絢爛煙火中的寶貴財(cái)富

水鈺

2016年2月27日，位于厄瓜多爾首都基多東南的通古拉瓦火山噴發(fā)出巖漿，像一場絢爛的煙火照亮了整個(gè)夜空。緊接著到了3月5日，通古拉瓦火山再次噴發(fā)出高達(dá)2500米的火山灰，當(dāng)?shù)卣前l(fā)出了黃色警報(bào)。

其實(shí)，火山噴發(fā)對(duì)于許多人來說并不陌生，最著名的便是發(fā)生在公元79年的維蘇威火山噴發(fā)。灼熱的熔巖摧毀了龐貝城里的一切，也吞沒了2萬多的人口。昔日宏大的太陽神殿，入聲鼎沸的斗獸場，車水馬龍的市集，一望無際的葡萄園，都在瞬間化為烏有。直到1748年，這座歷史悠久的占城才重現(xiàn)于世。

地球上充滿了未知與神秘，智慧的人類究竟該如何攫取這些寶貴的財(cái)富？又該如何利用這股難以估計(jì)的能量呢？

地?zé)豳Y源的發(fā)現(xiàn)

能源是人類活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，人們從遠(yuǎn)古時(shí)期鉆木取火來烹煮食物，到如今利用能源驅(qū)動(dòng)機(jī)器，我們的生活早已離不開能源。

多年之前，人們就發(fā)現(xiàn)地球深處蘊(yùn)含著巨大的能量，這些貯存在地球內(nèi)部的可再生熱能絕大部分來自于地球內(nèi)部放射性物質(zhì)的衰變放熱，也有來自于外星隕石墜落地球所攜帶的熱能，以及天體引力等讓地球自轉(zhuǎn)變慢所產(chǎn)生的摩擦生熱。

1904年，科學(xué)家們?cè)谝獯罄_馬西北托斯卡納地區(qū)的拉德瑞羅地?zé)崽锸状卫玫責(zé)狎?qū)動(dòng)0.75馬力的小發(fā)電機(jī)點(diǎn)亮了5個(gè)100瓦的燈泡后，人們就在這里建立了世界上第一座500千瓦的小型地?zé)岚l(fā)電站，由此開創(chuàng)了地?zé)岚l(fā)電的先河。隨后，美國、墨西哥、菲律賓、冰島、德國等多個(gè)國家也紛紛踏入了研究地?zé)岚l(fā)電的行列中。

不過，最令人贊嘆不已的還是冰島政府對(duì)地?zé)豳Y源的有效利用。冰島是世界上地?zé)豳Y源最豐富的國家之一，政府于1975年起積極推行使用地?zé)豳Y源，二氧化碳等溫室氣體的排放量、石油等不可再生能源的進(jìn)口量早就低于國際水平，這里已經(jīng)成為了世界上最干凈的國家之一。如今，85%以上冰島人民的生活都依靠地?zé)岚l(fā)電，并且冰島政府正在計(jì)劃將其變成世界上第一個(gè)全部使用可再生清潔能源的國家。

揭開“地?zé)帷钡纳衩孛婕?/p>

利用地?zé)豳Y源的關(guān)鍵在于充分利用水的“超臨界”狀態(tài)，這是什么？當(dāng)周圍環(huán)境滿足222個(gè)大氣壓，溫度在374℃或以上時(shí)，水就無法充分膨脹轉(zhuǎn)化為水蒸氣，只能保持液態(tài)，這種情況被稱為“超臨界”狀態(tài)。而處于這種狀態(tài)下的水，蘊(yùn)含著巨大的能量。經(jīng)過估算，一座“超臨界狀態(tài)”地?zé)峋a(chǎn)生的電量是普通地?zé)峋?0倍。如果把現(xiàn)有的地?zé)峋扛鼡Q為“超臨界狀態(tài)”地?zé)峋?，預(yù)計(jì)可再生能源的總量將提升30%。

基于這些可觀的前景，地質(zhì)學(xué)家們經(jīng)過了一次又一次的實(shí)驗(yàn)，終于在一次冰島深鉆井項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)：巨大的熱能可以促使水進(jìn)入“超臨界狀態(tài)”，而地表下的巖漿是絕好的熱能來源。在巖漿和高壓的作用下，水溫最高可達(dá)900℃，而普通地?zé)峋锼疁匾话銥?00-300℃。

由于人們目前所使用的機(jī)器并不能抵擋住炙熱的熔巖，科學(xué)家們便借鑒了由美國加州大學(xué)的莫頓和史密斯在20世紀(jì)70年代所提出并成功實(shí)踐的理論——利用溫度在200～C以上，埋藏在地表2公里以下，內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的無裂隙干熱巖體，建造了一個(gè)人工熱儲(chǔ)水庫，他們將地表低溫水注入其中獲取熱能，然后導(dǎo)出高溫水，通過熱交換器利用蒸氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。

于是，科學(xué)家們利用相似的原理，在巖漿附近的巖石上鉆井，將水注入井內(nèi)吸收熱能，再利用高壓使水溫達(dá)到500～600℃，形成“超臨界狀態(tài)”，進(jìn)而通過降低氣壓所產(chǎn)生的水蒸氣，帶動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。2011年，科學(xué)家們成功實(shí)現(xiàn)了這一構(gòu)想，使“超臨界狀態(tài)”下的水溫達(dá)到500℃，產(chǎn)生了35兆瓦的電量。根據(jù)最新的用電調(diào)查顯示，年發(fā)電量約35兆瓦時(shí)，能夠滿足3萬戶普通家庭所需。

地?zé)岚l(fā)電益處多

正當(dāng)世界各國加快地?zé)豳Y源研究的腳步時(shí)，我國自然也不例外。新中國成立以來，電力事業(yè)受到了各方各界的高度重視，1977年我國最大的地?zé)崮馨l(fā)電站，世界上首座利用地?zé)釢搶訜醿?chǔ)進(jìn)行工業(yè)性發(fā)電的電站——羊八井地?zé)犭娬驹谖鞑刈灾螀^(qū)當(dāng)雄縣建成并進(jìn)入試運(yùn)行。

在2014年2月，我國科考隊(duì)在江蘇省寶應(yīng)縣經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)七里村地下3028米處成功鉆取出93℃的優(yōu)質(zhì)地?zé)崴?，這是目前該省水溫最高、井深最深的地?zé)峋?；同樣是?014年，地質(zhì)學(xué)家們?cè)谇嗪Ｊ」埠团璧刂斜辈靠辈榈搅朔秶鷱V、埋藏淺、溫度高的地下干熱巖資源，填補(bǔ)了我國多年以來在這一領(lǐng)域上的空白。而在剛剛過去的2015年，國務(wù)院積極推行清潔能源，提倡節(jié)能減排，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，也對(duì)地?zé)嵫芯恐α级唷?/p>

這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)和政府舉措都推動(dòng)著人們對(duì)地?zé)岚l(fā)電的研究不斷向前邁進(jìn)，相信在不久的將來，地?zé)岚l(fā)電將走進(jìn)千家萬戶，照亮每一個(gè)角落。

知識(shí)框

火山噴發(fā)的過程

眾所周知，地球的最外層是地殼，其后依次是地幔、地核。它們的溫度逐漸升高，最高可達(dá)近7000℃。如此高的溫度使得地球內(nèi)部的巖石融化，濃煙、熱氣、巖石碎塊、巖漿紛紛從地殼較薄的地方噴涌而出，在地表形成熔巖，熔巖逐漸堆積成山脈的形狀，這整個(gè)過程就是火山噴發(fā)。所以，火山噴發(fā)也是地球內(nèi)部釋放能量的信號(hào)。

（責(zé)任編輯：司明婧 責(zé)任校對(duì)：曹偉）