Как вулканы помогут решить энергетический кризис

Эфиопия — государство с одним из самых высоких показателей вулканической активности в мире. Ученые придумали, как на долгие годы обеспечить всю страну электроэнергией с помощью геотермальных источников. 

Эфиопия представляется большинству обывателей как бесконечная череда пыльных пустынь, шумных улиц Аддис-Абебы и, вероятно, жилистых бегунов, тренирующихся где-то на заднем фоне. Не стоит забывать, что этот регион характеризуется одним из самых высоких показателей вулканической активности на Земле — и все благодаря Восточно-Африканской рифтовой долине, которая проходит прямо через сердце Эфиопии.

Рифт — это крупная линейная впадина в земной коре, которая образуется, во время разрыва тектонических плит. В Эфиопии это привело к выходу магмы на поверхность, что создало более 60 известных науке вулканов. Многие из них в прошлом претерпели колоссальные извержения, оставив после себя огромные кратеры. Некоторые вулканы активны и по сей день. Посетив их, можно увидеть пузырящиеся от сернистого газа грязевые пруды, горячие источники и десятки дымящих разломов.

Этот пар используется местными жителями для купания и стирки, а горячие источники часто обладают целебными свойствами. Однако у всего этого великолепия есть куда более глобальное применение. Такая интенсивная поверхностная активность предполагает чрезвычайно высокую температуру жидкости в глубине — возможно, там она раскаляется до 300−400оС. Стоит лишь получить доступ к этим испарениям, и они смогут запустить мощные турбины, производящие огромное количество энергии. Для страны, в которой 77% населения вообще не имеет доступа к электричеству, это будет настоящий прорыв.

В последнее время, благодаря исследованиям геологов и геофизиков, использование геотермальной энергии все больше привлекает внимание инженеров во всем мире. Вулкан — это эквивалент нескольких миллионов солнечных батарей или, в среднем, примерно 500 ветровых турбин. Общий же неиспользованный ресурс специалисты оценивают в 10 ГВт.

Преобразование геотермальной энергии в электроэнергию будет основано на пилотном проекте, который начался еще 20 лет назад на территории вулкана Алуту, расположенного в богатом озерами регионе примерно в 200 км от Аддис-Абебы. В настоящее время его инфраструктура постоянно модернизируется, что позволяет увеличить производство в 10 раз — сейчас вулкан вырабатывает порядка 70 МВт. В целом, подобная модель электрификации — настоящее чудо для Эфиопии: она не только минимально загрязняет окружающую среду, но и в самом деле может обеспечить электричеством все местное население и помочь людям вырваться из нищеты.

Основная проблема заключается в том, что, в отличие от стран с более развитой геотермальной экономикой (таких как Исландия), о вулканах в Эфиопии сегодня известно довольно мало. Ученые даже не могут с уверенностью сказать, когда произошло последнее извержение, а в данной ситуации это жизненно важный вопрос, от которого зависит дальнейшая стратегия экономического развития.

За последние несколько лет на помощь африканским ученым приходили специалисты из Великобритании. На протяжении трех лет они выезжали «в поле» для мониторинга текущей геологической активности и разработки методов, которые позволили бы безопасно и надежно осуществлять эксплуатацию вулканов. Это привело к ряду захватывающих открытий: с помощью спутникового радиолокатора они обнаружили, что поверхность вулкана деформируется и периодически вздувается, как грудь человека во время дыхания. Во время «вдоха» на поверхности возникало всхолмие, которое постепенно оседало во время долгого «выдоха», который длился до нескольких лет. Геологи до сих пор до конца не уверены в том, что именно вызывает подобные перепады высот, однако сам по себе феномен служит отличным доказательством того, что магма, геотермальные воды или газы движутся на глубине примерно на 5 км ниже уровня почвы.

В своей последней работе ученые использовали изображения со спутниковых тепловизоров, чтобы более детально исследовать выход пара из трещин в коре на территории Алуту. Они обнаружили, что места, где выходят газы, часто совпадают с известными науке линиями разломов и трещин самого вулкана. Отслеживая изменения температуры на протяжении нескольких лет, исследователи к своему удивлению обнаружили, что большая часть разломов относительно стабильна. Более того, «вдохи» и «выдохи» Алуту никак не влияли на количество выделяемого газа и пара — что странно, поскольку, после выхода горячего вещества из недр земли, температура поверхности обычно заметно возрастает.

Все прояснилось, когда ученые проанализировали записи о дождевых осадках за все эти годы. Оказалось, что трещины и разломы являются своего рода запоздалым ответом на осадки, выпадающие на верхние границы рифтов. Вывод заключается в том, что разломы, расположенные ближе к центру вулкана, не были затронуты осадками и, таким образом, представляют собой отличный образец стабильного источника геотермальной энергии с высоким тепловым выходом.

Это одно из первых исследований, которое доказало, что изучать геотермальный потенциал того или иного региона можно с помощью обычных спутников — это дешевый и надежный способ узнать, как именно инженерам следует использовать вулканы для добычи электричества.