρτογενή ιζήματα αποτελούνται κυρίως από δελταϊκές αποθέσεις που υπέρκεινται της προηγούμενης σειράς. Πρόκειται για χαλαρούς σχετικά ψαμμίτες και αργίλους στα περιθώρια των λεκανών, ενώ λιμναία και θαλάσσια ιζήματα βρίσκονται στο κέντρο της λεκάνης. Το συνολικό πάχος της ιζηματογενούς σειράς είναι 400m. Η 44