Islandes stāsti ģeogrāfes acīm

Visambiciozākais projekts nokļūt Zemes sirdī

Vai esat kādreiz iztēlojušies, ka franču rakstnieka Žila Verna romāna “Ceļojums uz Zemes centru” (izdota 1864.g.) motīvi varētu kādreiz arī piepildīties? Šis nebūs stāsts par rakstnieku, kurš nav bijis Islandē, taču tai pat laikā radījis izcilu, arī mūsdienās lasītu zinātniskās fantastikas darbu. Šis būs stāsts par lieliskām, zinātnē balstītām ambīcijām, kuru mērķis ir paveikt līdz…

Guna Kalna
6–9 minutes

Vai esat kādreiz iztēlojušies, ka franču rakstnieka Žila Verna romāna “Ceļojums uz Zemes centru” (izdota 1864.g.) motīvi varētu kādreiz arī piepildīties? Šis nebūs stāsts par rakstnieku, kurš nav bijis Islandē, taču tai pat laikā radījis izcilu, arī mūsdienās lasītu zinātniskās fantastikas darbu. Šis būs stāsts par lieliskām, zinātnē balstītām ambīcijām, kuru mērķis ir paveikt līdz šim neiespējamo.

Tas var izklausīties kā zinātniskās fantastikas filmas sākums, taču Islandes zinātnieki kopā ar itāļiem, britiem un amerikāņiem veido unikālu zinātnes vēsturi, lai izpētītu planētas Zeme dzīles un veiktu urbumu pa tiešo vulkāna magmas kamerā.

Šāda centra izveide būtiski palīdzēs prognozēt vulkānu potenciālos izvirdumus un izprast to gaitu, kā arī mazināt postījumus, jo jāņem vērā, ka ~ 800 miljoni cilvēku pasaulē dzīvo 100 km rādiusā ap aktīviem vulkāniem.20.gadsimtā vulkāna izvirdumi kopumā ietekmējuši aptuveni 5 miljardus cilvēku visā pasaulē.

Nokļūt dziļāk jeb ideju rašanās

Viss sākās 2000.gadā ar citu ambiciozu projektu: Islandes Dziļurbšanas projektu jeb “The Iceland Deep Drilling Project” (turpmāk – IDDP). IDDP projekta galvenais mērķis bija noskaidrot, vai ir ekonomiski izdevīgi iegūt enerģiju un ķīmiskās vielas no hidrotermālajām sistēmām superkritiskos apstākļos tektonisko plātņu lūzuma zonā.

Tas nozīmē, veikt urbumus augstas temperatūras hidrotermālajās sistēmās, lai virszemē nogādātu ap 400–600°C pārkarsētu tvaiku ar subkritisku spiedienu (< 220 bāri).

Tika veikti visi nepieciešamie izpētes darbi. Pirmais urbums 3082 m dziļumā tika veikts Reikjanes pussalā 2004.-2005.gadā, taču urbums diemžēl tika nobloķēts ražošanas pārbaudes laikā, un pēc neveiksmīgiem mēģinājumiem to atjaunot 2006. gada februārī urbums tika pamests. IDDP pārcēlās uz Islandes ziemeļiem, uz Kraflu. Inženieriem nācās saskarties ar daudz un dažādām problēmām arī šeit.

Garais stāsts īsumā ir tāds, ka IDDP 2009.gadā veica vienu veiksmīgu urbumu Kraflā, lai iegūtu enerģiju no ūdens rezervuāriem virs magmas plūsmām.

Taču plānoto 5000 m dziļā urbuma vietā projekts apstājās, kad pēkšņi urbis ietriecās izkusušā iezī – riolīta magmā 2102 m dziļumā. Tas bija kaut kas pavisam negaidīts. Tieši te radās ideja KMT projektam. Tikmēr IDDP atgriezās Reikjanes pussalā, kur 2015.gadā 167 dienās veica otru sekmīgu urbumu 4659 m dziļumā.

2014.gada sākumā starptautiska zinātnieku un inženieru grupa attīstīja KMT ilgtermiņa izpētes plānu Kraflas vulkāna riolīta magmas kamerā. Tas būs pirmais ceļojums uz Zemes centru, kā atzīst paši projekta veicēji.

Pasaules pirmais magmas izpētes centrs

Magmas kameras joprojām ir un paliek mistērija ģeozinātniekiem. Nekāda ģeo-fiziskā izpētes tehnika nav bijusi pietiekama, lai noteiktu, kur atrodas magmas rezervuāri Zemes dzīlēs.

Projekts “Krafla Magma Testbed” (turpmāk – KMT) ir mēģinājums radīt pasaules pirmo magmas pētniecības zinātnes staciju, tādu kā izpētes laboratoriju, kas nodrošinātu unikālas iespējas gan fundamentālajiem, gan lietišķajiem pētījumiem tādās jomās kā vulkanoloģija, ģeotermālā enerģija, tehnoloģijas un inovācijas. Tas būs brīvas pieejas zinātniekiem no visas pasaules un aprīkota ar visa veida mērinstrumentiem. Vārdu sakot, tā būs pamatīga zinātniskā observatorija augstas klases zinātniekiem ar tiešu pieeju izkusušajiem iežiem jeb magmai vulkāna krāterī, lai pētītu un iegūtu nepieciešamās zināšanas par magmas dinamiku, ģeotermālo enerģiju un vulkāniskajiem riskiem. Ne velti, tas tiek dēvēts par visambiciozāko projektu zinātnes vēsturē Islandē.

KMT mērķis ir izveidot virszemes iekārtas un izbūvēt stabilus urbumus magmas paraugu ņemšanai 2,1 km dziļumā un veikt šīs vides ilgstošu monitoringu, kā arī veikt zinātniskus pētījumus, lai saprastu magmatiskās sistēmas, uzlabotu vulkānu monitoringa stratēģijas un attīstītu nākamās paaudzes, augstas entalpijas ģeotermālo enerģijas ieguvi.

Zinātnieki varēs piekļūt magmai caur t.s. urbumu akām, kuras atradīsies tuvu jau ģeoloģiski labi IDDP izpētītam 2009.gadā veiktajam urbumam. 2100 m dziļajā urbumā tiks ievietoti cementēti apvalki līdz 2040 m dziļumam.

Viens no galvenajiem KMT mērķiem ir izveidot urbuma akas ar pareizajiem materiāliem, kas var izturēt ekstrēmos apstākļus, milzīgo karstumu, spiedienu un magmas skābumu.

Skaidrs, ka šāda veida projektam nepieciešami milzīgi līdzekļi. Nekas nedzimst līdzenā vietā. Tā 2020.gada beigās Islandes parlaments piešķīra 100 miljonus Islandes kronu (~ 667 166 EUR) no valsts budžeta KMT projektam, kas bija būtisks izrāviens projekta realizācijai.

2019.gadā Apvienotās Karalistes un Itālijas valdības arī sniedza finansiālu un zinātnisku atbalstu KMT projektam. Papildus finansējums nāk arī no “International Continental Drilling Program (ICDP)” urbuma sagatavošanas darbiem. KMT projekta kopējās izmaksas tiek lēstas ap 100 miljoniem USD.

KMT kā pasaules klases zinātniskā laboratorija būs izcila vieta inovācijām un dažādu ģeotehnoloģiju testēšanai, pārbaudei, izmantojot jaunas metodes, materiālus un instrumentus magmas novērošanai un pētīšanai. Tas viss vienlaikus palīdzēs izprast un izmantot magmas siltumu no vulkāniskajām, ļoti karstām (~900 °C) planētas vidēm. Visa šī plānotā pētniecība uzlabos spēju prognozēt vulkāniskos izvirdumus un to attīstības gaitu. Superkarstas magmas, ģeotermālās enerģijas un šķidrumu izmantošanas izpēte radīs revolūciju arī pasaules enerģētikā.

2026.gadā Islandes KMT izveidos urbumu vulkāna Kraflas magmas kamerā, kas atrodas valsts ziemeļaustrumos. Plānots, ka atbrīvotā enerģija no 1,6 – 3,2 km dziļumā esošās magmas kameras varēs tikt izmantota Islandes māju apsildīšanai. Uzstādot daudzus sensorus, KMT varēs veikt mērījumus pa tiešo magmas kamerā, novērojot temperatūras vai gāzu sastāva izmaiņas, kristalizācijas procesus un spiedienu, kas spēj izraisīt vulkāna izvirdumu.

Iegūtie dati varēs tikt izmantoti arī citu vulkānu uzvedības pētīšanai pasaulē, piemēram, Itālijas supervulkāna Campi Flegrei izpētei, kurš pēdējos gados sācis aktivizēties.

Kāpēc Krafla?

Krafla ir gan 10 km diametrā liela vulkāna kaldera, gan 90 km gara vulkānisko plaisu zona, gan vienlaikus pasaulē visvairāk izpētītā ģeotermālā sistēma, kas Islandē tiek dēvēta par ģeotermālo šūpuli. Reģionā ir vairāk kā 40 aktīvi urbumi ģeotermālās enerģijas iegūšanai, taču neviens nav tik dziļi, kā KMT plānotais urbums. Vidēji urbuma akas ģeothermālās enerģijas iegūšanai ir 1844 m dziļas.

Magmas kamera, kurā plānots veikt urbumu, atrodas relatīvi sekli: 2100 m dziļumā un ir salīdzinoši viegli sasniedzama. Taču ne jau kameras atrašanās dziļums ir noteicošais, jo pasaulē tiek veikti daudz dziļāki urbumi.

Visdziļākais pasaules taisni vertikāli veiktais urbums 12 262 metru dziļumā atrodas Krievijā, Kolas pussalā, taču tas ir slēgts un neaktīvs. 2024.gadā martā Ķīna aktīvi rosījās ar 10 000 m dziļu urbumu, sauktu par “Shendi Take-1”. Uz šī fona Islandes plānotais 2100 m dziļurbums liekas sekls, taču jāņem vērā, ka urbšana notiks karstā, izkusušā iezī zem milzīga spiediena un magmas skābuma ietekmē.

Kartē redzama tektonisko plātņu lūzuma zonas un Kraflas vulkāniskās sistēmas atrašanās vieta (melna kvadrāta laukums). Kartes avots.

Kraflas vulkāniskā sistēma izvirdusi 29 reizes, kopš Islande tika apdzīvota no 9.gs. Pēdējais izvirdums “Kraflas ugunis” jeb aktīvs vulkāniskais periods šajā teritorijā bija no 1975. – 1984.gadam, kad notika deviņi vulkāniskie izvirdumi. Tie pamatīgi papostīja tūrisma nozari un daudzas saimniecības Islandes ziemeļos. Taču Kraflas magmas kamera, kurā plānots veikt urbumu, nekad nav izvirdusi.  

Kraflas kalderas ZR daļā atrodas eksplozīvā izvirdumā radies Víti krāteris, kas kļuvis par populāru tūrisma apskates vietu. “Víti” nozīmē “elle”, un vārda izcelsme meklējama senajos ticējumos, kuri min, ka elle atrodas zem vulkāniem.

Zemes sildošā dvēsele

Ģeotermālā enerģija Islandē tikusi izmantota ēdiena pagatavošanai un siltumam jau tad, kad te ieradās pirmie iedzīvotāji. Zemes siltuma enerģija ir ieslēgta iežos un šķidrumos zem Zemes garozas, taču atsevišķās vietās šī enerģija ir pieejama seklāk, kā tas ir Islandē.

Latvijā Zemes garozas slāņa biezums ir ~ 40 km. Islandē Zemes garoza ir nehomogēna un variējas: ~ 20 km rietumdaļā, ~ 30 km Grenlandes-Islandes un Islandes-Fēru salu grēdā un ~ 40 km bieza zem centrālās Islandes. Plātņu saskares vietā tā ir plānāka. Vulkāniskajos reģionos ir daudz Zemes garozā izveidojušos magmas kameru, tuneļu vai cita veida rezervuāru, kur karstā iežu masa uzkrājas pirms vulkāna izvirduma. Tieši šādā vietā atrodas Kraflas ģeotermālā sistēma.

Magma ir izkusis iezis jeb komplekss augstas temperatūras silikātu šķīdums, no kura ir radušies visi efuzīvie ieži (tādi, kuri veidojušies no lavas plūsmas virszemē). Magma atrodas zem Zemes garozas un ir ekstremāli karsta: aptuveni 1300°C, un tā ir maz pētīta ekstrērmo temperatūru un spiediena dēļ. Urbt tādā temperatūrā ir izaicinājums, taču eksperti mierina, ka pats urbšanas process nevar izraisīt citu vulkānisko izvirdumu, jo pieredze tika gūta jau IDDP ietvaros. Islandei ir gana liela pieredze ģeotermālās enerģijas iegūšanai.

KMT ieplānotais urbums magmas kamerā varētu atbrīvot milzu enerģijas apjomu un tā varētu tikt efektīvi izmantota eletroenerģijas ražošanai un ēku apsildei. Kā apgalvo projekta veicēji, 10 urbumu vietā būs viens ar tikpat lielu enerģijas piegādi no Zemes dzīlēm.

2024.gadā eletroenerģijas iegūšanai Kraflas ģeotermālajā reģionā darbojas 18 aktīvi urbumi, kuri tiek izmantoti divu turbīnu ģeneratoriem ar maksimālo kopējo kapacitāti 60 MWe. Karstā ūdens tvaiki griež turbīnas, kas ražo elektrību, taču šie urbumi spēj izmantot tikai nelielu daļu pieejamās enerģijas.

Ģeotermālās enerģijas iegūšanas vienkāršota shēma. Avots šeit.

Pirmā ģeotermālā elektrostacija (ĢES)  pasaulē tika izveidota 1904.gadā Itālijā, Larderello; Islandē – 1969.gadā – Bjarnarflag ĢES, Kraflas reģionā (Mývatnssveit). Kopumā pasaulē ģeotermālo enerģiju iegūst 20 valstis ar ASV kā lielāko enerģijas ieguvēju.

Izmantotā literatūra:

Foto avoti:

Komentēt

Tendences