TERMAL (TERMİK) GRADYAN KAVRAMI YER İÇİNİN SICAKLIĞI NASIL ÖLÇÜLEBİLİR? GRADYAN SONDAJLARI İLE ÖLÇÜLEBİLİNİR.

Yeraltı sıcaklığının ölçülmesi ve gradyan artışının belirlenmesi jeotermal enerji aramalarının sağlıklı ve güvenilir yöntemlerindendir. Yeraltı sıcaklığı derinlik ile orantılı olarak artmaktadır. Jeotermal (jeotermik) gradyan; sıcaklığın 1°C artması için gerekli derinliktir. Dünyada ortalama gradyan artışı 30 C°/km. dir. Bu gradyan artışı dünyanın her yerinde düzenli değildir., Örneğin, Bahama Andras adalarında 5 C°/km, Endonezya’da 90 C°/kmdir. Kayaçların ısı iletkenliği, bölgesel ısı akısı dağılımı, aktif tektonik yapı ve yeraltı su dolaşımı jeotermal gradyan değerini etkileyen faktörlerdir. Kayaçların ısı iletkenliği, mineraloji bileşimine, gözenekliliğine, geçirgenliliğine, suya ve gaza doygunluğuna bağlıdır. Şeyllerin ısı iletkenliği 2, kireçtaşlarının 3.1, kuvarsın ise 15 milical/ sn C° dır (Ünalan, 1977). Isı akısı: Bir cm2 alandan bir saniyede geçen ısı miktarının kalori cinsinden değeridir. Yer içinin ısı akısı doğrudan ölçülemez. Ancak jeotermik gradyan yardımıyla hesaplanabilir.

Fourier ısı iletim eşitliği: Q = -k .A (dT/dz) Q: ısı akısı (HFU) k: Kayaçların ısı iletkenliği (milical/cm sn. C°) A: Birim alan (cm2) dT/dz: Jeolermal gradyan (C°/cm) Özellikle Jeotermal akışkan ve petrol aramalarında yararlanmak amacı ile yeraltı sıcaklık dağılımları saptanmaya çalışılır. Gradyan sıcaklıkları kuyulardan ölçülerek bölgesel ölçekte 1, 100, 200, … ,5000 metreye kadar yeraltının eş sıcaklık dağılım haritaları yapılır. Bu sıcaklıklar ve Fourier ısı iletim eşitliği kullanılarak da ısı akısı haritaları oluşturulur.

(http://www.mta.gov.tr/v2.0/default.php?id=jeofizik_haritalari)

Örnek yayınlar: İlkışık-gradyan.pdf İlkışık-gradyan2.pdf

JEOTERMAL SİSTEMLER

İnce yada kırıklı kabuk bölgeleri mağmanın lavlar şeklinde yeryüzüne çıkmasına izin verir. Bazen mağma yeryüzüne çıkmaz, ancak geniş yeraltı alanlarını ısıtır. Faylardan ve kırıklardan yeraltına süzülen yağmur suları da yeraltında bu etkiyle ısınarak yeryüzüne buhar yada sıcak su olarak geri döner. Bu oluşuma genel olarak “jeotermal sistem” denir.

JEOTERMAL ENERJİ Yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde bulunan birikmiş ısının oluşturduğu sıcaklıkları, devamlı olarak bölgesel atmosferik ortalama sıcaklığının üzerinde olan ve çevresindeki normal yeraltı ve yerüstü sularına göre daha fazla erimiş mineral, gaz ve çeşitli tuzlar içerebilen, basınç altındaki sıcak su ve buhar olarak tanımlanır. Ayrıca herhangi bir akışkan içermediği halde, bazı teknik yöntemlerle ısısından yararlanılan sıcak kuru kaynaklar (hot dry rocks) da jeotermal enerji kaynağı olarak nitelendirilmektedir.

Sıcak su ya da buhar yeryüzüne; gaz ve buhar çıkışı, sıcak su kaynağı veya çamur gözleri gibi çeşitli şekillerde ulaşır.

Fumarol: Buhar ve volkanik gazların yeryüzüne çıkış yaptığı hava delikleridir.

JEOTERMAL SİSTEMLERİ OLUŞTURAN PARAMETRELER - Isı kaynağı - Isıyı taşıyan akışkan (çalışan akışkan, meteorik su) - Rezervuar zon (poroziteli, permeabiliteli) - Örtü kaya

1. Isı Kaynağı Kabuk üzerinde yüzeye yakın tektonik kırıkların ulaşabildiği ısı anomali zonları jeotermal sistemler için ısı kaynağını oluşturmaktadır. 2. Isıyı Taşıyan Akışkan Meteorik kökenli yağmur sularıda yeryüzüne düştükten sonra çatlaklı zonlardan süzülerek derinlerdeki ısı anomalisi etkisi ile ısınmış kayaçlardaki ısıyı süpürerek yüzeye, ekonomik anlamda sığ derinliklere taşıyarak sistemin çalışan akışkanını oluşturur. Çok nadir anlamda ise derin okyanus çökellerinde bazı kapanlanmış sular ve metamorfizma sonucu kayaçtaki mineral bileşiminde bulunan suyun atılması ile ortaya çıkan sularda, derinlerdeki ısıyı taşıyıcı olabilmektedir, ancak bunlar meteorik sularla karşılaştırıldığında önemsiz derecede azdır.

3. Rezervuar Kaya Ve/Veya Zon Yukarılara doğru taşınan ısınmış akışkan, kabuk içerisinde ekonomik anlamda sığ derinlikte, poroziteli ve permeabiliteli litolojik birimler ve/veya zonlar içinde belirli bir süre depolanabilirler. Rezervuarı besleyen derinden gelen bu akışkanın, beslenme alanı ile uzun mesafelerde bağlantılı olması gerekir ki sürekli olarak beslenebilsin. 4. Örtü Kaya Rezervuar zonda depolanan bu akışkanın ve ısının, enerjisini kaybetmeden korunmalı olarak kalabilmesi için bu zon ve/veya birimler üzerinde ısı ve akışkan kaybını önleyecek geçirimsiz birimler olmalıdır, bu birimlere ise örtü kaya denir.

Sıcaklık İçeriğine göre Jeotermal Sistemler: Düşük Entalpili Sahalar (20-70 °C sıcaklık) Orta Entalpili Sahalar (70-150 °C sıcaklık) Yüksek Entalpili Sahalar (150 °C den yüksek)

Jeotermal Sistemin Fiziksel Durumuna Göre Rezervuarlar: Sıvının etken olduğu jeotermal rezervuarlar: Rezervuardaki suyun sıcaklığı buharlaşma sıcaklığından daha düşüktür. İki fazlı jeotermal rezervuarlar: Rezervuarda su ve su buharı birlikte bulunmaktadır. Buharın etken olduğu jeotermal rezervuarlar: Rezervuardaki suyun sıcaklığı buharlaşma sıcaklığından daha yüksektir.

Doğal Duruma ve Jeolojik Konuma Göre Jeotermal Sistemler Volkanik Sistemler: Volkanik etkinlikle ilişkili sistemlerdir. Isı kaynağı mağmadır. Volkanik sistemde geçirgen çatlaklar vefay zonları suyun akışını kontrol eder. Taşınım Sistemleri: Düşey çatlak ve faylarla yüksek ısı akışının olduğu tektonik olarak aktif bölgelerdir. Isı kaynağı sıcak kabuktur. Su düşey çatlak ve faylarla 1 km den daha derinlere inip ısınıp tekrar yükselerek taşınım sistemlerini oluşturmaktadır. Sedimanter Sistemler: Bir kilometreden daha derin yerlerde geçirgen tortul tabakalarda oluşan, ısı taşınımından çok iletimin etken olduğu sistemlerdir. Yüksek Basınçlı Sistemler: Yüksek basınçlı petrol rezervuarlarına benzer olarak basıncın normal basınçtan yüksek tabakalardan oluşan sistemlerdir. Sıcak Kuru Kayaç Sistemleri: Volkanizma veya anormal yüksek ısı akışı sonucu oluşmuş, geçirimsiz özellikte sistemledir. Akışkan içermediği ve geçirimsiz olduğundan normal jeotermal sistemler gibi işletilemezler.

Yağmur, kar, deniz ve  magmatik suların yeraltındaki gözenekli ve çatlaklı kayaç kütlelerini besleyerek oluşturdukları jeotermal rezervuarlar, yeraltı ve reenjeksiyon koşulları devam ettiği müddetçe yenilenebilir ve sürdürülebilir özelliklerini korurlar. Kısa süreli atmosferik koşullardan etkilenmezler.   Ancak, jeotermal rezervuarlardan yapılan sondajlı üretimlerde jeotermal akışkanın çevreye atılmaması ve rezervuarı beslemesi bakımından, işlevi tamamlandıktan sonra tekrar yeraltına gönderilmesi (reenjeksiyon) zorunludur. Reenjeksiyon birçok ülkede yasalarla zorunlu hale getirilmiştir.